Moldagem por injecção: Fusão de Plásticos Amorfos vs. Semi-Cristalinos

Existem centenas de variáveis com as quais se pode contar no desenvolvimento de um processo de moldagem por injeção 24/7, e pode ser difícil decidir em qual focar. Algumas são mais importantes que outras, mas não importa onde você classifica uma determinada variável, o fato é que o processo não será executado a menos que cada uma seja controlada para o que quer que a resina e a peça necessitem.

A minha escolha este mês é a uniformidade do derretimento, e deve estar na sua lista das 10 principais variáveis. Por uniformidade quero dizer não apenas temperatura de fusão, mas consistência de fusão, ou seja, sem redemoinhos, estrias ou pellets parcialmente não fundidos. Se você quer dimensões e desempenho consistentes 24/7, você deve ter uniformidade de derretimento.

Nosso foco aqui é a dificuldade em alcançar uniformidade de derretimento entre resinas amorfas e semi-cristalinas. Estas resinas derretem de forma diferente, e um processador precisa entender como cada um destes polímeros derrete para obter uniformidade de fusão.

Normalmente, as diferenças estão relacionadas com a disposição diferente das cadeias de polímeros em uma peça. Com polímeros amorfos, as cadeias são aleatórias, ou seja, não têm uma ordem ou alinhamento específico, algo como pedaços de cordel emaranhado. Os polímeros semi-cristalinos têm uma estrutura ou padrão ordenado de alinhamento de cadeias.

Se você quiser dimensões e desempenho consistentes 24/7, você deve ter uniformidade de fusão.

O prefixo “semi” é usado para notar que nem todas as cadeias de polímeros em uma peça semi-cristalina são cristalizadas. Existem áreas de cristalinidade e áreas de orientação de cadeia aleatória (amorfa) dentro de uma determinada peça. Cores, aditivos e taxa de resfriamento influenciam o grau de cristalinidade, que muda o tamanho e as propriedades da peça.

Independentemente do polímero que você está processando ser semi-cristalino ou amorfo, a uniformidade de fusão é necessária para obter dimensões e desempenho consistentes da peça. Entendendo como cada fusão permite ao processador um melhor controle no processamento.

Se for semi-cristalino ou amorfo, cada um depende das mesmas fontes de energia para fundir: o barril, o parafuso e as bandas de aquecimento. A maior parte da energia, cerca de 80%, vem do atrito das pastilhas contra a parede do barril e da compressão na zona de transição do parafuso. O restante vem das bandas de aquecimento ao redor do barril. O mecanismo de transferência de energia é o mesmo tanto para as resinas amorfas como para as semi-cristalinas. Contudo, é aqui que a semelhança na fusão destes plásticos termina.

Como o gelo, as resinas semicristalinas não amolecem até atingirem a sua temperatura de fusão.

Um factor importante que as diferencia é a quantidade de energia necessária para fundir cada uma delas. Um quilograma de uma resina semi-cristalina, como o nylon 6, requer significativamente mais energia do que 1 kg de uma resina amorfa como o ABS. Na verdade, o nylon consome cerca do dobro da energia para derreter que um ABS (cerca de 716 BTU/kg vs. 342), mas suas temperaturas de processamento são similares. Duas vezes a energia necessária para o nylon significa que é melhor que os seus patos de processamento estejam em fila.

Então agora sabemos o que devemos fazer para derreter o nylon vs. o ABS do ponto de vista energético. Mas há outro problema para tornar a sua vida de processamento mais difícil. As resinas semi-cristalinas permanecem duras até atingirem a sua temperatura de fusão. É como o derretimento do gelo. O gelo não muda significativamente de dureza, pois aquece de -10 C (14 F) a -0,5 C (31 F). Cai sobre o gelo a qualquer temperatura e duvido que você sinta alguma diferença na dureza. Tal como o gelo, as resinas semi-cristalinas não amolecem até atingirem a sua temperatura de fusão. Elas permanecem duras até que cumpram dois critérios:

Primeiro, você coloca energia suficiente para levá-las ao seu ponto de fusão; e segundo, você tem que colocar outra dose de energia para superar o calor da fusão (derretimento) – ou seja, quebrar o seu padrão de cadeia ordenado. É como uma barreira energética ao derretimento. Como é que o parafuso e o barril lidam com esta situação difícil? As pastilhas semi-cristalinas fluem do funil para a garganta de alimentação e caem entre os voos profundos da secção de alimentação da rosca. A seção de alimentação faz com que os pellets sejam transportados para frente e compactados, forçando o ar e alguns voláteis para fora da tremonha (é uma ventilação). A seção de alimentação pode aquecer os pellets, mas não faz e não deve fazer nenhum derretimento.

O material atinge então a zona de transição ou de derretimento, onde o diâmetro da raiz dos parafusos cônicos é mais espesso para proporcionar compressão dos pellets contra a parede do barril. Esta compressão, juntamente com a fricção da pastilha contra a parede do barril, conduz a energia para dentro das pastilhas para elevar a sua temperatura. O problema é que nem todos os grânulos chegam à interface barril/parede/voo – alguns obtêm a energia necessária para derreter e outros não. Ocorre a ruptura da cama sólida, o que leva a que algumas pelotas parcialmente não fundidas passem pelas zonas de transição e medição. Estes pellets parcialmente não derretidos podem acabar na peça e desgastar o parafuso.

Resinas amórficas derretem como manteiga congelada.

Para o bem da discussão, digamos que você também está correndo na cor líquida e usando um design de parafuso de propósito geral. A cor líquida usa frequentemente um transportador de óleo, que reduz a fricção do grânulo contra o barril, o que, por sua vez, reduz a transferência de energia para o derretimento. Isto é realmente algo que você quer que aconteça? Desligue a cor do líquido; o tempo de rotação do parafuso diminui? Um parafuso de uso geral com uma relação 20: 1 L/D tem apenas cinco vôos na zona de transição. Este é um problema significativo com tamanhos de injeção maiores do que cerca de 40% da capacidade de injeção. Muitas vezes é recomendado o uso de parafusos de barreira, mas eles frequentemente causam degradação, produzindo manchas pretas excessivas. Você está melhor com um parafuso projetado para fornecer uniformidade de fusão.

Resinas amórficas derretem de forma diferente. Elas requerem substancialmente menos energia e são mais fáceis de derreter. Derretem como manteiga congelada. Uma pelete amorfa à temperatura ambiente é dura, mas à medida que aquece, começa a amolecer. Com mais energia, os materiais amorfos continuam a amolecer até serem adequados para a moldagem. Eles não permanecem duros até atingirem o ponto de fusão, e não têm que superar o calor da fusão. Um grânulo parcialmente não fundido pode ser como um tafetá ou um marshmallow. Se ficar presa entre um parafuso e a parede do barril, esmagar-se-á sem danos ou desgaste severo do parafuso ou do barril. Assim, as resinas amorfas são mais indulgentes durante o processo de fusão. Um parafuso de uso geral pode fornecer um processamento aceitável, mas mais uma vez, essa não é a minha recomendação.

Em resumo, as pelotas semi-cristalinas são mais difíceis de fundir uniformemente do que as pelotas amorfas. Um parafuso de uso geral pode processar pelotas amorfas, mas com tamanhos de injeção na extremidade pequena (abaixo de 20% da capacidade do barril), e na extremidade alta (acima de 40%), a maioria dos moldadores terá problemas com pelotas semi-cristalinas. Eu não recomendo desenhos de barreira. Em vez disso, especifique um design de parafuso que forneça uniformidade de fusão com uma relação L/D mínima de 20:1, embora 24:1 seja preferível.