O que é moldagem por injeção de plástico e como ela funciona?

Na moldagem por injeção, os grânulos de plástico são aquecidos até derreter, o plástico fundido é injetado em um molde de injeção por uma máquina e, depois, resfriado para formar uma peça plástica. A moldagem por injeção é uma boa maneira de fabricar produtos plásticos porque é rápida, precisa e permite produzir uma grande variedade de itens, como peças automotivas, capas de celular e recipientes para alimentos.

Ⅰ.Compreender a moldagem por injeção

1.1 Definição de moldagem por injeção de plástico

A moldagem por injeção, também conhecida como injeção, é um método de conformação que combina injeção e moldagem. Suas vantagens são alta velocidade de produção e eficiência; a operação pode ser automatizada; há muitos projetos e cores; as formas podem variar de simples a complexas e os tamanhos, de grandes a pequenos; as dimensões dos produtos são precisas; os produtos são fáceis de substituir e podem assumir formas complexas. A moldagem por injeção é adequada para a produção em massa, produtos de formato complexo e outros campos de processamento por moldagem.

1.2 Antecedentes históricos e processo de evolução

Em 1868, Hyatt desenvolveu um material plástico a que chamou celuloide. A celuloide tinha sido inventada em 1851 por Alexander Parks. Hyatt aperfeiçoou-a para que pudesse ser processada em formas acabadas. Hyatt e o seu irmão Isaiah registaram a patente da primeira máquina de injeção de êmbolo em 1872. Esta máquina era relativamente simples em comparação com as utilizadas no século XX. Funcionava essencialmente como uma seringa hipodérmica gigante. Esta agulha gigante (cilindro de difusão) injetava o plástico no molde através de um cilindro aquecido. Na década de 1940, a Segunda Guerra Mundial criou uma enorme procura de produtos baratos fabricados em massa. Em 1946, o inventor norte-americano James Watson Hendry construiu a primeira máquina de moldação por injeção, que permitia controlar com maior precisão a velocidade de injeção e a qualidade dos artigos produzidos. Esta máquina também permite misturar os materiais antes da injeção, para que os plásticos coloridos ou reciclados possam ser integralmente misturados com a matéria-prima virgem. Em 1951, os Estados Unidos desenvolveram a primeira máquina de injeção com fuso. Não foi requerida uma patente, e este dispositivo continua a ser utilizado.

Na década de 1970, Hendry desenvolveu o primeiro processo de moldagem por injeção assistida por gás e permitiu a produção de produtos complexos e ocos que arrefeciam rapidamente. Isto aumenta consideravelmente a flexibilidade do design, bem como a resistência e os pontos finais das peças fabricadas, reduzindo simultaneamente o tempo de produção, o custo, o peso e os resíduos.

Ⅱ.Processo de moldagem por injeção de plástico

2.1 Conceção do molde

O molde de injeção é composto principalmente de peças de moldagem (as peças que compõem a cavidade nas peças móveis e fixas do molde), sistema de passagem (o canal através do qual o plástico fundido entra na cavidade do molde a partir do bico da máquina de injeção), peças de guia (quando o molde é fechado, pode ser alinhado com precisão), mecanismo de ejeção (o dispositivo que empurra o plástico para fora da cavidade após a separação do molde), sistema de ajuste de temperatura (para satisfazer os requisitos de temperatura do molde do processo de injeção), sistema de exaustão (para remover o ar na cavidade durante a moldagem e os gases voláteis do próprio plástico são descarregados para fora do molde, muitas vezes com ranhuras de exaustão na superfície de separação) e peças de suporte (componentes utilizados para instalar, fixar ou suportar peças moldadas e outros mecanismos), por vezes com mecanismo de separação lateral e de tração do núcleo.

2.1.1 Etapas de conceção do molde de injeção

**1. Trabalho preparatório antes do projeto **(1) Caderno de encargos do projeto. (2) Compreender as peças de plástico, incluindo as suas formas, utilização e materiais. (3) Verificar como são fabricadas as peças de plástico. (4) Conhecer o modelo e as dimensões da máquina de moldação por injeção.

**2. Elaborar uma ficha do processo de moldação **(1) Conhecer o produto, incluindo desenho, peso, espessura, área, dimensões e quaisquer características ou peças especiais. (2) Conhecer o plástico utilizado no produto, incluindo nome, modelo, fabricante, cor e necessidade de secagem. (3) Conhecer os principais dados técnicos da máquina de moldação por injeção, incluindo as dimensões da máquina e do molde, o tipo de parafuso e a potência. (4) Conhecer a pressão e o curso utilizados pela máquina de moldação por injeção. (5) Conhecer as condições de moldação por injeção, incluindo temperatura, pressão, velocidade e força de fecho.

3. Etapas do projeto estrutural do molde de injeção (1) Determine quantas cavidades são necessárias. Considere quanto plástico pode ser injetado, a força disponível para fechar o molde, a precisão exigida pelo produto e o orçamento. (2) Defina onde o molde será dividido. O molde deve ser simples, fácil de desmontar e não prejudicar a aparência nem a função da peça plástica. (3) Defina a disposição das cavidades no molde. Procure equilibrá-las sempre que possível. (4) Defina como o plástico entrará no molde. Isso inclui o canal principal, os canais de distribuição, os pontos de injeção e o poço frio. (5) Defina como retirar a peça plástica do molde. Diferentes partes do molde usarão diferentes formas de extração.

(6) Defina como controlar a temperatura. O sistema de controle de temperatura depende do tipo de plástico utilizado. (7) Determine como usinar e instalar a matriz ou o núcleo usando uma estrutura de insertos. Divida os insertos em seções e instale-os ao mesmo tempo. (8) Determine como eliminar o ar. Em geral, pode-se usar a superfície de partição do molde e a folga entre o mecanismo de extração e o molde. Moldes de injeção grandes e rápidos, porém, exigem recursos específicos de ventilação. (9) Determine as dimensões do molde de injeção. Use as fórmulas para calcular as dimensões das peças moldadas e, em seguida, a espessura da parede lateral e do fundo da cavidade, a espessura da placa de apoio do núcleo, da placa móvel e da placa de cavidades modulares, além da altura do molde de injeção.

(10) Use uma base de molde padronizada. Com as dimensões principais projetadas e calculadas para o molde de injeção, selecione uma base padronizada e procure usar componentes de molde padrão. (11) Esboce a estrutura do molde. É importante elaborar um esboço estrutural completo do molde de injeção e desenhar o diagrama de sua estrutura. (12) Verifique as dimensões do molde e da injetora. Confira os parâmetros da injetora utilizada, incluindo volume máximo de injeção, pressão de injeção, força de fechamento, dimensões da área de montagem do molde, curso de abertura e mecanismo de extração. (13) Revise o projeto estrutural do molde. Faça uma revisão preliminar, obtenha a aprovação do usuário e, ao mesmo tempo, confirme e ajuste os requisitos. (14) Crie o desenho de montagem do molde. Mostre claramente o encaixe entre as peças, as dimensões necessárias, os números das peças, as listas, as legendas e os requisitos técnicos de cada componente do molde de injeção. Esses requisitos abrangem a construção do molde, como o funcionamento do sistema ejetor e das corrediças; a montagem, como o ajuste da linha de partição e o alinhamento entre as metades; a operação; os tratamentos anticorrosivos; a numeração e gravação; a aplicação de óleo protetivo e o armazenamento; além de todos os requisitos de teste ou inspeção.

(15) Faça os desenhos das peças do molde. Desmonte conceitualmente o molde e desenhe as peças nesta ordem: primeiro as internas, depois as externas; primeiro as complexas, depois as simples; primeiro as que conformam o produto, depois as que sustentam o conjunto. (16) Examine os desenhos do projeto. A última etapa do projeto de um molde de injeção é revisar novamente os desenhos para garantir que as peças possam ser fabricadas.

2.2 Seleção de materiais

2.2.1 Tipos de materiais plásticos habitualmente utilizados na moldagem por injeção

**1. Polipropileno (PP) **O polipropileno é um material plástico comum amplamente utilizado na moldação por injeção de plástico. É leve, resistente a ácidos e álcalis e possui baixa densidade. Possui também uma excelente resistência ao desgaste e ao impacto. Uma vez que a temperatura de fusão do polipropileno é relativamente baixa, é necessário prestar atenção ao controlo da temperatura de fusão e da pressão de injeção durante o processo de moldação por injeção para evitar problemas.

**2. Poliamida (PA) **A poliamida é um material plástico de alto desempenho com elevada resistência mecânica, tenacidade e resistência ao desgaste. Por conseguinte, é amplamente utilizada nas indústrias automóvel, aeroespacial, eletrónica e noutras. A injeção da poliamida exige uma temperatura de fusão mais elevada, pelo que é necessário controlar a temperatura e o tempo de injeção para evitar problemas como a queima do material.

**3. Poliuretano (PU) **O poliuretano é um excelente material plástico, com elevada resistência ao desgaste, aos óleos, aos raios UV, etc., pelo que é muito utilizado na indústria, na construção e noutros setores. Ao realizar a moldação por injeção com poliuretano, é necessário injetá-lo a uma temperatura mais elevada e controlar a pressão e o tempo de injeção para evitar problemas de separação do material do molde. Além do polipropileno, da poliamida e do poliuretano, existem muitos outros tipos de materiais plásticos que podem ser moldados por injeção, como o polietileno (PE), o policarbonato (PC), etc. Diferentes materiais plásticos exigem cuidados distintos durante a moldação por injeção, sendo necessário ajustar os parâmetros em função da situação específica.

2.2.2 Factores que afectam a seleção de materiais

Propriedades físicas. As propriedades físicas de um material — como resistência, dureza, tenacidade e resistência à corrosão — determinam seu desempenho em uso. Por exemplo, se uma peça precisar suportar calor ou impactos, ou tiver de ser muito resistente, é necessário escolher um material com as propriedades físicas adequadas.

Propriedades químicas. As propriedades químicas do material — como sua propensão à corrosão e sua resistência a ácidos ou bases — também são importantes, sobretudo se a peça for usada em um ambiente onde possa reagir com produtos químicos.

Custo de produção. O custo de fabricação também é fundamental, incluindo o custo das matérias-primas e a dificuldade do processo produtivo.

Responsabilidade ambiental. Ao considerar a sustentabilidade e a preservação do planeta, é importante escolher materiais de menor impacto ambiental.

2.3 Fixação do molde

O fechamento do molde é a primeira etapa do processo de moldagem por injeção. A abertura e o fechamento do molde da injetora são realizados pelo sistema de fechamento. Ao fechar o molde, esse sistema fornece uma força de fechamento confiável para resistir à enorme força de abertura causada pela injeção sob alta pressão e pelo preenchimento com plástico fundido durante o processo.

2.4 Moldagem por injeção (injeção/enchimento)

O processo de injeção tem normalmente três passos: alimentação, plastificação e injeção. A uma determinada temperatura, o material plástico totalmente derretido é misturado pelo parafuso e injetado na cavidade do molde com alta pressão. (Nota: Controlo da temperatura e controlo da pressão).

2.4.1 Controlo da temperatura

1. Temperatura do cilindro Durante o processo de moldagem por injeção, as temperaturas que precisam ser controladas incluem as do cilindro, do bico e do molde. As duas primeiras afetam principalmente a plastificação e o escoamento do plástico, enquanto a temperatura do molde afeta sobretudo o escoamento e o resfriamento. Cada plástico possui uma temperatura de escoamento diferente. Até um mesmo plástico apresenta temperaturas de escoamento e decomposição distintas conforme a origem ou o grau, devido às diferenças de massa molecular média e distribuição de massa molecular. Os plásticos também têm temperaturas de escoamento e decomposição diferentes em distintos tipos de injetora. O processo de plastificação na máquina também varia e, por isso, a temperatura do cilindro é diferente.

**2. Temperatura do Bico **A temperatura do bico é normalmente um pouco inferior à temperatura máxima do cilindro. Isto evita a “baba” que pode ocorrer com um bico de passagem direta. A temperatura do bico não pode ser demasiado baixa, caso contrário o material fundido solidifica demasiado cedo e obstrui o bico, ou o material solidificado é injetado na cavidade do molde e danifica o produto.

**3. Temperatura do molde **A temperatura do molde tem um impacto significativo no desempenho intrínseco e na qualidade aparente do produto. Depende da cristalinidade do plástico, das dimensões e da estrutura do produto, dos requisitos de desempenho e de outras condições do processo (temperatura do fundido, velocidade e pressão de injeção, ciclo de moldação, etc.).

2.4.2 Controlo da pressão

A pressão durante o processo de moldagem por injeção inclui a pressão de plastificação e a pressão de injeção, e afecta diretamente a plastificação do plástico e a qualidade do produto.

**1. Pressão de plastificação (contrapressão): **Ao usar uma injetora de rosca, a pressão exercida sobre o material fundido na ponta da rosca enquanto ela gira e recua é chamada de pressão de plastificação, também conhecida como contrapressão. Essa pressão pode ser ajustada pela válvula de alívio do sistema hidráulico. Durante a injeção, seu valor permanece inalterado com a velocidade da rosca. Aumentar a pressão de plastificação eleva a temperatura do material fundido, mas reduz a velocidade de plastificação. Além disso, esse aumento costuma uniformizar a temperatura do material, misturar os pigmentos de maneira homogênea e expulsar os gases presentes no fundido. Em operações gerais, a pressão de plastificação deve ser definida no menor valor possível que ainda assegure excelente qualidade do produto. O valor específico varia conforme o tipo de plástico, mas normalmente quase nunca ultrapassa 20 kg/cm^².

**2. Pressão de injeção **Na produção atual, a pressão de injeção de quase todas as máquinas de injeção baseia-se na pressão exercida pelo êmbolo ou pela extremidade do parafuso sobre o plástico (convertida a partir da pressão da linha de óleo). A função da pressão de injeção na moldação por injeção é vencer a resistência ao fluxo do plástico desde o cilindro até à cavidade, conferir ao material fundido uma velocidade de enchimento e compactá-lo.

A pressão de injeção divide-se em pressão de injeção e pressão de retenção, normalmente 1 a 4 fases de pressão de injeção e 1 a 3 fases de pressão de retenção. Geralmente, a pressão de retenção é menor do que a pressão de injeção e deve ser ajustada de acordo com o material plástico utilizado para obter o melhor resultado, propriedades físicas, aspeto e requisitos de tamanho.

2.5 Arrefecimento e solidificação

Quando se trata de moldagem por injeção, o arrefecimento por injeção é um dos factores mais importantes que determinam a qualidade da moldagem e a eficiência da produção. O princípio do arrefecimento da moldagem por injeção baseia-se principalmente no efeito do meio de arrefecimento sobre as peças de plástico. O sistema de arrefecimento da moldagem por injeção utiliza normalmente meios fluidos, como a água ou o óleo. Quando o meio de arrefecimento flui através do canal de água de arrefecimento do molde de injeção, retira o calor do molde através da transferência de calor, de modo a arrefecer rapidamente a peça de plástico. O sistema de arrefecimento da moldagem por injeção também pode adotar diferentes métodos de arrefecimento, como o aquecimento horizontal e o aquecimento oblíquo, de acordo com a forma e o material específicos do molde, de modo a obter o melhor efeito de arrefecimento.

2.5.1 Processo de arrefecimento e sua importância

1. Reduzir a temperatura das peças plásticas As peças plásticas são produzidas por moldagem por injeção, isto é, pela injeção de plástico quente em um molde. Quando sai da injetora e entra no molde, o plástico aquece algumas áreas e esfria outras, criando pontos quentes com temperaturas diferentes. Sem resfriamento, certas regiões ficam quentes demais e outras, frias demais. Isso causa problemas como contração e empenamento. O resfriamento do molde reduz rapidamente os pontos quentes até a temperatura adequada, torna o resfriamento do plástico mais uniforme e diminui as tensões internas das peças. Assim, há mais tempo para evitar seu empenamento.

2. Acelerar o resfriamento À medida que o plástico flui pelo molde, o calor do molde de injeção se dissipa gradualmente na direção do fluxo. Por isso, a seção inicial do fluxo pode não se ajustar ao longo do eixo longitudinal. A parte posterior esfria e solidifica aos poucos. O sistema de resfriamento da moldagem por injeção distribui a temperatura do molde em tempo hábil, uniformiza essa distribuição e acelera o resfriamento. Isso permite conformar o plástico mais rapidamente, encurta o ciclo de abertura do molde e aumenta a eficiência produtiva.

3. Evitar deformações Se a peça plástica esfriar de maneira irregular após a moldagem por injeção, surgirão tensões internas que podem causar deformação ou até ruptura. O resfriamento durante a injeção uniformiza a temperatura interna da peça e reduz essas tensões, evitando deformações e melhorando a estabilidade e a confiabilidade do produto.

2.5.2 Efeito da taxa de arrefecimento no produto final

O arrefecimento na moldação por injeção é um método de controlo da precisão dimensional das peças moldadas por injeção. Durante o processo de moldação por injeção, o plástico fundido arrefece e solidifica rapidamente depois de ser injetado no molde. O processo de arrefecimento é muito importante para a estabilidade dimensional das peças moldadas por injeção. Um sistema de arrefecimento corretamente projetado permite que as peças moldadas por injeção contraiam uniformemente durante o arrefecimento, garantindo que a precisão dimensional do produto final cumpre os requisitos. O arrefecimento na moldação por injeção tem uma grande influência no desempenho e na qualidade das peças moldadas por injeção.

O desempenho das peças moldadas por injeção está muitas vezes intimamente relacionado com factores como a sua estrutura de cristalização e a orientação da cadeia molecular, e estes factores estão relacionados com a taxa de arrefecimento das peças moldadas por injeção. Ao controlar a taxa de arrefecimento das peças moldadas por injeção, o grau de cristalização e a orientação da cadeia molecular das peças moldadas por injeção podem ser ajustados, melhorando assim as suas propriedades mecânicas, resistência ao calor, resistência química, etc., e reduzindo a tensão interna das peças moldadas por injeção e melhorando o seu desempenho geral. qualidade.

2.6 Ejeção de peças moldadas

O princípio de ejeção da máquina de moldagem por injeção consiste em ejetar os produtos moldados por injeção do molde através de força mecânica ou pressão de ar para processamento posterior. Geralmente, é utilizado um mecanismo de ejeção mecânico para acionar a placa de ejeção através de esferas de aço, molas ou cilindros para ejetar o produto.

2.6.1 Problemas e soluções comuns

**1. A força de ejeção é demasiado pequena ou demasiado elevada **Se a força de ejeção for demasiado pequena, o produto não será ejetado do molde. Se for demasiado elevada, o produto pode ficar danificado ou deformado. Neste caso, é necessário ajustar a força de ejeção, a pressão de ar ou o mecanismo de ejeção.

**2. Produto preso ao molde **Se o produto ficar preso ao molde, a causa pode ser uma refrigeração insuficiente do molde ou um tempo de ejeção demasiado curto. É necessário aumentar o tempo de ejeção ou melhorar a refrigeração.

**3. Ejeção incompleta do produto **Se apenas uma parte do produto for ejetada, é necessário aumentar a força de ejeção e verificar se a estrutura mecânica ou o cilindro de ejeção está a funcionar normalmente.

Ⅲ.Aplicação da moldagem por injeção

A moldagem por injeção é um método comum de processamento de plásticos que é amplamente utilizado em vários campos. Produz produtos de plástico injectando plástico fundido num molde e depois arrefecendo-o e endurecendo-o até obter a forma desejada. A moldagem por injeção tem as vantagens de uma velocidade de moldagem rápida, elevada eficiência de produção e elevada precisão do produto. Por isso, é amplamente utilizada em automóveis, eletrónica, electrodomésticos, equipamento médico e outros campos.

1. Indústria automotiva A moldagem por injeção é usada para fabricar peças plásticas de formatos complexos, como painéis de instrumentos, painéis de portas e consoles centrais. Ela atende aos requisitos da indústria automotiva quanto à qualidade, aparência e desempenho das peças, além de ter menor custo de produção, razão pela qual é apreciada pelas montadoras.

2. Indústria eletrônica À medida que os produtos eletrônicos evoluem, aumentam também os requisitos aplicáveis aos seus gabinetes. A moldagem por injeção permite fabricar gabinetes detalhados e de alta precisão para produtos como celulares e teclados de computador. Ela atende aos requisitos da indústria eletrônica quanto à qualidade visual, precisão das peças e eficiência produtiva, contribuindo para a evolução contínua dos produtos eletrônicos.

**3. Indústria de eletrodomésticos **Os eletrodomésticos normalmente têm de ser duráveis e apresentar bom aspeto, e a moldagem por injeção permite consegui-lo. A moldagem por injeção pode produzir eletrodomésticos com formas e estruturas complexas, como carcaças de máquinas de lavar roupa, puxadores de frigoríficos, entre outros. A moldagem por injeção pode assegurar que os eletrodomésticos tenham boa qualidade e funcionem bem, tornando-os mais competitivos.

**4. Indústria dos dispositivos médicos **Os dispositivos médicos têm de ser verdadeiramente seguros e limpos, e a moldação por injeção permite alcançar esse objetivo. A moldação por injeção pode fabricar produtos que cumprem as normas aplicáveis aos dispositivos médicos, como seringas, conjuntos IV, entre outros. A moldação por injeção permite assegurar que os dispositivos médicos têm boa qualidade, funcionam corretamente e protegem a saúde dos pacientes.

Ⅳ. Vantagens e Desvantagens da Moldagem por Injeção de Plástico

4.1 Vantagens

**1. Elevada eficiência de produção **O processo de moldação por injeção pode ser altamente automatizado, reduzindo a dependência da mão de obra e aumentando a eficiência da produção.

**2. Elevada precisão e boa repetibilidade **Devido ao controlo preciso de parâmetros como a temperatura, a pressão e a velocidade durante o processo de moldação por injeção, o produto apresenta elevada precisão dimensional e boa repetibilidade, sendo adequado para produção em massa.

**3. Ampla aplicabilidade **A moldação por injeção é adequada ao processamento de diversos materiais, como termoplásticos, termoendurecíveis, borracha, etc., e pode responder a diferentes necessidades dos produtos.

**4. Poupança de energia e proteção ambiental **O equipamento de moldação por injeção é geralmente alimentado por eletricidade, sendo mais eficiente em termos energéticos e mais ecológico do que as máquinas tradicionais, e os resíduos podem ser reciclados.

**5. Vantagem de custo **A moldação por injeção é adequada para a produção em massa e pode reduzir o custo de cada produto.

4.2 Desvantagens

**1. Os moldes são dispendiosos **A moldagem por injeção necessita de moldes precisos, pelo que terá de gastar mais dinheiro no início.

**2. Ciclo de processamento longo **A moldação por injeção precisa de arrefecer e dar forma, pelo que demora muito tempo. Isto afeta a eficiência e prolonga o processo.

**3. Requisitos técnicos elevados **A moldagem por injeção exige operadores qualificados e conhecimentos técnicos. A manutenção e a reparação também são difíceis.

4. Limitações do campo de aplicação A moldagem por injeção não consegue produzir itens complexos ou de grandes dimensões. É mais adequada para peças pequenas.

Conclusão

O mercado global de moldagem por injeção de plástico deverá crescer de 4,56 milhões de toneladas em 2023 para 5,95 milhões de toneladas em 2028. Os principais fatores desse crescimento são o aumento do uso da moldagem por injeção nos setores automotivo e de embalagens, além da maior demanda por bens de consumo e produtos eletrônicos. Por outro lado, o alto custo de entrada e a existência de processos alternativos, como a impressão 3D, impedem que o mercado de moldagem por injeção cresça ainda mais rapidamente.

Mas a tendência para fabricar veículos mais leves e mais eléctricos e as novas utilizações nos cuidados de saúde podem trazer mais pontos positivos para o crescimento do mercado da injeção de plástico. A moldagem por injeção de plástico oferece uma gama de soluções, desde a embalagem a granel até aos moldes para recipientes e garrafas de paredes finas. Estas soluções são amplamente utilizadas em várias indústrias de utilizadores finais para fins de embalagem. Para além de oferecer uma solução de embalagem versátil, também reduz o consumo de plástico e revela-se ideal tanto do ponto de vista económico como ecológico.

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