Materiais de moldagem por injeção
A moldagem por injeção é um método padrão de fabricação em larga escala usado para produzir componentes precisos e exatos. O processo é altamente versátil, com inúmeras opções de materiais, grande precisão e eficiência. Consiste na injeção de polímero fundido em uma cavidade de molde sob alta pressão, que então esfria e assume a forma do molde.
Os materiais desempenham um papel essencial na fabricação de peças. O tipo de material utilizado afeta o custo, a qualidade da peça, o desempenho e a eficiência da produção. O material também pode determinar o impacto ambiental e a conformidade com as normas regulamentares. Esta comparação de materiais para moldagem por injeção destaca o desempenho de diferentes resinas em métricas importantes, como resistência e custo.
O papel das resinas na moldagem por injeção
As resinas são a base do polímero. Elas são derretidas e injetadas em um molde sob alta pressão. As propriedades das resinas podem ser modificadas para atender a diferentes requisitos. Por exemplo, aditivos como cargas, reforços e estabilizantes podem ser adicionados para maior durabilidade. Corantes são usados para dar cores diferentes à peça moldada. O comportamento de fluxo durante vários processos, como resfriamento, preenchimento e o desempenho final da peça, é determinado pela resina. matérias-primas para moldagem por injeção de grânulos são a base de todo o processo.
Principais propriedades físicas e químicas
A adequação de um material é avaliada com base em diferentes propriedades e no comportamento do material sob tensão. Essas propriedades incluem aspectos mecânicos e químicos que precisam ser avaliados ao utilizar os materiais, dependendo da aplicação. Algumas propriedades essenciais estão listadas abaixo:
- Resistência à tracção: Essa é uma medida da tensão máxima que um material pode suportar ao ser puxado ou esticado antes de se romper.
- Alongamento na ruptura (%): Esta é uma medida percentual da variação no comprimento do material, demonstrando sua ductilidade.
- Módulo de flexão: O módulo de flexão é uma medida da resistência à flexão e à deflexão sob carga de flexão, demonstrando sua ductilidade.
- Força de impacto: Isso indica a quantidade de energia que os materiais podem absorver durante um impacto repentino sem se fraturarem. Geralmente, isso é feito usando testes Charpy.
- Temperatura de deflexão térmica: A temperatura na qual o material começa a se deformar. Ela indica a resistência térmica de curto prazo dos materiais sob tensão.
- Índice de fluidez: Indica a fluidez do material em condições normais. Valores mais altos significam que os materiais fluem com mais facilidade, ajudando-os a se acomodarem nas fissuras de forma mais eficaz.
- Resistência química: Ela descreve a resistência do material a diferentes agentes químicos, como solventes, óleos e ácidos.
- Densidade (g/cm³): É a massa por unidade de volume do material, que influencia o peso da peça, a flutuabilidade e o custo.
- Classificação de inflamabilidade (UL94): Isso indica o quão propenso ele é à ignição, combustão e autoextinção.
Termoplásticos vs. Plásticos Termoendurecíveis
A moldagem por injeção é feita principalmente com termoplásticos. Isso ocorre porque eles suportam altas temperaturas sem se degradarem ou sofrerem alterações químicas. Os termoplásticos são recicláveis e podem ser reutilizados diversas vezes, o que ajuda a minimizar o impacto ambiental e a reduzir custos, diminuindo o desperdício de material. Esses plásticos, como o PP e o ABS, são comumente usados em diversas indústrias devido à sua resistência e custo-benefício.
Os plásticos termofixos são diferentes e permanentes. Uma vez injetados no molde, eles curam por meio de uma reação química e se fixam permanentemente, tornando-os não recicláveis e não reutilizáveis. Os termoplásticos, por sua vez, oferecem resistência ao calor e estabilidade dimensional. Isso significa que eles têm um impacto ambiental maior. Os termoplásticos são mais indicados para aplicações de alto desempenho.
Classificação de materiais para moldagem de plástico
Plásticos amorfos: propriedades e usos
O plástico amorfo não possui estrutura ou cristais moleculares ordenados. Isso confere ao material boa transparência e resistência a impactos. Além disso, os plásticos amorfos apresentam excelentes acabamentos superficiais. São amplamente utilizados em lentes ópticas, invólucros eletrônicos e caixas transparentes.
Plásticos cristalinos e semicristalinos
Os plásticos cristalinos e semicristalinos são resistentes, rígidos e possuem excelente resistência química. Sua estrutura ordenada confere aos plásticos suas excelentes propriedades mecânicas. Polímeros plásticos como PP, PE e POM são todos cristalinos e utilizados em aplicações de alta tensão, incluindo as indústrias automotiva e industrial. Embora os plásticos cristalinos sejam mais adequados para aplicações específicas, eles são mais propensos a encolher e deformar. Isso significa que exigem um processo de fabricação mais otimizado e cuidadoso.
Resinas de alto desempenho e grau de engenharia
Plásticos como PEEK, PEI e PPS são plásticos de altíssimo desempenho. Possuem propriedades mecânicas e químicas superiores, com estabilidade térmica a temperaturas acima de 200 °C e alta resistência à tração, superior a 90 MPa. A combinação dessas propriedades garante durabilidade e longa vida útil.
Plásticos de alto desempenho servem como substitutos para metais em aplicações estruturais em diversos setores, como o aeroespacial e o automotivo, além de vedações para petróleo e gás e mancais de bucha. Embora sejam mais caros, suas propriedades essenciais os tornam ideais para altas temperaturas e produtos químicos agressivos.
Os 10 materiais mais comuns para moldagem por injeção
Polipropileno (PP)
Símbolo de reciclagem de polipropileno
O polipropileno é o segundo plástico mais utilizado no mundo. Oferece boa resistência química e mantém sua forma após torção ou flexão. Seu alto ponto de fusão impede a degradação térmica. Além disso, é resistente à umidade e à água. O polipropileno moldado por injeção também é reciclável.
Polietileno (PE)
Tubulação de polietileno durável
O polietileno é o polímero plástico mais comum em todo o mundo. Possui diferentes variantes de acordo com a densidade: polietileno de alta densidade (PEAD) e polietileno de baixa densidade (PEBD). Ambos diferem em termos de dureza, flexibilidade, ponto de fusão e propriedades ópticas. Materiais HDPE São valorizados por apresentarem maior durabilidade e resistência a impactos, sendo adequados para itens como recipientes e peças plásticas externas.
Acrilonitrila butadieno estireno (ABS)
Carcaça do espelho retrovisor automotivo em ABS
Plásticos ABS O ABS possui um ponto de fusão mais baixo do que outros plásticos, o que facilita sua moldagem. É opaco, facilitando a coloração com corantes. Além disso, o ABS é brilhante, atraente e resistente. Ademais, permite diversos acabamentos, tornando-o versátil para várias aplicações.
O ABS é conhecido por sua resistência e capacidade de suportar impactos, mas apresenta baixa resistência à luz solar (UV), água e intempéries. Comparado ao acrílico, o ABS moldado por injeção não é uma boa opção para aplicações externas.
Policarbonato (PC)
PC de policarbonato
O policarbonato (PC) é um plástico leve, rígido e transparente com excelentes propriedades ópticas. É um tanto resistente aos raios UV, mas a exposição prolongada pode fazer com que adquira uma tonalidade amarelada e se torne quebradiço, lascando e descascando, como acontece frequentemente com outros plásticos. O PC é significativamente mais resistente e durável que o vidro, o que o torna um excelente substituto para painéis de vidro.
Acrílico (PMMA)
Corte a laser de acrílico transparente
O acrílico também é um plástico transparente e leve, semelhante ao PC. O acrílico moldado por injeção possui transparência óptica. É resistente aos raios UV e à erosão causada pelas intempéries. Suporta a luz UV e pode ser moldado com tolerâncias rigorosas devido à sua boa fluidez. No entanto, é suscetível a solventes. Embora apresente alta resistência à tração, pode rachar sob cargas pesadas.
Nylon Poliamida (PA)
Usinagem CNC de engrenagens de nylon
O náilon é uma poliamida sintética que oferece alta resistência e excelente resistência ao calor e ao desgaste. O náilon não é inerentemente resistente à chama e pode se degradar sob a luz solar, embora existam estabilizadores UV disponíveis. O náilon possui baixa resistência química e é suscetível à umidade. Apresenta alta resistência mecânica e excelente estabilidade dimensional, o que o torna adequado para aplicações de alta carga, como engrenagens e rolamentos.
Polioximetileno (POM)
Buchas de plástico POM usinadas
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Materiais de moldagem especializados e híbridos
Elastômeros termoplásticos (TPE) e poliuretano (TPU)
O TPE é uma mistura de borracha e plástico. É macio e flexível como a borracha, mas processado como o plástico. Frequentemente chamado de borracha termoplástica, possui elasticidade moderada e pode se deformar sob tensão, retornando à sua forma original. É reciclável.
O TPU é um tipo de TPE. É um material semelhante à borracha, excelente substituto para a borracha rígida. O TPU possui melhor resistência à temperatura e a produtos químicos em comparação com o TPE. É mais difícil de moldar por injeção e tem um custo mais elevado devido ao processo de secagem mais demorado.
Resinas reforçadas com fibra de vidro e com carga de vidro
Resinas reforçadas com fibra de vidro ou outros materiais contêm de 10 a 50% de fibras curtas de vidro adicionadas a bases termoplásticas como náilon, PA, polipropileno, PP e PPS. A adição de fibra de vidro melhora as propriedades mecânicas do material para aplicações estruturais.
As fibras de vidro podem dobrar a resistência à tração do material, elevando-a para cerca de 240 MPa, e quadruplicar o módulo de flexão, tornando-as de 2 a 4 vezes mais rígidas. As fibras de carbono oferecem uma relação resistência/peso e condutividade superiores. Seu processamento é mais complexo devido à maior pressão necessária e podem sofrer retração.
Materiais sustentáveis e de base biológica (PLA)
O PLA é um material de base biológica derivado do amido de milho ou da cana-de-açúcar. É ecológico e tem impulsionado a moldagem por injeção nos últimos tempos. O PLA oferece excelente rigidez e transparência óptica. É atóxico, o que o torna ideal para utensílios e pratos descartáveis. Outros bioplásticos são o PHA e o Bio-PP. Esses bioplásticos apresentam limitações significativas, como baixas temperaturas de deflexão térmica, além de custos e tempos de ciclo mais elevados devido à lenta cristalização.
Critérios de seleção de materiais para o projeto de peças
Diversas peças de material plástico
A seleção de materiais é uma etapa crucial na moldagem por injeção. Isso porque é necessário levar em consideração diversos fatores, como custo, facilidade de fabricação e aplicação das peças moldadas por injeção. Um guia de seleção de materiais para moldagem por injeção como este é ideal para avaliar os requisitos mecânicos, térmicos e químicos.
Resistência mecânica e resistência ao impacto são fatores primordiais na seleção de materiais. Plásticos com maior resistência à tração são ideais para aplicações que exigem suporte de carga e alta tensão, como os plásticos reforçados com fibra de vidro ou poliamida (PA). O policarbonato (PC) e o ABS possuem excelente resistência ao impacto, o que os torna ótimos para produtos de consumo.
A estabilidade térmica e a deflexão térmica de um material são essenciais para compreender seu comportamento em altas temperaturas. A temperatura de deflexão térmica define os limites de operação do material. Para aplicações gerais, a faixa situa-se em torno de 90–110 °C. O PP é uma ótima opção, enquanto que para aplicações em altas temperaturas, o PEEK e a fibra de vidro são ideais.
Em termos de resistência química, o PP e o PE são superiores. Apresentam melhor resistência a ácidos, aminas e solventes. Para aplicações externas, o PMMA e o PP e PE estabilizados são resistentes aos raios UV. Componentes médicos e alimentícios são fabricados em PP, PC ou TPU devido à esterilizabilidade e à conformidade com as normas regulatórias (FDA/USP/RoHS). A prototipagem e os testes continuam sendo essenciais para confirmar se o material selecionado atende a todos os requisitos de desempenho, ambientais e de custo.
Impacto dos materiais no processo de moldagem por injeção
Encolhimento e deformação do molde
Entendendo a contração e a deformação do molde
A contração ocorre quando o polímero fundido esfria e solidifica, reduzindo-se devido às contrações dimensionais. Para compensar esse efeito, é necessário incluí-lo no cálculo da tolerância de contração nos moldes. Plásticos amorfos apresentam uma taxa de contração menor em comparação com polímeros cristalinos.
Isso se deve à falta de estrutura e ordem molecular em polímeros amorfos, o que reduz a diferença direcional e permite um controle de tolerância mais preciso. Fatores que podem influenciar a deformação incluem resfriamento não uniforme, espessuras de parede inadequadas, cargas e cristalização incompleta.
Taxas de fluxo e viscosidade da fusão
O índice de fluidez (MFI, na sigla em inglês), medido em g/g/10min, indica como os materiais fluem em condições padrão. Um MFI mais alto significa menor viscosidade e fluxo mais fácil. PP e PE têm MFI alto, variando de 20 a mais de 50, o que os torna excelentes para aplicações de paredes finas e geometrias complexas em cavidades multicamadas. Uma taxa de fluxo mais alta também significa menor tempo de preenchimento e menor pressão de injeção.
Baixo índice de fluidez significa maior viscosidade. O HDPE e o PP são ótimos exemplos disso; eles têm baixo índice de fluidez e maior viscosidade, o que os torna adequados para peças mais espessas e robustas, proporcionando melhores propriedades mecânicas.
Na fabricação, é necessário selecionar um material com um índice de fluidez (MFI) equilibrado. Um MFI mais alto significa melhor fabricabilidade, mas peças mais frágeis, dependendo da aplicação.
Tolerância, consistência e acabamento superficial
A tolerância que você consegue obter ao fabricar sua peça depende do material. Plásticos amorfos podem alcançar tolerâncias mais rigorosas devido às suas estruturas moleculares e comportamento de contração uniforme, o que permite prever resultados e lidar com a contração.
As tolerâncias típicas do plástico amorfo podem ser em torno de ±0.001–0.005 mm. Isso também facilita diferentes acabamentos de superfície, como alto brilho e liso, para fins estéticos. Polímeros cristalinos e reforçados apresentam desafios diferentes, como a contração devido à direção das fibras, o que pode causar tolerâncias menos precisas e degradar o acabamento superficial.
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Aplicações industriais por tipo de material
Componentes automotivos e aeroespaciais
A indústria automotiva é uma grande consumidora de plásticos moldados por injeção. Para-choques feitos de PP e painéis de ABS, assim como lentes de faróis de PA e PC, com revestimento para melhor clareza óptica, dominam o setor devido à sua relação custo-benefício, além da resistência a impactos e produtos químicos. Polímeros de alto desempenho, como o PEEK, são usados em buchas e rolamentos para componentes aeroespaciais.
Plásticos de grau médico e produtos para a área da saúde
A indústria médica e de saúde segue normas e regulamentações rigorosas; portanto, os polímeros utilizados nesse setor devem estar em conformidade com a norma FDA/ISO 10993. O PC é utilizado para recipientes transparentes, o PP para seringas e o TP para flexibilidade. A vantagem desses polímeros é que são biocompatíveis e podem ser esterilizados.
Soluções em eletrônicos de consumo e embalagens
O plástico ABS é amplamente utilizado em eletrônicos de consumo devido à sua durabilidade e resistência a impactos. Além disso, oferece diferentes opções de acabamento superficial. O PP e o PE são rígidos ou flexíveis, dependendo da aplicação. Podem ser fabricados com paredes finas e custos mais baixos, tornando-os acessíveis para a construção de gabinetes.
Como escolher o material certo para seu projeto
Materiais comuns para moldagem por injeção
Avaliando os Requisitos de Desempenho versus o Orçamento
Para selecionar o material mais adequado para sua peça, você precisa equilibrar desempenho e orçamento. Avaliar os requisitos da sua peça é a melhor maneira de fazer isso. Classifique seus requisitos em essenciais para a função e não essenciais, como estética. Plásticos comuns, como PP e PE, custam em torno de US$ 1 a US$ 2 por kg e são ótimos para 70% das aplicações, como embalagens de brinquedos e carcaças. Resinas de alto desempenho, como PEEK ou PEI, podem custar mais de US$ 50 por kg, mas são essenciais para condições extremas, como nas áreas aeroespacial e de implantes. Nossos artigos sobre materiais para moldagem por injeção de plástico oferecem uma comparação detalhada sobre isso.
Importância dos testes de materiais e da prototipagem
Os testes de materiais e a prototipagem são processos cruciais e essenciais antes da produção em massa. Os testes permitem garantir que as peças funcionem em condições reais e que os materiais se comportem conforme o previsto. A prototipagem em pequena escala pode custar de US$ 500 a US$ 2000, dependendo dos materiais e da complexidade. Realizar testes com um protótipo ajuda a coletar dados cruciais e a avaliá-los para identificar possíveis pontos de falha.
Testes padrão, como resistência à tração (ASTM D638), impacto (ASTM D256) e HDT (resistência à tração direta), fornecem resultados claros de aprovação ou reprovação. Esses testes e prototipagem iniciais podem evitar erros dispendiosos posteriormente, antes da produção em larga escala.
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