Materiais plásticos termoformadores: como a estrutura afeta o comportamento de formação

Quando uma folha termoformadora entra na estação de aquecimento, pode parecer um simples pedaço de plástico.Reproduzir detalhes do molde, frio, e finalmente manter a sua forma.

Esta é uma das razões pelas quais diferentes materiais de termoformagem não podem ser processados com exatamente as mesmas configurações.abalo excessivo, deformação ou uma parte instável quando aplicada a outro material.

Para os fabricantes de embalagens, a compreensão desta diferença é útil muito antes do início da produção.,geometria do molde, projeto de plug-assist, condições de desmoldamento e estabilidade de produção.

1O que é um material termoplástico?

Os termoplásticos são construídos a partir de moléculas longas de polímero. Estas cadeias moleculares podem ser relativamente lineares, ramificadas, dispostas aleatoriamente ou parcialmente organizadas em regiões ordenadas.A disposição dessas cadeias tem uma grande influência sobre como uma folha reage quando o calor é aplicado.

Para a termoformação, uma das distinções mais úteis é entreTermoplásticos amorfosetermoplásticos semicristalinos.Esta classificação ajuda a explicar por que algumas folhas amolecem progressivamente em uma faixa de temperatura relativamente ampla, enquanto outras mostram uma mudança mais óbvia à medida que suas regiões cristalinas se aproximam do derretimento.

A diferença não é puramente académica, torna-se visível na linha de termoformação através da folha de sag, resposta de formação, reprodução de detalhes, comportamento de resfriamento, transparência, estresse residual,e estabilidade dimensional.

As características do material devem eventualmente ser traduzidas em moldes práticos, aquecimento, resfriamento e decisões de produção.

2Os termoplásticos amorfos e semicristalinos comportam-se de forma diferente.

Termoplásticos amorfos

Em um termoplástico amorfo, as cadeias moleculares não formam uma estrutura cristalina regular.Os materiais típicos deste grupo incluem várias qualidades do PS, ABS, SAN, PMMA, PC e famílias de PVC.

À medida que a temperatura sobe através da região de amolecimento do material, a rigidez e a resistência diminuem, enquanto o material se torna mais fácil de deformar.Esta transição gradual é útil na termoformação porque o processador pode aquecer a folha até que tenha flexibilidade suficiente para alongamento sem tratar o material como um líquido totalmente derretido.

Muitos termoplásticos amorfos não modificados também podem oferecer uma boa transparência.ou outras alterações na formulação são introduzidas.

Termoplásticos semicristalinos

Os termoplásticos semicristalinos contêm regiões desordenadas e regiões onde as secções das cadeias moleculares estão organizadas de forma mais regular.O HDPE e vários materiais de poliéster e poliamida são exemplos de plásticos que podem apresentar este tipo de estrutura.

Estas regiões cristalinas introduzem outra referência de temperatura importante: a faixa de fusão dos cristais.A relação entre a temperatura de formação e este comportamento de fusão pode influenciar fortemente como o material se estende livremente e quanto estresse interno permanece após a formação.

Por esta razão, as folhas semicristalinas exigem frequentemente um controlo particularmente cuidadoso da uniformidade de aquecimento e das condições de arrefecimento.

3A temperatura altera a forma como uma folha pode ser formada.

Uma folha de termoformação deve atingir uma condição em que possa esticar-se no molde, mas ainda manter força suficiente para permanecer controlada.e pode tornar-se difícil de gerir, abaixar-se excessivamente, perder espessura em áreas críticas ou tornar-se instável antes do contacto com o molde.

À medida que um termoplástico é aquecido, seu módulo elástico e resistência mecânica geralmente diminuem, enquanto sua capacidade de deformação aumenta.A zona de formação útil não é, portanto, simplesmente a temperatura mais elevada que a chapa pode tolerarÉ o intervalo em que o material tem o equilíbrio adequado entre mobilidade e resistência para o método de moldagem pretendido.

• Aquecimento insuficiente:A folha pode resistir ao alongamento e não reproduzir características mais profundas ou mais nítidas.
• Aquecimento adequado:A folha pode esticar-se mantendo uma resistência suficiente para a formação controlada.
• Aquecimento excessivo:O deslocamento da chapa, a instabilidade do manuseio e o afinamento localizado podem tornar-se mais difíceis de controlar.

A temperatura necessária depende também do método de moldagem: um processo que utiliza apenas o vácuo não impõe exatamente as mesmas condições à chapa que o moldagem por pressão, o moldagem por enchufe,ou um processo combinado de pressão positiva-negativa.

4Por que a cristalinidade é importante no processamento de PP e PET

A cristalinidade é especialmente importante quando uma parte termoformada deve permanecer estável a temperatura elevada.Algumas estruturas moleculares podem reter tensões que mais tarde tentam recuperar quando a parte terminada é aquecida novamente.

O polipropileno fornece um exemplo útil.Uma folha formada no lado inferior desta região ainda pode conter áreas cristalinas que não derreteram completamenteO produto pode parecer aceitável quando sai do molde, mas a exposição posterior a temperaturas mais elevadas pode permitir que as tensões retidas se relaxem e a forma mude.

Se o processo exigir maior estabilidade térmica,Pode ser necessário selecionar condições de aquecimento para que a estrutura cristalina relevante seja suficientemente transformada antes da folha ser formada e resfriada.A definição correta ainda depende da qualidade real do PP, da espessura da folha, da máquina, do sistema de aquecimento, da velocidade de formação e das necessidades de utilização final.

A temperatura do material e o movimento do conector devem funcionar em conjunto no controlo do alongamento em embalagens termoformadas profundas.

5O resfriamento pode alterar a estrutura final do material.

O aquecimento recebe a maior parte da atenção na termoformação, mas o material continua mudando depois de chegar ao molde.O resfriamento determina quando a peça fica rígida o suficiente para ser liberada e também pode influenciar a estrutura que se desenvolve dentro de plásticos semicristalinos.

Sob condições adequadas, o resfriamento rápido pode suprimir parte do processo de cristalização.podem ser produzidos produtos PET termoformados transparentes quando as condições de processo limitarem o desenvolvimento de grandes regiões cristalinas que, de outra forma, reduziriam a transparência.

Isto significa que o resfriamento do molde não deve ser considerado apenas como uma forma de reduzir o tempo de ciclo.e a repetibilidade do processo de produção.

A usinagem precisa fornece a base para a geometria de cavidade controlada e o design de resfriamento em moldes de termoformagem de várias cavidades.

6O que isso significa para o design de molde de termoformagem

O molde não pode alterar a química da folha de plástico, o que pode fazer é criar condições que funcionem com esse material em vez de contra ele.Informações sobre o material devem ser confirmadas antes da estrutura da ferramenta ser finalizada.

Várias decisões de molde e processo estão diretamente ligadas ao comportamento do material:

• Disposição de arrefecimento:Deve remover o calor de forma suficientemente consistente para estabilizar o produto antes da sua liberação.
• Radios dos ângulos:afetar a forma como uma folha suavizada se estende em transições mais profundas.
• Geometria de assistência ao enchufe:Pode redistribuir o material antes da formação final de vácuo ou pressão.
• Projeto e condição da superfície:A liberação é influenciada quando o material formado alcança uma rigidez suficiente.
• Sequência de formação:Deve corresponder à resistência e à elasticidade da chapa seleccionada em função da temperatura.

Isto explica também porque a mudança do PET para o PP ou a mudança de um grau de material para outro não devem ser automaticamente tratadas como uma simples substituição de material.Mesmo que a mesma geometria do produto seja mantida, a estratégia de aquecimento, de moldagem, de arrefecimento e, por vezes, a estratégia de utilização de ferramentas podem ter de ser revistas.

7Os nomes dos materiais por si só não são suficientes para um projeto de mofo

Para o desenvolvimento de moldes, simplesmente escrever "PET" ou "PP" em um desenho não fornece o quadro completo da produção.A folha real fornecida para a linha de termoformagem determina as condições que o molde irá experimentar.

Antes de desenvolver um molde de termoformagem, a HXW Mold normalmente confirma a geometria do produto, juntamente com o material de folha pretendido, espessura nominal, máquina de termoformagem, área de formação,Requisito de cavidade, método de formação, método de corte e método de manuseio a jusante.

Para uma linha de produção existente, as amostras de folhas representativas são igualmente valiosas durante os ensaios de molde.Os ensaios com material próximo das especificações de produção reais do cliente fornecem um feedback mais útil do que a avaliação da ferramenta com uma folha não relacionada.

Conclusão

A estrutura interna de um termoplástico determina como ele responde à temperatura, à deformação e ao resfriamento.que, por sua vez, afeta a janela de processo disponível para o fabricante.

• A estrutura do polímero afeta o comportamento de formação
• Materiais amorfos e cristalinos respondem de forma diferente
• O aquecimento controla a resistência e o alongamento
• O resfriamento afeta a estabilidade e a aparência
• O material e o projeto do molde devem ser considerados em conjunto
• Os ensaios de produção devem utilizar uma folha representativa

Para os fabricantes de embalagens:escolher a folha primeiro e depois projetar o processo de formação em torno de seu comportamento real é geralmente mais confiável do que tentar forçar diferentes plásticos em uma janela de processo fixaO material, o molde, a máquina e as configurações do processo têm de funcionar como um único sistema.