Como melhorar a tensão interna com a temperatura do molde

Vamos primeiro esclarecer um conceito: O que é o stress interno?

A tensão interna refere-se à tensão residual autoequilibrada congelada no interior do polímero (moléculas de plástico) no interior do produto moldado após a moldagem. moldagem por injeçãoA sua causa principal reside no facto de o processo de arrefecimento do polímero, do estado fundido para o estado sólido, ser um processo de não equilíbrio, em que o tempo de relaxamento das cadeias moleculares não corresponde à escala de tempo de arrefecimento, impedindo o sistema de atingir o equilíbrio termodinâmico.

Em termos simples: após a moldagem por injeção do plástico fundido, devido ao rápido arrefecimento e solidificação, as moléculas internas do plástico, que tendem a contrair e expandir, ficam retidas na cavidade do molde e não conseguem libertar esta tendência. É um impasse de "querer libertar-se, mas não conseguir".

A principal fonte de stress interno

A tensão interna dos plásticos provém principalmente de dois aspetos:

Orientação Tensão interna gerada pela orientação do fluxo

Alongamento: Durante moldagem por injeção, as cadeias moleculares do plástico fundido estão desordenadas. Ao passarem por canais e comportas estreitas, são esticadas e endireitadas à força por intensas forças de cisalhamento, alinhando-se na direção do fluxo (formando uma orientação).
Congelar: Idealmente, se arrefecidas lentamente, estas cadeias moleculares esticadas teriam tempo suficiente para relaxar e voltar ao seu estado enrolado natural (impulsionado pelo aumento da entropia). Mas, na realidade, o molde está frio e a velocidade de arrefecimento é extremamente elevada.
Geração de stress: A cadeia molecular é instantaneamente "congelada" neste estado estendido e antinatural antes de se poder retrair.

Stress térmico causado por campo de temperatura desigual

Diferença de temperatura: O plástico fundido (por exemplo, acima de 200 °C) é injetado num molde frio (por exemplo, 60 °C). Ao entrar em contacto com a parede fria do molde, a superfície arrefece e solidifica instantaneamente, formando uma "casca" rígida.
Encolhimento assíncrono: Neste momento, a parte central no interior do produto ainda se encontra no estado fundido a alta temperatura. À medida que o interior começou a arrefecer lentamente e a tentar contrair-se, os seus movimentos foram fortemente restringidos pela "casca dura" exterior já solidificada.
Geração de stress:
Interno: A estrutura interna tende a contrair, mas é puxada pela camada externa, resultando em tensão de tração (tensão de alongamento) no interior. Na superfície, a tensão de compressão (tensão de compressão) é exercida pela tendência de contracção interna.

Problemas causados pelo stress interno

A tensão interna acima referida é um estado contraditório de "querer libertar, mas não conseguir libertar" devido às limitações da cavidade do molde. E se nos libertarmos das limitações da cavidade? Os seguintes problemas ocorrerão.

Deformação e distorção: Esta é a consequência mais comum. Quando a distribuição de tensão interna é desigual, o material tende a curvar-se na direção da tensão mais baixa para procurar o equilíbrio, resultando em dimensões instáveis do produto e impossibilidade de montagem.
Estalidos por tensão: Essa é a consequência mais fatal. Ao armazenar, utilizar ou entrar em contacto com solventes químicos, um ligeiro estímulo externo pode combinar-se com a enorme tensão interna, fazendo com que o produto estale sem aviso prévio.
Diminuição da precisão dimensional: A libertação da tensão interna pode fazer com que o produto se deforme lentamente ao longo do tempo, tornando-o incapaz de cumprir os requisitos dimensionais das peças de precisão.
Branqueamento do produto e diminuição do desempenho ótico: Em áreas de concentração de tensão, as alterações na densidade do material podem provocar a dispersão da luz, resultando em "linhas prateadas" ou branqueamento por tensão.

Efeito da temperatura do molde na melhoria da tensão interna

Quer se trate de tensão direcional ou tensão térmica, no processo de moldagem por injeção, para lidar com os fenómenos adversos causados pela tensão, precisamos de ajustar fundamentalmente o tempo de congelação e o tempo de contração.
Como ajustar?

Existem duas vertentes em termos de habilidade artesanal.

Uma delas é... ajuste o tempo de arrefecimento da camada congelada do produto e ajustar a contração da densidade de cada parte através de múltiplas fases de manutenção da pressão. Se não entender, pode consultar o meu artigo anterior para ver exemplos de manutenção da pressão.
A segunda é para utilize a nossa temperatura de moldeReduza a tensão controlando o tempo de congelação através da temperatura do molde e compense a contração irregular em várias partes do produto, ajustando a temperatura do molde.

Definição de critérios para a temperatura do molde do material

A temperatura de transição vítrea (Tg) e a cristalinidade dos diferentes materiais variam significativamente, e existem diferenças consideráveis nas configurações de temperatura do molde. Os materiais cristalinos requerem "correspondência da temperatura de cristalização", enquanto os materiais não cristalinos requerem "redução da taxa de arrefecimento".

Apresentamos de seguida as gamas gerais de otimização (que necessitam de ser ajustadas em conjunto com a espessura da parede da peça plástica: se a espessura da parede for ≥ 3 mm, a temperatura do molde deve ser aumentada adequadamente em 5 a 10 °C):

Material Type	Materiais representativos	Intervalo de temperatura recomendado para o mofo	Pontos-chave para reduzir o stress interno
Baixa cristalinidade	PP/PE	20~50℃	Diferença de temperatura entre a cavidade e o núcleo ≤5℃ para evitar a contração desigual causada pelo arrefecimento rápido a baixas temperaturas.
Alta cristalinidade	POM/PA6/PA66	40~80℃ (60~90℃ recomendado para PA reforçado com fibra de vidro)	A cristalização insuficiente e as microtensões internas ocorrem a temperaturas do molde excessivamente baixas; a aderência do molde é provável a temperaturas excessivamente elevadas, exigindo um ajuste preciso da pressão de fixação.
Amorfo (Baixa Tg)	ABDÓMEN/QUADRIL	40~70℃	O aumento da temperatura do molde para 50~60℃ reduz significativamente a tensão de orientação molecular e melhora a fragilidade da peça (por exemplo, o problema das fissuras do ABS).
Amorfo (Alta Tg)	PC/PMMA/Fonte de Alimentação	80~120℃ (100~130℃ recomendado para componentes de PC com paredes espessas)	A temperatura excessivamente baixa do molde é a principal causa de tensão interna excessiva; é necessária uma temperatura elevada do molde para obter um arrefecimento lento do material fundido e uma relaxação molecular suficiente; temperaturas do molde ≥90°C para o PMMA podem reduzir significativamente o aparecimento de fissuras/fissuras.
Materiais de liga	PC/ABS/PBT/PEEK	60~100℃ (120~180℃ recomendado para PEEK de alta temperatura)	Defina a temperatura do molde com base no componente de maior Tg (por exemplo, PC como referência para PC/ABS com temperatura do molde ≥80℃) para equilibrar a diferença de contração dos dois materiais.

O princípio do controlo da deformação pela diferença de temperatura no molde

Aqui, vou utilizar a deformação como exemplo para explicar em detalhe porque é que a diferença de temperatura do molde pode controlar a deformação.

Vamos utilizar como exemplo o produto que sofreu deformação e empenamento na direção do molde frontal. Em seguida, vamos focar-nos nos pontos principais!
Vamos esquecer aqui as teorias anteriores, como o conceito de dilatação do tempo, orientação da tensão térmica e aumento e diminuição da entropia.
Deixe-me dar um exemplo interessante para o ajudar a compreender:

Cenário: Um corredor estreito com paredes laterais que representam as cavidades dos moldes frontal e posterior.
Protagonista: Duas figuras de moléculas de plástico estão no meio do corredor. Acabaram de aquecer (derreter e encher) e agora estão a preparar-se para fazer uma "forma estática" (arrefecer e moldar).

Ato 2: Puxão Inevitável (Deformação)
Agora, a pequena pessoa da esquerda está a puxar desesperadamente para a esquerda, enquanto a pequena pessoa da direita não oferece resistência. O resultado é óbvio: toda a pequena pessoa da direita é puxada incontrolavelmente para a esquerda (lado de baixa temperatura). Esta é a deformação por empenamento que observamos.
Então, como manter a estabilidade (eliminar a deformação)?
Plano A: Descongelar a pequena pessoa que está agarrada à parede (o que corresponde a aumentar a temperatura do molde no lado de baixa temperatura).

Descrição: O árbitro sopra rapidamente ar quente para a pessoa mais pequena à esquerda e diz: "Não fique tão tenso, solte as mãos e relaxe um pouco."
Efeito: Os músculos da pessoa mais pequena da esquerda relaxaram, soltando gradualmente a mão que estava agarrada à parede (libertando a tensão interna). O equilíbrio das forças esquerda e direita foi restabelecido e a equipa endireitou-se.
Correspondência profissional: Ao aumentar a temperatura do lado de baixa temperatura do molde, diminuir a taxa de arrefecimento e proporcionar tempo de relaxação para as cadeias moleculares, é possível reduzir a tensão de orientação e a tensão térmica.

Opção B: Deixe a pessoa do outro lado também ‘segurar no apoio de braço’ (o que corresponde a reduzir a temperatura do molde no lado de alta temperatura).

Descrição: O árbitro virou-se e ordenou à pessoa da direita: “Não fique parado, pare imediatamente e segure o corrimão da direita.”
Efeito: A pequena pessoa da direita também congelou instantaneamente, agarrando-se à parede direita. Agora, ambos os lados puxam desesperadamente para o seu lado, com forças opostas, procurando um novo e tenso equilíbrio. Embora a equipa tenha estabilizado, cada membro está muito "cansado" (devido ao elevado nível de stress interno).
Correspondência profissional: Ao reduzir a temperatura do molde no lado de alta temperatura, a taxa de arrefecimento é sincronizada e acelerada com a do lado de baixa temperatura. Isto resulta num "congelamento síncrono", onde, embora o nível geral de tensão interna no produto seja elevado, a distribuição é simétrica e não causa deformações com facilidade. Esta é uma estratégia equilibrada de "combater o mal com o mal".

Conclusão

A esta altura, já deve ter percebido!
A causa da deformação não é a tensão interna em si, mas a magnitude desigual da tensão interna nos lados esquerdo e direito.
Podemos alterar este estado ajustando a diferença de temperatura do molde, promovendo o relaxamento da tensão através do "relaxamento articular" ou obtendo um congelamento simétrico através da "tensão articular"!

Perguntas frequentes

Qual é a principal causa de tensão interna em peças moldadas por injeção?

A contração irregular do material fundido durante as etapas de enchimento e arrefecimento é a principal causa. Isto envolve essencialmente o arrefecimento rápido, que congela as cadeias moleculares, a diferença de temperatura desigual entre a cavidade e o núcleo, a orientação molecular excessiva devido à velocidade de injeção incorreta e a falta de cristalização (para materiais cristalinos).

Será que a alteração da temperatura do molde consegue eliminar completamente a tensão interna?

Não. Ajustando o temperatura do molde Sem dúvida, é a forma mais direta e eficaz de reduzir a tensão interna, mas deve ser combinada com os parâmetros do processo de injeção (velocidade de injeção, pressão de recalque) e a otimização da estrutura do molde (canal de água uniforme). Para peças que apresentam um elevado risco de deformação (como peças de PC com paredes espessas), recomenda-se o tratamento térmico posterior (têmpera). é também necessário para remover ainda mais a tensão residual.

Porque é que a temperatura do molde tem efeitos diferentes na tensão interna dos materiais cristalinos e amorfos?

No caso de materiais cristalinos (como o PP/POM/PA), é necessário um método apropriado. temperatura do molde O cenário pode levar a para uniforme e cristalização completa, eliminando assim as micro tensões provocadas pela cristalização irregular; enquanto que no caso dos materiais amorfos (como o PC/ABS/PMMA), molde A temperatura é principalmente um regulador da orientação molecular e, ao aumentar a temperatura do molde, o processo de arrefecimento pode ser retardado. para permitir um relaxamento molecular suficiente, reduzindo assim a tensão de orientação.

Quais são os métodos simples que podem ser utilizados para detetar a tensão interna de peças moldadas por injeção durante o teste do molde?

Vários simples detecção métodos mais comumente usado Os testes locais incluem: teste de imersão em acetona (para PC/PMMA, verificar se ocorrem fissuras ou fendas após a imersão); ensaio de flexão (para ABS/HIPS, verificar a facilidade com que a peça racha ao ser dobrada); inspeção visual (examinar a superfície da peça em busca de estrias prateadas visíveis, empenamento ou fissuras).

Como variar a temperatura do molde para peças com paredes grossas e finas, respetivamente, para reduzir a tensão interna?

No caso de peças com paredes espessas (espessura da parede de 3 mm), o molde A temperatura deve ser elevada em 5 a 10 graus em comparação com a gama padrão, diminuindo assim a taxa de arrefecimento para evitar tensões de contração interna; por outro lado, para peças de paredes finas (espessura da parede 1. 5 mm), a temperatura do molde deve ser definido no meio para alto nível de A gama recomendada é utilizada em conjunto com velocidades de injeção médias e baixas para reduzir o stress de orientação molecular devido ao preenchimento rápido.

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