BR112013029835B1

BR112013029835B1 - método para a moldagem por injeção a pressão baixa substancialmente constante

Info

Publication number: BR112013029835B1
Application number: BR112013029835-9A
Authority: BR
Inventors: Ralph Edward Neufarth; Charles Jonh Berg Jr.; Gary Francis Schiller; Gene Michael Altonen; John Moncrief Layman; Rainer Scharrenberg
Original assignee: Imflux Inc
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2020-11-10
Also published as: RU2013149942A; MX2013013595A; KR20160075823A; AU2012258950A1; MX369888B; BR112013029835A2; KR20140006065A; CA2834890C; RU2583394C2; EP2709814B1; US9707709B2; CN103561934A; EP2709814A1; AU2012258950B2; CN103561934B; US20120295050A1; ZA201307911B; JP2014515325A; JP5841245B2; CA2834890A1

Abstract

"MÉTODO PARA A MOLDAGEM POR INJEÇÃO A PRESSÃO BAIXA SUBSTANCIALMENTE CONSTANTE" É apresentado aqui um método de moldagem por injeção a pressões de fusão substancialmente constantes baixas. As modalidades do método apresentado possibilitam um método de moldagem por injeção que é mais eficiente, sob o ponto de vista energético—e de custo— do que os processos de moldagem por injeção a alta velocidade convencionais. As modalidades do método apresentado permitem, de modo surpreendente, o preenchimento de uma cavidade de molde a baixa pressão de fusão sem endurecimento prematuro indesejável do material termoplástico na cavidade de molde e sem a necessidade de manter uma temperatura constante ou a cavidade de molde aquecida. Até o momento, não era esperado que um método a pressão constante pudesse ser executado a baixa pressão sem o endurecimento prematuro do material termoplástico com o uso de uma cavidade de molde não aquecida ou cavidade de molde resfriada.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Campo da descrição

[0001] A presente descrição está relacionada a métodos para moldagem por injeção e, mais particularmente, a métodos para a moldagem por injeção a pressões de fusão substancialmente constantes baixas.

Breve descrição da tecnologia relacionada

[0002] A moldagem por injeção é uma tecnologia comumente usada para fabricação em alto volume de peças produzidas a partir de materiais passíveis de fusão, mais comumente de peças produzidas a partir de plástico. Durante um processo de moldagem por injeção repetitivo, uma resina termoplástica, com mais frequência sob a forma de pequenas microesferas, é introduzida em uma máquina de moldagem por injeção que funde as microesferas de resina sob calor e pressão. A resina, agora fundida, é injetada a força, em uma cavidade de molde que tem um formato de cavidade particular. O plástico injetado é mantido sob pressão na cavidade de molde, resfriado e, então, removido como uma peça solidificada que tem um formato que essencialmente replica o formato da cavidade do molde. O molde em si, pode ter uma única cavidade ou múltiplas cavidades. Cada cavidade pode ser conectada a um canal de fluxo por uma porta, que direciona o fluxo da resina fundida para a cavidade. Uma peça moldada pode ter uma ou mais portas. É comum que as peças grandes tenham duas, três ou mais portas para reduzir a distância de fluxo que o polímero precisa percorrer para preencher a peça moldada. A uma ou as múltiplas portas por cavidade podem estar situadas em qualquer lugar da geometria da peça e possuem seção transversal em qualquer formato, como essencialmente circular ou terem um um formato com uma razão de aspecto de 1,1 ou mais. Dessa forma, um procedimento de moldagem por injeção típico compreende quatro operações básicas: (1) aquecer o plástico na máquina de moldagem por injeção para permitir que esse flua sob pressão; (2) injetar o plástico fundido em uma cavidade ou cavidades de molde definidas entre duas metades de molde que foram fechadas; (3) permitir que o plástico resfrie e endureça na cavidade ou cavidades enquanto estiver sob pressão; e (4) abrir as metades de molde para fazer com que a peça seja ejetada do molde.

[0003] A resina plástica fundida é injetada na cavidade de molde e é empurrada, de modo forçado, através da cavidade pela máquina de moldagem por injeção até que a resina plástica alcance o local na cavidade mais distante da porta. A espessura de parede e o comprimento resultante da peça é um resultado do formato da cavidade de molde.

[0004] Embora possa se desejar reduzir a espessura da parede das peças moldadas injetadas, para, deste modo, reduzir o teor de plástico, e assim, o custo da peça final, reduzir a espessura da parede com o uso de um processo de moldagem por injeção convencional pode ser uma tarefa cara e não banal, especificamente quando se projetam espessuras de parede menores do que 1,0 milímetro. Conforme uma resina plástica líquida é introduzida em um molde de injeção em um processo de moldagem por injeção convencional, o material adjacente às paredes da cavidade começa imediatamente a "congelar" ou solidificar, ou curar, devido ao fato de que a resina plástica líquida resfria a uma temperatura abaixo da temperatura sem fluxo do material e as porções do plástico líquido se tornam estacionárias. Conforme o material flui através do molde, uma camada-limite de material é formada contra os lados do molde. Conforme o molde continua a ser preenchido, a camada-limite continua a ficar mais espessa, e por fim, fecha a trajetória de fluxo de material e impede que material adicional flua no molde. A resina plástica que congela nas paredes do molde é exacerbada quando os moldes são resfriados, uma técnica usada para reduzir o tempo de ciclo de cada peça e aumentar o rendimento da máquina.

[0005] Também pode haver o desejo de projetar uma peça e o molde correspondente de modo que a resina plástica líquida flua de áreas que têm a espessura de parede maior na direção de áreas que têm a espessura de parede menor (mais delgada). Aumentar a espessura em certas regiões do molde pode assegurar que material suficiente flua para áreas nas quais se necessita de resistência e a espessura. Essa exigência de trajetória de fluxo de "fina para grossa" pode contribuir para o uso ineficiente de plástico e resultar em custo maior de peça para fabricantes de peça moldada por injeção, devido ao fato de que material adicional precisa ser moldado em peças em locais em que o material é desnecessário.

[0006] Um método para diminuir a espessura da parede de uma peça é aumentar a pressão da resina plástica líquida conforme a mesma é introduzida no molde. Mediante o aumento da pressão, a máquina de moldagem pode continuar a forçar o material líquido no molde antes que a trajetória de fluxo feche. O aumento da pressão, entretanto, apresenta desvantagens de custo e de desempenho. Conforme a pressão necessária para moldar o componente aumenta, o equipamento de moldagem precisa ser forte o suficiente para suportar a pressão adicional, o que, em geral, equivale a ser mais caro. Um fabricante pode ter que adquirir equipamento novo para acomodar essas pressões aumentadas. Dessa forma, uma diminuição na espessura de parede de uma dada peça pode resultar em despesas de capital significativas para a realização da fabricação através de técnicas de moldagem por injeção convencionais.

[0007] Adicionalmente, quando o material plástico líquido flui no molde para injeção e congela, as cadeias poliméricas retêm os altos níveis de estresse que estavam presentes quando o polímero estava sob a forma líquida. Esses estresses "sob moldagem"podem levar a peças que empenam ou afundam, indesejavelmente, após a moldagem, têm propriedades mecânicas reduzidas e têm resistência reduzida à exposição química. As propriedades mecânicas reduzidas são particularmente importantes para controlar e/ou minimizar as peças moldadas por injeção como tubos de parede fina, peças com junta viva e sistemas de fechamento.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] De acordo com uma modalidade da descrição, um método inclui (a) preencher uma cavidade de molde de um aparelho de moldagem, com uma dose que compreende um material termoplástico fundido, e (b) enquanto se preenche substancialmente toda a cavidade de molde com a dose que compreende o material termoplástico fundido, manter a pressão do material fundido substancialmente constante a menos de 41,4 MPa (6000 psi). o material termoplástico tem um índice de fluxo em fusão de 0,1 g/10 min a cerca de 500 g/10 min.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] As modalidades apresentadas nos desenhos são ilustrativas e exemplificadoras por natureza e não se destinam a limitar o assunto definido pelas reivindicações. A descrição detalhada a seguir das modalidades ilustrativas pode ser compreendida quando lida em conjunto com os seguintes desenhos, onde estruturas similares são indicadas com números de referência similares e em que:

[00010] A Figura 1 ilustra uma vista frontal diagramática de uma máquina de moldagem por injeção de alta velocidade, de acordo com uma ou mais modalidades mostradas e descritas no presente documento;

[00011] A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um perfil de pressão para um método de moldagem por injeção a pressão substancialmente constante baixa, de acordo com uma modalidade da descrição;

[00012] A Figura 3 é uma ilustração esquemática de um perfil de pressão para um método de moldagem por injeção a pressão substancialmente constante baixa, de acordo com outra modalidade da descrição; e

[00013] A Figura 4 é uma ilustração esquemática de um perfil de pressão para um método de moldagem por injeção a pressão substancialmente constante baixa, de acordo com uma modalidade da descrição;

[00014] A Figura 5 é uma ilustração esquemática de um perfil de pressão para um método de moldagem por injeção a pressão substancialmente constante baixa, de acordo com ainda outra modalidade da descrição.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00015] Todas as pressões aqui apresentadas são pressões calibradas, que são pressões relativas à pressão ambiente.

[00016] É apresentado aqui um método de moldagem por injeção a pressões de fusão substancialmente constantes baixas. As modalidades do método apresentado possibilitam um método de moldagem por injeção que é mais eficiente, sob o ponto de vista energético—e de custo—, do que o processo convencional de moldagem por injeção de alta velocidade. A modalidade do método apresentado permite, de modo surpreendente, o preenchimento de uma cavidade de molde a baixa pressão de fusão sem endurecimento prematuro indesejável do material termoplástico na cavidade de molde e sem a necessidade de manter uma temperatura constante ou a cavidade de molde aquecida. Conforme descrito detalhadamente abaixo, o versado na técnica não esperaria que um método com pressão constante poderia ser realizado a baixa pressão sem tal endurecimento prematuro do material termoplástico durante o uso de uma cavidade de molde não aquecida ou cavidade de molde resfriada.

[00017] As modalidades do método apresentado também permitem a formação de peças moldadas por injeção de qualidade que não sofrem empenamento ou afundamento indesejável, sem a necessidade de equilibrar a pressão de pré-injeção da cavidade de molde e a pressão de pré-injeção dos materiais termoplásticos. Dessa forma, as modalidades do método descrito podem ser executadas com o uso de cavidades de molde a pressões atmosféricas e eliminarem a necessidade de incluir meios de pressurização na cavidade do molde.

[00018] As modalidades do método também podem produzir peças moldadas por injeção de qualidade com sensibilidade significativamente menor a variações na temperatura, na viscosidade e em outras propriedades do material termoplástico, em comparação ao processo convencional de moldagem por injeção a alta pressão. Em uma modalidade, isso pode permitir, vantajosamente, o uso de materiais termoplásticos formados a partir de plásticos reciclados (por exemplo, plásticos reciclados após o consumo), que têm, inerentemente, variação das propriedades de material de lote para lote.

[00019] Adicionalmente, as baixas pressões de fusão usadas no método apresentado podem permitir o uso de materiais de cavidade de molde altamente termocondutores, com baixa dureza, que têm custo mais baixo de fabricação e são mais eficientes, sob o ponto de vista energético. Por exemplo, a cavidade de molde pode ser formada de um material que tem uma dureza superficial menor que 30 Rockwell C (Rc) e uma condutividade térmica maior que 30 BTU/HR FT °F. Em uma modalidade, a cavidade de molde pode ser formada de uma liga de alumínio, como, por exemplo ligas de alumínio 6061 Al e 7075 Al.

[00020] As modalidades do método apresentado podem permitir, adicionalmente, a formação de peças com parede fina de alta qualidade. Por exemplo, uma peça moldada que tenha uma razão entre o comprimento e o fluxo de termoplástico fundido (L/T) maior que 100, pode ser formada com o uso de modalidades do método. Contempla-se que as modalidades do método também podem formar peças moldadas que tenham uma razão L/T maior que 200 e, em alguns casos, maior que 250.

[00021] Considera-se, em geral, as peças moldadas como de paredes finas quando um comprimento de um canal de fluxo L dividido por uma espessura do canal de fluxo T é maior que 100 (isto é, L/T > 100). Para cavidades de molde que têm uma geometria mais complicada, a razão L/T pode ser calculada integrando-se a dimensão T ao longo do comprimento das cavidade de molde 32 de uma porta 102 até a extremidade da cavidade de molde 32, e determinando-se o comprimento mais longo do fluxo da porta 102 até a extremidade da cavidade de molde 32. Então, a razão L/T pode ser determinada dividindo-se o comprimento mais longo do fluxo pela espessura média de peça. No caso em que uma cavidade de molde 32 tem mais de uma porta 30, a razão L/T é determinada integrando-se L e T para a porção da cavidade de molde 32 preenchida por cada porta individual e a razão L/T geral para uma dada cavidade de molde é a razão L/T mais alta que é calculada para qualquer uma das portas.

[00022] A Figura 1 ilustra um aparelho de moldagem por injeção exemplificador 10 para uso com as modalidades do processo apresentado. O aparelho de moldagem por injeção 10 inclui, em geral, um sistema de injeção 12 e um sistema de prensagem 14. Um material termoplástico pode ser introduzido no sistema de injeção 12 sob a forma, por exemplo, de péletes 16. Os péletes 16 podem ser colocados em um depósito alimentador 18, que alimenta os péletes 16 em um cilindro aquecido 20 do sistema de injeção 12. Os péletes 16, após serem alimentados no cilindro aquecido 20, podem ser dirigidos para a extremidade do cilindro aquecido 20 por um parafuso reciprocante 22. O aquecimento do cilindro aquecido 20 e a compressão dos péletes 16 pelo parafuso reciprocante 22 fazem com que os péletes 16 se fundam, formando um termoplástico fundido. O material termoplástico fundido é processado, tipicamente, a uma temperatura de cerca de 130°C a cerca de 410°C.

[00023] A rosca reciprocante 22 força o material termoplástico fundido na direção de um bocal 26 para formar uma dose que compreende material termoplástico fundido 24, que será injetado na cavidade de molde 32 de um molde 28. A cavidade de molde 32 é formada entre a primeira e a segunda partes de molde 25, 27 do molde 28, e a primeira e a segunda partes de molde 25, 27 são mantidas juntas sob pressão por uma unidade de prensagem ou prensa 34. A unidade de prensa ou prensagem 34 aplica uma força de prensagem que precisa ser maior do que a força exercida pela pressão de injeção que age para separar as duas metades do molde durante o processo de moldagem para manter a primeira e a segunda partes do molde 25, 27 juntas, enquanto o material termoplástico fundido 24 é injetado na cavidade de molde 32. Para suportar essas forças de prensagem, o sistema de prensagem 14 pode incluir uma estrutura de molde e uma base de molde, sendo que a estrutura de molde e a base de molde são formadas de um material que tem uma dureza de superfície maior que cerca de 165 BHN e, de preferência, menor que 260 BHN, embora os materiais que têm valores de dureza de superfície BHN maiores que 260 possam ser usados, desde que o material seja facilmente usinável, conforme discutido adicionalmente abaixo.

[00024] Uma vez que a dose que compreende o material termoplástico fundido 24 é injetada na cavidade de molde 32, o parafuso reciprocante 22 interrompe o deslocamento para frente. O material termoplástico fundido 24 assume a forma da cavidade de molde 32 e o material termoplástico fundido 24 resfria no interior do molde 28 até que o material termoplástico 24 se solidifique. Quando o material termoplástico 24 tiver solidificado, a prensa 34 libera a primeira e a segunda partes de molde 25, 27, sendo que a primeira e a segunda partes de molde 25, 27 são separadas entre si, e a peça acabada pode ser ejetada do molde 28. O molde 28 pode incluir uma pluralidade de cavidades de molde 32 para aumentar as taxas de produção total. Os formatos das cavidades da pluralidade de cavidades de molde podem ser idênticos, similares ou diferentes entre si. (Um conjunto de cavidades de molde dissimilares pode ser considerado uma família de cavidades de molde).

[00025] O método inclui, em geral, injetar a dos, e que compreende material termoplástico fundido, na cavidade de molde 32 para preencher a cavidade de molde. Referindo-se à Figura 2, em t1, que é antes da injeção, a dose que compreende material termoplástico fundido tem uma pressão pré-injeção. Como usado aqui, a pressão pré-injeção da dose que compreende material termoplástico fundido refere-se à pressão do material termoplástico após ter sido aquecido em um estado fundido no cilindro aquecido e preparado na dose, e logo antes da injeção da dose, que compreende o material termoplástico fundido na cavidade de molde ou um sistema de jito ou de alimentação em comunicação fluida com o bocal e a cavidade de molde. A pressão de pré-injeção da dose que compreende material termoplástico fundido, opcionalmente, pode não ser igual à pressão da cavidade do molde antes da injeção. Em uma modalidade, antes da injeção, a cavidade de molde pode estar à pressão atmosférica, por exemplo, conforme mostrado nas Figuras 2 e 4. Em outra modalidade, a cavidade de molde pode ter uma pressão levemente positiva, conforme mostrado na Figura 3. Em ainda outra modalidade, pode ser induzido um vácuo na cavidade de molde.

[00026] Conforme ilustrado na Figura 2, quando da injeção na cavidade de molde durante t2, a pressão da dose que compreende material termoplástico fundido aumenta para uma pressão de fusão que é maior que a pressão pré-injeção da dose que compreende material termoplástico fundido. Referindo-se novamente à Figura 1, por exemplo, a injeção da dose que compreende material termoplástico fundido pode incluir a translação do parafuso reciprocante 22 na direção da seta A na Figura 1, na direção do bocal 26, para força a dose que compreende o material termoplástico fundido 24 através do bocal 26 e na cavidade de molde 32. Em várias modalidades, a dose que compreende o material termoplástico fundido 24 pode ser injetada na cavidade de molde 32 de um molde 28 através de uma porta 30, que direciona o fluxo do material termoplástico fundido 24 para a cavidade de molde 32. A cavidade de molde 32 pode ser formada, por exemplo, entre a primeira e a segunda partes de molde 25, 27 do molde 28. A primeira e a segunda partes de molde 25, 27 do molde 28 podem ser juntamente retidas sob pressão por uma prensa 34.

[00027] Referindo-se novamente à Figura 2, substancialmente toda a cavidade de molde ou toda a cavidade de molde é preenchida com a dose que compreende material termoplástico fundidos no instante t3. A pressão de fusão é mantida a uma pressão substancialmente constante menor que 41,4 MPa (6.000 psi) durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde. Como usado aqui, o termo "pressão substancialmente constante"refere-se a uma pressão que não flutua, para cima ou para baixo, a partir da pressão do material fundido, mais do que 30% da pressão do material fundido desejada durante o preenchimento de substancialmente toda a cavidade do molde com a dose que compreende o material termoplástico fundido. Por exemplo, a pressão substancialmente constante pode oscilar (como um aumento ou diminuição) da pressão de fusão de cerca de 0% a cerca de 30%, cerca de 2% a cerca de 25%, cerca de 4% a cerca de 20%, cerca de 6% a cerca de 15% e cerca de 8% a cerca de 10%. Outras quantidades de oscilação adequadas inclui cerca de 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 e 30%. A oscilação é ilustrada na Figura 2 como um ΔP da pressão de fusão desejada. Sem ater-se à teoria, acredita-se que manter uma pressão substancialmente constante conforme definido aqui pode evitar a hesitação da frente de fusão conforme o material termoplástico fundido flui na cavidade de molde. Tais condições de fluxo dinâmico podem permitir vantajosamente que a dose que compreende material termoplástico fundido mantenha um fluxo uniforme e as condições de compactação até o último ponto de preenchimento do molde sem congelar ou outra ruptura no material fundido. Conforme ilustrado nas Figuras 3 e 4, a pressão de fusão durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde pode aumentar ou diminuir, respectivamente, por exemplo, a uma taxa constante, e pode ser considerada substancialmente constante desde que o aumento ou diminuição máxima na pressão de fusão durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde não seja maior que os 30% da pressão de fusão desejada. Novamente, essa oscilação é ilustrada nas Figuras 3 e 4 como um ΔP da pressão de fusão desejada.

[00028] Referindo-se à Figura 5 e discutido detalhadamente abaixo, uma vez que substancialmente toda a cavidade de molde é preenchida (no instante t3), a pressão de fusão pode ser reduzida a uma pressão de compactação para preencher a porção restante da cavidade de molde (no instante t3’). A pressão de compactação pode ser mantida substancialmente constante até que toda a cavidade de molde seja preenchida.

[00029] Um sensor pode estar situado próximo à extremidade de preenchimento na cavidade de molde. Esse sensor pode proporcionar uma indicação de quando a frente de molde se aproxima da extremidade de preenchimento na cavidade. O sensor pode captar pressão, temperatura, de maneira óptica, ou outros meios de identificação da presença do polímero. Quando a pressão é medida pelo sensor, essa medição pode ser usada para comunicar-se com a unidade de controle central para fornecer uma "pressão de compactação" alvo para o componente moldado. O sinal gerado pelo sensor pode ser usado para controle o processo de moldagem, de modo que as variações na viscosidade do material, nas temperaturas de molde, nas temperaturas de fusão e outras variações que influenciam na taxa de preenchimento, possam ser ajustadas pela unidade de controle central. Esses ajustes podem ser feitos imediatamente durante o ciclo de moldagem, ou as correções podem ser feitas em ciclos subsequentes. Ademais, pode-se calcular a média de várias leituras ao longo de vários ciclos, então usadas para fazer ajustes ao processo de moldagem pela unidade de controle central. Dessa forma, o ciclo de injeção atual pode ser corrigido com base em medições que ocorrem durante um ou mais ciclos em um ponto no tempo anterior. Em uma modalidade, pode-se calcular a média das leituras de sensorao longo de muitos ciclos de modo a alcançar consistência do processo.

[00030] Uma vez que a cavidade de molde é completamente preenchida, a pressão de fusão e a pressão de cavidade de molde, se necessário, são reduzidas à pressão atmosférica no instante t4 e a cavidade de molde pode ser aberta. Durante esse instante, o parafuso reciprocante 22 interrompe o percurso para frente. Vantajosamente, as condições de pressão substancialmente constante baixa permitem que a dose que compreende material termoplástico fundido resfrie rapidamente dentro do molde, que, em várias modalidades, pode ocorrer de maneira substancialmente simultânea com a ventilação da pressão de fusão e da cavidade de molde à pressão atmosférica. Dessa forma, a peça moldada por injeção pode ser ejetada do molde rapidamente após preenchimento da cavidade de molde com a dose que compreende material termoplástico fundido.

Pressão de fusão

[00031] Como usado aqui, o termo "pressão de fusão"refere-se a uma pressão de uma dose que compreende material termoplástico fundido conforme é injetado e preenche uma cavidade de molde de um aparelho de moldagem. Durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde, a pressão de fusão da dose que compreende material termoplástico fundido é mantida substancialmente constante em pelo menos 41,4 MPa (6.000 psi). A pressão de fusão da dose que compreende material termoplástico fundido durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde é significativamente menor que as pressões de fusão de injeção e preenchimento usadas em processos convencionais de moldagem por injeção e recomendadas por fabricantes de materiais termoplásticos para uso no processo de moldagem por injeção. Outras pressões de fusão adequadas incluem, por exemplo, menor que 34,5 MPa (5000 psi), menor que 31,0 MPa (4500 psi), menor que 27,6 MPa (4000 psi), e menor que 20,7 kPa (3000 psi). Por exemplo, a pressão de fusão pode ser mantida a uma pressão substancialmente constante dentro da faixa de cerca de 6,9 MPa (1000 psi) a menos que 41,4 MPa (6000 psi), cerca de 10,3 MPa (1500 psi) a cerca de 37,9 MPa (5500 psi), cerca de 13,8 MPa (2000 psi) a cerca de 34,5 MPa (5000 psi), cerca de 17,2 MPa (2500 psi) a cerca de 31,0 MPa (4500 psi), cerca de 20,7 MPa (3000 psi) a cerca de 27,6 MPa (4000 psi) e cerca de 20,7 MPa (3000 psi) a menos que 41,4 MPa (6000 psi).

[00032] Conforme descrito acima, uma "pressão substancialmente constante" se refere a uma pressão que não oscila para cima ou para baixo da pressão de fusão desejada mais de 30% da pressão de fusão desejada durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde com a dose que compreende material termoplástico fundido. Por exemplo, a pressão substancialmente constante pode oscilar (como um aumento ou diminuição) da pressão de fusão de cerca de 0% a cerca de 30%, cerca de 2% a cerca de 25%, cerca de 4% a cerca de 20%, cerca de 6% a cerca de 15% e cerca de 8% a cerca de 10%. Outras quantidades de oscilação adequadas inclui cerca de 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 e 30%. A oscilação é ilustrada na Figura 2 como um ΔP da pressão de fusão desejada. Referindo-se às Figuras 3 e 4, a pressão de fusão durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde pode aumentar ou diminuir, respectivamente, por exemplo, a uma taxa constante, e pode ser considerada substancialmente constante desde que o aumento ou diminuição máxima na pressão de fusão durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde não seja maior que os 30% da pressão de fusão desejada. Novamente, essa oscilação é ilustrada nas Figuras 3 e 4 como um ΔP da pressão de fusão desejada. Em ainda outra modalidade, a pressão de fusão durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde pode aumentar ao longo de uma porção de tempo t3 e, então, diminuir ao longo de uma porção restante de tempo t3. Essa oscilação será considerada uma pressão substancialmente constante desde que o aumento ou a diminuição máxima na pressão de fusão durante o preenchimento seja menor que 30% da pressão de fusão desejada.

[00033] A pressão de fusão da dose que compreende material termoplástico quando da injeção na cavidade de molde pode ser medida com o uso, por exemplo, de um transdutor de pressão disposto no ponto de injeção. Como usado aqui, o "ponto de injeção" é o local no aparelho de moldagem em que a dose que compreende material termoplástico fundido entra na cavidade de molde. Por exemplo, para um aparelho de moldagem que tem uma única cavidade de molde acoplada a um bocal, o ponto de injeção pode estar sobre ou adjacente ao bocal. Alternativamente, para um aparelho de moldagem que tem uma pluralidade de cavidades de molde e um sistema de jito para o transporte do material termoplástico fundido do bocal para cada uma das cavidades de molde, os pontos de injeção podem ser os pontos de contato entre o sistema de jito e cada uma das cavidades de molde individuais. A dose que compreende material termoplástico fundido é mantida à pressão de fusão substancialmente constante conforme é transportada através do sistema de jito. Em geral, o sistema de jito é um sistema de jito aquecido que mantém a temperatura de fusão da dose que compreende material termoplástico fundido conforme é transportada para as cavidades de molde.

[00034] A pressão de fusão da dose que compreende material termoplástico durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde pode ser mantida, por exemplo, mediante a medição da pressão de fusão com o uso de um transdutor de pressão disposto no bocal e mantendo uma pressão constante no bocal quando da injeção na cavidade de molde. Em outra modalidade, a pressão de fusão da dose que compreende material termoplástico durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde pode ser medida com o uso de um transdutor de pressão disposto na cavidade de molde em oposição à porta.

[00035] O preenchimento percentual de cavidade é definido como o % da cavidade que é preenchido em uma base volumétrica. Dessa forma, se uma cavidade estiver 95% preenchida, então o total volume da cavidade de molde que é preenchida é 95% da capacidade volumétrica total da cavidade de molde. Substancialmente toda a cavidade de molde é preenchida quando pelo menos 70%, pelo menos 72%, pelo menos 74%, pelo menos 76, pelo menos 78%, pelo menos 80%, pelo menos 82%, pelo menos 84%, pelo menos 86%, pelo menos 88%, pelo menos 90%, pelo menos 92%, pelo menos 94%, pelo menos 96%, pelo menos 98% ou pelo menos 99% da cavidade de molde é preenchido com o material termoplástico fundido. Por exemplo, substancialmente toda a cavidade de molde é preenchida quando cerca de 70% a cerca de 100%, cerca de 75% a cerca de 99%, cerca de 80% a cerca de 98% ou cerca de 90% a cerca de 95% da cavidade de molde é preenchido com o material termoplástico fundido. A porcentagem da cavidade de molde preenchida com a dose que compreende material termoplástico fundido pode ser determinada, por exemplo, colocando-se um transdutor de pressão na cavidade de molde na extremidade do ponto de preenchimento da cavidade de molde que corresponde à porcentagem de preenchimento desejada. O transdutor de pressão alerta o operador quando a dose que compreende material termoplástico fundido alcançou a porcentagem de preenchimento desejada.

[00036] Referindo-se à Figura 5, em uma modalidade, uma vez que substancialmente toda a cavidade de molde é preenchida (no final do instante t3), uma pressão de fusão reduzida pode ser usada para preencher e embalar a porção restante da cavidade de molde (instante t3’). A pressão de fusão da dose que compreende material termoplástico fundido pode ser reduzida a uma pressão de compactação menor que a pressão de fusão uma vez que substancialmente toda a cavidade de molde é preenchida para fornecer uma pressão ideal para preenchimento da porção remanescente da cavidade de molde e evitar superpressurização ou supercompactação da cavidade de molde. A porção remanescente da cavidade de molde pode ser preenchida enquanto mantém a pressão de fusão da dose que compreende material termoplástico fundido substancialmente constante à pressão de compactação. A pressão de compactação pode ser, por exemplo, pelo menos 50%, pelo menos 55%, pelo menos 60%, pelo menos 65%, pelo menos 70%, pelo menos 75%, pelo menos 80%, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 95%, ou pelo menos 99% da pressão do material fundido.

[00037] Em outra modalidade, uma vez que substancialmente toda a cavidade de molde é preenchida, a pressão de fusão pode ser aumentada para preencher e embalar a porção remanescente da cavidade de molde.

Mantendo a pressão substancialmente constante

[00038] Em uma modalidade, é aplicada uma pressão hidráulica à dose que compreende o material termoplástico fundido 24 para injetar a dose que compreende o material termoplástico fundido 24 na cavidade de molde à temperatura de fusão. A pressão hidráulica pode ser aplicada, por exemplo, transladando-se o parafuso reciprocante 22 na direção da seta A na Figura 1, na direção do bocal 26, para forçar a dose que compreende o material termoplástico fundido 24 através do bocal 26 e na cavidade de molde 32. A pressão de fusão é, então, mantida substancialmente constante durante o preenchimento da dose que compreende o material termoplástico fundido 24 na cavidade de molde 32 monitorando-se a pressão de fusão da dose que compreende o material termoplástico fundido 23 quando da injeção na cavidade de molde 32 e a pressão de fusão da dose que compreende o material termoplástico fundido 24 durante o preenchimento da cavidade de molde 32 e ajustando-se a pressão hidráulica aplicada à dose que compreende o material termoplástico fundido durante injeção na cavidade de molde. A pressão de fusão pode ser monitorada com o uso de transdutores de pressão dispostos no ponto de injeção, por exemplo, o bocal 26 e na cavidade de molde 32.

[00039] Um controlador 50 está comunicativamente conectado a um sensor 52 e a um controle de parafuso 36. O controlador 50 pode incluir um microprocessador, uma memória e um ou mais links de comunicação. O controlador 50 pode ser conectado ao sensor 52 e ao controle de parafuso 36 através de conexões com fio 54, 56, respectivamente. Em outras modalidades, o controlador 50 pode ser conectado ao sensor 52 e ao controle de parafuso 56 através de uma conexão sem fio, uma conexão mecânica, uma conexão hidráulica, uma conexão pneumática ou qualquer outro tipo de conexão de comunicação conhecido pelo versado na técnica que permitirá que o controlador 50 se comunique com o sensor 52 e com o controle de parafuso 36.

[00040] Na modalidade da Figura 1, o sensor 52 é um sensor de pressão que mede (direta ou indiretamente) a pressão de fusão do material termoplástico fundido 24 no bocal 26. O sensor 52 gera um sinal elétrico que é transmitido para o controlador 50. O controlador 50 comanda, então, o controle de parafuso 36 para avançar o parafuso 22 a uma taxa que mantém uma pressão de fusão substancialmente constante do material termoplástico fundido 24 no bocal 26. Enquanto o sensor 52 pode medir diretamente a pressão de fusão, o sensor 52 pode medir outras características do material termoplástico fundido 24, como temperatura, viscosidade, taxa de fluxo, etc., que são indicativas de pressão de fusão. De modo semelhante, o sensor 52 não precisa estar situado diretamente no bocal 26, mas, ao invés disso, o sensor 52 pode estar situado em qualquer local dentro do sistema de injeção 12 ou molde 28 que esteja conectado de maneira fluida com o bocal 26. O sensor 52 não precisa estar em contato direto com o fluido injetado e pode estar alternativamente em comunicação dinâmica com o fluido e ter a capacidade de captar a pressão do fluido e/ou outras características de fluido. Se o sensor 52 não estiver situado dentro do bocal 26, os fatores de correção adequados podem ser aplicados à característica medida a fim de calcular a pressão de fusão no bocal 26. Em ainda outras modalidades, o sensor 52 não precisa estar disposto em um local que está conectado de maneira fluida ao bocal. Ao invés disso, o sensor poderia medir a força de prensagem gerada pelo sistema de prensagem 14 em uma linha divisória de molde entre a primeira e a segunda partes de molde 25, 27. Em um aspecto, o controlador 50 pode manter a pressão de acordo com a entrada do sensor 52.

[00041] Embora um controlador de laço aberto ativo 50 seja ilustrado na Figura 1, outros dispositivos de regulação de pressão podem ser usados ao invés do controlador de laço fechado 50. Por exemplo, uma válvula de regulação de pressão (não mostrado) ou uma válvula de alívio de pressão (não mostrado) pode substituir o controlador 50 a fim de regular a pressão de fusão do material termoplástico fundido 24. Mais especificamente, a válvula de regulação de pressão e a válvula de alívio de pressão, podem impedir a pressurização em excesso do molde 28. Um outro mecanismo alternativo para impedir a pressurização em excesso do molde 28 é ativar um alarme quando for detectada uma condição de pressurização em excesso.

[00042] Dessa forma, em uma outra modalidade, o aparelho de moldagem pode incluir uma válvula de alívio de pressão disposta entre um ponto de injeção e a cavidade do molde. A válvula de alívio de pressão tem um ponto de definição de pressão predeterminado, que é igual à pressão de fusão desejada para a injeção e preenchimento da cavidade de molde. A pressão de fusão durante injeção e preenchimento da cavidade de molde é mantida substancialmente constante aplicando-se uma pressão à dose que compreende material termoplástico fundido para forçar a dose que compreende material termoplástico fundido através da válvula de alívio de pressão a uma pressão de fusão maior que o ponto de definição predeterminado. A válvula de alívio de pressão reduz, então, a pressão de fusão da dose que compreende o material termoplástico conforma atravessa a válvula de alívio de pressão e é injetada na cavidade de molde. A pressão de fusão reduzida da dose que compreende material termoplástico fundido corresponde à pressão de fusão desejada para preenchimento da cavidade de molde e é mantida substancialmente constante pelo ponto de definição predeterminado da válvula de liberação de pressão.

[00043] Em uma modalidade, a pressão de fusão é reduzida desviando-se uma porção da dose que compreende material termoplástico para uma saída da válvula de alívio de pressão. A porção desviada da dose que compreende material termoplástico pode ser mantida em um estado fundido e pode ser reincorporada ao sistema de injeção, por exemplo, através do cilindro aquecido.

Cavidade de molde

[00044] O aparelho de moldagem inclui um molde que tem pelo menos uma cavidade de molde. O molde pode incluir qualquer número adequado de cavidades de molde. As modalidades do método aqui reveladas permitem vantajosamente o uso de moldes que têm cavidades de molde assimetricamente orientadas e/ou cavidades de molde que têm diferentes formatos. O uso das pressões de preenchimento substancialmente constantes baixas de modalidades do método pode permitir que cada cavidade de molde seja preenchida sob condições de compactação equilibradas apesar da assimetria na disposição de cavidade de molde. Dessa forma, as peças moldadas por injeção de qualidade podem ser formadas em cada uma das cavidades de molde do molde apesar da orientação assimétrica. A capacidade de dispor assimetricamente as cavidades de molde de um molde pode permitir vantajosamente a alta densidade de cavidade de molde em um molde, permitindo assim que um número aumentado de peças moldadas por injeção seja formado por um único molde e/ou permitindo uma redução no tamanho do molde.

Pressão de cavidade de molde

[00045] Como usado aqui, a "pressão de cavidade de molde"refere- se à pressão dentro de uma cavidade de molde fechada. A pressão de cavidade de molde pode ser medida, por exemplo, com o uso de um transdutor de pressão colocado dentro da cavidade de molde. Em modalidades do método, antes da injeção da dose que compreende material termoplástico fundido na cavidade de molde, a pressão de cavidade de molde é diferente da pressão pré-injeção da dose que compreende material termoplástico fundido. Por exemplo, a pressão de cavidade de molde pode ser menor que a pressão pré-injeção da dose que compreende material termoplástico fundido. Em outra modalidade, a pressão de cavidade de molde pode ser maior que a pressão pré-injeção da dose que compreende material termoplástico fundido. Por exemplo, a pressão de cavidade de molde antes da injeção pode ser pelo menos 10%, pelo menos 15%, pelo menos 20%, pelo menos 25%, pelo menos 30 %, pelo menos 40% ou pelo menos 50% diferentes (maior ou menor que) da pressão pré-injeção da dose que compreende material termoplástico fundido. Em uma modalidade, pressão de cavidade de molde é pelo menos 103,4 kPa (15 psi) diferente (maior ou menor que) da pressão de pré-pressão de injeção da dose que compreende material termoplástico fundido. Referindo-se às Figuras 2 e 4, em várias modalidades, a pressão de cavidade de molde antes da injeção pode ser pressão atmosférica. Em outras modalidades, por exemplo, conforme mostrado na Figura 3, a pressão de cavidade de molde pode ter uma pressão maior que pressão atmosférica. Em ainda outra modalidade, a cavidade de molde pode ser mantida a um vácuo antes da injeção.

[00046] Em várias modalidades, a pressão de cavidade de molde pode ser mantida substancialmente constante durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde com a dose que compreende material termoplástico fundido. O termo "pressão substancialmente constante" como aqui usado que diz respeito a uma pressão de fusão de um material termoplástico, significa que desvios de uma pressão de fusão de linha de base não produzem mudanças significativas nas propriedades físicas do material termoplástico. Por exemplo, "pressão substancialmente constante" inclui, mas não se limita a, variações de pressão pelas quais a viscosidade do material termoplástico fundido não se alteram significativamente. O termo "substancialmente constante", nesse aspecto, inclui desvios de até aproximadamente 30% de uma pressão de fusão de linha de base. Por exemplo, o termo "uma pressão substancialmente constante de aproximadamente 31,7 MPa (4.600 psi)" inclui oscilações de pressão dentro da fixa de cerca de 41,4 MPa (6.000 psi) (30% acima de 31,7 MPa (4.600 psi)) a cerca de 22,1 MPa (3.200 psi) (30% abaixo de 31,7 MPa (4.600 psi)). Uma pressão de fusão é considerada substancialmente constante desde que a pressão de fusão não oscile mais que 30% da pressão referida.

[00047] Por exemplo, a pressão substancialmente constante pode oscilar (como um aumento ou diminuição) da pressão de fusão de cerca de 0% a cerca de 30%, cerca de 2% a cerca de 25%, cerca de 4% a cerca de 20%, cerca de 6% a cerca de 15% e cerca de 8% a cerca de 10%. Outras quantidades de oscilação adequada incluem cerca de 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 e 30%. Referindo-se à Figura 2, por exemplo, a pressão de cavidade de molde pode ser mantida à pressão atmosférica substancialmente constante durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde com a dose que compreende material termoplástico fundido. Referindo-se à Figura 3, por exemplo, a pressão de cavidade de molde pode ser mantida substancialmente constante a uma pressão maior que pressão atmosférica que é igual à pressão pré-injeção da cavidade de molde. Em outra modalidade, a pressão de cavidade de molde pode ser mantida a uma pressão substancialmente constante que é maior que a pressão pré-injeção da cavidade de molde. Por exemplo, as pressões de cavidade de molde adequadas para preenchimento da cavidade de molde incluem, por exemplo, cerca de 3447 kPa (50 psi) a cerca de 3447,4 kPa (500 psi).

[00048] A cavidade de molde pode incluir, por exemplo, uma ou mais saídas de ar para manter a pressão de cavidade de molde substancialmente constante. As saídas de ar podem ser controladas para abrir e fechar a fim de manter a pressão de cavidade de molde substancialmente constante.

[00049] Em uma modalidade, pode ser mantido um vácuo na cavidade de molde durante injeção e preenchimento substancial de toda a cavidade de molde com a dose que compreende termoplástico fundido. A manutenção de um vácuo na cavidade de molde durante injeção pode reduzir vantajosamente a quantidade de pressão de fusão necessária para preencher a cavidade, visto que não há ar para forçar da cavidade de molde durante o preenchimento. A carência de resistência ao fluxo de ar e a queda de pressão aumentada entre a pressão de fusão e o final da pressão de preenchimento também pode resultar em um comprimento de fluxo maior da dose que compreende material termoplástico fundido.

[00050] Referindo-se à Figura 5, em outra modalidade, a pressão de cavidade de molde pode aumentar durante o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde com a dose que compreende material termoplástico fundido. Por exemplo, a pressão de cavidade de molde pode aumentar proporcionalmente ao volume deslocado da cavidade de molde durante o preenchimento. O aumento na pressão de cavidade de molde pode ocorrer, por exemplo, a uma taxa substancialmente constante. A cavidade de molde pode incluir uma saída de ar par manter a pressão de cavidade de molde crescente abaixo de um ponto de definição predeterminado. O ponto de definição predeterminado pode ser, por exemplo, cerca da pressão de fusão da dose que compreende material termoplástico fundido. O ponto de definição predeterminado também pode ser, por exemplo, uma pressão acima da qual poderia danificar a cavidade de molde ou afetar adversamente a qualidade da peça moldada por injeção.

[00051] Quando a cavidade de molde estiver completamente preenchida com a dose que compreende material termoplástico fundido e o material ter resfriado, a pressão de cavidade de molde pode ser ventilada, se necessário, à pressão atmosférica e o molde pode ser aberto par a liberação da peça moldada por injeção.

Temperatura de cavidade de molde

[00052] Em modalidades do método, a cavidade de molde é mantida à temperatura ambiente ou resfriada antes da injeção e preenchimento da cavidade de molde com a dose que compreende material termoplástico fundido. Enquanto as superfícies de cavidade de molde podem ter a temperatura aumentada mediante contato com o material termoplástico fundido, uma porção interna da cavidade de molde espaçada pelo menos 2 mm, pelo menos 3 mm, pelo menos 4 mm, pelo menos 5 mm, pelo menos 6 mm, pelo menos 7 mm, pelo menos 8 mm, pelo menos 9 mm ou pelo menos 10 mm da superfície mais imediata da cavidade de molde em contato com a dose que compreende material termoplástico é mantida a uma temperatura menor. Tipicamente, essa temperatura é menor que a temperatura sem fluxo do material termoplástico. Como usado aqui, a "temperatura sem fluxo" se refere à temperatura na qual a viscosidade do material termoplástico é tão elevada que não pode se fazer efetivamente com que o mesmo flua. Em várias modalidades, a porção interna do molde pode ser mantida a uma temperatura menor que cerca de 100°C. Por exemplo, a porção interna pode ser mantida a uma temperatura de cerca de 10°C a cerca de 99°C, cerca de 20°C a cerca de 80°C, cerca de 30°C a cerca de 70°C, cerca de 40°C a cerca de 60°C e cerca de 20°C a cerca de 50°C. Outras temperaturas adequadas incluem, cerca de 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, ou 99°C. Em uma modalidade, a porção interna é mantida a uma temperatura menor que 50°C.

[00053] Até o momento, durante o preenchimento à baixa pressão constante, as taxas de preenchimento foram reduzidas em relação a métodos de preenchimento convencionais. Isto significa que o polímero estaria em contato com as superfícies de moldagem resfriadas por períodos mais prolongados antes de o molde ser preenchido completamente. Dessa forma, seria necessário que mais calor fosse removido antes do preenchimento, e é esperado que isso resulte no congelamento do material antes de o molde ser preenchido. Descobriu- se, inesperadamente, que o material termoplástico irá fluir quando submetido a condições de baixa pressão substancialmente constante independentemente se uma porção da cavidade de molde estiver abaixo da temperatura sem fluxo do material termoplástico. De modo geral, seria esperado pelo versado na técnica que tais condições fariam com que o material termoplástico congelasse e entupisse a cavidade de molde ao invés de continuar a fluir e preencher toda a cavidade de molde. Sem ater-se à teoria, acredita-se que as condições de pressão baixa substancialmente constante de modalidades do método revelado permitem condições de fluxo dinâmico (isto é, frente de fusão em movimento constante) ao longo de toda a cavidade de molde durante o preenchimento. Não há hesitação no fluxo do material termoplástico fundido conforme o mesmo flui para preencher a cavidade de molde e, dessa forma, nenhuma oportunidade para congelamento do fluxo independente do fato de pelo menos uma porção da cavidade de molde estar abaixo da temperatura sem fluxo do material termoplástico. Adicionalmente, acredita-se que, como resultado das condições de fluxo dinâmico, o material termoplástico fundido tem a capacidade de manter uma temperatura maior que a temperatura sem fluxo, apesar de ser submetido a tais temperaturas na cavidade de molde, como resultado do aquecimento por cisalhamento. Acredita-se, ainda, que as condições de fluxo dinâmico interferem na formação de estruturas de cristal no material termoplástico conforme isso começa o processo de congelamento. A formação de estrutura de cristal aumenta a viscosidade do material termoplástico, o que pode evitar que o fluxo adequado preencha a cavidade. A redução na formação de estrutura de cristal e/ou no tamanho da estrutura de cristal pode permitir uma diminuição na viscosidade do material termoplástico conforme o mesmo flui na cavidade e é submetido à baixa temperatura do molde que está abaixo da temperatura sem fluxo do material.

[00054] Em vários modalidades, o molde pode incluir um sistema de resfriamento que mantém toda a cavidade de molde a uma temperatura abaixo da temperatura sem fluxo. Por exemplo, mesmo as superfícies da cavidade de molde que entram em contato com a dose que compreende material termoplástico fundido podem ser resfriadas para manter uma temperatura mais baixa. Qualquer temperatura de resfriamento adequada pode ser usada. Por exemplo, o molde pode ser mantido substancialmente à temperatura ambiente. A incorporação de tais sistemas de resfriamento pode intensificar vantajosamente a taxa na qual a peça moldada por injeção assim formada é resfriada e pronta para ejeção do molde.

Material termoplástico

[00055] Uma variedade de materiais termoplásticos pode ser usada nos métodos de moldagem por injeção de pressão baixa substancialmente constante da descrição. Em uma modalidade, o material termoplástico fundido tem uma viscosidade, conforme definida pelo índice de fluxo em fusão de cerca de 0,1 g/10 min a cerca de 500 g/10 min, conforme medida por meio da ASTM D1238, realizada a uma temperatura de cerca de 230 graus Celsius e um peso de 2,16 kg. Por exemplo, para o polipropileno, o índice de fluxo em fusão pode estar em uma faixa de cerca de 0,5 g/10 min a cerca de 200 g/10 min. Outros índices de fluxo em fusão adequados incluem cerca de 1 g/10 min a cerca de 400 g/10 min, cerca de 10 g/10 min a cerca de 300 g/10 min, cerca de 20 a cerca de 200 g/10 min, cerca de 30 g/10 min a cerca de 100 g/10 min, cerca de 50 g/10 min a cerca de 75 g/10 min, cerca de 0,1 g/10 min a cerca de 1 g/10 min, ou cerca de 1 g/10 min a cerca de 25 g/10 min. O MFI do material é selecionado com base na aplicação e uso do artigo moldado. Por exemplo, os materiais termoplásticos com um MFI de 0,1 g/10 min a cerca de 5 g/10 min podem ser adequados para o uso como pré-formas para aplicações de Moldagem a Sopro com Estiramento por Injeção (ISBM - Injection Stretch Blow Molding). Os materiais termoplásticos com urn MFI de 5 g/10 min a cerca de 50 g/10 min podem ser adequados para o uso como tampas e sistemas de fechamento para artigos de embalagem. Os materiais termoplásticos com um MFI de 50 g/10 min a cerca de 150 g/10 min podem ser adequados para o uso na fabricação de baldes ou tubos. Os materiais termoplásticos com um MFI de 150 g/10min a cerca de 500 g/10 min podem ser adequados para artigos moldados que têm razões de L/T extremamente altas como uma placa fina. Os fabricantes de tais materiais termoplásticos ensinam, em geral, que os materiais deveriam ser moldados por injeção com o uso de pressões de fusão acima de 41,4 MPa (6.000 psi) e, com frequência, muito acima de 41,4 MPa (6.000 psi). Ao contrário de ensinamentos convencionais em relação à moldagem por injeção de tais materiais termoplásticos, as modalidades do método de moldagem por injeção baixa constante da descrição permitem vantajosamente a formação de peças moldadas por injeção de qualidade com o uso de tais materiais termoplásticos e o processamento a pressões de fusão abaixo de 41,4 MPa (6.000 psi) e, possivelmente, muito abaixo de 41,4 MPa (6.000 psi).

[00056] O material termoplástico pode ser, por exemplo, uma poliolefina. As poliolefinas exemplificadoras incluem, mas não se limitam a, polipropileno, polietileno, polimetil penteno e polibuteno-1. Qualquer uma das poliolefinas supracitadas poderia dar origem a matérias primas biobaseadas, como cana de açúcar ou outros produtos agrícolas, para produzir um biopolipropileno ou biopolietileno. As poliolefinas demonstram vantajosamente adelgaçamento sob cisalhamento quando em um estado fundido. O adelgaçamento sob cisalhamento é uma redução na viscosidade quando o fluido é colocado sob esforço compressivo. O adelgaçamento sob cisalhamento pode permitir beneficamente que o fluxo do material termoplástico seja mantido ao longo do processo de moldagem por injeção. Sem ater-se à teoria, acredita-se que as propriedades de adelgaçamento sob cisalhamento de um material termoplástico e, em particular, poliolefinas, resultam em uma variação menor da viscosidade de materiais quando o material for processado a pressões baixas. Como resultado, as modalidades do método da descrição podem ser menos sensíveis a variações no material termoplástico, por exemplo, resultando de corantes e outros aditivos bem como condições de processamento. Essa sensibilidade diminuída a variações das propriedades de material termoplástico de lote para lote, também pode permitir vantajosamente que os plásticos reciclados pós- industriais e pós-consumidor sejam processados com o uso de modalidades do método da descrição. Os plásticos reciclados pós- industriais e pós-consumidor são derivados de produtos finais que concluíram seu ciclo de vida e, de outro modo, teriam sido descartados como um produto residual sólido. Tal plástico reciclado e blendas de materiais termoplásticos, têm inerentemente variação de lote para lote significativa de suas propriedades de material.

[00057] O material termoplástico também pode ser, por exemplo, um poliéster. Os poliésteres exemplificadores incluem, mas não se limitam a, teraftalato de polietileno (PET). O polímero de PET poderia dar a origem a matérias primas biobaseadas, como cana de açúcar ou outros produtos agrícolas, para produzir um polímero de parcial ou completamente PET Outros materiais termoplásticos adequados incluem copolímeros de polipropileno e polietileno, e polímeros e copolímeros de elastômeros termoplásticos, poliéster, poliestireno, policarbonato, poli(acrilonitrila- butadieno-estireno), ácido poliláctico, poliésteres biobaseados como furanato de polietileno poliidroxialcanoato, furanoato de polietileno, (considerado uma alternativa a, ou substituição compatível, PET), poliidroxialcanoato, poliamidas, poliacetais, borrachas de olefina de etileno-alfa, e copolímeros de bloco de estireno-butadieno-estireno. O material termoplástico também pode ser uma blenda de múltiplos materiais poliméricos e não poliméricos. O material termoplástico pode ser, por exemplo, uma blenda de polímeros de peso molecular alto, médio e baixo que produzem uma blenda multimodal ou bimodal. O material multimodal pode ser projetado de maneira que resulte em um material termoplástico que tem propriedades de fluxo superiores e tem, além disso, propriedades químico-físicas satisfatórias. O material termoplástico também pode ser uma blenda de um polímero com um ou mais aditivos de molécula pequena. A molécula pequena poderia ser, por exemplo, uma molécula de siloxano ou outra molécula de lubrificação que, quando adicionada ao material termoplástico, aprimora a fluidez do material polimérico.

[00058] Outros aditivos podem incluir cargas inorgânicas como carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, talcos, argilas (por exemplo, nanoargilas), hidróxido de alumínio, CaSiO3, vidro formado em fibras ou microesferas, sílicas cristalinas (por exemplo, quartzo, novacita, cristalobita), hidróxido de magnésio, mica, sulfato de sódio, litopona, carbonato de magnésio, óxido de ferro; ou, cargas orgânicas como cascas de arroz, palha, fibra de cânhamo, farinha de madeira, ou fibra de madeira, de bambu ou de cana de açúcar.

[00059] Outros materiais termoplásticos adequados incluem polímeros renováveis como exemplos não-limitadores de polímeros produzidos diretamente de organismos, como poliidróxi alcanoatos (por exemplo, poli(beta-hidróxi alcanoato), poli(3-hidroxibutirato-co-3- hidroxivalerato, NODAX (marca registrada)), e celulose bacteriana; polímeros extraídos de plantas, agrícolas e florestais, e biomassa, como polissacarídeos e seus derivados (por exemplo, gomas, celulose, ésteres de celulose, quitina, quitosano, amido, amido quimicamente modificado, partículas de acetato de celulose), proteínas (por exemplo, zeína, soro de leite, glúten, colágeno), lipídios, ligninas e borracha natural; amido termoplástico produzido de amido ou amido quimicamente modificado e polímeros atuais derivados de monômeros e derivados de origem natural, como biopolietileno, biopolipropileno, tereftalato de politrimetileno, ácido polilático, NÁILON 11, resinas de alquida, poliésteres à base de ácido succínico e tereftalato de biopolietileno.

[00060] Os materiais termoplásticos adequados podem incluir uma blenda ou blendas de diferentes materiais termoplásticos como nos exemplos mencionados acima. Igualmente, diferentes materiais podem ser uma combinação de materiais derivados de materiais bioderivados virgens ou derivados de petróleo, ou materiais reciclados de materiais bioderivados ou derivados de petróleo. Um ou mais dos materiais termoplásticos em uma blenda podem ser biodegradáveis. E, para materiais termoplásticos diferentes de blenda, esse material pode ser biodegradável.

[00061] São fornecidas resinas termoplásticas exemplificadoras juntamente com suas faixas de pressão operacional recomendadas no gráfico a seguir:

[00062] Embora mais de uma das modalidades envolva o preenchimento substancial de toda a cavidade de molde com a dose que compreende o material termoplástico fundido enquanto mantém a pressão de fusão da dose que compreende o material termoplástico fundido a uma pressão substancialmente constante menor que cerca de 41,4 MPA (6.000 psi), os materiais termoplásticos específicos se beneficiam da invenção a diferentes pressões constantes. Especificamente: PP, náilon, PC, PS, SAN, PE, TPE, PVDF, PTI, PBT, e PLA a uma pressão substancialmente constante menor que 68,9 MPa (10.000 psi); ABS a uma pressão substancialmente constante menor que 55,2 MPa (8.000 psi); PET a uma pressão substancialmente constante menor que 40,0 MPa (5.800 psi); Copolímero de acetal a uma pressão substancialmente constante menor que 48,3 MPa (7.000 psi), mais poli(furanato de etileno) poliidroxialcanoato, furanoato de polietileno (também conhecido como PEF) à pressão substancialmente constante menor que 68,9 MPa (10.000 psi), ou 55,2 MPa (8.000 psi), ou 48,3 MPa (7.000 psi) ou 41,4 MPa (6.000 psi) ou 40,0 MPa (5800 psi).

[00063] Conforme descrito detalhadamente acima, as modalidades do método de pressão baixa substancialmente constante revelado podem alcançar uma ou mais vantagens em relação a processos convencionais de moldagem por injeção de pressão alta, processos de moldagem por injeção de pressão alta constante da técnica anterior e processo de moldagem por injeção de pressão inferior da técnica anterior. Por exemplo, as modalidades incluem um processo de custo mais baixo e eficiente que elimina a necessidade de equilíbrio de pressões de pré- injeção da cavidade de molde e dos materiais termoplásticos, um processo que permite o uso de pressões de cavidade de molde atmosféricas e, dessa forma, estruturas de molde simplificadas que eliminam a necessidade de meios de pressurização, a capacidade de usar materiais de cavidade de molde de dureza mais baixa de alta condutividade térmica que são de custo mais baixo e fáceis de usinar, um método de processamento mais robusto que é menos sensível a variações na temperatura, viscosidade, e outras propriedades de material termoplástico e a capacidade de produzir peças moldadas por injeção de qualidade a pressões baixas sem processo de têmpera prematuro do material termoplástico na cavidade de molde e sem a necessidade de aquecer ou manter temperaturas constantes na cavidade de molde.

[00064] Em um exemplo, as peças de amostras foram moldadas com o uso de um processo de pressão baixa constante abaixo de 41,4 MPa (6.000 psi) de pressão de injeção.

[00065] As amostras foram isoladas das peças moldadas por injeção com o uso de um micrótomo laboratorial comum. Pelo menos quatro amostras foram retiradas de cada peça moldada por injeção. A seção transversal das amostras foi, então, preparada para expor as camadas composicionais (pele, núcleo, etc.) de cada amostra.

[00066] As medições de síncroton foram tomadas na linha de feixe G3 Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY) a DORIS III com o conjunto detector MAXIM, isto é, as primeiras medições foram tomadas pelo dispositivo de contagem de cintilação de cálculo da média de ponto a fim de obter visões gerais de difração de amostra. As imagens de difração espacialmente separadas foram, então, tomadas pela câmera sensível à posição de MAXIM (um detector 2D Hamamatsu 4880 com placa de múltiplos canais [MCP] na frente de seu sensor CCD).

[00067] As medições de síncroton revelaram que as peças moldadas por injeção que têm uma certa espessura, que foram moldadas com o uso de um processo de pressão baixa constante mostram uma banda ou zona extra distinta e discernível de cristalitos de polipropileno orientado (consulte a seta vermelha na Figura abaixo) no núcleo da peça. Essa zona extra de material orientado pode ser observada em peças moldadas com o uso de moldes de aço ou alumínio. As peças moldadas com o uso de um processo de maior convencional têm usualmente um número reduzido de bandas orientadas quando comparadas a uma peça moldada com o uso de um processo de pressão baixa substancialmente constante.

[00068] As peças moldadas com o uso de um processo de pressão baixa constante podem ter menos estresse sob moldagem. Em um processo convencional, o processo de preenchimento de velocidade controlada combinado a uma transferência ou alteração maior para controlar a pressão pode resultar em uma peça com altos teores de estresse sob moldagem indesejável. Se a pressão de compactação for definida muito alta em um processo convencional, a peça terá, com frequência, uma região de porta supercompactada. O estresse sob moldagem pode ser visualmente avaliado colocando-se as peças em uma mesa de luz polarizada transversal. A birrefringência observada nas peças moldadas pode ser usada para observar as diferenças no estresse sob moldagem. Tipicamente, isso é observado como padrões de linhas de estresse na peça. O número crescente de linhas e/ou da não-uniformidade das linhas de estresse é tipicamente indesejado.

[00069] Deve-se observar que os termos "substancialmente", "cerca de" e "aproximadamente"a menos se especificado em contrário, podem ser utilizados na presente invenção para representar o grau inerente de incerteza que pode ser atribuído a qualquer comparação, valor, medição ou outra representação quantitativa. Esses termos também são usados na presente invenção para representar o grau pelo qual uma representação quantitativa pode variar de uma referência declarada sem resultar em uma alteração na função básica do assunto em questão. A menos se definido de outro modo na presente invenção, os termos "substancialmente,""cerca de" e "aproximadamente"significam que a comparação, valor, medição, ou outra representação quantitativa pode se situar dentro de 5% da referência declarada.

[00070] Deveria ficar evidente que as várias modalidades dos produtos ilustrados e aqui descritos podem ser produzidas por um processo de moldagem de pressão substancialmente constante baixa. Embora tenha sido feita referência específica na presente invenção a produtos para conter mercadorias ao consumidor ou aos próprios produtos de mercadorias, deve ficar aparente que o método de moldagem discutido na presente invenção pode ser adequado para uso em conjunto com produtos para uso na indústria de mercadorias de consumo, indústria de serviços alimentícios, indústria de transporte, indústria médica, indústria de brinquedos e similares. Além do mais, o versado na técnica reconhecerá que os ensinamentos aqui apresentados podem ser usados na construção de moldes de pilha, moldes de múltiplos materiais incluindo moldes rotacionais e de núcleo, em combinação com decoração em-molde, moldagem por inserto, montagem no molde e similares.

[00071] Todos os documentos citados na Descrição Detalhada da Invenção estão, em sua parte relevante, aqui incorporados, a título de referência. A citação de qualquer documento não deve ser interpretada como admissão de que este represente técnica anterior com respeito à presente invenção. Se qualquer significado ou definição de um termo deste documento escrito entrar em conflito com qualquer significado ou definição do mesmo termo em um documento incorporado por referência, terá precedência o significado ou definição atribuída ao termo no presente documento escrito.

[00072] Embora tenham sido aqui ilustradas e descritas modalidades particulares, deve-se compreender que várias outras alterações e modificações podem ser feitas sem que se afaste do espírito e escopo do assunto reivindicado. Ademais, embora vários aspectos do assunto reivindicado tenham sido aqui descritos, tais aspectos não precisam ser utilizados em combinação. Portanto, é intencionado que as reivindicações em anexo cubram todas essas alterações e modificações que estão dentro do escopo do assunto reivindicado.

Claims

1. Método que compreende: (a) fornecer um aparelho de moldagem (10) com mais de uma cavidade de molde (28), sendo que as cavidades de molde (28) têm diferentes formatos de cavidade e/ou cavidades de molde (28) assimetricamente orientadas; (b) preencher, com uma dose, as cavidades de molde (28), sendo que a dose compreende um material termoplástico fundido (24) que tem uma pressão de fusão (t2, t3) que, quando da injeção nas cavidades do molde, excede uma pressão de pré-injeção (t1) da dose que compreende o material termoplástico fundido; caracterizado pelo fato de que compreender ainda: (c) enquanto se preenchem as cavidades de molde com a dose que compreende o material termoplástico fundido, até que 70 a 100% das cavidades de molde sejam preenchidas, manter a pressão de fusão (t3) substancialmente constante dentro da faixa de 70 kgf/cm2 (1000 psi) a menos de 422 kgf/cm2 (6000 psi); e (d) remover, das cavidades de molde, partes que têm um formato que essencialmente duplica o formato particular da cavidade; (e) mediante contato de uma superfície de uma cavidade de molde com o material termoplástico fundido, manter uma porção interna da referida cavidade de molde espaçada em pelo menos 2 mm da superfície mais imediata da cavidade de molde em contato com a dose que compreende material termoplástico em uma temperatura menor que 100 °C, em que: o material termoplástico tem um índice de fluxo em fusão de cerca de 0,1 g/10 min a cerca de 500 g/10 min.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui, enquanto se preenche substancialmente toda a cavidade de molde com a dose que compreende o material termoplástico fundido, manter a pressão de fusão no bocal do aparelho de moldagem em uma pressão substancialmente constante que está entre 105 e 387 kgf/cm2 (1500 e 5500 psi).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui, enquanto se preenche substancialmente toda a cavidade de molde com a dose que compreende o material termoplástico fundido, manter a pressão de fusão no bocal do aparelho de moldagem em uma pressão substancialmente constante que está entre 141 e 352 kgf/cm2 (2000 e 5000 psi).

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui, enquanto se preenche substancialmente toda a cavidade de molde com a dose que compreende o material termoplástico fundido, manter a pressão de fusão no bocal do aparelho de moldagem em uma pressão substancialmente constante que está entre 176 e 316 kgf/cm2 (2500 e 4500 psi).

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui, enquanto se preenche substancialmente toda a cavidade de molde com a dose que compreende o material termoplástico fundido, manter a pressão de fusão no bocal do aparelho de moldagem em uma pressão substancialmente constante que está entre 211 e 281 kgf/cm2 (3000 e 4000 psi).

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui, enquanto se preenche substancialmente toda a cavidade de molde com a dose que compreende o material termoplástico fundido, manter a pressão de fusão no bocal do aparelho de moldagem em uma pressão substancialmente constante que está entre 211 e 422 kgf/cm2 (3000 6000 psi).

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui, enquanto se preenche substancialmente toda a cavidade de molde com a dose que compreende o material termoplástico fundido, manter a pressão de fusão no bocal do aparelho de moldagem em uma pressão substancialmente constante de modo que a pressão substancialmente constante varie de 2 a 25%.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui, enquanto se preenche substancialmente toda a cavidade de molde com a dose que compreende o material termoplástico fundido, manter a pressão de fusão no bocal do aparelho de moldagem em uma pressão substancialmente constante de modo que a pressão substancialmente constante varie de 4 a 20%.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui, enquanto se preenche substancialmente toda a cavidade de molde com a dose que compreende o material termoplástico fundido, manter a pressão de fusão no bocal do aparelho de moldagem em uma pressão substancialmente constante de modo que a pressão substancialmente constante varie de 6-15%.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui, enquanto se preenche substancialmente toda a cavidade de molde com a dose que compreende o material termoplástico fundido, manter a pressão de fusão no bocal do aparelho de moldagem em uma pressão substancialmente constante de modo que a pressão substancialmente constante varie/flutue em cerca de 0, 2, 4,6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, ou 24%.