Comprender las tensiones internas: Causas y métodos de prevención | MachineMFG

Comprender las tensiones internas: Causas y métodos de prevención

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1. Ta generación de tensión interna

En los productos moldeados por inyección, el estado de tensiones varía localmente, y el grado de deformación del producto dependerá de la distribución de las tensiones. Estas tensiones pueden producirse cuando el producto tiene un gradiente de temperatura mientras se enfría, por lo que se denominan "tensiones de conformado."

generación de tensión interna

Existen dos tipos de tensiones internas en los productos moldeados por inyección: las tensiones de moldeo y las tensiones térmicas.

Cuando el material plástico fundido se inyecta en un molde con una temperatura más baja, el material plástico cercano a la pared de la cavidad se solidifica rápidamente, provocando la "congelación" de las cadenas moleculares. El resultado es una mala conductividad térmica y un gran gradiente de temperatura en el espesor del producto. El núcleo del producto se solidifica más lentamente, lo que provoca una situación en la que la compuerta se cierra antes de que la masa fundida se haya solidificado en el centro del producto. Esto impide que la máquina de moldeo por inyección reponga la contracción por enfriamiento.

Como resultado, el interior del producto está sometido a estiramiento estático, mientras que la capa superficial está sometida a compresión estática. La contracción interna del producto es opuesta a la de la capa de piel dura.

Durante el proceso de llenado, la tensión no sólo está causada por el efecto de contracción de volumen, sino también por el efecto de expansión del canal y la salida de la compuerta. La tensión causada por el efecto de contracción volumétrica está relacionada con la dirección de flujo del plástico fundido, mientras que la tensión causada por el efecto de expansión es perpendicular a la dirección de flujo, debido a la expansión en la salida.

2. Factores del proceso que afectan al estrés

(1) Efecto de la tensión direccional

En condiciones de enfriamiento rápido, la orientación puede provocar la formación de tensiones internas en el material polimérico. La elevada viscosidad del polímero fundido hace que la tensión interna no pueda relajarse rápidamente, lo que afecta a las propiedades físicas y la estabilidad dimensional del producto.

Efectos de los parámetros en el estrés de orientación:

  • Temperatura de fusión:

Una temperatura de fusión elevada conduce a una viscosidad baja y a una tensión de cizallamiento reducida, lo que da lugar a una orientación reducida. Sin embargo, la alta temperatura también acelera la relajación de la tensión y mejora la liberación de la orientación. Si no se ajusta la presión de la máquina de moldeo por inyección, aumentará la presión de la cavidad, lo que provocará un efecto de cizallamiento más fuerte y un aumento de la tensión de orientación.

  • Tiempo de retención antes del cierre de la boquilla:

Prolongar el tiempo de retención antes de cerrar la boquilla aumenta el esfuerzo de orientación.

  • Inyección y presión de mantenimiento:

El aumento de la presión de inyección o de mantenimiento aumenta la tensión de orientación.

  • Temperatura del molde:

Una temperatura elevada del molde garantiza que el producto se enfríe lentamente, desempeñando un papel de desorientación.

  • Espesor del producto:

Aumentar el grosor del producto reduce la tensión de orientación porque los productos de paredes gruesas se enfrían lentamente, lo que provoca un lento aumento de la viscosidad y un largo proceso de relajación de la tensión, con lo que la tensión de orientación es pequeña.

(2) Influencia del estrés térmico

Como se ha indicado anteriormente, el gran gradiente de temperatura entre la masa fundida y la pared del molde durante el llenado de éste provoca una tensión de compresión (tensión de contracción) en la capa exterior y una tensión de tracción (tensión de orientación) en la capa interior.

Si el molde se llena durante un período de tiempo más largo bajo la influencia de la presión de mantenimiento, la masa fundida de polímero se vuelve a llenar en la cavidad, aumentando la presión de la cavidad y alterando la tensión interna causada por la temperatura desigual. Sin embargo, si el tiempo de mantenimiento es corto y la presión de la cavidad es baja, el producto mantendrá su estado de tensión original durante el enfriamiento.

Si la presión de la cavidad es insuficiente en las primeras fases de enfriamiento del producto, la capa exterior del producto formará una depresión debido a la contracción por solidificación. Si la presión de cavidad es insuficiente en las etapas posteriores, cuando el producto ha formado una capa dura fría, la capa interna del producto puede separarse debido a la contracción o formar una cavidad.

Mantener la presión de la cavidad antes de que se cierre la compuerta ayuda a aumentar la densidad del producto y a eliminar la tensión de la temperatura de enfriamiento, pero también provoca una alta concentración de tensión cerca de la compuerta.

Por lo tanto, al moldear polímeros termoplásticos, una mayor presión en el molde y un tiempo de mantenimiento más largo ayudan a reducir la tensión de contracción causada por la temperatura y a aumentar la tensión de compresión.

3. Relación entre la tensión interna y el productos calidad

La presencia de tensiones internas en un producto puede afectar significativamente a sus propiedades mecánicas y a su facilidad de uso. La distribución desigual de la tensión interna puede provocar la aparición de grietas en el producto durante su uso.

Cuando se utiliza por debajo de la temperatura de transición vítrea, el producto puede sufrir deformaciones irregulares o alabeos, y su superficie puede volverse "blanquecina", turbia, con propiedades ópticas deterioradas.

Reducir la temperatura en la entrada y aumentar el tiempo de enfriamiento lento puede ayudar a mejorar la tensión desigual en el producto y hacer que sus propiedades mecánicas sean más uniformes.

Tanto los polímeros cristalinos como los amorfos presentan una resistencia a la tracción anisótropa. La resistencia a la tracción de los polímeros amorfos varía en función de la ubicación de la compuerta. Cuando la puerta está alineada con la dirección de llenado, la resistencia a la tracción disminuye a medida que aumenta la temperatura de fusión. Cuando la puerta está perpendicular a la dirección de llenado, la resistencia a la tracción aumenta al aumentar la temperatura de fusión.

Un aumento de la temperatura de fusión refuerza el efecto de desorientación y reduce el efecto de orientación, disminuyendo la resistencia a la tracción. La orientación de la compuerta puede afectar a la orientación al influir en la dirección del flujo.

Los polímeros amorfos tienen una mayor resistencia a la tracción en la dirección perpendicular a la dirección de flujo que los polímeros cristalinos, debido a su mayor anisotropía. La inyección a baja temperatura presenta una mayor anisotropía mecánica que la inyección a alta temperatura, siendo la relación de intensidad de la dirección vertical con respecto a la dirección de flujo de 2 cuando la temperatura de inyección es baja y de 1,7 cuando es alta.

En conclusión, el aumento de la temperatura de fusión disminuye la resistencia a la tracción tanto para los polímeros cristalinos como para los amorfos, pero el mecanismo difiere, siendo este último debido a una reducción de la orientación.

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