Controlo de defeitos em termoplásticos obtidos por injeção

Abstract

O presente trabalho teve por principal objetivo estudar o impacto da flutuação de características reológicas das poliftalamidas (PPAs) na ocorrência de determinados defeitos no processo de injeção da empresa Yazaki Saltano, visando identificar a eventual necessidade de reavaliar o intervalo de viscosidade da matéria-prima cumprida pelo fornecedor e assim contribuir para melhorar a estabilidade do processo de injeção da empresa. Tendo-se equacionado a hipótese de os defeitos reportados na empresa se correlacionarem com flutuações na viscosidade das PPAs, desenvolveram-se um conjunto de estudos que visaram a clarificação dessa eventual relação. Foram realizadas análises reológicas (determinação do índice de fluidez (MFI)), análises térmicas (análises de calorimetria diferencial de varrimento (DSC)) e análises do comportamento das PPAs no processo de moldação (testes de injeção). Foi ainda estudada a possível influência da mistura de material reciclado nas PPA em produção na empresa na sua reologia e comportamento térmico. Inicialmente foram selecionados vários lotes de PPA para análise. Os mais estudados foram os lotes de PPA com viscosidade de 107 Pa.s e 144 Pa.s (dados do fornecedor da PPA), que se situam nos extremos inferior e superior do intervalo de viscosidade identificado na empresa. A determinação do MFI destes lotes bem como de outros lotes com valores de viscosidade intermédios confirmou as diferenças reológicas entre o lote de PPA 107 Pa.s e o PPA 144 Pa.s, corroborando a diferença entre os seus valores de viscosidade, sem no entanto permitir a identificação de uma clara correlação entre MFI e viscosidade. As análises DSC aos lotes de PPA com 107 Pa.s e 144 Pa.s, foram realizadas de acordo com a norma ISO 11357, utilizando uma velocidade de aquecimento e arrefecimento de 10 ºC/min. Estas análises evidenciaram diferenças nos picos referentes às temperaturas de fusão e de cristalização destas amostras, confirmando que as diferenças reológicas entre estas amostras se traduzem efetivamente em diferenças de comportamento térmico. Foram realizados dois tipos de testes de injeção. O primeiro visou a variação de parâmetros de injeção utilizando um mesmo material, o lote de PPA 107 Pa.s. Neste teste, percebeu-se a influência do tempo de arrefecimento, da temperatura do molde e da temperatura do cilindro no arrefecimento do material no molde. O segundo visou a variação do valor de viscosidade do material a injetar, mantendo constantes os parâmetros operatórios. Neste segundo teste foram assim utilizados os lotes de PPA com viscosidades de 107 Pa.s e 144 Pa.s. Estes testes permitiram identificar variações nos parâmetros de controlo do processo de injeção que refletiram os efeitos das diferenças de reologia do material bem como, no caso do material em produção na empresa, o efeito da incorporação de material reciclado. Para clarificar o efeito do reciclado, incorporaram-se teores de 15% e 30% de material reciclado no lote de PPA 107 Pa.s e caracterizou-se o comportamento reológico e térmico dessas formulações. Observou-se uma clara influência da presença de material reciclado na reologia das PPAs, que se refletiu nas diferenças entre as temperaturas de fusão no 1º aquecimento, tendo-se assim constatado que a diferença entre a temperatura referência para fusão das PPAs e a observada experimentalmente se acentuou em cerca de 15-20 ºC. Em conclusão, o estudo realizado aponta para a necessidade de reajustar, para um valor superior, o limite inferior do intervalo de viscosidade da matéria-prima contratado com o fornecedor.

The main purpose of the present work is to study the impact of polyphthalamide's (PPA) rheological characteristics on the defects found in injection moulded products from Yazaki Saltano aiming to contribute to improve the stability of Yazaki´s injection process. This final stability goal may require the polymers viscosity range warranted by Yazaki´s suppliers to be revised hence justifying the interest of the present study. PPA's viscosity changes were addressed as a reliable hypothesis for the origin of the injection moulding defects reported at Yazaki. This hypothesis was exploited by carrying out rheological and thermal behaviour studies including evaluation of melt flow index (MFI) and differential scanning calorimetry (DSC) analysis, respectively, as well as by following PPA's behaviour in injection molding tests. Moreover the impact of recycled material in the rheological and thermal behaviour of the polymer composition used in the company's current production was also accessed. Several PPA's batches were initially selected for analysis, being the lots of PPA with 107 Pa.s and 144 Pa.s of viscosity the most studied ones as their viscosities correspond to the lower and upper limits of the PPA viscosity range accepted by the company, respectively. Although a correlation between viscosity and MFI could not be established, MFI evaluation did confirm the rheological differences between PPA 107 Pa.s and PPA 144 Pa.s batches. DSC analysis were performed using both PPAs, i.e. with 107 Pa.s and 144 Pa.s, of viscosity, according to ISO standard 11357, using a heating and cooling rate of 10 °C/min. The obtained results showed that there is indeed a correlation between the rheology of PPA and its thermal behavior, as demonstrated by the variations observed in the peaks related to the melting and crystallization temperatures of each sample. Two types of injection tests were performed. One of the tests implied the variation of injection molding conditions using a constant polymer composition, i.e. the batch PPA 107 Pa.s-Cooling time, mold temperature and cylinder temperature were the selected operating conditions to be varied due to their influence on material's cooling inside the mould cavity. The second test was based on the change of the viscosity of the injected material, i.e. using PPA batches with 107 Pa.s and 144 Pa.s of viscosity, while the operating conditions were maintained steady. These tests enabled to detect variations in the control parameters of the injection process that reflected the effects of the material rheology and, in the case of the material under current production in Yazaki company, the effect of the presence of recycled material. To clarify the effect of recycled material, 15% and 30% of recycled material were incorporated into the batch PPA 107 Pa.s and the resulting formulations were then characterized in terms of rheological and thermal behavior. A clear influence of the recycled material on the rheology of PPA was noticed, as reflected on the difference between the melting temperatures in the 1st heating: it was thus found that the difference between the theoretical melting temperature of PPA and that experimentally observed was enhanced, reaching 15 to 20 ° C. As a final conclusion and following the results of the present study, it is thus recommended to adjust the lower limit of the viscosity range of the polymers supplied to Yazaki to a higher value.