Otimização do processo de moldação por injeção assistida a gás

Abstract

A moldação por injeção assistida a gás tem sido uma das mais importantes técnicas para a produção de produtos poliméricos. Em comparação com a moldação convencional, este processo tem a vantagem de permitir a produção de peças ocas e, portanto, consideravelmente mais leves. Porém, a introdução de um gás inerte para o interior da cavidade moldante, durante o ciclo de moldação, não é desprovida de desafios e há todo um conjunto de defeitos de produção que devem ser acautelados, nomeadamente aqueles que se prendem com a otimização de condições de processamento na interface polímero/gás. Todavia, a moldação assistida a gás detém um conjunto de vantagens, as quais se prendem essencialmente com a versatilidade de processamento de uma vasta panóplia de materiais poliméricos, pois é possível processar desde termoplásticos de grande consumo, de engenharia, de alto desempenho, bem como matériais compósitos. No entanto, aquando do processamento de polímeros reforçados, é fundamental o correto ajuste dos parâmetros de processamento devido à anisotropia dos constituintes dos compósitos e às implicações que a mesma detém na fusão do polímero e durante as diferentes fases do ciclo de moldação, causando tensões residuais. Assim a utilização de compósitos, quer na moldação convencional ou na assistida a gás, pode levar ao aparecimento de novos defeitos, como a exposição das fibras nas superfícies das peças moldadas. Desta forma, o objetivo principal desta dissertação passa por aprofundar a compreensão do processo de obtenção de peças em material compósito por moldação assistida a gás, no sentido estabelecer metodologias de processamento conducentes à resolução do defeito de exposição da fibra. Para tal recorreu-se à simulação numérica para efetuar um estudo paramétrico deste processo de moldação, com o intuito de estabelecer a influência relativa de um conjunto de variáveis de processamento que a literatura destacou como detentores da maior influência neste defeito. De entre as variáveis estudadas, foi possível verificar que o aumento de temperatura da ferramenta moldante e do fundido contribuem para uma redução da quantidade de tensões residuais, contribuindo para a redução da exposição da fibra nas superfícies das peças obtidas.

The gas assisted injection moulding has been one of the most important techniques for the production of polymeric parts. Compared with the conventional injection moulding, this process has the advantage of allowing for the production of hollowed parts and, therefore, considerably lighter ones. However, the introduction of an inert gas into the mould cavity, during the moulding cycle, is not without challenges and there is a whole series of production defects which must be accounted for, in particular those which are related with the optimization of processing conditions at the interface polymer/ gas. Although, gas assisted moulding has a number of advantages, which are mainly related with the versatility of processing of a wide range of polymeric materials, such as: high consumption, engineering or high performance thermoplastics as well as composite materials. However, during processing of reinforced polymers, the correct adjustment of the processing parameters is fundamental due to the anisotropy of the composite system and the implications that it holds in the polymer melt during the moulding cycle, hence inducing residual stresses. Thus, the use of composites, in conventional moulding or in gas assisted moulding, may lead to new defects, such as fibre exposure on the surfaces of moulded parts. Thus, the main objective of this dissertation involves a deeper understanding of the process of obtaining parts in composite material by gas assisted moulding, in order to establish processing methodologies in what concerns the resolution of the fibre exposure defect. To this end, a numerical simulation methodology based upon a parametric study of the moulding process is proposed, in order to establish the relative influence of several processing parameters on this particular defect. Among the studied variables, it was found that a rise in the temperature of the mould and of the melt contribute to a reduction in the amount of the overall residual stresses, hence reducing the fibre exposure on the surfaces of the obtained parts.