Análisis de tensiones residuales en productos hechos con moldeo por inyección

La Generación de estrés interno en productos fabricados con moldeo por inyección

En los productos hechos con moldeo por inyección, el estado de tensión local es diferente en varias partes, y el grado de deformación del producto dependerá de la distribución de la tensión. Si hay un gradiente de temperatura durante el enfriamiento, se producirá este tipo de estrés, por lo que este tipo de estrés también se denomina "estrés de formación".

El estrés interno de los productos hechos con moldeo por inyección incluye dos tipos: uno está formando estrés y el otro es estrés por temperatura.

Cuando la masa fundida entra en un molde más frío, la masa fundida cerca de la pared de la cavidad del molde se solidifica rápidamente y congela el segmento de la cadena molecular. Debido a la mala conductividad térmica de la capa de polímero solidificado, se forma un mayor gradiente de temperatura en la dirección del espesor del producto. El centro del producto se solidifica bastante lentamente, de modo que cuando la puerta está cerrada, la unidad de fusión en el centro del producto no se ha solidificado, Y la máquina de moldeo por inyección no puede reponer la contracción de enfriamiento. Por lo tanto, la contracción interna del producto moldeado por inyección es opuesta al efecto de la piel dura; mientras que el centro está en estiramiento estático, la superficie está en compresión estática.

Además de la tensión causada por el efecto de contracción de volumen durante el llenado y el flujo de la masa fundida, también hay tensión causada por el efecto de expansión del corredor y la salida de la puerta. El primer efecto provoca tensión relacionada con la dirección del flujo de la masa fundida, mientras que el segundo provoca una tensión perpendicular a la dirección del flujo debido a la expansión de la salida.

Factores de proceso que afectan el estrés de orientación en productos fabricados con moldeo por inyección

Bajo la condición de enfriamiento rápido, la influencia de la tensión de orientación puede causar la formación de tensión interna en los polímeros. Debido a la alta viscosidad de la fusión del polímero, el estrés interno no puede relajarse rápidamente, lo que afecta las propiedades físicas y la estabilidad del tamaño del producto.

La influencia de varios parámetros en el estrés de orientación

• Temperatura de fusión: una alta temperatura de fusión conduce a una baja viscosidad, y el grado de orientación disminuye con la disminución del esfuerzo cortante. Por otro lado, la alta temperatura de fusión puede hacer que la relajación del estrés sea más rápida y promover la capacidad de relajar la orientación. Sin embargo, en el caso de la presión de la máquina de moldeo por inyección sin cambios, la presión de la cavidad aumentará, y la fuerte fuerza de corte causará un aumento en la tensión de orientación.

• Retrasar el tiempo de presión de retención antes de que se cierre la boquilla aumentará la tensión de orientación.
  

• El aumento de la presión de inyección o la presión de retención aumentará la tensión de orientación.
  

• Una alta temperatura del molde puede garantizar un enfriamiento lento del producto moldeado por inyección, desempeñando un papel en la relajación de la tensión de orientación.
  

• Aumente el grosor del producto para reducir la tensión de orientación, porque el producto de paredes gruesas se enfría lentamente, la viscosidad aumenta lentamente y el proceso de relajación de la tensión es largo, por lo que el estrés de orientación es pequeño.
  

La influencia en el estrés de la temperatura

Como se mencionó anteriormente, debido al gran gradiente de temperatura entre la masa fundida y la pared del molde durante el llenado, la capa externa de la masa fundida solidificada bloquea la contracción de la capa interna, dando como resultado una tensión de compresión (tensión de contracción) en la capa externa y una tensión de tracción (tensión de orientación) en la capa interna.

Si la presión de la cavidad del molde se mantiene durante mucho tiempo después del llenado, la masa fundida repondrá la cavidad del molde de polímero, lo que aumentará la presión de la cavidad del molde y cambiará la tensión interna causada por la desigualdad de temperatura. Pero en el caso de un tiempo de retención corto y una presión de cavidad baja, la tensión interna del producto moldeado por inyección seguirá siendo la misma que durante el enfriamiento.

Si la presión de la cavidad del molde es insuficiente durante el enfriamiento inicial del producto, la capa externa del producto formará depresiones debido a la solidificación y contracción, mientras que si la presión de la cavidad del molde es insuficiente después de que se haya formado la capa fría y dura del producto, La capa interna del producto se separará debido a la contracción o formará huecos. Si la presión de la cavidad del molde se mantiene antes de que se cierre la puerta, es beneficioso mejorar la densidad del producto, eliminar el estrés de la temperatura de enfriamiento, pero resultará en una mayor concentración de tensión cerca de la puerta.

Por lo tanto, cuanto mayor sea la presión de la cavidad del molde y mayor sea el tiempo de espera, más beneficioso será reducir la tensión de contracción causada por la temperatura y, a la inversa, aumentará la tensión de compresión.

La relación entre el estrés interno y la calidad de los productos fabricados con moldeo por inyección

La presencia de tensión interna en el producto afectará seriamente las propiedades mecánicas y el rendimiento del producto moldeado por inyección; Debido a la distribución desigual de la tensión interna en el producto, se producirán grietas durante el uso. Cuando se usa por debajo de la temperatura de transición vítrea, puede ocurrir una deformación irregular o una deformación, y la superficie del producto puede volverse "blanca", turbia y las propiedades ópticas pueden deteriorarse.

Los esfuerzos para reducir la temperatura en la puerta y aumentar el tiempo de enfriamiento son beneficiosos para mejorar el estrés desigual del producto, haciendo que las propiedades mecánicas del producto sean uniformes.

Ya sea para polímeros cristalinos o amorfos, la resistencia a la tracción exhibe características anisotrópicas. La resistencia a la tracción de los polímeros amorfos varía con la posición de la puerta; cuando la puerta está alineada con la dirección de llenado, la resistencia a la tracción disminuye con el aumento de la temperatura de fusión; cuando la puerta es perpendicular a la dirección de llenado, la resistencia a la tracción aumenta con el aumento de la temperatura de fusión.

Dado que el aumento de la temperatura de fusión fortalece la relajación de la tensión de orientación y el debilitamiento de la tensión de orientación reduce la resistencia a la tracción, la orientación puede verse afectada por la orientación de la puerta a través de la dirección del flujo, Y dado que la anisotropía de los polímeros amorfos es más significativa que la de los polímeros cristalinos, La resistencia a la tracción en la dirección perpendicular al flujo es mayor para los polímeros amorfos que para los polímeros cristalinos. El moldeo por inyección a baja temperatura tiene una mayor anisotropía mecánica que el moldeo por inyección a alta temperatura. Cuando la temperatura de inyección es alta, la relación de resistencia de la dirección perpendicular a la dirección del flujo es 1,7, mientras que cuando la temperatura de inyección es baja, la relación es 2.

Por lo tanto, el aumento de la temperatura de fusión provocará una disminución de la resistencia a la tracción tanto para los polímeros cristalinos como para los amorfos, pero los mecanismos son diferentes. Lo primero se debe a los efectos de la orientación, que baja la resistencia a la tracción.