TermoplásticoMateriales- Características y propiedades, los materiales termoplásticos se dividen en dos categorías principales según su resistencia al calor y sus características: termoplásticos-resistentes al calor y termoplásticos-de uso general.
Tipos y propiedades de los plásticos:
△Cambios termodinámicos de los plásticos.
Los termoplásticos-resistentes al calor se pueden moldear en piezas de plástico de forma fija-a altas temperaturas y mantener una forma fija después de enfriarse. Si se calientan nuevamente, pueden ablandarse y fluir, y volver a moldearse en piezas de plástico de forma fija-mediante procesos repetidos - esto es reversible. Dado que los materiales termoplásticos no sufren cambios químicos fundamentales durante el proceso de moldeo, los materiales de desecho se pueden reciclar y reutilizar, lo que se conoce como "material secundario" o "remolido".
Los termoplásticos sufren cambios físicos durante el moldeo, lo que significa que simplemente no pueden cambiar su estado original cuando se calientan, sino que permanecen amorfos y no pueden fluir después de enfriarse. Por lo tanto, los materiales termoplásticos no se pueden calentar y remodelar repetidamente, por lo que los desechos de materiales termoplásticos generalmente no se pueden reutilizar.
Este libro analiza principalmente los "plásticos" - excluyendo el caucho, que también es un material termoplástico.
En comparación con los procesos de moldeo de plástico, aunque el moldeo por inyección tiene varias capacidades y ventajas únicas, también tiene algunos defectos y deficiencias inherentes. Comprender las principales características del moldeo por inyección de plástico es el requisito previo y la garantía para el diseño correcto del molde y la mejora de la calidad de las piezas moldeadas.
(1) Contracción
Si las piezas de plástico pueden mantener la estabilidad dimensional en condiciones de temperatura normal cuando se moldean desde la cavidad del molde y se enfrían a temperatura ambiente, el tamaño será ligeramente más pequeño que la cavidad del molde original. Esta característica se llama contracción y puede compensarse mediante el control de la temperatura del moldeo.
Esta contracción no sólo es causada por la expansión y contracción térmica del propio plástico, sino que también se relaciona con diversas condiciones del proceso de moldeo y factores de diseño del molde. Una vez que se enfría el plástico, la tasa de contracción de la pieza es la contracción del moldeo, que se puede reducir o mejorar mediante el ajuste de los parámetros del proceso o pequeños cambios en el tamaño de la cavidad del molde.
Las piezas de plástico sufren una contracción secundaria durante un período de tiempo después del moldeo, también conocida como contracción post-moldeo.manteniendo las mismas condiciones de moldeo:
① La contracción de las piezas de plástico no es uniforme. Debido al hecho de que la tasa de contracción térmica de los plásticos cambia con las condiciones físicas y químicas en diferentes partes internas, la tasa de contracción de las piezas de plástico después de enfriarlas a temperatura ambiente varía en tamaño y no es completamente uniforme. Por lo tanto, debería haber ciertas limitaciones en la precisión dimensional del moldeo de piezas de plástico, y la precisión debería mejorarse adecuadamente mediante el diseño del molde.
② La post-contracción de las piezas de plástico. Durante el proceso de moldeo, debido a diversas tensiones internas, reacciones químicas y diversas fuerzas externas - principalmente presión de moldeo -, la pieza de plástico continúa existiendo después del moldeo con tensión residual. Después del moldeo, debido a diversos efectos de tensión residual, el tamaño de la pieza de plástico continúa cambiando ligeramente después de la producción. Generalmente, la mayoría de las piezas moldeadas se estabilizan dentro de las 10 horas posteriores al moldeo y básicamente se estabilizan después de 24 horas, pero tardan más de 10 días en estabilizarse por completo.Prestando atención y tomando las medidas de moldeo correspondienteses la clave para controlar la contracción post-moldeo.
Para estabilizar las dimensiones finales de las piezas de plástico después del moldeo, a veces se requiere tratamiento térmico después del moldeo. El tratamiento térmico permite mantener el termoplástico a una determinada temperatura provocando un ablandamiento; La eliminación de fuerzas externas sobre la contracción del moldeo permite que se produzca una compensación interna adecuada después del moldeo, lo que puede reducir las dimensiones de la pieza moldeada a temperaturas de moldeo más altas.
③ Contracción direccional de piezas de plástico. Durante el proceso de moldeo, el efecto de orientación de los polímeros a lo largo de la dirección del flujo provoca anisotropía en la pieza de plástico. La contracción de la pieza inevitablemente diferirá dependiendo de la dirección del flujo del material: generalmente, la contracción es mayor y la resistencia es mayor a lo largo de la dirección del flujo del material, mientras que la contracción es menor y la resistencia es menor en la dirección perpendicular al flujo del material. Al mismo tiempo, debido a la distribución desigual y la densidad de los aditivos en diferentes partes de la pieza de plástico, la contracción también es desigual, lo que resulta en una contracción diferencial y hace que la pieza de plástico sea propensa a deformarse, deformarse e incluso agrietarse.
(2) Fluidez
Durante el proceso de moldeo, la capacidad del plástico para llenar la cavidad del molde bajo cierta temperatura y presión se denomina fluidez del plástico. Este es un indicador técnico integral único para el moldeo por inyección. Durante el período de moldeo, se debe prestar atención a las dimensiones de la cavidad del molde y sus parámetros relacionados. Cuando la presión de moldeo es demasiado grande o demasiado pequeña, también se debe considerar la influencia de la fluidez.
El tamaño de la fluidez tiene una relación significativa con la estructura molecular de los plásticos. Los plásticos con estructuras moleculares lineales o pesos moleculares más bajos tienen menos obstrucción al flujo molecular, lo que resulta en una mayor fluidez. Cuando se añaden cargas a plásticos, la fluidez aumenta con un mayor contenido de carga. La influencia de diversos factores de diseño y condiciones del proceso de moldeo sobre la fluidez plástica también es aplicable a la fluidez de los compuestos poliméricos.
La fluidez de los plásticos no es un valor invariable y el diseño de moldes puede ajustarlo en gran medida. Si la fluidez de los plásticos es buena, no significa necesariamente que todos los aspectos del proceso de moldeo por inyección sean fluidos y satisfactorios. Por el contrario, si la fluidez es mala, se puede mejorar aumentando la temperatura o presión del moldeo por inyección. Sin embargo, si la fluidez es demasiado grande, puede provocar fácilmente defectos como rebabas en la producción de piezas de plástico. Por lo tanto, en el proceso de moldeo, el uso de materiales plásticos debe considerar todos los aspectos de los factores que influyen y elegir de manera integral los plásticos apropiados. Sólo entonces se podrá garantizar la calidad y seleccionar adecuadamente los parámetros del proceso de moldeo y el diseño del molde, logrando en última instancia el propósito de controlar y mejorar la calidad.
Según los requisitos de fluidez de los plásticos comunes en el diseño de moldes, la clasificación de fluidez del moldeo por inyección de termoplásticos generalmente se puede dividir en tres categorías:
① Plásticos de buena fluidez: como nailon, polietileno, polipropileno, poliestireno, acrílico, acetato butirato de celulosa y polioximetileno.
② Plásticos de fluidez media: como poliestireno modificado, ABS, AS, poliformaldehído, homopolímero de cloruro de vinilo y politetrafluoroetileno.
③ Plásticos de baja fluidez: como policarbonato, cloruro de polivinilo duro, polisulfona, poliimida, poliéster aromático y fluoroplásticos.
Los principales factores que afectan la fluidez de los plásticos moldeados por inyección son:
① Temperatura del plástico. Cuando la temperatura del plástico es alta, la fluidez aumenta correspondientemente con la temperatura de los diferentes plásticos. Por ejemplo, el poliestireno, el polipropileno, la poliamida, el polioximetileno, el poliestireno modificado, el acetato de celulosa y el ABS tienen una dependencia muy sensible de la temperatura con respecto a la fluidez; para el cloruro de polivinilo, el poliformaldehído y el metacrilato de polimetilo, el impacto de los cambios de temperatura en la fluidez es relativamente pequeño.
② Presión de inyección. El aumento de la presión de inyección puede superar la resistencia generada por el flujo de la masa fundida y, en consecuencia, aumentar la velocidad de llenado de la masa fundida, generando una mayor fluidez.
③ Estructura del molde. Como la forma del sistema de compuerta, la ubicación y el tamaño de la compuerta, la forma de la cavidad, el sistema de escape, la temperatura del molde, el espesor de la pared de las piezas de plástico y la presencia de inserciones, el número y ubicación de las inserciones -, todos estos afectan directamente la situación real de llenado dentro de la cavidad del molde y tienen un impacto significativo en la fluidez plástica.
(3) Sensibilidad al calor
La viscosidad de algunos plásticos cambia con la temperatura durante el proceso de moldeo a temperaturas más bajas y los plásticos permanecen relativamente estables. Sin embargo, cuando la temperatura se mantiene a una temperatura de moldeo más alta durante un período prolongado, o el área de la sección transversal del paso de flujo es demasiado pequeña, o la velocidad de corte es demasiado alta, pueden ocurrir fenómenos como decoloración, degradación y descomposición debido al aumento de la acción de corte. Los plásticos con esta característica se denominan plásticos-sensibles al calor. Como PVC rígido, cloruro de polivinilo, poliformaldehído, polifluoroetileno y fluoroplásticos. Los plásticos-sensibles al calor se descomponen y liberan gases durante la degradación, que corroen el molde y afectan la apariencia de las piezas de plástico. Además, también se deterioran sus propiedades físicas y mecánicas.
Cuando los plásticos-sensibles al calor sufren-descomposición o degradación inducida por el calor durante el calentamiento, se generarán diversos productos de descomposición, algunos de los cuales son perjudiciales para el cuerpo humano. Los moldes y equipos deben mantenerse limpios. Las impurezas o la suciedad pueden provocar un sobrecalentamiento localizado y provocar la degradación del material.
Los agentes y aditivos pueden evitar una mayor descomposición. Por ejemplo, agregar estabilizadores térmicos al PVC rígido puede mejorar su efecto de descomposición.
Cuando se moldean plásticos-sensibles al calor en condiciones en las que el trabajo se sobrecalienta o se produce descomposición, se deben tomar algunas medidas durante el diseño del molde. Se pueden añadir estabilizadores térmicos a los materiales o se pueden utilizar equipos adecuados (máquinas de inyección de tipo tornillo). Se debe mantener un control estricto sobre la temperatura de moldeo, la temperatura del cilindro, el tiempo de calentamiento, la velocidad de rotación del tornillo y la presión; y se deben tomar medidas tales como evitar la retención de materiales y evitar que los equipos y los moldes se contaminen.
(4) Sensibilidad a la humedad
La sensibilidad a la humedad de los plásticos se refiere a la sensibilidad a la descomposición de la humedad a alta temperatura y alta presión, como el policarbonato, que es un plástico típico-sensible a la humedad. Incluso si contiene una pequeña cantidad de humedad, se descompondrá a altas temperaturas y altas presiones. Por lo tanto, los plásticos-sensibles a la humedad deben controlarse estrictamente en cuanto a su contenido de humedad antes de moldearlos y deben someterse a un tratamiento de secado.
(5) Higroscopicidad
La higroscopicidad se refiere a la afinidad de los plásticos por la humedad. En base a esto, los plásticos se pueden dividir a grandes rasgos en dos categorías: una son los plásticos con propiedades de absorción o adherencia de agua, como poliamida, policarbonato, poliéster, ABS, etc.; el otro son los plásticos que no absorben agua ni se adhieren a la humedad, como el poliestireno, el polipropileno y el polietileno.
Para los plásticos con tendencia a la absorción de agua, si el contenido de humedad antes del moldeo no se elimina y excede un cierto límite, durante el proceso de moldeo, la humedad se convertirá en gas y hará que el plástico se descomponga, lo que dará como resultado una fluidez reducida del plástico moldeado, dificultad en el moldeo y deterioro de la calidad de la superficie y las propiedades mecánicas de las piezas de plástico. Por lo tanto, para garantizar el buen progreso y la calidad del moldeo, para plásticos con gran higroscopicidad y adherencia a la humedad, se debe eliminar la humedad antes de moldear y realizar el tratamiento de secado. También se debe prestar atención a los ajustes adecuados de la temperatura del cilindro y al calentamiento externo de la máquina de moldeo por inyección.
(6) Compatibilidad
La compatibilidad se refiere a la capacidad de dos o más tipos diferentes de plásticos de no sufrir separación de fases en estado fundido.
Si dos tipos de plásticos son incompatibles, se producirá una separación de fases durante el proceso de fusión y moldeado, lo que provocará delaminación, descamación y defectos superficiales. La incompatibilidad de los plásticos está relacionada con su estructura molecular. Son compatibles estructuras moleculares que son similares o fácilmente compatibles entre sí, como el polietileno de alta-presión y el polietileno de baja-presión, polipropileno mezclado entre sí; estructuras moleculares que son disímiles son difíciles de ser compatibles, como es el caso de la mezcla de polietileno y poliestireno. La compatibilidad de los plásticos también se denomina comúnmente miscibilidad. Comprender esta característica de los plásticos puede ayudar a determinar la compatibilidad de materias primas similares o comunes, que es una de las formas importantes de mejorar el rendimiento del plástico.