Moldagem por injeção de acetal

Moldagem por injeção de acetal ou Moldagem por injeção de POM peças fabricadas com polioximetileno (POM), um material termoplástico altamente processado. O POM pode assumir a forma de homopolímero ou copolímero acetal. O acetal homopolímero apresenta alta resistência devido à sua estrutura cristalina. No entanto, ele pode ser problemático devido ao ponto de fusão altamente específico. O acetal copolímero é mais fácil de moldar devido à maior janela de processamento. Ele é menos resistente mecanicamente do que o material anterior, pois sua estrutura cristalina é menos ordenada.

Alguns fornecedores renomados oferecem acetais copolímeros. Já a DuPont, um fornecedor de materiais de renome, oferece apenas o Delrin®, um homopolímero com propriedades aprimoradas. Os graus de Delrin® são categorizados de acordo com sua força, rigidez, viscosidade e resistência. Ele é compatível com moldagem por injeção e usinagem CNC. Os produtos/peças de molde de acetal são usados de forma vital nos setores automotivo, médico e de manuseio de fluidos.

Este artigo enfoca principalmente a moldagem por injeção de plástico acetal, as propriedades do POM, os benefícios e as diretrizes de projeto para a fabricação de peças de POM. Além disso, forneceremos um Guia de Design de Moldagem por Injeção, algumas sugestões e recomendações para obter os melhores resultados em seu projeto de moldagem por injeção de acetal.

O que é acetal?

O acetal, também conhecido como polioximetileno (POM), é um termoplástico resistente e de alto desempenho. É um material semicristalino, comumente usado em aplicações de engenharia. Os polímeros de acetal são formados pela ligação de cadeias longas com a fórmula molecular CH2O. Alguns monômeros de copolímero também são incorporados para proporcionar funcionalidade adicional. Dependendo da estrutura, o acetal pode ser um homopolímero ou copolímero na natureza.

O acetal homopolímero mais conhecido é o DuPont™ Delrin®. Os plásticos de acetal têm alta resistência e rigidez, o que os torna ideais para aplicações que exigem alta resistência, mas baixa flexão. Esses plásticos também apresentam baixo atrito e altas taxas de desgaste. A baixa absorção de água faz com que o acetal tenha excelente resistência a mudanças dimensionais. Por esses motivos, o acetal é usado no lugar de metais para muitos usos.

Propriedades do material Acetal/POM

Tabela: Propriedades de vários tipos de acetal

A tabela acima apresenta os nomes comerciais de POM mencionados acima, juntamente com suas propriedades. O homopolímero Delrin® 100 tem a maior resistência à tração devido ao maior grau de cristalinidade do polímero. O POM é caracterizado por uma resistência muito boa à tração e à flexão, mas por uma alta taxa de encolhimento. Dependendo dos requisitos da aplicação, determinados graus de POM podem conter cargas para melhorar a resistência, a corrosão ou a resistência aos raios UV.

Prós da moldagem por injeção de POM

O acetal tem alto desempenho com características de engenharia desejáveis. O material oferece alta resistência à fadiga e à fluência quando submetido a estresse. A alta resistência mecânica o torna ideal para diferentes setores que exigem precisão, como o aeroespacial e o automotivo. O baixo atrito ajuda o POM a ter um nível muito pequeno de desgaste durante um longo período. Além disso, o acetal não enferruja/corrosão e também pode trabalhar em altas temperaturas.

Resistência à fadiga

As peças de moldagem por injeção de acetal têm boas características de desempenho quando são submetidas a ciclos de estresse repetitivos. Ele é mais apropriado em situações em que a carga é constante, como engrenagens. Assim, o POM homopolímero oferece melhor resistência à fadiga do que os copolímeros. Essas características peculiares possibilitam a confiabilidade de longo prazo em condições de alto estresse. A resistência à fadiga torna o POM adequado para uso em aplicações em que se deseja obter peças mecânicas.

Resistência à fluência

A peça moldada em POM apresenta estabilidade dimensional quando submetida a cargas mecânicas em longo prazo. Ela tem uma tendência muito baixa de sofrer deformação permanente, mesmo quando submetida a estresse constante. Essa característica torna o POM adequado para uso em aplicações de suporte de carga. A ausência de fluência do material também o torna ideal para aplicações estruturais. Essa é uma área muito confiável do desempenho sob pressão do POM.

Alta resistência

As peças de moldagem por injeção de POM oferecem as melhores características de tração e flexão. O material proporciona a rigidez necessária em peças mecânicas de alto desempenho. As versões de homopolímero do POM apresentam resistência ainda maior em comparação com os copolímeros. Alguns usos comuns incluem transportadores e componentes relacionados à segurança. As características mecânicas do POM são bastante versáteis para permitir várias aplicações.

Baixo atrito

O baixo atrito do POM diminui o desgaste dos membros deslizantes. O material é adequado para uso em áreas onde há pouca variação de movimento envolvida. Ele exige manutenção mínima devido à sua tendência natural de reduzir o atrito: Essa capacidade do POM de resistir à abrasão mantém a vida útil das peças de moldagem bastante longa. Portanto, ele é frequentemente aplicado onde o baixo atrito é uma necessidade.

Segurança alimentar

O material avançado de grau alimentício POM atende aos padrões de segurança aplicáveis a produtos em contato com alimentos. O POM também pode ser usado por fabricantes de máquinas e equipamentos de processamento de alimentos. Ele está em conformidade com o FDA, o USDA e todos os requisitos legais e regulamentares de segurança rigorosa. Devido à sua não toxicidade, o POM é adequado para ser empregado nesses setores. A peça de moldagem por injeção de acetal é amplamente utilizada em equipamentos de processamento de alimentos por sua confiabilidade e segurança.

Estabilidade dimensional

Os produtos de moldagem por injeção de acetal têm dimensões precisas depois de resfriados dos processos de moldagem. Durante a moldagem, sua taxa de encolhimento é relativamente alta, mas, depois, permanece quase uniforme. A estabilidade dimensional é importante em setores como o automotivo e o eletrônico. As peças de moldagem por injeção de POM permanecem dimensionalmente estáveis durante a aplicação mecânica e a pressão. Essa característica é um pré-requisito para componentes de precisão.

Resistência à corrosão

O POM é relativamente imune à maioria dos agentes químicos, como combustíveis e solventes. É melhor usado em locais que podem entrar em contato com produtos químicos. Por exemplo, tanques de armazenamento cilíndricos. Entretanto, o material é afetado por ácidos e bases fortes. O POM resiste bem a ataques químicos e, portanto, é o material certo para uso no gerenciamento de fluidos. Ele também tem resistência química boa e estável, além de uma longa vida útil em condições adversas.

Resistência ao calor

O POM é capaz de suportar o uso em áreas com altas temperaturas, de até 105°C. Os graus de homopolímero resistem a explosões de calor mais altas do que os copolímeros. A propriedade pretendida é crucial para os componentes que são expostos a condições de temperatura variáveis. Essa característica torna o POM adequado para uso em indústrias devido à sua tolerância a altas temperaturas. A escolha correta dos materiais usados significa a capacidade de resistir a climas térmicos. Para plástico de alta temperatura pgae para conhecer mais materiais de alta temperatura.

Principais considerações sobre o projeto de moldagem por injeção de POM

Moldagem por injeção de acetal prefere o uso de moldes de aço inoxidável. O material que está sendo usado tem um efeito corrosivo. Portanto, os moldes usados devem ser fortes e resistentes. A alta contração exige um projeto de molde apurado para obter peças precisas. O POM é amplamente aplicado em peças automotivas, industriais e médicas. Portanto, a moldagem deve ser feita da maneira correta e, nesse caso, ela garantirá que o grau de precisão e a qualidade do resultado sejam altos. É importante levar em conta alguns recursos ao projetar a moldagem por injeção de POM.

A espessura da parede deve estar na faixa de 0,030 a 0,125 polegadas. Ao manter a variação da espessura em um nível mínimo, é possível obter uma espessura uniforme da peça. O gerenciamento das tolerâncias é crucial porque a taxa de encolhimento da empresa é alta, e isso fica evidente no caso do POM. Os raios devem ser minimizados, principalmente nas regiões que sofrem tensão máxima. Os ângulos de inclinação que variam de 0,5 a 1 grau são ideais porque sua ejeção é suave.

Espessura da parede

A espessura da parede tem influência direta sobre a qualidade das peças de POM moldadas por injeção. Seções mais espessas também podem fazer com que a peça se deforme ou encolha de uma forma ou de outra, o que pode não ser desejável. Dessa forma, a estrutura geral é aprimorada e a espessura é mantida consistente. Entretanto, paredes extremamente finas, embora difíceis, devem estar dentro de certos limites. A espessura da parede desempenha um papel fundamental em aplicações estruturais e, se bem feita, ajuda a suportar altas pressões de forma confiável.

Tolerâncias

O POM apresenta alta retração, o que pode se tornar um desafio quando se trabalha com peças moldadas em POM que precisam estar dentro de uma tolerância estreita. Em particular, descobriu-se que paredes mais espessas aumentam a probabilidade de desvio da tolerância. Projetar para garantir medidas iguais não é uma má ideia, pois isso garantirá que as dimensões sejam consistentes. Sempre há uma maneira de moldar adequadamente e isso garantiria que as tolerâncias estivessem dentro dos limites aceitáveis. Os problemas decorrentes de alterações dimensionais são bem gerenciados por meio de planejamento e controle.

Raios

Os raios nos projetos de peças ajudam a minimizar a concentração de estresse no uso da peça. Os cantos afiados são sempre um problema, pois são os pontos que podem fazer com que uma estrutura seja menos durável. Com a inclusão de raios, essas áreas de alta tensão são minimizadas, o que aumenta a vida útil da peça. Os raios devem ser iguais ou superiores a 0,25 vezes a espessura nominal da parede do tubo. Os raios menores reduzem a tensão; no entanto, os raios maiores, até 75%, oferecem melhor distribuição de tensão.

Ângulo de inclinação

É possível obter alta ejeção de peças de POM com ângulos de inclinação mínimos. O POM tem baixo atrito e também tem a possibilidade de ter ângulos de inclinação de 0,5 grau. É possível que, no caso de peças como engrenagens, a corrente de ar zero talvez não seja essencial para atender às especificações do projeto. As correntes de ar ajudam a evitar a dificuldade de separação das peças dos moldes com o mínimo ou nenhum dano. Um bom projeto de calado permite uma produção eficiente e uma melhor qualidade da peça a ser produzida.

Desafios do processamento de materiais POM

O que torna o POM difícil de processar? Bem, certos fatores determinantes decidem seu funcionamento ideal. O POM tem uma tolerância pequena ou baixa a condições térmicas elevadas. Vários fatores são levados em consideração pelos operadores de moldes durante a moldagem por injeção. Esses fatores são o controle de calor, o nível de umidade, os parâmetros de moldagem e o encolhimento. Esses elementos são importantes para obter uma produção bem-sucedida de peças de moldagem por injeção de POM de alta qualidade.

Calor

Um dos aspectos mais críticos a serem gerenciados na moldagem por injeção de POM é o calor. Quando aquecido a uma temperatura superior a 210°C, o material sofre degradação térmica. Essa degradação resulta na formação de subprodutos que são corrosivos e acabam afetando o molde de injeção. A temperatura do molde deve estar entre 60 e 100°C para obter o melhor resultado. Além disso, os ciclos curtos de aquecimento também são benéficos porque não estressam muito o material. Com o aumento da temperatura, ele deve ser acompanhado por uma diminuição no tempo de residência para obter qualidade.

Umidade

A absorção de umidade do POM é bastante baixa e fica entre 0,2 e 0,5%. No entanto, é recomendável que a resina POM seja seca antes do processamento para obter os melhores resultados. O tempo de secagem normalmente é de 3 a 4 horas, dependendo do grau do POM. Isso é importante para que os níveis de umidade sejam baixos durante a moldagem, diminuindo a ocorrência de defeitos. Uma preparação cuidadosa evita problemas relacionados à umidade durante as injeções.

Parâmetros de moldagem

O parâmetro de moldagem correto deve ser mantido para a moldagem por injeção de POM. A pressão de injeção bem-sucedida identificada está entre 70 e 120 MPa para garantir uma boa repetibilidade do experimento. Uma velocidade de injeção média a alta também é desejável para obter uma produção suave da peça. O controle da peça moldada requer um controle adequado dos parâmetros para garantir que as peças moldadas atendam a especificações específicas. Ao acompanhar de perto esses parâmetros, é possível melhorar a qualidade do produto final.

Encolhimento

A retração é um problema comum com materiais POM, inclusive o Delrin®. As taxas de encolhimento geralmente ficam entre 2 e 3,5% no estágio de resfriamento do ciclo. A maior parte do encolhimento ocorre quando a peça ainda está no molde, e o restante ocorre durante a pós-ejeção. O POM homopolímero não reforçado apresenta maior retração do que os materiais copolímeros. Essas taxas de encolhimento devem ser consideradas no projeto do molde para atender às dimensões desejadas.

Desvantagens da moldagem por injeção de acetal

Embora a moldagem de acetal ofereça vários benefícios. Ela também tem suas limitações e desvantagens. Além disso, os moldes de acetal apresentam muitos desafios. Essas limitações devem ser cuidadosamente consideradas durante o processo de moldagem para que as empresas obtenham produtos de boa qualidade para uso final.

Baixa resistência a intempéries

O acetal é altamente vulnerável à degradação. Normalmente, em situações em que é exposto à luz ultravioleta ou à luz UV. Isso ocorre porque a exposição constante a eles pode causar grandes mudanças de cor e, por fim, afetar seu desempenho. Os raios UV deterioram o valor estético e enfraquecem fisicamente o material. Além disso, a radiação UV retira a estrutura dos polímeros. Por isso, é necessário usar estabilizadores para aumentar a resistência do acetal às intempéries. Esses estabilizadores podem não impedir totalmente a degradação por longos períodos em ambientes externos, o que dificulta o uso do acetal em usos externos.

Fragilidade

Em seu estado sólido, o acetal é altamente resistente e possui alta rigidez, mas sofre falha frágil em circunstâncias especiais. Temperatura A baixa temperatura afeta a característica do material do acetal e o torna propenso a rachar ou fraturar quando sofre um impacto. No entanto, essa fragilidade é uma desvantagem em qualquer aplicação em que se deseje alta resistência ao impacto, especialmente em baixas temperaturas. Há desafios significativos no projeto de produtos moldados em acetal para que possam suportar choques sem fraturar.

Com relação aos efeitos do processo de moldagem do acetal sobre as propriedades mecânicas das peças, devem ser levadas em conta algumas considerações.

Projeto de molde de injeção de acetal

Ao projetar uma aplicação usando material acetal, é importante acertar o molde, pois ele determina a qualidade e a estabilidade do produto final. Aqui estão algumas das principais diretrizes de projeto a serem seguidas:

• Diâmetro do corredor: Sugere-se que o diâmetro do canal esteja entre 3 e 6 mm para facilitar o fluxo do material durante a injeção.
• Comprimento do portão: O ideal é que o comprimento da porta seja de cerca de 0,5 mm para proporcionar a regulagem adequada da produção do material. Ele melhora a uniformidade do molde para que não se formem defeitos durante o preenchimento do molde com o material.
• Diâmetro do portão redondo: Esse valor deve ser entre a metade e seis vezes a espessura da peça que está sendo moldada. O dimensionamento adequado das comportas elimina casos como disparos curtos e linhas de solda.
• Largura da porta retangular: Por padrão, a largura dos portões retangulares deve medir pelo menos duas vezes a espessura do produto. O ideal é que essa medida seja cerca de 0,6 vezes a espessura da parede no que diz respeito ao reforço estrutural do recipiente.
• Ângulo de inclinação: Um ângulo de molde de 40 a 1 30 é proposto para a remoção direta da peça moldada sem qualquer abrasão na superfície.

Material acetal de pré-secagem

Mesmo que tenha um alto valor de absorção de umidade, sugere-se que a peça de acetal seja pré-seca antes da moldagem por injeção da resina. A pré-secagem também reduz a presença de alguma forma de umidade que seja destrutiva, como a formação de vazios ou bolhas. O processo de secagem deve ser feito a uma temperatura de 80-100°C e deve levar de 2 a 4 horas. A secagem correta é muito importante, pois ajuda a reter várias características dos materiais, além de facilitar a moldagem sem bicos.

Controle de temperatura de moldagem de acetal

Quando se trata de moldagem por injeção de acetal, é muito importante manter a umidade e a temperatura de fusão para obter melhores resultados. A temperatura do molde deve ser mantida entre 75 e 120 graus centígrados e a temperatura de fusão deve estar entre 190 e 230 graus centígrados (374 e 446 Fahrenheit, respectivamente). Parâmetros como a regulagem precisa da temperatura também gerenciam problemas como distorção, encolhimento ou até mesmo acabamento superficial ruim. A regulagem precisa das condições térmicas ajuda a resfriar uniformemente e, portanto, minimiza as tensões ao melhorar as características dimensionais do produto final.

Pressão de injeção

Cada material requer uma pressão de injeção específica que precisa ser atingida para proporcionar a qualidade específica da peça. A faixa de pressão está entre 40 e 130 MPa, dependendo da taxa de fluxo de fusão do acetal e da espessura e dos tamanhos da porta de passagem e da peça. Quando a pressão é baixa, o molde pode ser preenchido de forma inadequada e, se a pressão for alta, é provável que haja flash ou outros defeitos. A pressão ideal é importante para a criação da formação adequada da peça e a exclusão de defeitos.

Velocidade de moldagem por injeção

A velocidade de injeção também é outro fator que influencia muito o processo de moldagem do acetal. Dependendo da formação da poça, a velocidade de injeção do molde varia de moderada a rápida para evitar a criação de defeitos à medida que o molde é preenchido. No caso de velocidade baixa, as marcas de fluxo ou as imperfeições da superfície são vistas na superfície. Por outro lado, a alta velocidade pode levar ao que é chamado de jateamento ou superaquecimento por cisalhamento, o que é ruim para a resistência e o acabamento da superfície da maioria das peças. Por meio da modificação da velocidade de injeção, é possível eliminar os defeitos de moldagem, bem como aumentar a produtividade da moldagem.

Essas considerações permitem que os fabricantes aumentem a eficiência de suas peças moldadas por injeção de acetal por meio do controle dos parâmetros e dos problemas ocorridos. Para fazer o melhor uso possível dos atributos positivos do acetal e, ao mesmo tempo, evitar suas desvantagens, certos aspectos do projeto do molde, do manuseio do material e do processo devem ser ajustados com precisão.

Conclusão

Acetal ou polioximetileno é um tipo de termoplástico semicristalino moldado por injeção. Esse material é comumente usado em peças mecânicas, como buchas, rolamentos, engrenagens e rodas dentadas.

Em comparação com metais e outros plásticos, o acetal tem um baixo coeficiente de atrito e alta rigidez. Essas características melhoram muito suas propriedades de desgaste e, portanto, os produtos resultantes são de longa duração.

Todas essas características fazem do acetal um material de escolha para muitas aplicações de engenharia. O processamento e o design adequados do equipamento aumentam sua eficiência e durabilidade em diferentes setores.

A introdução do acetal nos processos de produção pode resultar em maior eficiência e menor frequência de manutenção de equipamentos mecânicos.