De modo geral, o valor do mercado global de plásticos atingiu apenas 580 bilhões de dólares em 2020. Desse faturamento, o segmento de aplicação de moldagem por injeção detinha a maior participação com pouco mais de 43% 1 – um forte indicador de como os plásticos estão se tornando rapidamente as principais soluções dos fabricantes para os desafios de peso, sustentabilidade e conformidade.
Mas, os componentes moldados por injeção só são soluções confiáveis se tiverem um desempenho que atenda às expectativas das indústrias que dependem cada vez mais dos plásticos, como os setores automotivo, eletrônico/elétrico e de construção. O desempenho é em grande parte ditado pela resina escolhida para uma peça específica moldada por injeção, mas qual material é o correto?
Para uma resposta precisa, os fabricantes recorrem à Análise de Elementos Finitos (FEA) de componentes plásticos e moldadores de injeção personalizados, experientes em todos os aspectos de testes.
Cálculos FEA: curvas de tensão-deformação
Força e flexibilidade são características-chave para determinar a adequação de uma resina ao uso. A FEA permite o exame preciso de ambos através da divisão de uma peça moldada por injeção em unidades de tamanho finito de forma simples. Equações matemáticas são usadas para testar cada unidade de deslocamento, das quais se derivam os principais dados de tensão e deformação.
A FEA gira em torno da curva tensão-deformação (ou trama), que é distinta para cada resina. A curva tensão-deformação reflete a quantidade de deformação (deformação) que é causada pela carga de tração/compressão (tensão, ou pressão).
A forma da curva é determinada por:
- Tipo de resina
- Temperatura da resina
- Velocidade de carregamento
A curva final revela as propriedades críticas da resina e seu alinhamento potencial com o uso pretendido. As curvas tensão-deformação podem ser não lineares ou lineares, dependendo se a resina a ser analisada não for reforçada ou reforçada.
Curvas não lineares
Os plásticos não reforçados têm uma linha de tensão muito não linear (curvada) até o ponto de rendimento e devem ser analisados com equações derivadas para materiais não lineares, e não materiais lineares.
Esta é uma distinção importante como alguns moldadores:
Optam por não investir em software FEA não-linear que é mais caro, leva mais tempo para ser instalado e leva mais tempo para funcionar. Eles simplesmente não utilizam um software que é familiar e talvez mais de acordo com a gestão do orçamento.
Confie nos dados publicados do valor do módulo Young fornecidos pelo fornecedor em vez de analisar a curva tensão-deformação do material que está sendo avaliado. Os dados do valor do módulo podem distorcer os resultados, pois representam um único ponto na curva tensão-deformação.
Qualquer um dos atalhos pode fornecer resultados enganosos. Um moldador de injeção experiente utilizará as informações reais da curva tensão-deformação para garantir a precisão nos testes não lineares da FEA.
Curvas lineares
O vidro pode ser adicionado para resistência/estipagem e para aumentar a resistência à temperatura em muitos plásticos. As peças plásticas reforçadas com vidro podem ser facilmente avaliadas utilizando técnicas lineares de FEA. A FEA linear assume “pequeno deslocamento” da peça sendo analisada e usa uma equação apropriada para resolver os cálculos mais rapidamente.
Tipicamente, a resistência à tração e a resistência final são equivalentes para que a curva tensão-deformação permaneça linear. A fibra de vidro é muito mais rígida do que a resina base e sobrepõe-se às propriedades não lineares da resina. As resinas reforçadas com fibra se comportam muito como metal, mas em vez de esticar/resultar em um determinado ponto, o material simplesmente quebra. Não há um verdadeiro ponto de rendimento.
Resistência da linha da malha
Outra questão de reforço é a força da linha de costura. Uma frente de fluxo de resina fundida se divide para contornar um pino central ou abertura na peça durante o processo de moldagem por injeção. Quando a frente de fluxo encontra a outra metade da fenda na parte de trás da abertura, ocorre uma linha de malhas.
Uma junta de malha tipo bumbum onde as frentes de fluxo se encontram “face a face” é o resultado mais prejudicial da moldagem por injeção de resina reforçada com vidro. Uma frente de fluxo empurra qualquer fumaça, ar retido ou contaminação da superfície do molde à sua frente. Todos estes elementos são concentrados na linha de malhas e enfraquecem a ligação entre as duas frentes. Caso ocorram juntas de malha tipo butt-type quando se usa resina reforçada com fibra, as juntas de malha são ainda mais fracas, pois a fibra não pode atravessar as linhas de malha.
Existe uma condição semelhante onde as frentes de fluxo se encontram e depois fluem lado a lado para terminar de encher a peça moldada por injeção. Embora não seja desejável, este defeito de moldagem é menos severo do que uma junta de malha tipo bumbum, pois qualquer contaminação poderia ser empurrada e depositada na frente da frente de fluxo.
Usando o software FEA Moldflow
De modo geral, o sofisticado software de fluxo de molde FEA prevê o fluxo de resina dentro das ferramentas. Os resultados desta análise de fluxo estão acostumados a:
Orientação inferior das fibras e localização das linhas de malhas para orientar as decisões de projeto sobre o reforço das peças, evitando que as áreas de alta tensão coincidam com as linhas de malhas e/ou o posicionamento errado das malhas
Conduzir FEA estrutural usando propriedades mecânicas de “in-flow” e “cross-flow” para obter uma melhor compreensão de como a peça irá funcionar/reagir
As informações obtidas a partir da análise do fluxo do molde são granulares e críticas. É imperativo fazer parceria com um moldador de injeção comprovado que tenha engenheiros internos capazes de executar o software de fluxo do molde e interpretar com precisão os resultados. A produção e o desempenho das complexas geometrias de uma peça moldada por injeção, as tolerâncias apertadas e outras complexidades podem ficar em suspenso na balança.
ENGENHARIA DE UMA SOLUÇÃO
Processos efetivos de FEA e simulação dependem do profundo conhecimento que os engenheiros possuem sobre o material que estão avaliando e poderiam, em última instância, estar utilizando. Nem todos os moldadores por injeção são capazes de aproveitar este nível de experiência. Menos ainda têm engenheiros internos que são especialmente treinados em comportamento plástico – uma distinção notável e uma vantagem competitiva para você.
A seleção de plásticos para aplicações industriais explora como um verdadeiro e bem fundamentado parceiro de moldagem por injeção pode ajudá-lo a avaliar projetos de moldagem por injeção a partir de uma perspectiva de materiais para potencialmente economizar tempo, dinheiro, ou ambos.
