A Injeção de Termoplásticos

INJEÇÃO

História da máquina injetora

        Um dos primeiros equipamentos para injeção foi criado em 1878, por um jovem tipógrafo de Starkey, John Wesley Hyatt. Esta máquina consta de um cilindro de aquecimento com câmaras aquecidas a vapor, um bico para descarregar o material de um êmbolo acionado hidraulicamente para pressionar o material fundido. O material utilizado era o nitrato de celulose que foi desenvolvido por Hyatt. Devido à instabilidade do nitrato de celulose, ele acoplou uma prensa hidráulica vertical ao lado de sua máquina, aonde era despejado o material fundido com o molde fechado.

        Após a invenção de Hyatt, este equipamento foi sendo aperfeiçoado até chegarmos às máquinas injetoras dos dias atuais, em que os fabricantes procuram diversificá-las visando o desenvolvimento de máquinas que operem com a máxima redução de custos energéticos, oferecendo grande produção e uniformidade das peças injetadas.

Evolução das máquinas injetoras:

• Máquinas injetoras com pistão:

A primeira máquina deste gênero foi a de Hyatt, já descrita. Para melhorar a uniformização da temperatura e homogeneização do material, foi incorporado um torpedo no centro do cilindro de aquecimento, à frente do pistão de injeção.

        Atualmente, este tipo de máquina só é empregado em algumas aplicações especiais.

A injeção é um dos processos de transformação de resíduos plásticos mais utilizados, isso por conta da sua flexibilidade, qualidade, produtividade, e outras características. Nos dias de hoje, a maioria dos materiais manufaturados são produzidos pelo processo de injeção.

O objetivo de utilizar o processo de injeção de termoplásticos é aproveitar sua agilidade e a precisão nas dimensões que podem ser alcançadas, assim como a imensa variedade de peças que podem ser criadas para os mais variados segmentos, como peças automotivas, peças eletrônicas, brinquedos, equipamentos médicos e para a agricultura, e diversos outros ramos do mercado geral. 

               O processo de injeção inicia com a alimentação do funil com o material plástico granulado, o qual será submetido a temperaturas de 200°C a 250°C, o que causará o seu derretimento. Neste processo, o molde e a área de plastificação são separados. O sistema de plastificação é aquecido na temperatura do processo. O molde é mantido em uma temperatura que permita o fluxo do material plástico no seu interior e, além disso, a solidificação da peça que fora injetada.

              Neste processo, o material é injetado sob pressões elevadas, que são causadas por conta das espessuras pequenas que as peças possuem, assim como a grande viscosidade do material quando plastificado, atingindo uma pressão de até 3000 bar, condição necessária para que o polímero saia do cilindro de injeção e vá para dentro do molde. Durante o processamento, o molde deve estar totalmente fechado para que não haja vazamento do polímero para fora do mesmo.

             No processo, o cilindro de injeção, aquecido, é abastecido pela matéria prima e, após isso, a rosca plastificadora que há o interior do cilindro empurra o matéria para frente, promovendo a sua plastificação e homogeneização. Após isso, o produto começa a ser injetado: o material plástico é transferido para a cavidade do molde e, dentro dele, será resfriado no formato da cavidade.

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    Resumidamente, a injeção de termoplásticos consiste na fusão do material polimérico em um cilindro e sua transferência para dentro da cavidade do molde, por meio da pressão. No molde, o material será resfriado e extraído. O processo é realizado por meio de uma máquina injetora, a qual é constituída por partes hidráulicas, mecânicas e elétricas, e, além disso, possui um comando eletrônico que regula os parâmetros do processo, o que permite a injeção de diversos tipos de polímeros sintetizados.

Ciclo do processo de injeção:

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1. FECHAMENTO DO MOLDE: ocorre por meio da movimentação hidráulica ou elétrica das placas da máquina injetora. É a primeira etapa do processo, e, por isso, deve ser rápida. No entanto, devem-se manter cuidados durante o fechamento do molde, obedecendo aos limites das gavetas que ele possa ter. Além disso, é essencial o uso de freios durante os movimentos de abertura e fechamento do molde. Durante o processamento, é essencial que o molde esteja fechado e as placas travadas, para que a formação de quinas ou outros defeitos derivados das pressões elevadas no processo sejam evitados.
2. INJEÇÃO: ocorre por conta dos movimentos da rosca plastificadora no sentido contrário à dosagem. Esse movimento ocasiona a transferência do material do cilindro para o molde. Essa etapa inicia assim que o molde se fecha e o bico de injeção encosta no molde, tendo como término o momento que a cavidade está de 90% a 99% preenchida. Durante a etapa de injeção, há três comportamentos físicos distintos: preenchimento, pressurização e compensação.

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• Preenchimento: a cavidade recebe o polímero sem oferecer resistência interna. Já neste ponto, começa o processo de resfriamento e solidificação do material na cavidade e, com isso, ocorre uma diminuição do volume do material. Nessa fase, busca-se a velocidade, fazendo com que as mesmas não sejam altas, para que não haja aquecimento viscoso do material e o para que o produto não tenha defeitos.
• Pressurização: ocorre pela contínua adição do material na cavidade, até seu total preenchimento. Nessa fase, o material, assim como na fase de preenchimento, também se contrai, no entanto, a cavidade continua sendo preenchida até ser compensada toda a contração aplicada sobre o plástico. Enquanto o produto não estiver totalmente solidificado, porá haver continuidade de adição de polímero plastificado à cavidade. Nesta fase, ocorre um resfriamento significativo do material e a velocidade do processo é lenta.
• Compensação: é conhecida como fase de recalque e será falada a seguir.

        

1. RECALQUE: por conta do volume maior de matéria prima do que no produto final, ocorre um aumento de pressão interna nas cavidades. O recalque consiste na manutenção da pressão visando a redução da contração da matéria prima decorrente do resfriamento. Nesta etapa, todo o preenchimento é tornado homogêneo, reduzindo a probabilidade de defeitos. No recalque, o material plástico dentro do molde tende a voltar ao bico e se contrair a medida que é resfriado e se torna sólido. Por isso, utiliza-se o recalque, para evitar deformação na peça, causadas pelas movimentações e contrações.
2. DOSAGEM: ocorre o amolecimento do polímero que será injetado, em quantidade adequada, nas cavidades. Este aquecimento ocorre por meio das resistências elétricas que existem no exterior da injetora, onde fica o canhão. Quando o material plastificado chega ao bico de injeção, ele vai se acumulando na frente da rosca, fazendo com que a mesma recue, até que ela atinja um interruptor indicando que já há produto suficiente no canhão para ser injetado.
   
3. RESFRIAMENTO: a peça necessita de um determinado tempo para se resfriar e solidificar se não ela pode ser deformada. Essa etapa inicia logo após o processo de dosagem da matéria prima nas cavidades do molde, os quais, geralmente, possuem um sistema que acelera a refrigeração, com a utilização de água. A função do resfriamento é solidificar o material, para que o mesmo chegue à sua forma final, sem deformações. O resfriamento pode ser feito à temperatura ambiente em peças e máquinas menores, bem como pode ser feito por refrigeração líquida em peças e máquinas maiores, o que proporciona um controle melhor de temperatura do molde, além de reduzir o tempo de resfriamento. Como essa etapa é considerada a mais demorada, a máquina injetora aproveita essa demora para dosar o material para o próximo ciclo.

1.  ABERTURA: semelhante ao fechamento, a fase de abertura obedece às características de segurança do molde. Essa etapa é essencial para permitir a extração da peça, manual ou automaticamente.

1. EXTRAÇÃO: quando termina o resfriamento, o molde se abre e a placa de extração (componente do molde) é acionada para empurrar o produto para fora da cavidade. Dependendo do tipo da peça, essa extração pode ser automática com a placa extratora expelindo a peça, ou também pode apenas empurrada para dentro para que seja retirada de forma manual. Peças que têm geometria complexa ou que não podem cair sobre outras, são retiradas do molde manualmente, por meio de um operador que segura a peça com ventosas que produzem vácuo e colocam em cima de uma mesa.

RASCUNHO

Os quatro ambientes de operação da injetora

1. Ambiente de manutenção (ambiente na qual se opera o equipamento através de comandos manuais, necessitando assim da atuação do operador em cada um dos movimentos, porém, com pressões e vazões atenuadas, isto por uma questão de segurança);
2. Ambiente manual (ambiente na qual se opera o equipamento através de comandos manuais, necessitando assim da atuação do operador em cada um dos movimentos, utilizando as mesmas pressões e vazões programadas para o ciclo semiautomático ou automático);
3. Ambiente semiautomático (ambiente na qual o equipamento realiza um ciclo completo de injeção, necessitando da atuação do operador apenas para o início do ciclo, a cada ciclo);
4. Ambiente automático (ambiente na qual o equipamento realiza um ciclo completo de injeção, necessitando da atuação do operador apenas para o início do primeiro ciclo, demais ciclos iniciarão automaticamente).