Stampaggio a iniezione di nylon: processo, vantaggi e considerazioni

Stampaggio ad iniezione di nylon

stampaggio ad iniezione La tecnologia impiega una vasta gamma di polimeri ad alte prestazioni per produrre i componenti desiderati, e il nylon non fa eccezione. In molte applicazioni, è considerato un'alternativa leggera ai metalli e alle leghe.

Questo materiale poliammidico offre proprietà fisiche, meccaniche e chimiche bilanciate. È resistente, con elevate caratteristiche di resistenza strutturale, alla trazione e tenacità, nonché resistenza chimica. Inoltre, il nylon presenta un basso coefficiente di attrito e una buona stabilità termica. 

Sebbene abbia molti vantaggi, Stampaggio ad iniezione in nylon richiede un controllo rigoroso del processo per affrontare l'elevata temperatura di fusione, l'assorbimento di umidità, il restringimento del nylon e la variabilità del flusso. Lo stampaggio a iniezione di nylon è utilizzato in diversi settori per la produzione di componenti ad alte prestazioni, a basso attrito, resistenti alla corrosione e durevoli. Ad esempio, collettori di motori per automobili, alloggiamenti per componenti elettrici, ingranaggi, elementi di fissaggio e articoli sportivi. 

In questo articolo, analizzeremo il materiale Nylon (Nylon 6, 66, PA 12, ecc.), i suoi vantaggi e svantaggi, il processo di stampaggio a iniezione, i suggerimenti per la progettazione di stampi e componenti e i fattori critici da considerare durante lo stampaggio a iniezione di materie plastiche in Nylon. 

Cos'è il nylon?

Granuli di nylon per stampaggio a iniezione

Il nylon è un polimero termoplastico sintetico di poliammide (PA) introdotto per la prima volta da DuPont negli anni '1930. Nel corso degli anni, è diventato più avanzato e popolare. Molte industrie preferiscono questo materiale per stampaggio ad iniezione Grazie ai suoi componenti robusti, resistenti all'usura, durevoli e a basso attrito, rappresenta un'ottima scelta anche per parti resistenti al calore e agli agenti chimici.

La composizione del nylon comprende legami continui –CONH–, caratterizzati da catene alifatiche di carbonio. Questa struttura conferisce rigidità, tenacità, resistenza termica e altre utili proprietà. 

Proprietà del materiale in nylon 

Il nylon è un materiale versatile e dalle elevate prestazioni, che offre un'eccellente resistenza alla trazione, alla flessione e alla piegatura, oltre a una buona resistenza ad acidi, alcali, carburanti, lubrificanti e altri agenti chimici.

Ora analizziamo le principali proprietà del nylon. 

Elasticità

Il nylon è elastico per sua natura, quindi i componenti possono resistere a forti sollecitazioni e tornare alla loro forma originale dopo la rimozione del carico. È inoltre vantaggioso per i prodotti che richiedono elasticità.

Forte e resistente alla trazione

Il nylon è un polimero resistente in grado di sopportare carichi elevati. In particolare, i materiali compositi come il nylon rinforzato con il 40% di fibra di vetro offrono un'elevata resistenza alla trazione. 

Resistenza alla Corrosione 

Il nylon è un materiale resistente alla corrosione. Pur avendo un elevato tasso di assorbimento dell'umidità, può resistere ad ambienti umidi e ad altre condizioni difficili senza perdere le sue proprietà. 

Assorbimento dell'acqua 

Il nylon è un materiale igroscopico e il suo tasso di assorbimento d'acqua varia dallo 0.25 al 10%, a seconda del tipo. Tuttavia, i capi in nylon si asciugano rapidamente. 

Resistenza chimica

Il nylon è resistente a molti acidi, alcali, oli, carburanti e solventi. 

Panoramica sulle proprietà del nylon 

La tabella seguente illustra diverse proprietà del nylon con i relativi valori: 

I valori sono approssimativi e potrebbero variare leggermente a seconda del fornitore. 

Il processo di stampaggio a iniezione del nylon 

Stampo a iniezione in nylon

Lo stampaggio a iniezione è uno dei metodi di lavorazione del nylon che prevede diverse fasi, tra cui progettazione, selezione del materiale, impostazione dello stampo, iniezione, raffreddamento dello stampo ed estrazione del pezzo.

Analizziamo brevemente ciascun passaggio.

Fase 1: Progettazione del componente e dello stampo

Innanzitutto, progetta il pezzo utilizzando un software come AutoCAD, definendone forma, geometria, orientamento, caratteristiche e altri dettagli. Successivamente, realizza uno stampo a iniezione per quel pezzo, utilizzando la lavorazione meccanica, l'elettroerosione o altri metodi idonei. 

Passaggio 2: selezione del materiale

Poiché sono disponibili diverse tipologie di nylon, scegli quella che meglio soddisfa le tue esigenze in termini di funzionalità e prestazioni. Il nylon 66, il nylon 12, il nylon 46 e il nylon rinforzato con fibra di vetro sono le tipologie più comuni utilizzate nello stampaggio a iniezione.

Fase 3: Attrezzatura e configurazione della macchina 

Installare lo stampo sulla pressa a iniezione unendo le due metà e fissandole saldamente. Successivamente, impostare la temperatura di fusione, la pressione di iniezione, il tempo di ciclo, ecc. 

Fase 4: Asciugatura dei pellet di nylon 

Poiché il nylon è igroscopico per natura (assorbe e rilascia umidità), è necessario asciugare i pellet per rimuovere l'umidità in eccesso. Spesso, l'essiccazione sottovuoto offre i risultati migliori. 

Passaggio 5: processo di iniezione 

Durante lo stampaggio a iniezione di nylon o poliammide, la vite spinge i granuli essiccati verso l'ugello e infine nella cavità dello stampo. Successivamente, si applica pressione per garantire il riempimento completo. 

Fase 6: Raffreddamento dello stampo 

Lasciare raffreddare lo stampo per un tempo specifico, che varia in base alle dimensioni e alla complessità dello stampo e al tipo di nylon. 

Fase 7: Espulsione del pezzo e post-elaborazione 

Una volta raffreddato lo stampo, aprirlo con i perni di espulsione o altri meccanismi presenti nello stampo ed estrarre il pezzo con attenzione. Successivamente, procedere con le lavorazioni secondarie e la finitura superficiale, se necessario.

Quali sono i vantaggi dello stampaggio a iniezione di plastica nylon? 

Resistenza termica, resistenza chimica, resistenza all'usura, basso attrito e bassa viscosità di fusione sono alcuni dei principali vantaggi dello stampaggio a iniezione del nylon. 

Analizziamo più nel dettaglio le principali proprietà del nylon:

• Resistenza alla trazione e alla flessione: Nylon rinforzato con fibra di vetro I componenti stampati a iniezione, i componenti in Nylon 66 e altri tipi di Nylon offrono elevata resistenza alla trazione e alla flessione. 
• Stabilità termica: Il nylon mantiene le sue proprietà anche ad alte temperature, fino a 120 °C. Inoltre, presenta un punto di fusione elevato, superiore a 180 °C, a seconda del tipo di nylon. 
• Resistenza chimica: Il nylon è resistente a molti acidi, alcali, oli e solventi. 
• Basso attrito: La superficie in nylon ha un basso attrito, il che la rende adatta per componenti mobili o rotanti. 
• Resistenza all'usura: le parti in nylon offrono Resistenza all'abrasione e superficie a basso attrito, che contrasta qualsiasi tipo di usura, rendendoli durevoli e affidabili.
• Bassa viscosità di fusione: Ciò significa che il nylon fuso scorre facilmente all'interno dello stampo, favorendo lo stampaggio di pareti sottili e forme complesse. 

Migliori pratiche per la progettazione di stampi a iniezione di nylon 

Progettazione di componenti stampati in nylon 

Nell'industria manifatturiera, nella progettazione di componenti in nylon stampati a iniezione, esistono alcune pratiche standard specifiche, come lo spessore della parete, l'uniformità della parete, i raggi degli angoli, l'angolo di sformo, il ritiro, le nervature e la posizione del punto di iniezione.

1. Spessore minimo della parete

Lo spessore della parete della parte in nylon deve essere compreso tra un minimo di 0.76 e 2.92 mm, a seconda del tipo di nylon, e un massimo di 6 mm. Ciò è necessario per garantire una migliore fluidità ed evitare il restringimento.

2. Pareti uniformi e transizioni 

Uno spessore uniforme delle pareti è importante per il riempimento dello stampo e per la resistenza del pezzo. Se i pezzi richiedono sezioni con spessore variabile, è necessario prevedere uno spessore aggiuntivo del 10-15% nelle sezioni di transizione.

3. Aggiungi raggi d'angolo

Aggiungere raggi di curvatura agli angoli di almeno 0.5 mm o pari a 0.6-0.75 volte lo spessore della parete. Ciò contribuisce a evitare concentrazioni di sollecitazioni negli angoli acuti.

4. Angolo di sformo

0.5–1° per lato per garantire la precisione dimensionale ed evitare difetti. 

5. Costolette

40-60% dello spessore nominale della parete, in quanto migliora la rigidità del componente stampato a iniezione in nylon. 

6. Restringimento del nylon 

Rispetto ad altri materiali termoplastici, il nylon presenta un ritiro maggiore, pari a circa lo 0.7-2.0%. È quindi importante tenerne conto per garantire la precisione dimensionale ed evitare il rischio di difetti di stampaggio.

Fattori da considerare per il processo di stampaggio a iniezione del nylon

Per una stampaggio a iniezione di plastica in nylon di successo, è necessario considerare fattori quali la viscosità del nylon, il contenuto di umidità, la temperatura di fusione, la temperatura dello stampo, la velocità e la pressione di iniezione e il rischio di intrappolamento. 

Analizziamo questi punti più nel dettaglio.

Viscosità del nylon fuso

La bassa viscosità del nylon liquido può rappresentare un limite se il flusso non viene controllato. Pertanto, è fondamentale impostare un tempo di ciclo corretto in base alla profondità e alla complessità delle cavità dello stampo. 

Contenuto di umidità nei pellet

Il livello di umidità ideale per l'essiccazione dei granuli di nylon dovrebbe essere compreso tra lo 0.10 e lo 0.15%. In caso contrario, la resistenza e la stabilità dimensionale risultano compromesse. 

Temperatura di fusione e di stampaggio 

La temperatura di fusione (o di iniezione) deve essere compresa tra 250 e 280 °C. Non può superare i 300 °C; altrimenti, il nylon perderà la sua resistenza e rigidità. Di conseguenza, la temperatura dello stampo consigliata è compresa tra 60 e 80 °C.

Velocità e pressione di iniezione 

L'elevata fluidità del nylon consente una maggiore velocità di iniezione. Di conseguenza, la pressione di iniezione si attesta tipicamente tra 7 e 140 MPa, mentre la contropressione tra 3 e 10 MPa.

Intrappolamento del gas 

Per evitare imperfezioni e vuoti superficiali, assicurarsi che il gas generato e intrappolato all'interno dello stampo venga adeguatamente sfiatato.

Quali sono gli additivi utilizzati nello stampaggio a iniezione del nylon?

Gli additivi e gli agenti di rinforzo vengono utilizzati nello stampaggio a iniezione per migliorare proprietà quali resistenza, fluidità, resistenza termica, qualità di plastificazione, resistenza ai raggi UV e aspetto estetico. L'elenco seguente illustra gli additivi più comuni per lo stampaggio a iniezione di plastica nylon e quando utilizzarli. 

• Rinforzo in fibra di vetro (GF): Per aumentare la resistenza e la rigidità.
• Cariche in fibra di carbonio: Vengono utilizzati quando è necessario un migliore rapporto resistenza-peso.
• Ritardanti di fiamma: Il dietilfosfinato di alluminio, il polifosfato di melammina e altri ritardanti di fiamma sono conformi alla norma UL94 V-0 e ad altri standard. 
• Stabilizzatori termici: Additivi fenolici, sali di rame e altri additivi per aumentare la resistenza termica dei componenti in nylon.
• Additivi di processo: Per ridurre l'attrito e aumentare la fluidità del nylon fuso. 

Tipologie di componenti in nylon stampati a iniezione

Tipi di componenti in nylon

In base agli usi finali e ai settori di applicazione, i componenti in nylon stampati a iniezione possono essere classificati in diverse tipologie, tra cui ingranaggi e boccole, componenti elettrici, elementi di fissaggio, alloggiamenti per utensili, componenti medicali e componenti per autoveicoli.

Analizziamoli più nel dettaglio. 

Ingranaggi e boccole

Ingranaggi a basso attrito, resistenti all'usura e ad alta fatica. Ad esempio, boccole e cuscinetti per utensili elettrici, stampanti, automobili, nastri trasportatori, ecc.

Ricambi automotive

Componenti resistenti al calore, agli agenti chimici e agli oli, in grado di sopportare elevate sollecitazioni. Ad esempio, coperchi del motore, collettori di aspirazione, serbatoi del radiatore.

Componenti elettrici

Componenti ignifughi e elettricamente isolati, come morsettiere, alloggiamenti per circuiti e connettori.

Elementi di fissaggio e clip

Elementi di fissaggio e clip leggeri, come chiusure a scatto, fascette per cavi e rivetti in plastica.

Parti industriali

Componenti di macchinari ad alta resistenza, come corpi valvola, pompe e sistemi di trasporto. 

Alloggiamenti per utensili

Alloggiamenti per apparecchiature di consumo e utensili elettrici con elevata resistenza agli urti e finiture personalizzate.

Componenti mediche

I componenti in nylon sono facili da sterilizzare, igienici e facili da pulire. Alcune applicazioni nel settore medicale includono strumenti chirurgici, connettori per tubi e componenti per dispositivi diagnostici.

Stampaggio a iniezione di nylon contro stampaggio a iniezione di gomma 

Componenti in gomma contro componenti in nylon

Lo stampaggio a iniezione della gomma viene utilizzato per la produzione di componenti flessibili, per il rivestimento di metalli e per la tenuta di elementi. È possibile utilizzare elastomeri, gomma siliconica, nitrile, gomma siliconica liquida e altri materiali.  

Inoltre, la tabella seguente confronta lo stampaggio a iniezione di nylon e quello di gomma. 

Riassumendo

Il nylon può essere la scelta migliore per lo stampaggio a iniezione di componenti resistenti, durevoli, resistenti all'usura e a basso attrito per svariate applicazioni, come ingranaggi per elettrodomestici, cuscinetti per nastri trasportatori, clip, innesti a scatto e componenti per pompe. 

Tuttavia, è necessario considerare la progettazione del pezzo, gli stampi, l'umidità del materiale di alimentazione, la viscosità del nylon, la velocità e la pressione di iniezione e altri fattori per garantire pezzi precisi e privi di difetti.

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Riferimenti

https://www.acs.org/education/whatischemistry/landmarks/carotherspolymers.html