zytel molding guide

Guia de Moldagem
Guia de Moldagem
para as resinas da DuPont Minlon ® e Zytel ®
™
Conteúdo
1. Introdução............................................................................................................................ 03
Moldagem de nylon por injeção................................................................................................ 03
Famílias de nylon DuPont.......................................................................................................... 03
Precauções de operação............................................................................................................. 03
Efeitos térmicos.......................................................................................................................... 03
Emissão de gases e partículas..................................................................................................... 04
Informações sobre segurança..................................................................................................... 04
Riscos de escorregamento.......................................................................................................... 04
Operação de moagem................................................................................................................. 04
2. Características do Polímero Fundido................................................................................. 05
Estrutura de material.................................................................................................................. 05
Calor específico.......................................................................................................................... 05
Viscosidade do polímero fundido............................................................................................... 06
Fluidez do polímero fundido...................................................................................................... 07
Estabilidade do polímero fundido...............................................................................................08
Caracterização do polímero fundido com moldes instrumentados............................................ 08
3. Manuseio do Material.......................................................................................................... 10
Transporte do material................................................................................................................ 10
Manuseio de resinas de nylon.................................................................................................... 10
Efeito da umidade....................................................................................................................... 12
Secagem...................................................................................................................................... 12
Coloração.................................................................................................................................... 13
Controle da Qualidade................................................................................................................ 14
4. A Máquina de Injeção.......................................................................................................... 16
Requisitos da máquina................................................................................................................ 16
Design da máquina......................................................................................................................16
Manutenção e precauções de segurança..................................................................................... 20
5. Projeto do Molde.................................................................................................................. 21
Material do molde...................................................................................................................... 21
Os sistemas de alimentação........................................................................................................ 21
Saídas de gases........................................................................................................................... 23
Contrasaídas.............................................................................................................................. 24
Circuito de refrigeração.............................................................................................................. 24
Moldes de câmara quente........................................................................................................... 24
6. Condições de Moldagem..................................................................................................... 27
Temperatura do polímero fundido............................................................................................. 27
Perfil de temperatura do cilindro............................................................................................... 27
Temperatura do Bico.................................................................................................................. 27
Velocidade e pressão de injeção................................................................................................ 28
Pressão e tempo de recalque...................................................................................................... 29
Velocidade de dosagem da rosca e contrapressão...................................................................... 30
Descompressão.......................................................................................................................... 31
Temperatura do molde............................................................................................................... 31
Tempo de resfriamento.............................................................................................................. 32
Extração..................................................................................................................................... 32
7. Funcionamento da Máquina de Injeção........................................................................... 33
Partida......................................................................................................................................... 33
Interrupção do ciclo................................................................................................................... 33
Parada......................................................................................................................................... 33
Purga........................................................................................................................................... 33
8. Considerações Dimensionais de Moldagem e Pós-Moldagem......................................... 34
Contração de moldagem............................................................................................................ 34
Efeito da absorção de umidade nas dimensões......................................................................... 35
Contração Pós-Moldagem e recozimento................................................................................... 36
Empenamento............................................................................................................................ 36
Tolerâncias................................................................................................................................. 36
2
1. Introdução
Famílias de nylon DuPont
As resinas de nylon Zytel® são classificadas pela sua
composição química nos seguintes grupos:
Este manual é composto por duas partes. A primeira
parte apresenta uma visão abrangente do processo
de moldagem por injeção de nylon. O objetivo é o
de proporcionar uma melhor compreensão sobre o
que ocorre durante o processo de moldagem.
As informações referentes aos fenômenos e
processamento de polímeros foram elaboradas para
possibilitar uma comparação entre as diversas
características de diferentes famílias de nylon ao invés
de características detalhadas de grades específicos.
A seção “Moldagem de nylon por injeção” contém
maiores informações sobre a subdivisão das diversas
famílias de nylon.
–
–
–
–
–
–
Nylon 66
Nylon 6
Copolímero de Nylon 66/6
Blenda de Nylon 66 + 6
Nylon 6.12
Nylon amorfo transparente
As principais propriedades das resinas de nylon
Zytel® são:
– Alta resistência mecânica
– Excelente balanço de rigidez e tenacidade
– Bom desempenho sob altas temperaturas
– Boas propriedades elétricas e de flamabilidade
– Boa resistência à abrasão e química.
A segunda parte é composta por tabelas ilustrando
os parâmetros mais importantes e recomendados para
o processo de moldagem por injeção. A seguir, é
apresentada uma relação completa da linha de resinas
de nylon da DuPont.
Propriedades como ponto de fusão, absorção de
umidade e módulo de elasticidade são determinadas
principalmente pelo tipo de nylon. O peso molecular
do nylon determina a viscosidade do fundido e a
resistência ao impacto.
Moldagem de nylon por injeção
Apesar do fato das resinas de nylon Minlon® e Zytel®
serem comercializadas por mais de 50 anos, continua
sendo importante otimizar as condições de moldagem
para se obter o máximo das propriedades disponíveis
nestes materiais.
Basicamente, o processo envolve o aquecimento e o
cisalhamento dos grânulos sólidos até sua fusão, a
transferência deste material fundido para um molde e
a sua manutenção sob pressão até que se cristalize.
Além disso, o nylon pode ser facilmente modificado
e reforçado, permitindo a obtenção de uma variedade
de produtos com características personalizadas para
processos e usos específicos.
As principais famílias dos nylon Zytel®, descritas
neste manual, são as seguintes:
– Sem reforço
– Tenazes/Supertenazes
– Reforçados com fibras de vidro
– Reforçados com carga mineral
– Reforçados com carga mineral/fibras de vidro
– Auto-Extinguíveis
– Alta viscosidade/extrusão
– Especialidades.
Cada tipo de nylon possui as suas próprias características
específicas de processamento que devem ser consideradas
e compreendidas antes que seja moldado, para que se
obtenha o nível de qualidade desejado.
As condições de moldagem afetam consideravelmente
a qualidade da peça, alterando características tais
como a resistência nas linhas de emenda, aparência
superficial e a estabilidade dimensional.
As condições ótimas de moldagem para qualquer
grade são determinadas através da combinação das
características de processamento dos polímeros
utilizados, com a dos modificadores e aditivos, que
possuem suas próprias características reológicas.
1.1 Precauções de operação
Assim como no caso da maioria das resinas termoplásticas, a moldagem das resinas Zytel® reforçadas com
fibras de vidro e Minlon® é uma operação simples e
segura. A boa prática recomenda que os seguintes riscos
potenciais sejam considerados:
* Efeitos térmicos
* Emissão de gases e partículas
* Riscos de escorregamento
O conhecimento básico destas características
reológicas auxilia na compreensão das influências
que as alterações de um parâmetro de moldagem
exercem na qualidade das peças moldadas. A Seção 2
aborda este tema.
As recomendações contidas neste manual são
aplicáveis à maioria dos nylons da DuPont.
Com o objetivo de simplificar as diretrizes de
moldagem, possibilitando que sejam de fácil leitura,
os grades foram classificados sob tipos genéricos.
1.1.1 Efeitos térmicos
O contato da pele com as resinas Zytel® reforçadas
com fibra de vidro e Minlon® fundidas pode provocar
queimaduras graves. Isto pode acontecer quando formam-se
gases em excesso, gerando alta pressão no cilindro da
máquina e, consequentemente, risco de explosão, liberando
polímero fundido através do bico ou do funil de alimentação.
3
1.1.2 Emissão de gases e partículas
Durante as operações de secagem, purga, moldagem e
moagem, são liberadas pequenas quantidades de gás e
de partículas. Como regra geral, recomenda-se uma
ventilação local por exaustão durante o processamento
das resinas Zytel® e Minlon®, assim como para todas
as resinas plásticas. Uma taxa de exaustão de
aproximadamente 5 m3 ar/min por kg/h de resina
processada mantém a concentração de partículas e de
gases bem abaixo do limite de 5 mg/m3 quando o
processamento for executado dentro dos parâmetros
recomendados (moldagem, purga e secagem). Para
mais detalhes consulte o manual “Utilização Adequada
de Exaustão Durante o Processamento de Plásticos”
publicado pela DuPont.
Para minimizar as probabilidades de um acidente, as
instruções fornecidas neste manual devem ser cuidadosamente observadas. Os riscos potenciais devem ser previstos e eliminados ou minimizados através do estabelecimento dos seguintes procedimentos, incluindo a utilização
de equipamentos e roupas próprias de proteção.
Não permita que a resina permaneça na máquina de
injeção por mais de 15 minutos na temperatura de
moldagem. Caso esta situação ocorra, por exemplo,
durante uma interrupção prolongada de ciclo,
mantenha-se particularmente alerta durante o
processo de purga. Leia cuidadosamente o Capítulo 7:
Funcionamento da máquina de injeção.
Ao executar a purga, certifique-se de que a bomba de
alta vazão esteja desligada e que a proteção do bico
esteja encaixado corretamente. Reduza a pressão de
injeção e acione várias vezes de modo intermitente o
botão de injeção minimizando a possibilidade de
ocorrência de acúmulo de gás no cilindro, o que
causaria uma expulsão violenta do polímero fundido.
Coloque o material da purga em um recipiente com
água para suprimir a exalação de gases e o odor.
1.1.3 Informações sobre segurança
A DuPont fornece as Fichas de Segurança de Material
(MSDSs) a seus clientes juntamente com o pedido
inicial de compras e sempre que forem revisadas.
As MSDSs incluem informações sobre componentes
perigosos, riscos à saúde, procedimentos de emergência
e de primeiros socorros, procedimentos de descarte e
informações sobre armazenamento.
Havendo suspeita de degradação1 de resina em
qualquer momento, o conjunto de injeção deve ser
recuado, a projeção do bico posicionado e o cilindro
esvaziado. Após o início da rotação da rosca, deve-se
introduzir um material de purga adequado (polietileno
de alta densidade). A temperatura pode então ser
gradualmente reduzida e a máquina desligada. Veja
“Purga” no Capítulo 7: Funcionamento da máquina de
injeção, para maiores detalhes.
1.1.4 Riscos de escorregamento
Os grânulos das resinas Zytel® e Minlon® podem
provocar escorregamento no caso de serem
derramados no piso. Qualquer derramamento deve
ser limpo imediatamente.
1.1.5 Operação de moagem
Ao executar qualquer operação de moagem, além
da utilização de um equipamento com sistemas de
segurança adequados, a instalação deve proporcionar
uma proteção adequada contra ruído e poeira. Devem
ser utilizadas telas, filtros e ventilação em condições
adequadas de operação. Os operadores devem utilizar
equipamentos de proteção individual (EPI)
apropriados, incluindo luvas e protetores faciais.
Caso, ao acionar o comando de injeção ou de rotação
da rosca, não seja verificado fluxo de material, o bico
pode estar obstruído. Neste caso, desligue as resistências do cilindro e observe as práticas de segurança
preestabelecidas. Sempre considere que pode haver
gás sob alta pressão confinado no cilindro, com a
possibilidade de liberação inesperada. Um protetor
facial e luvas de mangas longas devem ser usados
nestas condições. Antes de reiniciar a operação, tanto
a máquina como o material devem ser avaliados para
determinação da causa da degradação.
Na eventualidade do polímero fundido entrar em
contato com a pele, resfrie a área afetada imediatamente com água fria ou com uma bolsa de gelo e
procure auxílio médico especializado em queimaduras.
Não tente retirar o polímero da pele. Consulte as
Fichas de Segurança do Material (MSDS) para
referências. Para informações adicionais telefone
para o número indicado nas Fichas de Segurança do
Material (MSDS).
Devido ao fato das resinas Zytel® e Minlon®
necessitarem de secagem a altas temperaturas, o
contato com funis, silos ou tubulações de ar quentes
pode resultar em queimaduras graves. O isolamento
térmico destes componentes reduz esta possibilidade.
1
Escape excessivo de gás pelo
bico, polímero severamente
descolorado, rosca recuando
além do limite traseiro
estabelecido, etc.
4
2. Características do polímero fundido
A Fig. 1 mostra algumas curvas experimentais de
volume específico de Zytel® sem reforço. No estado
fundido, o volume específico é muito maior que no
estado sólido. Durante a moldagem, a resina fundida
é mantida sob pressão, tipicamente a 70 MPa, o que
significa que há uma alteração menor do volume
durante a cristalização nesta condição em relação a
quando a pressão é zero. A contração é o resultado
direto da cristalização da resina fundida.
As características físicas de um polímero fundido
definem as condições em que deve ser moldado.
Dentre estas podemos citar:
* A estrutura molecular, que é basicamente
semi-cristalina, e as diversas alterações que
ocorrem com as variações de temperatura e pressão.
* A quantidade de energia (calor específico e
calor latente).
Fig. 1 Diagrama de Pressão-Volume-Temperatura
(volume específico em função da temperatura e pressão)
* O comportamento de fluxo do material fundido e
especificamente a viscosidade, como o parâmetro
reológico mais importante.
1,10
P=
ZYTEL® 103 HSL NC-10
0
* A velocidade de cristalização da resina.
* A estabilidade da resina, especificamente sob altas
temperaturas e na presença de água.
30
1,05
volume específico cm 3/g
2.1 Estrutura do Material
2.1.1 Cristalinidade
A maioria das poliamidas possui uma estrutura
semi-cristalina. Isto significa que uma proporção do
polímero se solidifica em uma certa estrutura ordenada
e uniforme. O restante se solidifica em um estado
amorfo, sem uniformidade.
60
80
100
120
1,00
150
MPa
0,95
0,90
Durante o processo de cristalização, as moléculas se
agrupam em cristais que normalmente se juntam uns
aos outros, formando esferolitos com até 0,2 mm de
diâmetro. Se a orientação dos cristais se apresentar em
apenas uma direção, como freqüentemente ocorre na
superfície da peça, a zona do material será transparente.
0,85
0
50
100
150
200
250
300
350
Temperatura (°C)
Uma vez que a contração deve ser mínima, a resina
fundida deve ser mantida sob pressão até que esteja
totalmente cristalizada.
Diferenças fundamentais nas estruturas de polímeros
semi-cristalinos e amorfos resultam em propriedades
e condições de moldagem diferentes.
No estado sólido, as resinas de nylon possuem
uma cristalinidade entre 40% e 60%. A curva
correspondente na Fig. 1 deve ser interpretada como
uma faixa que reflete esta variação e os outros fatores
que influenciam a estrutura cristalina.
Dentre as propriedades mais importantes dos materiais
cristalinos, em contraste com os materiais amorfos,
podemos citar as seguintes:
* Grandes alterações de volume com a temperatura,
ao passar do estado fundido para o sólido e vice-versa.
As resinas de nylon 66 apresentam o mais alto grau
de cristalinidade dentro da família do nylon. Isto tem
grande influência sobre as propriedades mecânicas,
absorção de umidade e resistência química do produto
moldado.
* É necessário muita energia para fundir o polímero.
Estes dois fenômenos, juntamente com os demais
implicam, ao contrário dos materiais amorfos, na
inexistência do risco de supercompactação, mesmo sob
pressões muito altas de injeção e recalque.
2.2 Calor Específico
A energia necessária para aumentar a temperatura de
um polímero é determinada, geralmente, pelo seu
calor específico, definido como a quantidade de calor
necessária para aumentar a temperatura da massa
unitária do material em 1 °C. No caso de materiais com
estrutura cristalina, há a necessidade de maior aquecimento para passar o material do estado sólido para o
estado fundido.
Esta energia é representada por um pico na curva de
calor específico (Fig. 2).
2.1.2 Alterações de volume
As alterações de volume são normalmente descritas
em termos de volume específico, que é o inverso da
densidade. Para materiais semi-cristalinos, o volume
específico é função da temperatura, pressão e, na fase
sólida, do grau de cristalinidade.
5
2.3 Viscosidade do polímero fundido
A viscosidade do polímero fundido determina em
grande parte a pressão de injeção - a alta viscosidade
implica em menos fluxo e queda de pressão mais alta.
A viscosidade do polímero fundido é uma função direta
do peso molecular (por exemplo, o Zytel® 42 tem um
peso molecular mais alto, portanto, uma viscosidade
mais alta que o Zytel® 101 L).
Fig. 2 Calor específico em função da temperatura
8,3
2,75 Nylon 66
2,6
DELRIN®
2,2
A viscosidade dos nylons fundidos é influenciada
por vários fatores, especialmente pela temperatura,
cisalhamento e teor de umidade na resina.
2,0
1,8
1,6
2.3.1 Viscosidade do Polímero Fundido em Função da
Temperatura
A regra geral de que os líquidos se tornam menos
viscosos com o aumento de temperatura é certamente
verdadeira para polímeros fundidos. Por este motivo,
torna-se necessário especificar a temperatura na qual a
viscosidade do polímero fundido foi medida. A Fig. 3
mostra que a viscosidade de um Zytel® sem reforço é
menos sensível às alterações de temperatura do que os
grades reforçados e modificados ao impacto.
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
Poliestireno
0,4
0,2
0
0
50
100
150
200
250
300
350
2.3.2 Viscosidade do Polímero Fundido em Função da
Taxa de Cisalhamento
O cisalhamento é um parâmetro que caracteriza a
velocidade de deformação do fluxo do material, sendo
uma função da velocidade do fluxo e da geometria dos
canais de alimentação. A viscosidade diminui consideravelmente com o aumento da taxa de cisalhamento
(veja a Fig. 4).
Temperatura (°C)
Desta forma, a quantidade total de calor necessária para
fazer com que cada polímero atinja sua temperatura de
processo é representada pela área sob cada curva.
Portanto, as resinas cristalinas precisam de uma energia
calorífica mais alta que as resinas amorfas, sendo que
as resinas de nylon sem reforço precisam de duas vezes
mais calor total em comparação com o poliestireno, por
exemplo, conforme mostra a Tabela 1.
Portanto, através do aumento da velocidade de injeção
pode-se reduzir a viscosidade, melhorando o preenchimento de peças mais complexas. A viscosidade varia
de acordo com o grade da resina, conforme mostram as
Fig. 3 e 4.
Essa diferença no comportamento influencia o design
do cilindro e da rosca, fator crítico para polímeros
semi-cristalinos.
Fig. 3 Viscosidade do polímero fundido em função da temperatura
Tabela 1 - Energia calorífica necessária para o processamento
Resina
Calor de Fusão
(kJ/kg)
Calor Total
Necessário (kJ/kg)
Poliestireno
Delrin®
Polietileno de
alta densidade
Zytel® 101L
0
163
372
419
242
130
1000
Viscosidade em Pa·s (at 1000 s-1)
Calor específico (kJ kg –1 K –1)
2,4
721
791
ZYTEL® ST801
ZYTEL® 70G30
MINLON® 13 MM
100
ZYTEL® 101 L
10
265
275
285
295
305
Temperatura do polímero fundido em °C
6
315
2.3.5 Temperatura do polímero fundido e ponto de fusão
A maioria das resinas de nylon Zytel® e Minlon®
são semi-cristalinas, portanto, apresentam pontos
de fusão bem definidos, ao contrário das resinas
amorfas que apresentam uma larga faixa de
amolecimento.
A temperatura recomendada para o polímero
fundido pode variar não apenas de grade a grade,
mas também de aplicação para aplicação.
Fig. 4 Viscosidade do polímero fundido em função do
cisalhamento a 290°C
Viscosidade aparente (Pa·s)
1000
ST801
70G43
490
70G30
450
408
101L
O preenchimento da cavidade pode ser melhorado
com o aumento da temperatura do fundido, porém,
ela deve ser mantida abaixo do ponto onde o material
possa começar a degradar (veja a Seção 2.5).
100
Uma baixa temperatura do polímero fundido pode
levar a efeitos indesejáveis, tais como heterogeneidade
ou auto-nucleação.
10
100
1000
2.4 Fluidez do polímero fundido
A fluidez do polímero fundido é um parâmetro
crucial para o seu desempenho durante a moldagem.
Para que se possa comparar a fluidez de vários
materiais, aceita-se geralmente um método padrão de
medição chamado fluxo em espiral. Este método
mede o comprimento de fluxo em função da pressão
de injeção para um dado material, seção da espira
(redonda ou retangular) e a temperatura do molde.
A umidade da resina deve ser levada em consideração
(veja a Seção 2.2) para que se chegue a conclusões
corretas.
Para os materiais da DuPont, quanto maior a
quantidade de modificador de impacto, menor o
comprimento de fluxo. A Fig. 6 mostra as
características de fluidez relativa de diversos grades
de Zytel®. As resinas foram moldadas dentro das
condições padrão, seguindo os parâmetros
recomendados para cada uma.
10000
Cisalhamento aparente (1/s)
2.3.3 Viscosidade do Polímero Fundido em Função
da Umidade
A viscosidade do polímero fundido durante a injeção
é um parâmetro importante, portanto, as reações químicas que podem ocorrer no cilindro devido à umidade
não podem ser ignoradas. O teor de umidade afeta a
viscosidade do polímero fundido, devido à hidrólise
que ocorre durante o processo de injeção (veja a Seção
2.5).
Como regra geral, para todos os nylons, quanto maior o
teor de umidade menor é a viscosidade do polímero
fundido (Fig. 5).
Fig. 5 Influência do teor de umidade na viscosidade do
ZYTEL® 101 at 295°C
Fig. 6 Fluidez relativa de resinas ZYTEL®
1
H2O = 0,07%
Espessura: 2,5 mm
100
0,8
H2O = 0,20%
10
Teor de umidade entre 0,15 e 0,2 %
0,9
Fluidez relativa
Viscosidade aparente. (Pa s)
1000
100
1000
10000
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
Cisalhamento aparente (s–1)
0,2
7
ZYTEL® 70G60
ZYTEL® 70G43
ZYTEL® 70G30
ZYTEL®70G20
ZYTEL®79G13
ZYTEL® 80G14
ZYTEL®ST801
ZYTEL® 490
ZYTEL® 450
ZYTEL® 408
0
2.3.4 Viscosidade Relativa (VR)
A viscosidade relativa é uma medição (adimensional)
do peso molecular médio da resina. Quanto maior a
viscosidade relativa maior o peso molecular do
polímero.
ZYTEL® 101
0,1
PA 66 não modificada
Reforçadas com fibras de vidro/tenazes
Tenazes
Reforçadas com fibras de vidro
2.5 Estabilidade do polímero fundido
Um tema que gera grande preocupação entre os
transformadores é a estabilidade da resina, principalmente quanto à degradação durante a moldagem. A
degradação diminui o peso molecular e, consequentemente, as propriedades finais. A degradação pode ocorrer por um dos seguintes motivos:
Para teores de umidade acima de 0,25%, observa-se
diminuição da flexibilidade e elasticidade, manchas e
tendência à geração de rebarbas.
2.5.2 Degradação térmica
Assim como ocorre com todos os demais plásticos, as
resinas de nylon da DuPont estão sujeitas a degradação
térmica.
A degradação depende tanto da temperatura do
polímero fundido como do tempo de residência (ou
tempo de permanência no cilindro). Quanto mais alta
a temperatura do polímero fundido, menor o tempo
de residência que provoca danos ao material (veja a
Fig. 8). Sob condições normais, a degradação térmica
é desprezível.
* Hidrólise resultante de resina com alto teor de
umidade.
* Degradação térmica devido a um tempo de residência
excessivo (ou a presença de pontos de retenção) ou
temperaturas acima das recomendadas no cilindro.
2.5.1 Hidrólise
Os nylons são produtos de policondensação, portanto,
condensação ou hidrólise podem ocorrer dependendo
da pressão, teor de umidade, temperatura e tempo de
residência.
Como exemplo, o Zytel® 101L quando processado a
310ºC pode ter seu peso molecular reduzido em 6%
após 10 minutos e em 17% após 30 minutos de tempo
de residência.
Durante a moldagem o peso molecular e, consequentemente, a viscosidade relativa (VR) são alterados
dependendo dos parâmetros mencionados acima. A
Fig 7 mostra que, durante a moldagem, a resina muito
seca pode sofrer uma policondensação e consequente
aumento de VR, enquanto um alto teor de umidade
leva à hidrólise e a uma diminuição de VR. O teor de
umidade de equilíbrio é de aproximadamente 0,12% a
uma temperatura de 295°C para a resina em questão.
Deve-se dar uma atenção especial ao tempo de
residência durante a moldagem de grades
auto-extinguíveis, estabilizados termicamente e
formulações especiais.
Resistência ao impacto
Izod c/ entalhe (J/m)
Fig. 8 Efeito do tempo de residência nas propriedades de
impacto de nylons reforçados
Para um teor de umidade inferior a 0,20% em peso e
sob condições normais de processamento, a velocidade
de reação do processo de hidrólise ou policondensação
é lenta, de modo que as características das peças
moldadas permanecem praticamente inalteradas.
1000
280°C
800
600
400
200
5
Limite do TR
p/polímero
fundido a
310°C
10
para 280°C
310°C
15
Tempo de residência (min)
Fig. 7 Viscosidade do polímero fundido em função do tempo e
umidade para o ZYTEL® 101
Com taxa de cisalhamento de 1000 s –1
2.6 Caracterização do polímero fundido com moldes
instrumentados
Através do uso de transdutores de pressão na
cavidade acoplados a um sistema de coleta de dados
é possível avaliar rapidamente pequenas diferenças
nas propriedades da resina (comportamento de fluxo
e cristalização) e compreender melhor como diversos
parâmetros de injeção influenciam a qualidade da
moldagem.
150
ZYTEL® 101L
Viscosidade do fundido (Pa·s)
130
H2O = 0,1%
110
90
70
H2O = 0,2%
50
H2O = 0,3%
30
0
5
10
15
20
25
Tempo de residência (min)
8
20
Normalmente um transdutor de pressão simples
instalado próximo ao ponto de injeção é o suficiente
para determinar o tempo de cristalização (TC) da peça
(Fig. 9). Havendo necessidade de maiores informações
sobre a consistência da viscosidade da resina, um
segundo sensor pode ser colocado em um ponto mais
distante do fluxo de resina, de modo a permitir o
cálculo da queda de pressão entre os dois pontos
durante as fases de injeção e de recalque.
Molde A
Transdutor de Pressão Simples
Z YTEL ® 135 F
Espessura da parede: 2,0 mm
60
30
Fig. 10 Pressão na cavidade medida durante a injeção e o
recalque (2 transdutores)
Tempo de recalque
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tempo (s)
Pressão na Cavidade
100 do Molde
Pressão no Interior da
cavidade (MPa)
15
Dois Transdutores de Pressão
ZYTEL® 70G30
Espessura de Parede: 2,0 mm
Queda de
80 Pressão
Dinâmica
Transdutor 2
60
40
20
Tempo de
Preenchimento
Dinâmico
0
1
2
3
4
5
Tempo
9
Molde B
Transdutor 1
TC 6,0 s
Tempo de
preenchimento
dinâmico
45
TC 5,27 s
75
TC 6,30 s
Pressão no interior da
cavidade (MPa)
Fig. 9 Pressão na cavidade medida durante a injeção e o
recalque (1 transdutor)
6
7
8
9
10
3. Manuseio do material
3.1 Transporte do Material
3.2.1 Armazenamento
3.1.1 Forma Física da Resina
As resinas de nylon Zytel® são materiais sólidos
granulados, tipicamente cortados em cilindros
com dimensões nominais de 3 x 2,5 mm.
* A resina de nylon deve ser armazenada em área
seca sob uma temperatura próxima da área de
operação.
* Quando o material for armazenado em um local
frio, deve-se permitir que a embalagem atinja a
temperatura da área de moldagem antes de abri-la.
Algumas das propriedades de armazenamento,
necessárias para o dimensionamento adequado
de equipamentos como funis, válvulas rotativas e
zonas de alimentação das roscas são mostradas na
Tabela 2.
* O armazenamento deve permitir uma disposição do
tipo “primeiro a entrar/primeiro a sair”. Apesar do
material estar protegido contra umidade por uma
embalagem especial, pequenos teores de umidade
podem ser absorvidos com o passar do tempo.
3.2.2 Manuseio de resina virgem
Tabela 2 Propriedades de armazenamento
Material
Não modificados
Tenazes
Reforçados com
fibras de vidro
Super tenazes
Nylon66
Nylon 66
Nylon 66
Nylon 66
Densidade
aparente (kg/m3)
720-800
640-720
800-870
640-720
Ângulo de
Repouso (graus)
45
<60
Procedendo de acordo com as recomendações abaixo,
as dificuldades de moldagem que poderiam resultar
de altos teores de umidade podem ser quase que
completamente eliminadas.
* Para evitar a condensação de umidade do ambiente
na resina, certifique-se de que a embalagem da
resina seja mantida por um determinado período de
tempo à temperatura da área de moldagem (ou
acima), antes de abri-la. Para tanto, recomenda-se
que embalagens para o suprimento de pelo menos
um dia de utilização sejam estocadas na área de
moldagem.
<60
<60
As famílias a base de Nylon 6, 6/66, 6.12 possuem uma
densidade aparente levemente mais baixa (de até 5%).
* Mantenha no funil uma quantidade de material
de forma que o tempo de permanência não seja
superior a 1 hora.
A densidade aparente é a densidade das partículas
do material incluindo os espaços vazios entre eles.
O ângulo de repouso caracteriza a habilidade de fluxo
dos grânulos em alimentadores e funis. Ângulos de
repouso entre aproximadamente 0º e 45º indicam
materiais de fluxo livre. Quando os ângulos excedem
aproximadamente a 50° os materiais apresentam
fluxo coesivo.
* Para evitar a absorção de umidade pelos grânulos,
não exponha a resina não utilizada à atmosfera.
Sacos abertos devem ser selados novamente com
um ferro elétrico doméstico ou alicates de vedação
a quente.
Todas as resinas DuPont são fornecidas secas e prontas
para serem moldadas diretamente a partir das embalagens de transporte.
3.1.2 Embalagem
As resinas de nylon Zytel® encontram-se disponíveis
em 3 tipos de embalagens:
– Pallet com 40 sacos de 25 kg
– Caixas octogonais (octabin) de 1000 kg (com
ou sem descarga na parte inferior)
3.2.3 Manuseio de material moído
É possível moer e reutilizar resinas previamente
moldadas, seguindo o procedimento abaixo.
A prática recomendada é a de utilizar o material moído,
misturado à resina virgem, na medida em que for gerado.
A quantidade máxima de moído depende dos requerimentos da aplicação. Através dos gráficos 11 e 12 é
possível prever os efeitos do moído sobre as propriedades mecânicas de peças moldadas com resinas de
nylon Zytel® reforçadas com fibras de vidro.
É importante ressaltar que a performance das peças são
mais afetadas pela qualidade do material moído que
pelo percentual utilizado.
Informações detalhadas sobre estes tipos de
embalagem podem ser encontradas com seu
representante DuPont.
3.2 Manuseio de Resinas de Nylon
Ao utilizar resinas de nylon, um requisito importante é
assegurar que a resina seja processada seca e livre de
contaminação.
10
* Mantenha o tamanho das partículas de material
moído uniforme. O pó absorve umidade rapidamente (devido à grande proporção superfície/
volume) e se adere às paredes do cilindro. Também
desenvolve carga eletrostática que atrai contaminação que, por sua vez, pode entupir os filtros dos
alimentadores a vácuo. Mantenha as facas do
moinho afiadas e adequadamente ajustadas para
minimizar sua formação. O pó pode ser separado
do material moído através de ciclones ou de
peneiras vibratórias com malha entre 12 e 16.
* Limpe os moinhos e recipientes de material moído
constantemente.
Fig. 11 Retenção de propriedades mecânicas em relação ao
número de passes (100% moído)
100
90
80
70
%
60
50
40
30
20
10
0
1ª Moldagem 2ª Moldagem 3ª Moldagem 4ª Moldagem 5ª Moldagem
em relacão
Comprimento das Fibras ( à virgem )
Resistência à tração (Seco)
Impacto Izod (Seco)
Módulo de flexão (Seco)
Fig. 12 Retenção de propriedades mecânicas em relação ao
percentual de material moído utilizado
100
90
80
70
3. Algumas características do material podem variar,
dependendo da quantidade de passes. Para manter
as propriedades das peças moldadas uniformes, é
necessário:
* Manter uma proporção constante entre a resina
virgem e o material moído. Ambos devem ser
misturados antes da alimentação.
* Para evitar o acúmulo de material moído, utilize-o à
medida em que for gerado. Um sistema de separação, moagem e mistura em circuito fechado é ideal.
* A melhor forma de moer resinas de nylon reforçadas
com fibras de vidro é a quente, para minimizar a
quebra das fibras.
%
60
As resinas de nylon reforçadas com fibras de vidro são
as que mostram a maior sensibilidade quanto à
moagem. Isto ocorre principalmente devido à quebra
de fibras durante o processo de moagem. A Fig. 11
mostra o efeito de múltiplas moagens sobre as
propriedades mecânicas da peça moldada, neste caso
para o Zytel® reforçado com 33% de fibras de vidro.
Essa figura mostra a correlação entre a quantidade de
processamentos do Zytel® e a queda das propriedades
mecânicas. A perda de propriedades mecânicas com
100% de material moído é expressa como um
percentual das propriedades do material virgem.
50
40
30
20
10
0
0%
10%
20%
Impacto Izod (Seco)
30%
40%
50%
Módulo de flexão (Seco)
Resistência à tracão (Seco)
Para utilizar o material moído de forma eficaz, os
seguintes princípios devem ser observados:
1. O material moído absorve mais umidade, e mais
rapidamente, do que a resina virgem. Portanto:
* Proteja-o contra umidade, mantendo-o em
recipientes vedados.
* Os galhos devem ser moídos, misturados e
utilizados o mais rápido possível, evitando uma
operação extra de secagem.
Se o material moído for manuseado em um circuito
fechado e misturado com material virgem de acordo
com as recomendações acima, o efeito do mesmo sobre
as propriedades mecânicas das peças moldadas será
pequeno.
A Fig. 12 ilustra este resultado na forma de retenção de
propriedades de peças moldadas utilizando-se o Zytel®
reforçado com 30% de fibras de vidro para diversas
proporções de material moído.
2. O material moído pode conter uma quantidade
consideravelmente maior de contaminantes do que o
material virgem, portanto:
* Não utilize peças moldadas e galhos que estejam
descolorados ou com defeitos superficiais. Estas
podem ser indicações de que a resina foi degradada.
* Certifique-se de que o material moído está livre de
contaminação.
* Minimize o manuseio de galhos. Utilize luvas sem
fiapos.
3.2.4 Descarte de refugo
Observando-se as recomendações deste manual, são
minimizadas as quantidades de refugo de processamento e de peças rejeitadas. No entanto, durante a produção de peças, uma certa quantidade de refugo, não
reutilizável, sempre é gerada. Este refugo deve ser adequadamente descartado.
11
A DuPont recomenda como melhor opção a incineração para recuperação de energia. O incinerador deve
possuir equipamentos adequados para limpar os gases
de combustão antes que sejam liberados.
As resinas de nylon da DuPont são fornecidas secas e
prontas para serem moldadas diretamente a partir das
embalagens, desde que estas não estejam danificadas.
Os produtos Zytel® e Minlon® não são solúveis em água
e não possuem praticamente nenhum aditivo que possa
ser extraído pela água. Portanto o Zytel® e o Minlon®
não oferecem qualquer risco à saúde humana ou ao
meio ambiente quando dispostos em aterros para materiais sólidos.
Fig. 13 Efeito da VR e do teor de umidade na aparência
superficial das peças
65
VRs das resinas
Peças incompletas
Para qualquer descarte deve-se observar a regulamentação local que pode variar significativamente de localidade para localidade.
3.3 Efeito da umidade
O teor de umidade das resinas de nylon para injeção é
um parâmetro especialmente importante, e exerce um
efeito direto sobre o processo, as propriedades mecânicas, a viscosidade do material fundido e a aparência
das peças moldadas.
60
Bom
Estrias
55
Rebarbas
50
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
Teor de umidade dos nylons reforçados com carga mineral (%)
Todos os nylons são higroscópicos e absorvem
umidade da atmosfera conforme o ilustrado
anteriormente (seção 3.2.2).
* A água reage quimicamente com os nylons sob
temperaturas acima do ponto de fusão. Esta reação
(hidrólise) resulta em uma diminuição do peso
molecular que, consequentemente, diminui as
propriedades e o desempenho das peças moldadas
(seção 2.5).
3.4 Secagem
O teor de umidade máximo para moldagem é
determinado pela formulação da resina e pelas exigências de moldagem e deve, em geral, ser sempre inferior
a 0,2%. Para certos casos, inferior a 0,1%.
Todos os nylons são higroscópicos e absorvem umidade da atmosfera. Assim sendo, se o nylon virgem for
mantido em uma embalagem aberta por qualquer período de tempo significativo, ou se material moído for utilizado, é necessário realizar a secagem.
O comportamento reológico do polímero fundido
é então modificado e pode causar problemas de processamento, como rebarbas e dificuldade de
controle dimensional.
* Ao mesmo tempo, a água absorvida pode formar
vapor, resultando em marcas superficiais e bolhas
internas nas peças moldadas.
* O efeito da umidade pode se agravar ainda mais
devido a tempos de residência longos e/ou temperaturas do polímero fundido excedendo 315ºC. Isto
ocorre devido à diminuição de peso molecular que
afeta a viscosidade relativa. Nestes casos é
aconselhável reduzir o teor de umidade conforme
o necessário.
* Como exemplo, a Fig. 13 mostra o efeito do teor de
umidade e da viscosidade relativa na aparência
superficial das peças moldadas a partir de nylons
reforçados com carga mineral.
O tempo necessário para a secagem do nylon depende de:
* Teor de umidade do ar de secagem
Quanto menor o teor de umidade do ar, menor o
tempo de secagem.
* Temperatura de secagem
Quanto maior a temperatura, menor o tempo de
secagem. Entretanto, temperaturas do ar acima de
90°C, por mais de três horas, podem causar uma
descoloração inaceitável do nylon. Deve-se
conciliar as exigências entre o tempo de secagem
e a temperatura. A temperatura máxima recomendada para a secagem do nylon DuPont é de 80°C.
* Proporção superfície-volume do nylon
O tamanho das partículas é determinado pelas
especificações de fabricação e pelo tamanho das
peneiras de moagem.
O teor de umidade da resina para moldagem varia de
acordo com o grade e com as condições de processo,
mas, em geral, não deve ser superior a 0,2 % em peso.
12
Fig. 14 Absorção de umidade do ZYTEL® virgem (grânulos)
3.5 Coloração
Corantes e pigmentos em pó ou líquidos e
masterbatches (concentrados de cor) podem ser
utilizados com as resinas de nylon Zytel® com sucesso.
Entretanto, tais sistemas podem causar variações de
propriedades e/ou desempenho.
Percentual em peso de umidade
absorvida pelo ZYTEL® 66 virgem
1,2
1,0
100% UR
75% UR
0,8
Ao se utilizar corantes ou pigmentos em pó ou líquidos,
deve-se dar atenção especial aos seguintes aspectos:
0,6
* Os pigmentos ou corantes utilizados devem ser
quimicamente compatíveis com as resinas de nylon
e devem ter boa estabilidade térmica acima da
temperatura de processo da resina.
* Os pigmentos normalmente afetam a cristalização e,
consequentemente, a contração das resinas. Além
disto, o veículo de corantes líquidos afeta a injeção.
* O veículo pode ser considerado como um
lubrificante externo que pode, teoricamente, causar
escorregamentos da rosca levando a problemas de
dosagem.
* O ponto chave na moldagem com sistemas de
coloração é assegurar que haja uma dispersão e
mistura homogênea do pigmento na matriz do
polímero.
50% UR
0,4
0,2
0
2
4
6
8
10
12
Tempo de exposição (h) ao ar úmido a 23°C
O teor de umidade do nylon exposto à atmosfera pode
ser estimado a partir da Fig. 14.
A DuPont recomenda desumidificadores com
alimentação automática para as resinas de nylon.
A estimativa aproximada do tempo necessário para
secar a resina encontra-se indicada na Fig. 15. Os
tempos para materiais reforçados com fibras de vidro,
carga mineral ou grades tenazes podem ser maiores.
Ao utilizar uma técnica de coloração, os seguintes
pontos devem ser cuidadosamente observados:
* Utilização de uma proporção razoável entre o
polímero e corante.
* Utilização de roscas com cabeça para mistura ou de
alta compressão.
* Utilização de curso de dosagem menor que 30% da
capacidade máxima da máquina.
Fig. 15 Dados de secagem para as resinas de MINLON® e ZYTEL®
virgens (desumidificador a 80°C)
10
9
8
7
6
5
4
Percentual de umidade
3
2
Ponto de orvalho –19°C
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
Observação importante
0,3
A DuPont não pode oferecer qualquer garantia pelo
desempenho e propriedades das peças moldadas
quando as resinas de nylon fabricadas pela DuPont
forem misturadas com outros produtos como corantes
ou pigmentos.
0,2
0,1
0
10
20
30
40
50
60
70
Tempo (h)
13
3.6 Controle da Qualidade
A qualidade de uma peça moldada com nylon está
diretamente relacionada com a qualidade da resina utilizada e dos procedimentos de moldagem empregados.
Se as condições de moldagem, projeto do molde e a
qualidade da resina forem aceitáveis, a qualidade da
peça será satisfatória. Se a resina ou os procedimentos
de moldagem forem deficientes, a qualidade da peça
pode ser inaceitável.
Normalmente os problemas de qualidade da peça
podem ser classificados em três áreas gerais: tenacidade, aparência e dimensões. Veja o capítulo 8 para
maiores informações sobre dimensões.
3.6.2 Especificações das Peças Moldadas
Na moldagem por injeção certas inspeções visuais e
ensaios de laboratório podem ser utilizados para
determinar a qualidade da peça. Estes aspectos são
abordados abaixo.
Aparência
O operador da máquina pode detectar rebarbas,
marcas de queima, contaminações, bolhas, etc.,
mediante a inspeção visual das peças ou de seções de
peças moldadas. Normalmente estes problemas podem
ser corrigidos alterando as condições de moldagem ou
realizando a manutenção do molde. Em alguns casos,
o exame microscópico (10 a 100X de aumento) pode
ser utilizado para inspecionar pequenos, porém
importantes, detalhes de moldagem (vazios,
cristalinidade e contaminação).
Alguns dos problemas mais comuns que afetam a
aparência e tenacidade das peças moldadas de nylon
são:
3.6.1 Especificações da Resina
Todos os grades de Zytel® são monitorados e
cuidadosamente controlados quanto à uniformidade
da qualidade. Esta qualidade é preservada se as
embalagens permanecerem intactas durante o
transporte e armazenamento. Se a embalagem ou a
vedação for danificada, a resina absorve umidade
que, por sua vez, afeta sua qualidade.
* Cor - O controle deve ser feito com relação ao tom
real e a uniformidade da cor através da peça. As
peças descoloradas não devem ser reaproveitadas.
Todos os aditivos tais como estabilizantes térmicos e
contra UV, lubrificantes e corantes são controlados
para permitir uma uniformidade de desempenho
tanto na moldagem como na utilização final.
* Estrias - Apesar de grandes quantidades de estrias
serem facilmente observadas, peças com pequenas
quantidades podem passar despercebidas até que
sejam submetidas a um exame visual mais detalhado.
Teor de Umidade
As resinas de nylon Zytel® são fornecidas em
embalagens à prova de umidade, de modo que a
secagem normalmente não é necessária. Entretanto,
as resinas de nylon são higroscópicas e absorvem
umidade quando expostas à atmosfera. Caso tenha
ocorrido absorção excessiva, a resina deve ser seca a
80°C, até que o teor de umidade seja inferior a 0,2%.
Esta observação mais detalhada permite antecipar
eventuais problemas futuros. Normalmente as estrias
são causadas pela umidade ou calor excessivos.
* Rebarbas - O exame visual é o método mais simples
de verificar a existência de rebarbas.
* Marcas de queima - Estas marcas podem ser
detectadas durante a produção. Elas ocorrem devido
a saídas de gases inadequadas no molde.
A umidade excessiva não afeta apenas as propriedades
de fluxo da resina mas também reduz a tenacidade
assim como outros problemas (Veja a Seção 3.3).
* Peças incompletas - Grandes falhas podem ser
facilmente percebidas visualmente. Porém pequenas
depressões podem-ser causadas por preenchimento
incompleto.
Viscosidade relativa
A viscosidade relativa (viscosidade relativa, número
de viscosidade ou viscosidade intrínseca) de uma resina
é uma medição do peso molecular que, por sua vez,
define a tenacidade e o processamento. As resinas de
nylon Zytel® são fabricadas com um peso molecular
que oferece um bom balanço de fluidez e tenacidade.
* Linhas de emenda - A presença de linhas de emenda
visíveis constituem um problema estético e podem,
ainda, resultar em redução de resistência da peça.
* Contaminação - A contaminação superficial pode
ser freqüentemente detectada visualmente.
Uma vez que umidade e calor excessivos podem causar
uma perda de peso molecular e, consequentemente,
uma perda de tenacidade, deve-se dedicar atenção
especial para proteger esta propriedade. A viscosidade
relativa pode ser medida em resinas que são solúveis
em solventes comuns de nylon. Para resinas que foram
modificadas com aditivos insolúveis (fibras de vidro,
carga mineral, modificadores de impacto, etc.), outros
meios, tais como a viscosidade de fundido, devem ser
empregados para avaliar o peso molecular.
14
A presença de contaminantes no interior da peça pode
ser normalmente detectada através de observação com
o auxílio de uma iluminação potente.
Pequenas quantidades de contaminantes podem ser
examinadas com o auxílio de um microscópio.
Testes de Impacto passa-não-passa
Os resultados destes testes são difíceis de quantificar.
Na maioria dos casos, uma grande quantidade de testes
individuais devem ser executados antes de definir os
critérios de aceitação.
* Acabamento - A precisão de reprodução da
superfície do molde, assim como a existência de
riscos indesejáveis, podem ser detectados pela
inspeção visual.
A altura ou peso correspondente é uma medida da
tenacidade.
Tanto o teste de impacto Izod, o impacto de dardo ou
testes de impactos instrumentados se enquadram nesta
categoria. Em alguns casos os parâmetros reais de
teste são especificados (veja a ISO 180/1U e 1A para
impacto Izod) e em outros as condições são escolhidas
arbitrariamente.
* Partículas não Fundidas - Estas partículas podem ser
facilmente visualizadas através da inspeção visual
minuciosa da peça. Elas aparecem como partículas
discretas com tons diferentes.
* Bolhas - Em pequenas espessuras, as bolhas podem
ser detectadas observando a peça moldada através de
um feixe de luz potente. O exame microscópico de
seções transversais das peças pode ser utilizado para
detectar pequenos poros.
No estabelecimento de uma programação de teste,
diversos fatores devem ser especificados e controlados.
* Orientação e Geometria da Amostra - O dardo de
impacto deve aplicar a mesma carga na mesma
direção e localização constantemente.
* Temperatura da Amostra - Deve ser constante e controlada. Tal requisito é especialmente importante em
temperaturas de teste diferentes da temperatura
ambiente. Qualquer variação anormal de temperatura
pode influenciar o resultado. Os testes de impacto
sob baixas temperaturas são especificamente difíceis
de controlar.
* Teor de Umidade da Amostra - O teor de umidade
em cada peça influencia seu desempenho significativamente em um teste de impacto. O teor de umidade
deve ser mantido constante para cada amostra e
preferivelmente deve ser medido.
Tenacidade
A tenacidade das peças moldadas com nylon Zytel®
pode ser estimada através de ensaios de viscosidade
relativa, testes de impacto passa-não-passa e
simulações das condições de uso. Em qualquer um
destes testes, o teor de umidade deve ser especificado,
uma vez que a tenacidade das peças de nylon é
influenciada pela umidade.
Viscosidade relativa (VR)
O nível potencial da tenacidade do nylon é
proporcional ao seu peso molecular. A viscosidade
relativa, que é uma medida indireta do peso molecular,
pode ser determinada conforme descrito pelo método
ASTM D789.
Simulações das Condições de Uso
Estes testes devem refletir a aplicação final da peça.
Deve-se tomar um cuidado especial de modo a
assegurar que sejam empregadas as condições mais
importantes. Estas condições devem simular e não
exceder os níveis de tensão estipulados em projeto.
Caso contrário, peças boas podem ser rejeitadas.
A determinação de uma VR mínima, entretanto,
não é suficiente para assegurar a tenacidade de uma
determinada peça. A degradação molecular não
uniforme por toda a peça, tensões internas e
contaminação reduzem a tenacidade, mas não são
necessariamente detectados através da medição da
viscosidade relativa.
Uma vez que este tipo de teste implica em dissolver
amostras em ácido fórmico, sua utilização limita-se
aos nylons não modificados, tais como o Zytel® E101 L
e E 103 HSL.
15
4. A máquina de injeção
A velocidade de plastificação efetiva é determinada
pelos seguintes fatores:
4.1 Requisitos da máquina
As máquinas de injeção são normalmente caracterizadas por três fatores básicos: força de fechamento,
capacidade de injeção e capacidade de plastificação.
1. Ciclo total
2. Peso de injeção
3. Capacidade de plastificação
* Força de Fechamento. As máquinas para processamento das resinas de nylon DuPont devem oferecer
uma força de fechamento suficiente para suportar
uma pressão na cavidade de cerca de 0,7 ton/cm2 de
área projetada.
4. Design da rosca
5. Presença ou não de “zonas mortas”
(pontos de retenção)
6. Velocidade de rotação da rosca
* Capacidade de Injeção. A capacidade de injeção é
igual ao peso máximo de resina fundida injetada
pela rosca. A densidade das resinas de nylon Zytel®
sem reforço no estado fundido é aproximadamente
igual à densidade do poliestireno fundido (o padrão
utilizado para a especificação das máquinas de
injeção) sob temperaturas e pressões normais de
processamento. Portanto, o peso máximo de
injeção para os nylons não reforçados Zytel® será
aproximadamente igual àquele especificado para
poliestireno.
7. Potência das resistências
8. Tipo de resina - estrutura (amorfa, cristalina), densidade, ponto de fusão, ponto de amolecimento, etc.
9. Forma dos grânulos
10. Percentual de material moído.
Uma vez que o nylon sofre uma alteração física de
estado e volume (diagrama de PVT, Fig. 1) durante o
processo de plastificação, deve-se dar uma atenção
especial à seleção do equipamento e às condições de
processamento.
A capacidade de injeção deve ser dimensionada de
forma que o tempo de residência não seja muito curto
ou excessivamente longo - idealmente, para a maioria
dos grades, entre 3 e 10 min.
O esforço dedicado à seleção da máquina pode ser
em vão se o problema de pontos de retenção não for
meticulosamente considerado.
* Velocidade de Fusão ou Plastificação. A velocidade de fusão ou plastificação é a velocidade
máxima em que uma máquina injetora pode fundir
o polímero uniformemente sob um determinado
conjunto de condições: velocidade da rosca, tempo
total do ciclo e temperaturas do cilindro (perfil).
A unidade de injeção deve ser capaz de injetar o nylon
sob pressões de até 140 MPa. O controle preciso e a
repetibilidade da pressão de injeção são essenciais para
a manutenção das tolerâncias das dimensões das peças
e de outras características da qualidade.
Muito freqüentemente este valor pode ser mal
interpretado, uma vez que a velocidade de plastificação
normalmente baseia-se na máquina de injeção
operando como uma máquina de extrusão.
4.2 Design da máquina
Nesta seção são resumidas diversas regras básicas
para a escolha correta da máquina injetora.
O item “Desgaste” fornece diretrizes importantes
quando da moldagem de resinas de nylon reforçadas
com fibras de vidro ou cargas minerais.
Em uma máquina de injeção, ao contrário de uma
extrusora, o polímero é fundido de forma intermitente
e, assim sendo, sua velocidade efetiva de plastificação
ou fusão é consideravelmente inferior àquela
normalmente definida.
16
4.2.1 A base do funil
Muito freqüentemente a temperatura da base do funil
e o seu sistema de refrigeração são ignorados,
considerados sem importância, ou apenas como um
meio de se evitar problemas de dosagem.
Na verdade, esta é a primeira área onde a resina entra
em contato com a máquina e é neste ponto que as
considerações sobre a qualidade tornam-se importantes.
A base do funil deve ser projetada de modo a evitar
qualquer ponto de retenção (veja a Fig. 16) onde a
resina, pigmentos, lubrificantes ou outros aditivos
podem permanecer retidos. Mesmo quando as
temperaturas do funil estiverem baixas, a qualidade
do material pode ser afetada ao passar por tais áreas.
Por exemplo, os materiais ou compostos podem ser
alimentados de forma descontínua causando
variações na quantidade ou no tempo de dosagem.
4.2.2 Cilindro
São necessários controles independentes para cada
zona de aquecimento do cilindro (correspondente às
zonas funcionais da rosca) inclusive para o bico.
Um comprimento do cilindro de 20 diâmetros é
necessário para uma temperatura uniforme a grandes
vazões.
Desgaste. Os revestimentos internos bimetálicos têm
mostrado resistência excepcional ao desgaste quando
utilizando fibras de vidro.
Cilindros nitretados, por outro lado, não toleram a
abrasão pelas resinas de nylon reforçadas com fibras de
vidro e freqüentemente apresentam desprendimentos
(fragmentação da superfície) e desgaste excessivo do
diâmetro após pouco tempo de utilização.
A refrigeração da base do funil apresenta-se muito
freqüentemente mal localizada em uma área onde a
eficiência de refrigeração é limitada (veja a Fig. 17).
O resultado é que as temperaturas da base do funil
podem alcançar valores elevados (acima de 100ºC).
Por este motivo os grânulos na parte inferior do funil
podem começar a amolecer antes de atingirem a rosca.
Eles podem aderir à rosca, causando consequentemente, problemas de uniformidade ciclo a ciclo,
variações de tempo de dosagem e afetando diretamente
a QUALIDADE DO MATERIAL FUNDIDO. Uma
temperatura muita baixa da base do funil também pode
fazer com que o teor de umidade contido na atmosfera
se condense, resultando em problemas de moldagem,
tais como hidrólise, formação de bolhas ou estrias.
17
4.2.3 Perfil da rosca
Um material fundido de qualidade somente pode ser
obtido com a plastificação adequada da resina. A
capacidade de plastificação de uma rosca depende de
seu perfil, do comportamento térmico e reolólgico do
polímero e dos parâmetros de processamento.
Os polímeros cristalinos possuem uma queda brusca de
viscosidade no ponto de fusão. Para gerar calor por
cisalhamento suficiente, é preciso haver mais atrito e,
portanto, uma zona de plastificação mais longa e mais
rasa (Fig. 19. Parte Inferior).
Por estes motivos, e para obter a melhor qualidade
do fundido com o maior vazão, o perfil da rosca deve
ser adequado. No entanto, as roscas de uso geral,
fornecidas com a maioria das máquinas de injeção, são
normalmente adequadas para a moldagem das resinas
de nylon da DuPont sob baixas taxas de vazão*.
Sob altas taxas de vazão, entretanto, uma rosca
especificamente projetada para a moldagem das resinas
de nylon Zytel® possibilita maior uniformidade da
temperatura do fundido e inexistência de partículas não
fundidas.
Em uma unidade injetora, a energia necessária para
alcançar a temperatura de processo de uma resina é
fornecida pela condução de calor através do cilindro e
pelo calor gerado pelo atrito entre a rosca e o polímero.
O calor de condução é limitado pela condutividade
térmica do polímero, que é baixa. O calor de atrito
depende principalmente da viscosidade da resina e do
cisalhamento (contrapressão e velocidade da rosca).
As resinas amorfas sofrem uma alteração gradual na
viscosidade com relação à temperatura e normalmente
apresentam uma viscosidade mais alta na temperatura
de processamento. Estas resinas exigem menor
cisalhamento e roscas mais profundas
(Fig. 19 - Parte Superior).
Fig. 18
O perfil recomendado para a rosca para altas vazões é
apresentado na Fig. 18.
* N.B. “Baixas Taxas de Vazão” significa não mais do que
2-3 D para o curso de dosagem.
Sugestão de perfil de rosca para o ZYTEL® não reforçado
Diretrizes de unidade injetora com rosca de 20 L/D
Diâmetro da rosca
mm
Taxa de compressão
30
50
70
2,8 – 3
3 – 3,2
3 – 3,2
Profundidade da zona de
plastificação
mm
1,95
2,10
Velocidade de rotação da rosca
rpm
250
150
Velocidade tangencial da rosca
m/s
0,4
Contrapressão
MPa
*
Curso ótimo x
diâmetro da rosca
110
1 a 2 diâmetros da rosca
Tempo de residência
(estimativa aproximada)
min
Velocidade de dosagem
g/s
Tempo de ciclo
capacidade máxima
dosagem
* 2 *
tempo do ciclo (s)
60
20 – 25
s
TR + TD + abertura+ extração+ fechamento
TR: Tempo de recalque TD: Tempo de dosagem * Mínimo para uma dosagem uniforme. Tipicamente 5 a 10 MPa na frente do anel de bloqueio
Fig. 19 Comparação de perfis de rosca
15%
30%
T
25%
t<T
55%
30%
t
18
Rosca de uso geral
(Principalmente para polímeros
amorfos)
45%
Rosca para polímeros
cristalinos
4.2.5 Bico
Recomenda-se bicos aquecidos abertos (Fig. 21) para
utilização na moldagem com todas as resinas de nylon
DuPont.
Devido à viscosidade mais alta dos nylons reforçados
com fibras de vidro, o diâmetro de abertura do bico
deve ser 25% maior do que a dos bicos utilizados para
nylons não reforçados.
O controle de temperatura e localização das
resistências são muito importantes para evitar tanto
a degradação do material quanto o esfriamento do
mesmo.
Desgaste. O desgaste abrasivo das roscas de injeção
ocorre principalmente nos filetes. Com o passar do
tempo o diâmetro do núcleo se desgasta nas zonas de
compressão e de homogeneização (o desgaste na zona
de alimentação ocorre normalmente devido à temperatura muito baixa da zona traseira para altas vazões).
Os filetes devem ter uma superfície dura constituída
por ligas tais como “Stellite” para proporcionar uma
melhor resistência ao desgaste do que o endurecimento
por têmpera ou de roscas comumente nitretadas.
Recomenda-se também o recobrimento da rosca por
cromação. (É possível, ainda, aplicar recobrimentos
resistentes à abrasão em toda a superfície da rosca para
uma proteção máxima contra o desgaste).
4.2.4 Anel de bloqueio
Os anéis de bloqueio (válvula anti-retorno) são
necessários para a moldagem das resinas de nylon
DuPont, para assegurar uma pressão constante na
cavidade e uniformidade de peso de ciclo a ciclo. O
anel de bloqueio (Fig. 20) deve ser cuidadosamente
projetado com tolerâncias mínimas para evitar
restrições de fluxo devendo, ainda, ser perfeitamente
ajustado para evitar qualquer possível ponto de
retenção. Deve ser especificado o uso de aço resistente
ao desgaste.
Fig. 20 Anel de bloqueio
1
2
3
4.2.6 Bicos valvulados
A utilização de um bico valvulado invariavelmente
leva ao acúmulo de contaminação. Como a válvula é
montada contra as paredes do bico, há a formação de
pontos de retenção. Se ocorrer decomposição do
material nestes pontos, a pressão pode ser liberada pela
parte traseira da rosca, provocando movimentos bruscos de retração.
Desgaste. O anel de bloqueio é o item mais afetado
pelo desgaste na unidade de injeção. Os anéis de
bloqueio do tipo deslizante sofrem um desgaste rápido
e significativo ao serem utilizados com resinas
reforçadas com fibras de vidro, especialmente quando
não adequadamente endurecidos. Mesmo quando
endurecidos superficialmente, estes anéis sofrem
desgaste e precisam de um controle rigoroso. Antes
disso, devem ser substituídos os assentos desgastados
uma vez que é importante manter um colchão
(almofada) durante a injeção do polímero fundido.
Bons resultados foram obtidos com aços com altos
teores de cromo.
Fig. 22 Adaptador para bicos abertos
19
4.2.7 Eliminação dos Pontos de Retenção
O objetivo do projeto de máquina injetora que inclui
o aquecimento do cilindro e a seção através da qual o
polímero fundido flui (anel de bloqueio, ponta da
rosca, adaptador e bico), deve ser o de se obter um
fluxo suave do material. Uma atenção especial deve ser
dada à eliminação de todos os possíveis pontos de
retenção, tais como:
4.3 Manutenção e precauções de segurança
Uma vez que o equipamento correto esteja sendo
utilizado conforme o recomendado, as resinas de
nylon não necessitam que o operador execute
qualquer outra verificação na máquina injetora.
Atenção deve ser dada, entretanto, à verificação do
desgaste do anel de bloqueio na moldagem de resinas
contendo fibras de vidro.
a) As superfícies de ajuste entre o adaptador e o
cilindro e entre o adaptador e o bico.
O cilindro deve ter uma cobertura protetora para
impedir queimaduras ao pessoal.
b) O anel de bloqueio, ou válvula anti-retorno, onde
as superfícies não se unam em um ponto onde o
ajuste possa assegurar a ausência de ressaltos, fendas
e/ou pontos de retenção. A experiência tem mostrado
que quando existem tais defeitos há problemas de
contaminação e de pontos pretos.
c) Bicos valvulados que se tornam fontes de
contaminação, especialmente em nylons reforçados
com fibras de vidro.
A Fig. 22 ilustra um projeto ideal (montagem de
um bico aberto, adaptador e anel de bloqueio). Esta
ilustração mostra as superfícies de união localizadas
em juntas cilíndricas e a utilização de um bico aberto.
20
cantos vivos. O extrator deve ser longo mas suficientemente fino para estar solidificado no término do ciclo.
5. Projeto do molde
5.1 Material do Molde
Em geral, o desgaste na cavidade, bucha de injeção e
canais de alimentação não é tão crítico quanto nos pontos
de injeção. À medida em que o material fundido flui
através dos canais de alimentação e nas cavidades, um
fina película solidificada de resina se forma e reduz o
desgaste.
5.2.2 Canais de alimentação
Sistemas de Canal de Alimentação Balanceados e
Não Balanceados
Em sistemas de canal de alimentação balanceados, a distância de fluxo da bucha de injeção às diversas cavidades
são iguais. Os sistemas de canal de alimentação balanceados possibilitam a melhor uniformidade de fluxo a partir
da bucha de injeção até cada cavidade, o que possibilita
tolerâncias rígidas da peça se os canais de alimentação e
pontos de injeção forem adequadamente dimensionados.
Os canais de alimentação e as conexões entre eles devem
ser generosamente arredondados para um fluxo do
polímero fundido suave e uniforme, e devem ser livres de
restrições (Fig. 23).
Em áreas onde ocorrem fluxos intensos e altas taxas de
cisalhamento, pode ser gerado um desgaste localizado
uma vez que a película solidificada pode romper (especificamente no caso de resinas reforçadas). O aparecimento
prematuro de rebarbas na cavidade pode levar a um
intenso desgaste. É importante que para resinas reforçadas
seja utilizado um molde robusto (para evitar qualquer
possível flexão) e uma força de fechamento na máquina
suficiente para evitar as rebarbas.
As cavidades devem possuir saídas de ar suficientes
para evitar corrosão proveniente de gases confinados em
linhas de emenda (efeito Diesel).
Fig. 23 Design de ponto de injeção capilar
A área do ponto de injeção fica sujeita ao desgaste especialmente quando são utilizados pontos de injeção finos,
ou seja, capilares ou submarino, e devem ser verificadas
periodicamente quanto à erosão que pode levar a projeções indesejáveis e extração defeituosa do canal de alimentação.
5.2 Os sistemas de alimentação
As diretrizes chave que devem ser observadas ao projetar um sistema de alimentação incluem o seguinte:
D1
* Planejar um layout para transmitir pressão
uniformemente a todas as cavidades.
* Projetá-lo o suficientemente grande para um fluxo
suave, queda mínima de pressão, cisalhamento
mínimo (especialmente nos pontos de injeção para
nylons reforçados) e suficiente para permitir a
retenção da pressão durante todo o processo de
cristalização (Fig. 23).
2°
0,8 mm max.
D = T + 1mm
d = 0,5-0,6 T
D1>D
D
T
d
* Manter o tamanho e comprimento mínimos,
consistente com um tempo mínimo de ciclo.
Recomenda-se, sempre que possível, que os canais de
alimentação sejam circulares. Um canal circular possui a menor área superficial por unidade de volume,
desta forma, apresentando menor necessidade de
pressão e perda de calor.
O diâmetro mínimo de um canal de alimentação
circular é normalmente por volta de 3 mm, ou aproximadamente 1,5 vezes a espessura da peça.
O modo mais preciso para determinar a dimensão do
canal de alimentação é calculando a queda de pressão
prevista e dimensionar o canal de alimentação em
conformidade com os cálculos obtidos.
5.2.1 Bucha de injeção
As buchas de injeção devem ser as mais curtas possíveis
e bem polidas, com suas conexões aos canais de alimentação através de superfícies suavemente arredondadas. A
entrada na bucha de injeção deve ser de 1 a 3 mm maior
em diâmetro do que a saída do bico da máquina. A bucha
de injeção deve ser cônica formando um ângulo de 1º a 5º.
As buchas de injeção devem ser suficientemente
espessas para impedir a solidificação prematura do
material fundido ou um fluxo deficiente. É importante
projetar o extrator da bucha cuidadosamente para evitar o agarramento ao molde.
Na utilização de canais de alimentação trapezoidais, a
inclinação dos lados deve ser 5° por lado, enquanto
que a profundidade deve ser determinada pelo
diâmetro de um círculo inscrito.
Por este motivo, a região da bucha de injeção deve ser
cuidadosamente limpa, deixando-a isenta de riscos ou
21
Fig. 24a Ponto de injeção em túnel ou submarino para nylon
reforçado
a ≈0,5 ... 0,7 • t
a min = 0,8 mm
a max = 2,5 mm
25 ±
5°
≈1
Fig. 25 Diferentes tipos de pontos de injeção
≈1
0
°
Diafragma
t
Leque
ø t + 0,5
øa
4°
Diafragma
Capilares
Fig. 24b Ponto de injeção em túnel ou submarino para nylon
não reforçado
25°
a ≈0,5 ... 0,7 • t
a min = 0,5 mm
a max = 2,5 mm
5°
10
°
a
t
Anel
Direto
t + 0,5
5.2.3 Pontos de injeção
Todos os tipos de pontos de injeção têm sido utilizados
eficazmente com as resinas de nylon da DuPont. A
localização, tamanho e quantidade de pontos de injeção
são considerações importantes. A Fig. 24a e Fig. 24b
mostram o design tipo túnel ou submarino. Outros tipos de
pontos de injeção encontram-se ilustrados na Fig. 25.
Borda Retangular
Estimativa das Dimensões do Ponto de Injeção
Geralmente, a espessura do ponto de injeção deve ser
de 45% a 75% da espessura da peça. Para pontos de
injeção retangulares, a espessura do ponto deve ser
65% da espessura da peça, a largura do ponto deve ser
uma a duas vezes a espessura do ponto de injeção e o
comprimento do ponto de injeção não deve ser maior
que 1 mm.
Filme
Para pontos de injeção em túnel ou submarinos, o
diâmetro mínimo recomendado é de 0,7 mm, porém,
não deve jamais exceder 2,5 mm. O design de um
ponto de injeção em túnel longo é crítico e o típico
“design para material amorfo” deve ser evitado.
Os pontos de injeção muito pequenos normalmente
aumentam a contração e o empenamento, aumentando o
risco de quebra das fibras de vidro (veja a Fig. 11).
Os diâmetros do ponto de injeção capilares maiores que
2.0 mm devem ser evitados devido a suas resistências
muito altas contra quebra durante a fase de extração.
Para nylons reforçados com fibras de vidro, os pontos de
injeção em túnel ou agulha podem ser utilizados contanto
que o diâmetro do ponto seja maior que 0,7 mm.
22
Posição do ponto de injeção. Havendo grandes
diferenças na espessura da peça, a melhor solução é
posicionar o ponto de injeção na seção mais espessa
de modo a simplificar o preenchimento e minimizar
rechupes e porosidade.
5.3 Saídas de gases
Uma saída de gases inadequada do molde pode causar
os seguintes problemas:
Para minimizar os defeitos superficiais e jateamento, o
fluxo do ponto de injeção deve ir de encontro com a
parede da cavidade. Entretanto, os pontos de injeção
não devem ser posicionados de maneira que o fluxo do
polímero fundido seja direcionado contra um elemento
do molde não apoiado em ambas as metades do molde.
* Descoloração (queima) do nylon
A localização do ponto de injeção determina a posição
das linhas de emenda e conseqüentemente das saídas
de gases (veja a Seção 5.3 Saídas de gases).
Tanto as cavidades quanto os canais de alimentação
devem possuir saídas de gases na linha de união do
molde conforme o recomendado na Fig. 27.
Para os nylons reforçados com fibras de vidro, a
localização do ponto de injeção é extremamente crítica
para minimizar a distorção da peça após a moldagem e
controlar as propriedades finais, uma vez que as fibras
tendem a se orientar na direção do fluxo do polímero
fundido (veja a Fig. 26).
Fig. 27 Geometrias de saídas de gases para resinas de nylon
* Resistência deficiente da linha de emenda
* Erosão ou corrosão do molde
* Variação dimensional da peça injetada
* Peças incompletas
Saída de Gases Fim de Fluxo
Canal de ventilação
Fig. 26 Efeito de localização do ponto de injeção e orientação
de fluxo sobre as propriedades mecânicas
Resistência a tração (MPa)
140
120
100
80
60
40
20
0
Nylon 66%
não reforçado
Linha de emenda
Nylon 66 reforçado
Nylon 66 reforçado
c/ 13% de fibra de vidro c/ 30% de fibra de vidro
Transversal
L ≥ 0,8 mm
Fluxo
Correlação entre a orientação do polímero, linha de
emenda e resistência a tração
Lado da cavidade A > 2 mm
Ponto de injeção
0,012 mm <Profundidade (p) < 0,018 mm
Borda do molde
Corpo de prova T
Inserto
A área da saída de gases deve ser o suficientemente
grande (A x p) para impedir uma elevação da pressão
de gás na cavidade do molde. O comprimento da saída
de gases não deve ser maior do que 1 mm. A área do
canal de ventilação deve aumentar proporcionalmente à
sua distância da borda da cavidade. Isto ajuda reduzir o
“efeito Venturi” e, portanto, o depósito no molde.
Corpo de prova W
Corpo de prova F
Linha de emenda
Corpos de provas extraídos da placa
23
5.4 Contrasaídas
As seguintes sugestões destinam-se à extração de
contrasaídas em resinas de nylon:
Ao dimensionar o canal, o projetista do molde deve
atender a dois objetivos opostos:
* O canal deve ser o suficientemente grande para
assegurar que o fluxo seja adequado para a remoção
necessária de calor.
* A contrasaída deve ser arredondada para facilitar
o deslizamento da peça de plástico sobre o metal.
* O canal deve ser o suficientemente pequeno para
assegurar um fluxo turbulento, uma vez que o
coeficiente de transferência de calor é bem melhor
sob condições de fluxo turbulento.
* Se houver deformações evidentes da peça, os
parâmetros de moldagem devem ser ajustados para
minimizar o efeito. Freqüentemente, temperaturas de
molde mais altas ou ciclos mais curtos podem ser
úteis na desmoldagem de contrasaídas internas, enquanto
que ciclos longos e contração mais elevada podem
ajudar na desmoldagem de contrasaídas externas.
5.6 Moldes de Câmara Quente
Existe uma grande quantidade de sistemas de câmaras
quentes disponíveis no mercado. Os fornecedores
oferecem uma grande variedade de designs. Isto permite
uma seleção do sistema correto em função da
aplicação e da matéria prima.
Devido ao baixo alongamento dos nylons reforçados
com fibras de vidro, rebaixos maiores que 3% devem
ser evitados. O ângulo de saída de 1/4 a 1º em
nervuras, laterais e canais deve ser o suficiente.
Os parâmetros de processamento e comportamento em
termos de solidificação são muito diferentes entre os
materiais amorfos e semicristalinos. Uma atenção especial deve ser dedicada a este ponto. É necessária uma
seleção cuidadosa do sistema de câmara quente, especificamente quanto a grades auto-extinguíveis.
5.5 Circuito de refrigeração
Devido à alta influência da temperatura do molde
na qualidade da cristalização - e das propriedades
mecânicas - com resinas cristalinas, o ajuste do circuito
deve ser projetado cuidadosamente para possibilitar
uma temperatura de parede homogênea.
As principais diretrizes com relação aos requisitos
de seleção e projeto de câmaras quentes para o
Zytel®/Minlon® são fornecidas neste capítulo.
Os moldes operados sem qualquer refrigeração acabam
por alcançar uma temperatura de equilíbrio à medida
em que o calor adicionado ao molde pelo polímero fundido se iguala ao calor perdido pela radiação, condução
e convecção. A temperatura do molde durante um ciclo
de moldagem ótimo será um equilíbrio entre um molde
quente para facilidade de preenchimento e qualidade
superficial e um molde frio para uma rápida solidificação e extração da peça.
O ideal é que os canais de refrigeração do molde sejam
localizados nas áreas que necessitam de maior transferência de calor. Estes canais não devem permanecer a
uma distância inferior a 1 diâmetro de canal das parede
da cavidade.
Isolamento térmico
Devido à limitada flexibilidade de processamento em
termos de temperatura do nylon, é necessário que haja
um isolamento térmico muito bem projetado entre a
câmara quente e o molde. Isto possibilita evitar grandes
diferenças de temperatura dentro do sistema. Veja
exemplos nas Fig. 28 e 29 mostrados para o nylon 66.
Câmara quente
Para um tratamento adequado do polímero fundido, é
essencial que haja uma distribuição de temperaturas
uniforme. Os seguintes princípios devem ser
considerados para a câmara quente:
Para uma temperatura uniforme do molde, a diferença
de temperatura entre o refrigerante (água, óleo etc.) de
entrada e de saída deve ser a menor possível (5ºC no
máximo). O fluxo do refrigerante através dos canais
deve ser suficientemente alto para que pequenas flutuações de fluxo não alterem a temperatura do molde.
Para moldagens de altas tolerâncias, as cavidades
devem ser refrigeradas em uma disposição em paralelo
capaz de fazer com que as temperaturas das cavidades
sejam mais uniformes que em uma configuração em
série.
* Baixa queda de pressão
Recomenda-se apenas câmaras quentes com todo o
diâmetro livre para o fluxo (Fig. 30).
Os sistemas aquecidos internamente com um fluxo
em anel não são recomendados.
* Recomenda-se um curso de fluxo que não contenha
canais sem saída (Fig. 31).
* Recomenda-se disposições de bicos de injeção
naturalmente balanceadas (Fig. 32). Isto assegura
uma queda de pressão uniforme e a mesma duração
de contato sob pressão a cada ponto de injeção.
24
Fig. 28
Temperatura na área da câmara quente para PA 6.6
Fig. 31
Projeto do curso de fluxo
Ineficiente
Temperatura do material
fundido na câmara quente
290°–310°C
Melhor
Desejável
Temperatura máxima
do bico 310°C
Temperatura do
bico de injeção
265°C mínimo
Temperatura superficial
do molde 80°C
Fig. 32
Fig. 29
Ineficiente
Efeitos de isolamento térmico no perfil de
temperatura no bico
Adequada
Adequada
Bom isolamento térmico
=perfil de temperatura estável
Comprimento do bico
Comprimento do bico
Deficiente
Grande área de contato
= diferença muito grande
de temperatura
Disposição de bicos para um molde de cavidades multiplas
Fig. 30
∆T
Os pontos principais para se obter bons resultados são
baixa queda de pressão e uma distribuição de
temperatura muito bem projetada com um controle
por termopar na rea do ponto de injeção.
A melhor solução:
Devem ser utilizados, sempre que possível, bicos
abertos aquecidos externamente com um canal de
fluxo livre (Fig. 33).
260
Temp (°C)
300
Temp (°C)
340
260
300
340
380
∆T
Bicos
Seção transversal para o fluxo e aquecimento da
câmara quente
Adequado
Aquecedor
Fig. 33
Sistema para bicos recomendados
Aquecedor bem distribuído
( preferivelmente embutido )
Ineficiente
( fluxo em anel apenas )
Alterável
controle de temperatura
Estes podem ser utilizados para aplica es com sub
canais frios (fig.34)
25
Fig. 34
* Além do custo muito alto, eles causam uma queda
de pressão muito grande devido ao fluxo em anel. O
curso do fluxo não pode ser bem projetado. Com
produtos reforçados problemas funcionais podem
ocorrer nos sistemas de vedação.
* Deve ser utilizada uma combinação de bico/agulha
com uma grande área transversal para o fluxo.
Recomenda-se a utilização de unidades operadas
hidraulicamente, um sistema com mola não é
recomendado.
Subcanal frio com bico aquecido externamente
Controle de temperatura
Recomenda-se um circuito de controle de temperatura
individual para a câmara quente e cada bico com um
controle por loop totalmente fechado (Fig. 36). Os
melhores resultados são obtidos através de controladores automáticos de temperatura com resposta PID.
Eles permitem uma variação mínima próxima ao ponto
de ajuste (setpoint) de temperatura.
Especificamente, os materiais com reforço de fibras de
vidro ou mineral devem ser preferivelmente processados desta maneira. Um orifício do lado oposto do
ponto de injeção retém qualquer tampão frio do bico.
Fig. 36
Controle de temperatura para cada bico e câmara
quente (manifold)
Para injeção direta, estes bicos podem ser utilizados
com uma modificação na área do ponto de injeção
(pequeno torpedo) para evitar a formação de canais.
Menos preferível:
* Bicos que dividem o fluxo em dois ou mais fluxos
menores.
* Bicos com pontos de retenção na zona frontal.
* Sistema aquecidos internamente com um fluxo em
anel.
1
4
5
Canais de refrigeração em moldes de câmara quente
A utilização de canais individuais de aquecimento /
refrigeração na área do bico quente é uma solução vantajosa (Fig. 37).
As condições de temperatura na área da câmara quente
são mais facilmente obtidas sem afetar a temperatura
geral do molde.
Bico quente aquecido internamente
Utilização
restrita
3
Controle
Se estes tipos precisarem ser utilizados para a injeção
direta com o objetivo de se obter um ponto muito
pequeno de injeção, será importante ter uma bucha
com isolamento térmico (Fig. 35).
Fig. 35
2
Deficiente
Fig. 37
Canais individuais de aquecimento/refrigeração na
área da câmara quente
Não! Montagem
direta do
torpedo
Utilizar uma
bucha para
isolamento
térmico
Canais de
refrigeração
individuais
Necessidade de
um grande
afastamento
A utilização de bicos do tipo agulha é sempre uma
questão de ajuste. Quando utilizados para se obter uma
qualidade de superfície muito boa na área do ponto de
injeção o seguinte deve ser observado:
26
Fig. 39 Efeito da temperatura da zona traseira no comprimento
médio das fibras e nas propriedades (para nylon 66 reforçado)
6. Condições de moldagem
6.1 Tempertaura do polímero fundido
A temperatura do polímero fundido pode ser medida
diretamente do material purgado (utilizando um
termômetro de agulha) e deve ser comprovada
periodicamente para garantia de que não excede os
limites recomendados. As temperaturas do polímero
fundido recomendadas para as resinas de nylon da
DuPont encontram-se listadas na parte 2.
100
Retenção de propriedades (%)
98
6.2 Perfil de temperatura do cilindro
A temperatura do polímero fundido e sua
homogeneidade é determinada pela temperatura do
cilindro, perfil da rosca e tempo de residência. Devem
ser utilizados controles individuais para cada uma das
três zonas do cilindro. A temperatura do bico também
deve ser controlada individualmente.
50% da dosagem
(constante)
–10
20% dosagem
(crescente)
Funil
ZONA FRONTAL
ZONA CENTRAL
86
84
290
275
260
Comprimento das fibras
Resistência a tração (seco)
Impacto Izod (seco)
Módulo de flexão (seco)
Quando da moldagem de nylons reforçados com fibras
de vidro, devem ser utilizadas altas temperaturas no
cilindro para:
* Melhorar a velocidade de dosagem.
* Reduzir a quebra das fibras.
* Reduzir problemas potenciais de desgaste devido
à abrasão entre partículas não fundidas, a rosca e o
cilindro.
* Reduzir o torque na rosca e, consequentemente, o
desgaste da rosca em ciclos rápidos.
15
–20
88
A temperatura mínima recomendada para a zona
traseira, para o nylon 66 reforçado é de 290°C . Uma
temperatura na zona traseira muito alta pode resultar
na fusão prematura do material e, portanto, em uma
dosagem incorreta.
80% da dosagem
(decrescente)
–15
90
Temperatura da zona traseira °C
Uso do cilindro
Temperatura 10
5
do polímero
fundido
0
recomendada
–5
92
80
Fig. 38 Perfil de temperatura do cilindro para uma temperatura
do polímero fundido constante.
20
94
82
A Fig. 38 mostra o perfil de temperatura do cilindro
recomendada para se obter a temperatura do polímero
fundido desejada em função da dosagem. O perfil da
rosca e design da máquina e cilindro variam, de modo
que não é possível especificar um perfil de
temperaturas aplicável a todos os casos.
°C
96
6.3 Temperatura do Bico
O bico deve atuar apenas como uma ponte entre o cilindro
e o molde e não deve afetar a temperatura do polímero
fundido. A temperatura do bico deve ser ajustada de modo
a evitar o resfriamento ou escorrimento da resina. Para um
funcionamento ótimo, o bico deve ser provido de um
controle de temperatura independente.
ZONA TRASEIRA
A temperatura da zona de alimentação é importante e
deve ser mantida entre 70 e 90°C com um sistema de
refrigeração bem localizado, de modo a evitar o
superaquecimento da resina (ver Figs. 16 e 17).
Para evitar o escorrimento, são recomendados apenas
poucos milímetros de descompressão ao utilizar-se bicos
abertos padrão como descrito na Fig. 21.
Pode ser necessário uma segunda resistência para bicos
mais compridos, também controlada individualmente e
mantida na temperatura mais baixa possível. Quando da
utilização de bicos compridos é recomendado o uso de
uma resistência na parte dianteira para controle do
resfriamento e escorrimento e uma segunda resistência
controlada individualmente que deve manter a
temperatura mais baixa possível.
Em nylons reforçados com fibras de vidro, o perfil de
temperaturas do cilindro pode reduzir o comprimento
das fibras na peça injetada, principalmente quando a
temperatura da zona traseira é muito baixa. Além disso,
o tempo de dosagem aumenta quando são necessários
altos torques. Como ilustrado na Fig. 39, a diminuição
da temperatura crítica da zona traseira reduz o comprimento médio das fibras de vidro e, portanto a resistência ao impacto Izod e o módulo de flexão também
diminuem, sendo que as propriedades de impacto são
as mais afetadas.
27
Fig. 41 Característica de fluxo em função da pressão para ZYTEL®
101 a uma temperatura de molde de 60°C.
6.4 Velocidade e pressão de injeção
Todas as máquinas de injeção modernas fornecem a
pressão de injeção necessária para se alcançar a
velocidade de injeção desejada.
120
2,5 mm
100
A velocidade de injeção ideal para uma peça depende
da geometria da peça, dimensões do ponto de injeção e
temperatura do polímero fundido. Na injeção de seções
estreitas de peças, normalmente são necessárias altas
velocidades de injeção para preencher a peça antes da
solidificação da resina. Na injeção de seções espessas
ou de peças com ponto de injeção relativamente
pequeno, é recomendável utilizar velocidades mais
baixas para retardar a solidificação do ponto de injeção
sendo possível compactar a peça durante o maior
tempo posível.
Fluxo (cm)
80
60
40
1,0 mm
20
0
O acabamento superficial é mais uniforme quando a
velocidade de injeção é suficientemente alta para que se
preencha a cavidade antes da resina começar a solidificar.
50
70
90
110
130
150
Pressão (MPa)
São necessárias altas velocidades de preenchimento
pois o nylon reforçado com fibras de vidro ou outras
resinas de nylon nucleado solidificam-se mais rapidamente que nylons não reforçados.
Fig. 42 Características de fluxo em função da pressão para
vários grades de ZYTEL®.
120
ZYTEL® 101 (Molde 100∞
°C)
De fato, altas taxas de cisalhamento no ponto de
injeção podem afetar as propriedades. A Fig. 40 estabelece regras para grades de nylon sem reforço. Note
que acabamentos superficiais ruins, normalmente são
resultados de solidificação prematura devida a baixas
velocidades de preenchimento e podem ser confundidos com má dispersão de fibras de vidro ou umidade.
110
ZYTEL® 101 (Molde 65°C)
100
Cm por 2,5 mm de espessura
90
Fig. 40 Velocidade máxima de preenchimento vs. diâmetro do
ponto de injeção redondo para nylon 66 sem reforço.
Velocidade máxima de preenchimento g/s
30
1000
80
70
ZYTEL® ST801 (molde 65°C)
60
50
ZYTEL® 70G30 (molde 100°C)
40
100
ZYTEL® 42 (molde 65 °C)
30
20
10
20
40
60
80
100
120
140
Pressão (MPa)
1
0,6 0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
O excesso de pressão imediatamente anterior ao
completo preenchimento da cavidade pode acarretar em
uma alta concentração de tensão na área do ponto de
injeção e provocar um desempenho inferior da peça.
3,2
Diâmetro do ponto de injeção mm
A viscosidade do polímero fundido aumenta com o teor
de fibras de vidro. Por este motivo, a pressão de
injeção necessária para resinas de nylon reforçadas
com fibras de vidro é maior que a necessária para
nylons sem reforço. Normalmente a faixa de pressões
situa-se entre 75 e 100 MPa.
Em muitos casos é necessário utilizar um ciclo com duas
fases de injeção:
* Inicialmente utilizando altas velocidades até o
preenchimento da peça e, em seguida;
* Utilizar velocidades inferiores para completar o
preenchimento com o intuito de evitar queimaduras
no final do fluxo.
* Ajustar o ponto de comutação de injeção dinâmica
para recalque tão tarde quanto possível, porém não
após o completo preenchimento do molde.
Nas Figs. 41 e 42 é mostrado o efeito da pressão de
injeção no fluxo de vários grades de nylon para o
fluxo em espiral de 1,0 e 2,5 mm.
28
6.4.1 Queda de pressão dinâmica (QPD)
Quando o molde está equipado com transdutores de
pressão, pode-se detectar uma alteração na viscosidade
do polímero fundido o que provoca uma alteração da
pressão necessária para preencher a cavidade.
Devido ao caráter cristalino dos nylons, deve ser
aplicada a pressão de recalque máxima possível que
reduza a contração, normalmente 90 MPa. Uma
variação de 10 MPa pode resultar em uma contração
de aproximadamente 0,1%.
Devido a este efeito são necessários dois transdutores,
uma vez que a base de cálculo está apoiada na queda
dinâmica de pressão: pressão detectada pelo primeiro
transdutor quando o fluxo atinge o segundo, como
mostrado na Figura 10.
É essencial que seja programada apenas uma pressão
para todo o tempo de recalque. Do contrário, a peça
injetada pode apresentar cristalinidade não uniforme
e propriedades mecânicas inferiores.
A Fig. 44 ilustra a influência da pressão de recalque
na contração do Zytel® 101L.
Por exemplo, uma alteração da viscosidade relativa
da resina ou no teor de umidade pode ser medida
indiretamente pela medida de QPD.
A viscosidade relativa é uma medida confiável dos
pesos moleculares que pode ser determinada rotineiramente em laboratório. É um bom guia para a resistência ao impacto e está relacionada com a viscosidade do
polímero fundido.
Fig. 44 Contração em função da pressão de recalque para peças
de 3mm de espessura e temperatura de molde de 70°C
2
ZYTEL® 101 L
1,8
Contração %
Durante o processamento ocorrem reações de hidrólise
e policondensação que resultam em alterações de peso
molecular e viscosidade do material e, consequentemente da QPD. Este efeito cruzado é difícil de controlar, uma vez que a umidade, a temperatura do polímero
fundido e o tempo de residência afetam tais reações. A
Fig. 43 mostra a relação entre QPD, VR e teor de umidade para o nylon 66.
1,6
1,4
1,2
1
Fig. 43 Queda de pressão dinâmica em função do teor de
umidade e da VR do material.
40
50
60
70
80
90
Pressão de recalque (MPa)
Queda de pressão dinâmica (MPa)
40
ZYTEL® 101L
Espessura da parede 2,0 mm
Comprimento do fluxo 280 mm.
38
36
6.5.2 Tempo de recalque
A contração de moldagem dos nylons depende da
pressão de recalque, mas também do tempo em que
esta pressão é mantida sobre a resina na cavidade.
A isto se chama tempo de recalque. Para a obtenção
de peças com boa aparência, boas propriedades
mecânicas, estabilidade dimensional e planicidade,
é essencial que se aplique uma pressão de recalque
suficiente por um tempo suficiente para que a maior
parte da cristalização se complete a pressão constante.
Note, porém, que o tempo de recalque só é eficaz em
moldes que possuam pontos de injeção nas dimensões
adequadas. O ponto de injeção deve solidificar ao
mesmo tempo que a peça, até que esteja totalmente
cristalizada e não antes. O tempo de recalque depende
da espessura da peça e em menor proporção da
temperatura do molde.
34
32
30
28
26
24
22
20
51
50
49
48
47
46
VR
Umidade
0,08
0,15
0,22
(% em peso)
6.5 Pressão e tempo de recalque.
Um método excelente para estabelecer o tempo de
recalque correto em condições de moldagem padrão
para qualquer peça, consiste em pesar peças moldadas
com diferentes tempos de recalque. O gráfico típico
deste tipo de medidas é mostrado na Fig. 45.
6.5.1 Pressão de recalque
Assim como para todos os termoplásticos, a contração
de moldagem dos nylons depende principalmente da
pressão de recalque e do tempo em que essa pressão é
mantida. A pressão de recalque se aplica sobre a resina
durante o processo de cristalização de modo que se
possa compensar a variação de volume e limitar a contração da peça (ver seção 2.1 Estrutura do material).
29
Fig. 46 Tempo de cristalização para vários grades de nylon.
Fig. 45 Contração e peso da peça em função do tempo de
recalque para o ZYTEL® 101 L (para peças de 3mm
de espessura)
2,4
9
100
so
8
Pe
99
2,2
97
6
96
1,8
95
1,6
94
93
1,4
Peso da peça % do máx.
Contração %
7
Tempo de cristalização (s)
ão
aç
ntr
Co
2
98
5
4
3
92
2
1,2
91
1
1
0
5
10
15
20
25
90
0
Tempo de recalque (s)
Padrão
ZYTEL® 101 L
Nucleado
ZYTEL® 135 F
Reforçado
ZYTEL® 70G30
Peça de 2 mm de espessura, temperatura do molde típica com
pressão de recalque de 85 MPa.
Durante estes testes o ciclo total deve ser mantido
constante para assegurar uma temperatura do polímero
fundido constante. O tempo de recalque correto é
alcançado quando o peso da peça atinge, pela primeira
vez, o valor máximo. Na Fig. 45 também se pode
observar que a contração alcança seu valor mínimo
para o tempo de recalque correto.
Para nylons reforçados com fibras de vidro a velocidade
de rotação da rosca (RPM) deve ser baixa. É recomendado um máximo para a velocidade periférica de 0,15 m/s
para minimizar a quebra das fibras e evitar um
desgaste excessivo da rosca e cilindro.
Os tempos de recalque recomendados para resinas injetadas em condições padrão, estão listados na parte 2.
Na Fig. 47 é ilustrado o efeito de uma velocidade
periférica excessiva para resinas reforçadas.
Com um transdutor de pressão, é possível determinar
o tempo de cristalização analisando a pressão na cavidade
nas proximidades do ponto de injeção. Isto se consegue em
um único ciclo, analisando-se as variações da curva de
pressão durante a fase de recalque.
Fig. 47 Efeito da velocidade da rosca nas propriedades de impacto
100
95
Retenção da resistência ao impacto
Este sistema determina a velocidade de cristalização
da resina sob condições de injeção específicas - a
cristalização varia com a temperatura do polímero
fundido ou do molde.
A influência da presença de agentes nucleantes
como pigmentos e material moído na velocidade de
cristalização pode ser medida.
Na Fig. 46 é mostrado o tempo de cristalização de
várias resinas de nylon, medidos por este método.
90
85
80
75
70
6.6 Velocidade de dosagem da rosca e contrapressão
A energia proveniente da rosca deve corresponder a
80% da energia necessária para aumentar a temperatura
a um valor uniforme (as resistências contribuem
em menor quantidade). Por isso, o perfil e as
características da rosca devem ser consideradas.
65
60
0
0,1
0,2
0,3
Velocidade tangencial da rosca (m/s)
Para nylons sem reforço, a velocidade periférica máxima recomendada é de 0,4 m/s.
30
0,4
6.8 Temperatura do molde
Tendo em vista que o nylon é um material semi-cristalino, sua contração de moldagem é relativamente alta
quando comparado com materiais amorfos. Em geral,
a velocidade de resfriamento influencia o grau de
cristalização e, conseqüentemente, a contração.
O gráfico da Fig. 48 pode ser utilizado para determinar a velocidade de rotação máxima (RPM) em função
do diâmetro da rosca e da velocidade periférica.
Rotações por minuto (RPM)
Fig. 48 Velocidade da rosca em função do diâmetro
400
375
0,4
350
325
300
275
250
225
0,2
200
175
0,15
150
125
0,1
100
75
0,05
50
25
0
10 20 30
A velocidade de resfriamento, no processo de injeção,
definida principalmente pela espessura da peça e pela
temperatura do molde.
A baixas temperaturas, a velocidade de resfriamento é
alta, resultando em um grau de cristalização menor que
para temperaturas mais altas de molde. Então, a
contração de moldagem aumenta com a temperatura
do molde como visto na Fig. 49.
m/s
40
50
60
70
80
Fig. 49 Contração em função da temperatura do
molde em uma peça de 3 mm de espessura
e pressão de 90 MPa.
90 100 110 120 130 140 150 160
Diâmetro da rosca
2
ZYTEL® 101 L
Aumentando a velocidade da rosca, quando se utiliza
rosca para propósitos gerais de baixa compressão,
geralmente provoca uma diminuição da temperatura do
polímero fundido. Roscas com zonas de plastificação
profundas e curtas podem permitir a passagem de
partículas não fundidas a altas velocidades.
Contração %
1,8
Devem ser utilizadas baixas contrapressões. O efeito da
contrapressão é produzir um esforço adicional da rosca,
o que pode causar a quebra das fibras de vidro e
redução das propriedades mecânicas da peça. O
aumento da contrapressão resulta em um aumento do
trabalho da rosca sobre o polímero fundido. Isto pode
aumentar progressivamente a temperatura do material e
sua uniformidade. Quando a qualidade do polímero
fundido é baixa, uma contrapressão maior pode reduzir
o número de partículas não fundidas, porém não
aumenta sensivelmente a qualidade do fundido.
1,6
1,4
1,2
1
40
50
60
70
Temperature do molde (°C)
80
90
Fig. 50 Contração em função da espessura da peça
para uma temperatura de molde de 70°C e
uma pressão de recalque de 90 MPa.
2,4
ZYTEL® 101 L
O aumento da pressão também aumenta o tempo de
dosagem. Quando se injeta resinas de nylon da DuPont
é recomendado utilizar a menor contrapressão possível
que seja consistente com a boa qualidade do fundido.
2,2
2
Contração %
6.7 Descompressão
Normalmente o uso da descompressão só é necessário para
evitar o escorrimento no bico. O uso da descompressão
ajuda a prevenir o escorrimento de bicos quentes e impede
a emissão de gases em cilindros com respiros.
O uso excessivo de descompressão pode causar entrada
de ar pelo bico. Isto, por sua vez, pode levar à oxidação
do material, verificada pela descoloração de algumas
áreas na peça. Outra consequência pode ser a injeção
de pontos frios no ciclo seguinte, o que causa defeitos
superficiais, fragilidade da peça e falta de uniformidade
de pesos.
1,8
1,6
1,4
1,2
1
2
4
6
Espessura da peça (mm)
31
8
Para se obter altas temperaturas de molde pode ser
necessário o uso de aquecedores a óleo ou água pressurizada, porém o acabamento superficial é melhorado
assim como o preenchimento da peça.
Para peças espessas, a velocidade de resfriamento é
mais baixa do que para peças delgadas devido à baixa
condutividade térmica dos termoplásticos. Por isso,
peças delgadas possuem um menor grau de cristalinidade. A contração de moldagem aumenta com a
espessura da peça, como mostrado na Fig. 50.
6.9 Tempo de resfriamento
Devido às características cristalinas das resinas de
nylon, não há necessidade de resfriar as peças uma vez
acabado o processo de cristalização (após o tempo de
recalque). A peça permanece suficientemente rígida
para ser extraída.
Na temperatura de molde ideal para cada grade,
listadas na parte 2, se pode obter o grau ideal de
cristalização.
Além disso, peças injetadas a altas temperaturas
apresentam baixa contração pós-moldagem e boa
estabilidade dimensional. Peças injetadas a baixas
temperaturas apresentam alta contração pós-moldagem,
o que em alguns casos resulta em graves tensões
internas. Isto pode, geralmente, causar rupturas
prematuras das peças injetadas.
6.10 Extração
O lubrificante presente nas resinas de nylon Minlon® e
Zytel® é, normalmente, adequado para a desmoldagem
da peça, mesmo em cavidades complexas.
As resinas de nylon reforçadas com fibras de vidro
podem ser injetadas em uma ampla faixa de temperaturas de molde. Entretanto, para que se obtenha o
melhor aspecto superficial, o molde deve estar
aquecido (normalmente entre 100 e 120°C).
32
7. Funcionamento da Máquina de Injeção
7.2 Interrupção do ciclo.
No caso de haver uma pequena paralisação no ciclo, é
recomendado o seguinte procedimento para evitar a
degradação do material:
1- Afastar a unidade de injeção.
2- Reduzir as temperaturas do cilindro e ajustar a
temperatura do fundido em 30°C abaixo da
recomendada.
3- Purgar várias vezes para retirar a resina em
degradação do cilindro.
7.1 Partida
Máquinas que contenham resinas sensíveis termicamente
como acetal, PVC ou resinas com altas temperaturas de
processamento como nylons, devem ser purgadas com
polietileno de alta densidade (PEAD) ou poliestireno (PS).
Máquinas grandes que trabalharam anteriormente
com ABS ou policarbonato podem requerer um
procedimento de purga especial, por exemplo:
* Purga com PEAD (preferivelmente grades de extrusão).
* Purga com Zytel® reforçado com fibras de vidro.
* Purga com acrílico.
* Purga com PEAD.
Caso a interrupção seja muito demorada, é recomendada uma purga com PEAD ou PS.
7.3 Parada.
A máquina deve ser parada com PS ou PEAD, o que
encurta o tempo para partidas posteriores e reduz os
problemas de contaminação. O seguinte procedimento
de parada é recomendado:
Durante a purga final com PEAD, a temperatura do
cilindro deve ser ajustada para o grade específico de
nylon a ser processado.
Este é o procedimento de partida mais comum:
1- Assegurar-se que a alimentação está fechada.
2- Ajustar a temperatura do cilindro em 10°C abaixo da
temperatura de processamento mínima e a temperatura
do bico no valor de processamento. Deixar o calor
dissipar por todas as partes do cilíndro durante 20
minutos. Aumentar a temperatura para os valores de
processamento.
3- Checar se o bico está na temperatura de procesamento.
4- Acionar a rotação da rosca. Caso não haja movimento,
aguardar mais tempo para aquecimento do material.
5- Quando houver movimentação da rosca, abrir a
alimentação rapidamente e fechá-la novamente.
Checar a amperagem da rosca. Caso seja excessiva,
aumentar a temperatura da zona traseira. O bico
deve estar aberto.
6- Abrir a alimentação e manter a rosca em rotação.
Extrudar o material e, caso sejam observadas partículas
não fundidas, aumentar a temperatura da zona frontal.
7- Ajustar a dosagem para o peso estimado da moldagem,
deixar a rosca em funcionamento, em tempos
similares ao ciclo real. Purgar o material, em intervalos
iguais ao tempo do ciclo por 10 minutos e comprovar a temperatura do fundido. Realizar os ajustes
necessários para se obter a temperatura recomendada.
8- Avançar a unidade de injeção. Iniciar com baixas
pressões e velocidades de injeção (exceto quando
peças incompletas dificultem a extração) e ajustar as
variáveis de processo para a melhor aparência da
peça. Geralmente são necessárias altas velocidades
de injeção.
1- Fechar a alimentação continuando com o processo
de moldagem. Não desligar as resistências do
cilindro nem do bico.
2- Esvaziar o funil de alimentação; adicionar uma
quantidade de PS ou PEAD; purgar até que acabe o
material.
3- Deixar a rosca na posição de avanço.
4- Desligar as resistências de aquecimento.
7.4 Purga.
Os materiais de purga mais comuns e que limpam mais
eficazmente os nylons são o PS, acrílico (o bico deve
ser retirado durante a purga) e PEAD.
Os nylons reforçados com fibras de vidro podem ser
purgados eficientemente segundo o procedimento:
1- Afastar a unidade de injeção e manter a rosca na
posição de avanço.
2- Acionar a rotação da rosca a alta RPM purgando
tanto material quanto possível. Adicionar o material
de purga e purgar até que saia limpo. Pode ser
necessário ajustar as temperaturas do cilindro conforme o material utilizado.
3- É boa prática purgar a altas velocidades para raspar
as paredes do cilindro antes de utilizar outra resina.
Deve-se tomar cuidado para não causar a expulsão
violenta da resina durante este procedimento.
33
8. Considerações Dimensionais de
Moldagem e Pós-Moldagem
Para nylons reforçados com fibras de vidro, a
orientação das fibras resulta em menor contração
na direção do fluxo do que na direção transversal,
como mostrado nas Figs. 51 e 52.
A variação dimensional das peças injetadas ocorre
durante a moldagem e também após a moldagem
durante a vida útil das peças. Algumas vezes estas variações
são induzidas ou aceleradas. De qualquer modo, a
estabilidade dimensional das peças é influenciada por:
*
*
*
*
Fig. 51 Contração restringida em função da espessura do
ZYTEL® 70G35
2,2
2,0
Contração
Absorção de umidade
Contração pós-moldagem
Recozimento
X Fluxo
1,8
1,6
ZYTEL ®101 L
1,4
-
1,2
1,0
0,8
Com a finalidade de controlar o processo de absorção
de umidade e contração pós-moldagem, se recomendam as
etapas técnicas de condicionamento e recozimento.
0,6
0,4
// Fluxo
0,2
0
2
3 3,2
4
6
5
Espessura (mm)
8.1 Contração de Moldagem
Assim que a peça sai da máquina de injeção e é
resfriada à temperatura ambiente, suas dimensões são,
normalmente, inferiores às da cavidade e esta diferença
quantificada em porcentagem é conhecida como
contração de moldagem.
* Pressão de recalque de 75 MPa, tempo de recalque ideal, temperatura do molde
de 90°C e temperatura do fundido de 295°C
Fig. 52 Contração livre em função da espessura do ZYTEL® 70G35
Entretanto, a contração varia conforme a geometria da
peça injetada. Por isso, para que seja possível comparar
as resinas, a contração de moldagem foi definida. Esta
é a contração de um corpo de prova retangular, injetado
frontalmente (127x127x3,2 mm), seco a 23°C. A
contração de moldagem para grades específicos é dada
na parte 2.
2,2
X Fluxo
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
A contração de moldagem depende do tipo de nylon,
das condições de moldagem e projeto do molde.
Os parâmetros críticos de cada item são:
0,6
0,4
// Fluxo
0,2
1- Tipo de resina:
0
2
3
4
5
6
Espessura (mm)
* Porcentagem de fibras de vidro
* Presença de agentes nucleantes
* Pigmentos
* Pressão de recalque de 75 MPa, tempo de recalque ideal, temperatura do molde
de 90°C e temperatura do fundido de 295°C
Por este motivo, é mais prático utilizar uma placa
para diferenciar a contração na direção do fluxo da
contração na direção transversal. Como as peças
apresentam os dois tipos de contração “Livre e
Restringida”, uma comparação entre ambas é mostrada
na Fig. 53.
2- Condições de Moldagem:
* Temperatura de moldagem (Fig. 49)
* Temperatura do fundido
* Pressão de injeção e recalque (Fig. 44)
* Tempo e pressão de recalque (Fig. 45)
3- Projeto do Molde:
* Espessura da peça (Figs. 50, 51 e 52)
* Tipo e localização do ponto de injeção.
34
O equilíbrio de absorção de umidade dos nylons
da DuPont depende do tipo utilizado, conforme a
Tabela 3. Os grades tenazes possuem um nível de
equilíbrio ligeiramente mais baixo devido a
insensibilidade do modificador de impacto à água.
27 mm
Fig. 53 Contração livre vs contração restringida
125 mm
Entrada
Tabela 3
Contração
60 mm
23 mm
6
66
6/66
6/12
6/10
Amorfos.
Absorção em ar a 23°C e UR de 50%
Polimiamidas
em água a 20°C
8,5%
7,5%
7,5%
3,0%
3,0%
5,8%
Absorção em ar
a 23°C de 50%
2,8%
2,5%
2,5%
1,3%
1,2%
2,8%
Contração restringida
Os valores de contração dados nas Figs. 51 e 52 servem
apenas como guias aproximadas para estimar a
contração de moldagem nas direções especificadas.
Devido à isotropia da contração e à influência dos
fatores anteriormente citados, é recomendado o uso de
moldes protótipo para a obtenção de dados dimensionais
mais exatos para peças complexas de precisão.
O tempo necessário para alcançar o estado de
equilíbrio depende da espessura da parede, do teor
de umidade e da temperatura.
A Fig. 55 mostra a absorção de água de um Zytel® não
reforçado baseado em nylon 66 em função do tempo,
em diferentes condições ambientais e diferentes espessuras. O tempo de absorção de umidade de um disco de
1 mm de Zytel® 101 e 135F é mostrado na Fig. 56.
As variações dimensionais devidas à absorção de umidade podem ser aceleradas por condicionamento de
hidratação.
8.2 Efeito da absorção de umidade nas dimensões
Peças recém moldadas em resinas de nylon, normalmente possuem um teor de umidade relativamente
baixo. Assim que são extraídas do molde, começam a
absorver umidade lentamente do ambiente até que seja
alcançada uma condição de equilíbrio. Esta condição
depende da umidade relativa do ar e do tipo de nylon.
A absorção de umidade implica no aumento das
dimensões das peças conforme mostrado na Fig. 54.
Fig. 55 Teor de umidade em função do tempo para peças injetadas
10
1,5 mm
Fig. 54 Variação dimensional em função do teor de umidade
para o ZYTEL® 101
3,2 mm
8
6,35 mm
Teor de umidade (%)
3
Variação dimensional (%)
2,5
6
4
1,5 mm
3,2 mm
2
2
6,35 mm
1,5
0
0
50
100
150
1
imerso em água a 23°C
a 50% UR
0,5
0
200
250
300
Tempo (dias)
2,5
5
7,5
10
Teor de umidade (%)
35
50% umidade relativa, 23°C
8.4 Empenamento
O empenamento de peças de nylon reforçado com
fibras de vidro é devido a uma contração não uniforme
(contração anisotrópica) que pode ser causada por:
Fig. 56 Absorção de umidade de um disco de 1mm em função
do tempo
1,4
101F
1,2
Umidade (%)
1,0
Orientação da fibra/fluxo: devido à orientação das
fibras, a diferença de contração entre a direção do fluxo
na qual a fibra restringe a contração normal da resina
e a direção transversal (onde os valores de contração
são iguais aos do nylon não reforçado), resulta em uma
contração anisotrópica que pode induzir o empenamento
da peça. As contrações de moldagem mostradas nas
Figs. 51 e 52 são sempre mais baixas na direção do
fluxo e próximas na direção transversal. Portanto, qualquer condição que possa criar uma distribuição
aleatória das fibras de vidro reduz o empenamento,
por exemplo alterações abruptas da direção de fluxo,
múltiplos pontos de injeção...
135F
0,8
0,6
0,4
0,2
0
20
40
60
80
Espessura da parede da peça: sempre que possível, as
peças devem ser projetadas com espessuras uniformes.
Peças espessas devem ser estreitadas para minimizar a
contração. Formas complexas devem ser capazes de
contrairem sem restrição, nervuras em projeções e
estreitamento de seções espessas sempre devem ser
considerados para diminuir a deformação local.
100
Tempo de exposição (horas) a 50 % de UR
Para o condicionamento de hidratação de peças para
aplicação em condições atmosféricas normais (50%
UR, 23°C), é recomendado um teor de umidade de
aproximadamente 3% (por peso). O excesso de
umidade superficial evapora-se rapidamente . A
umidade residual pode ser distribuída e,
aproximadamente, 2,5% de umidade é retido.
Projeto do molde: é recomendado um ponto de injeção
central em peças redondas e na extremidade em peças
retangulares ou quadradas (menores que 1,5 mm de
espessura). Para peças de fluxo longo, o ponto de
injeção deve estar localizado no centro de uma parede.
Utilize pontos de injeção maiores (aproximadamente
50% mais largos, porém não mais espessos) que para
nylons não reforçados. Em muitos casos, a mistura de
grânulos para reduzir o teor de fibras (se possível do
ponto de vista da aplicação) pode reduzir as tendências
de empenamento.
Em casos de extrema dificuldade de empenamento,
consulte um representante DuPont.
Os procedimentos para condicionamento de hidratação
são detalhados no Manual de Design para o Zytel®.
8.3 Contração Pós-moldagem e Recozimento
Como em outros polímeros semi-cristalinos, as peças
injetadas em nylons DuPont apresentam contração
pós-moldagem. Isto de deve basicamente ao aumento
do grau de cristalinidade que ocorre durante um longo
período de tempo. Seções delgadas apresentam
contração pós-moldagem maior que seções espessas.
Paralelamente à contração pós-moldagem, a absorção
de umidade provoca a expansão.
Portanto, as dimensões finais da peça são determinadas
por uma combinação destes fatores.
A não uniformidade de temperatura do molde,
superaquecimento, ou ausência de refrigeração em
determinadas áreas da cavidade, podem levar a
diferenciais de velocidade de cristalização e,
conseqüentemente, contrações não uniformes.
Em peças bem injetadas de paredes moderadamente
espessas, a expansão provocada pela absorção de umidade domina a contração pós-moldagem. Por outro
lado, em peças moldadas em temperaturas muito baixas
ou com seções delgadas, a contração pós-moldagem é
maior que a expansão por absorção de umidade.
8.5 Tolerâncias
As tolerâncias possíveis são determinadas segundo o
material, desenho da peça e parâmetros de injeção.
A experiência tem provado que para determinados tipos
de peças, disposição correta dos pontos de injeção e
condições de injeção estáveis, as tolerâncias que
podem ser obtidas com nylons sem reforço são as da
Fig 57.
36
Tolerâncias para peças injetadas em nylons reforçados
com fibras de vidro variam de acordo com a
complexidade e espessuras da peça. Embora a
contração de moldagem de nylons reforçados seja significativamente menor que a dos nylons sem reforço, a
previsão de variações dimensionais (ver seção 8.1)
pode ser muito difícil. Isto depende em grande parte da
orientação das fibras na peça e das condições de
injeção.
As tolerâncias de moldagem em nylons reforçados com
fibras de vidro tendem a ser um compromisso entre as
tolerâncias comerciais e de precisão especificadas pela
SPI para nylons sem reforço.
Fig. 57 Guia de tolerância para resinas de nylon
0,35
0,30
GRZ
± mm
0,25
0,20
Z 101 (comercial)
Z 101 (Fine)
0,15
0,10
Para dimensões de 150 ta 300 mm para cada mm
adicional somar. Fina ±0,05 e comercial ±0,08
0,05
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Dimensão nominal mm
Estas tolerâncias não incluem margens para características de envelhecimento de
material. Tolerâncias baseadas em espessuras de 3mm.
37
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Os dados aqui listados se encontram dentro da faixa normal de propriedades, porém não devem ser utilizados individualmente para estabelecer limites de especificações
nem como base para projeto. A DuPont não assume nenhuma obrigação ou responsabilidade por quaisquer recomendações apresentadas ou resultados obtidos a
partir destas informações. Estas recomendações são apresentadas e aceitas por conta e risco do comprador. A divulgação destas informações não constitui uma
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ATENÇÃO: Não utilize este material em aplicações médicas que envolvam implantes permanentes no corpo humano. Para outras aplicações médicas, consulte o
manual “Declaração de Cuidados Médicos da DuPont”, H5010
H-53792-6
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