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Materiais de Moldagem por Injeção: Tipos, Propriedades e Limitações do Processo
Criado em 12.17
A moldagem por injeção é uma coisa chave na fabricação. É assim que fazemos tudo, desde pequenos engrenagens de relógio até aquelas capas de smartphone elegantes. É super útil, mas seu sucesso realmente depende da escolha dos materiais certos.
Se você está apenas começando em design de produtos ou fazendo coisas, é importante saber quais materiais funcionam commoldagem por injeçãoe quais não funcionam. Este guia lhe dará uma visão simples dos materiais que funcionam com este processo, por que são bons para isso e como escolher o melhor para o que você está fazendo.
O que torna um material moldável?
Nem todo material pode suportar o calor e a pressão da moldagem por injeção. Portanto, antes de falarmos sobre os tipos de materiais, vamos ver o que um material precisa para ser derretido, injetado e transformado em uma peça.
1. Calor e Fluxo
A coisa mais importante é que o material pode passar de sólido para líquido e voltar sem se desintegrar.
- Derreter e Mover: O material precisa derreter a uma temperatura que não seja muito alta e fluir bem o suficiente para ser bombeado através da máquina e para o molde. Se estiver muito espesso, não preencherá o molde. Se se desintegrar ao derreter, a peça ficará fraca.
- Mantém-se Forte ao Calor: A temperatura de fusão precisa ser baixa para ser viável. Os moldes são frequentemente feitos de aço ou alumínio e custam muito. Se o material precisar de temperaturas que possam danificar o molde, fica muito caro. É por isso que a moldagem por injeção geralmente utiliza polímeros. Eles costumam derreter entre 200°F e 500°F.
- Quebra um Pouco: Os metais podem ser derretidos e endurecidos repetidamente, mas os plásticos são alterados pelo calor. As cadeias nos plásticos se quebram quando aquecidas. O material precisa ser bom o suficiente para que isso não torne a peça final fraca.
2. Encolhendo e Mantendo o Mesmo Tamanho
Quando um material passa de um líquido quente para um sólido frio, ele encolhe. Essa mudança de líquido para sólido e o resfriamento podem causar problemas ao projetar e fabricar coisas. Para métodos de teste detalhados, consulte oPadrão ASTM D955, que é usado para medir a contração de moldes em plásticos.
- Encolhe como Esperado: Todo material encolhe um pouco. Para moldar um material, esse encolhimento precisa ser pequeno e fácil de estimar. Se encolher demais, é difícil fazer peças que tenham o tamanho certo.
- Lida com Estresse Interno: A parte externa de uma peça moldada esfria primeiro, enquanto o interior ainda está quente. Quando o interior esfria, pode puxar o exterior, causando marcas ou curvaturas. Materiais que encolhem muito podem ter esses problemas, tornando o design difícil.
Basicamente, um bom material para moldagem por injeção é aquele que você pode derreter, empurrar através de um molde e resfriar rapidamente sem que ele quebre, dobre ou custe muito.
As Duas Principais Categorias de Materiais para Moldagem por Injeção
A moldagem por injeção usa principalmente dois tipos de materiais, e eles são diferentes com base em como lidam com o calor. Estes são termoplásticos e termofixos.
1. Termoplásticos
Estes são comuns na moldagem por injeção, constituindo a maior parte dos produtos que você vê. Eles são polímeros que amolecem quando aquecidos e endurecem quando resfriados. O legal é que você pode repetir esse processo. Você pode aquecer uma peça termoplástica, derretê-la e moldá-la novamente. Isso é ótimo para reciclagem e para reduzir o desperdício.
Classe de Material | Exemplos Comuns | Características Principais | Aplicações Típicas |
Plásticos de Commodities | Polietileno (PE), Polipropileno (PP), Poliestireno (PS), PVC | Baixo custo, fácil de processar, bom para uso geral. Não altamente especializado. | Embalagens, recipientes, brinquedos, tubos, utensílios domésticos. |
Plásticos de Engenharia | Acrilonitrila Butadieno Estireno (ABS), Nylon (PA), Policarbonato (PC), Acetal (POM) | Maior resistência mecânica, melhor resistência à temperatura e durabilidade superior. Usado para peças funcionais e de suporte a tensões. | Carcaças eletrônicas, engrenagens, componentes automotivos, equipamentos de segurança. |
Plásticos de Alto Desempenho | Polieter Éter Cetona (PEEK), Politetrafluoretileno (PTFE), PEI (Ultem) | Resistência excepcional ao calor, produtos químicos e mecânica. Muito caro e frequentemente difícil de processar, exigindo equipamentos especializados. | Implantes médicos, componentes aeroespaciais, usos industriais de alta temperatura. |
2. Plásticos Termofixos
Os plásticos termofixos são bastante diferentes dos termoplásticos. Quando você os aquece e molda, ocorre uma reação química que não pode ser desfeita. Esse processo, chamado de cura, cria uma rede forte e interligada de moléculas. Uma vez que um termofixo é curado, você não pode derretê-lo novamente. Se você tentar reaquecer, ele se desintegrará ou queimará.
Devido a isso, os termofixos não podem ser reciclados da maneira usual. Mas, eles são muito estáveis, podem suportar altas temperaturas e resistem a produtos químicos melhor do que a maioria dos termoplásticos.
- Os tipos comuns incluem fenólicos (como a baquelite), epóxis, silicones e melamina.
- Tenha em mente: Os moldes de termofixo precisam ser aquecidos para iniciar a reação de cura, ao contrário dos moldes termoplásticos que são resfriados.
- Esses plásticos são frequentemente usados para isoladores elétricos, peças de carro resistentes (como pistões de freio), peças de avião que precisam ser fortes e cabos para utensílios de cozinha.
Lista de 12 Materiais Comuns para Moldagem por Injeção
Você pode usar muitos materiais, mas se você se ater aos doze mais comuns, estará preparado para cerca de 90% dos seus projetos básicos.
1. Polipropileno (PP)
Características: Barato, resiste muito bem a produtos químicos e pode se dobrar bastante sem quebrar. Apenas saiba que encolhe um pouco quando esfria, então tenha isso em mente ao projetar moldes.
Aplicações: Dobradiças de tampas de garrafa (aquela parte fina de plástico), recipientes para alimentos, cadeiras de exterior e interiores de carros.
2. Estireno Acrilonitrila Butadieno (ABS)
Características: Um plástico super comum que é forte, duro e tem uma boa aparência. É uma boa escolha quando você precisa de algo que dure.
Aplicações: Cases eletrônicos, LEGOs, corpos de ferramentas elétricas e teclas de teclado.
3. Nylon (Poliamida, PA)
Características: Muito forte, resiste ao desgaste e lida bem com o calor. Ele absorve água, o que pode mudar seu tamanho e como é moldado, então você precisa secá-lo primeiro. Para maior resistência, geralmente é misturado com fibras de vidro (PA + fibras de vidro).
Aplicações: Engrenagens, rolamentos, peças estruturais, peças de motor e implantes médicos.
4. Policarbonato (PC)
Características: Realmente claro (quase como vidro inquebrável) e super forte contra impactos. Pode suportar altas temperaturas, mas pode rachar sob estresse e precisa de temperaturas de moldagem muito altas.
Aplicações: Óculos de segurança, CDs/DVDs, faróis, janelas de segurança e peças médicas transparentes.
5. Polietileno de Alta Densidade (HDPE) / Polietileno de Baixa Densidade (LDPE)
Características: Não vai quebrar o banco. O HDPE é rígido, resistente e resiste a produtos químicos. O LDPE é mais macio e mais flexível. Ambos derretem a temperaturas bastante baixas.
Aplicações: HDPE: Jarras de leite, garrafas de detergente, tubos. LDPE: Tampas flexíveis, tampas e anéis de seis unidades.
6. Poliestireno (PS)
Características: Barato e fácil de trabalhar. Vem em dois tipos: Poliestireno de Uso Geral (GPPS, claro e quebradiço) e Poliestireno de Alto Impacto (HIPS, opaco e mais resistente devido à borracha adicionada).
Aplicações: Talheres descartáveis (GPPS), copos de máquinas de venda automática (GPPS) e peças de eletrodomésticos (HIPS).
7. Elastômeros Termoplásticos (TPE)
Características: Plástico misturado com borracha. Age como plástico, mas tem a sensação de borracha – flexível e elástico. Frequentemente usado para moldar uma camada macia sobre uma parte de plástico rígido.
Aplicações: Empunhaduras (em escovas de dentes, ferramentas), selos, juntas e revestimentos macios.
8. Acrílico (Polimetil Metacrilato, PMMA)
Características: Muito claro e resistente a arranhões, mas mais quebradiço e não tão forte quanto o policarbonato.
Aplicações: Lentes, capas transparentes, guias de luz e recipientes cosméticos.
9. Acetal (Polioximetileno, POM)
Características: Rígido, não cria muita fricção e mantém o mesmo tamanho consistentemente. É frequentemente usado em vez de metal em partes móveis.
Aplicações: Engrenagens de precisão, rolamentos, correias transportadoras, peças de fechadura e peças de manuseio de fluidos.
10. Polietileno Tereftalato (PET)
Características: Geralmente tem fibra de vidro adicionada para moldagem (como PET-GF). É rígido, possui boas propriedades elétricas e é dimensionalmente estável, mas pode absorver umidade.
Aplicações: Conectores elétricos, bobinas de relé, braços de limpadores de carro e carcaças de bomba.
11. Cloreto de Polivinila (PVC)
Características: O PVC rígido pode ser moldado e resiste a produtos químicos e intempéries. Você precisa observar a temperatura ao trabalhar com ele para evitar danos.
Aplicações: Conexões de tubos, caixas elétricas e conectores de dispositivos médicos.
12. Polieterimida (PEI)
Características: Muitas vezes vendido como Ultem. É um plástico forte que suporta altas temperaturas, não pega fogo facilmente e mantém a mesma forma, mesmo quando estressado.
Aplicações: Interiores de aviões, bandejas médicas para esterilização e conectores elétricos que suportam altas temperaturas.
Tornando Materiais Melhores: Aditivos e Preenchimentos
As resinas base são apenas o começo. Para fazer um produto funcionar exatamente como precisa, os fabricantes geralmente ajustam o material com aditivos e preenchimentos. Conhecer essas mudanças é fundamental ao escolher um material, pois elas podem realmente alterar como ele é moldado e como a peça final funciona.
1. Preenchimentos para Mais Força
Os aditivos são frequentemente adicionados para tornar um material mais forte, mais rígido e melhor em lidar com o calor. Mas isso pode aumentar o custo e não lidar tão bem com impactos.
- Fibras de Vidro: Este é o tipo de reforço mais utilizado. A adição de fibras de vidro (geralmente de 10% a 40% do peso) realmente aumenta a resistência, rigidez e resistência ao calor de algo. Peças com vidro tendem a encolher mais e de maneiras diferentes. Além disso, como o vidro é áspero, ele pode desgastar o molde mais rapidamente.
- Fibras de Carbono: Estas são usadas quando você precisa de algo super forte e rígido. Além disso, elas podem fazer o material conduzir eletricidade. Tenha em mente que custam mais do que as fibras de vidro.
Preenchimentos Minerais (como Talco, Mica): Estes principalmente tornam as coisas mais rígidas, mais baratas e mais estáveis em tamanho (menos encolhimento) sem torná-las muito mais fortes como as fibras fazem.
2. Aditivos para Funções Especiais
Esses são adicionados em pequenas quantidades para dar a um material habilidades extras além de apenas ser forte.
- Estabilizadores UV: Se uma peça vai ser usada do lado de fora, estes são indispensáveis. Eles impedem que o plástico se degrade e fique amarelo devido ao sol.
- Corantes: Estes são corantes ou pigmentos que dão à plástica sua cor.
- Retardantes de Chama: Estes são adicionados para atender a regras rigorosas de incêndio (como classificações UL) para eletrônicos ou interiores de carros. Eles podem tornar o material mais difícil de trabalhar e podem mudar sua resistência.
O que não pode ser feito com moldagem por injeção?
Embora a moldagem por injeção de plástico possa fazer muito, ela não pode fazer tudo. Saber o que ela não pode fazer é tão útil quanto saber o que ela pode fazer. Os materiais que não funcionam bem com a moldagem por injeção de plástico regular geralmente falham porque ou não conseguem derreter e fluir facilmente ou se desintegram quando solidificam.
1. Madeira, Papel e Fibras Naturais (Em Sua Forma Natural)
Essas coisas não derretem; elas queimam. Você pode misturar farinha de madeira ou fibras naturais com plástico, mas não pode moldar a matéria-prima pura porque ela não fluirá corretamente e queimará devido ao calor e à pressão.
2. Cerâmica
Há um processo especial chamado Moldagem por Injeção de Cerâmica (CIM), mas não é o mesmo que a moldagem de plástico regular. As cerâmicas precisam de temperaturas super altas (acima de 2.700°F) para se unir. Os moldes de plástico regulares derreteriam muito antes disso. O CIM mistura pó de cerâmica com plástico, injeta, depois queima o plástico e assa a cerâmica em um forno. É um processo totalmente diferente, mais longo e mais caro do que a moldagem típica.
3. Metais que precisam de alta temperatura para derreter
Você pode usar fundição sob pressão (para zinco e magnésio) e moldagem por injeção de metal (MIM), mas muitos metais comuns (como o aço) não podem ser colocados em um molde regular. Eles derretem a uma temperatura muito alta, então você precisaria de moldes feitos de metais especiais e caros que são difíceis de trabalhar. Isso torna a moldagem plástica regular muito cara.
Como Escolher o Material Certo para Moldagem por Injeção
Para escolher o melhor material, pense sobre o que ele precisa fazer, quanto custa e quão fácil é de fazer.
1. Descubra o que a parte precisa fazer
Comece aqui. Para que será usada a parte?
- Força/Rigidez: Precisa suportar peso ou manter a forma? (Considere Nylon, PC ou ABS, talvez com fibra de vidro para torná-los mais fortes.)
- Flexibilidade: Precisa dobrar muito? (Considere PP ou TPE.)
- Resistência a Produtos Químicos/Calor: Estará em contato com substâncias fortes ou altas temperaturas? (Considere Nylon, Acetal ou plásticos fortes como PEEK.)
- Resistência ao Impacto: Precisa lidar com quedas ou impactos? (Considere PC ou ABS.)
2. Pense sobre o design e como ele é feito
- Tolerâncias: Precisa ser super preciso? Você vai querer um material que não encolha muito (como Acetal) e um molde realmente preciso.
- Espessura da Parede: Materiais como nylon ou PC podem ficar marcados se as paredes forem muito grossas. O material afeta quão grossas ou finas você pode fazer as paredes.
- Parece: Precisa ser brilhante e suave? ABS e acrílico geralmente parecem melhores do que materiais como nylon com vidro neles.
3. Qual é o custo?
Pense se o material vale o preço. Às vezes, as pessoas escolhem um plástico chique quando um mais barato funcionaria muito bem.
- Plásticos Comuns (PP, PE, PS): Opção mais barata. Bom para coisas do dia a dia que não precisam ser super fortes.
- Plásticos de Engenharia (ABS, PC, Nylon): Boa combinação de preço e resistência. Ótimo para peças que precisam ser confiáveis.
- Plásticos Fortes (PEEK, PEI): Melhor desempenho, mas realmente caros. Use esses apenas se precisar deles para situações extremas (como em aviões, para ferramentas médicas ou coisas de profundidade marinha).
Ao pensar sobre o que a peça precisa fazer primeiro e o que você pode se dar ao luxo de deixar por último, você pode encontrar o melhor material para moldagem por injeção para o seu projeto.
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