Processo de moldagem por sopro e injeção de plástico

A moldagem por injeção de plástico é uma tecnologia integrada de produção de produtos ocos que combina moldagem por injeção e moldagem por sopro. Com as vantagens de alta precisão, alta vedação e baixo consumo de energia, tornou-se o principal método de moldagem em áreas de embalagens de alta qualidade, como medicamentos, alimentos e cosméticos. Este processo permite a moldagem única de partículas plásticas em recipientes ocos acabados por meio de um processo contínuo de pré-formas de moldagem por injeção e moldagem por sopro, resolvendo efetivamente os problemas de precisão insuficiente e excesso de rebarbas nos processos tradicionais de moldagem por sopro. Com o avanço da tecnologia de materiais e equipamentos inteligentes, a tecnologia de moldagem por injeção está se desenvolvendo em direção a maior eficiência, precisão e respeito ao meio ambiente, apoiando a produção em larga escala de produtos ocos de alta qualidade.

1、 Princípios fundamentais e vantagens tecnológicas do processo de injeção e sopro

O princípio básico do processo de moldagem por injeção de plástico é o método de moldagem em duas etapas: pré-forma de moldagem por injeção + moldagem por sopro, que completa a operação contínua de moldagem por injeção de pré-forma e moldagem por sopro oco através do mesmo equipamento, evitando a poluição secundária e a perda de precisão do transporte de pré-formas no processo tradicional de moldagem por sopro. A essência do processo é utilizar a plasticidade do plástico fundido, primeiro formando um tarugo tubular com um formato e espessura de parede específicos por meio da moldagem por injeção e, em seguida, usando a pressão do ar comprimido para expandir e moldar o tarugo termoplástico no molde, obtendo-se, por fim, um produto oco que se adapta perfeitamente à cavidade do molde.

O estágio central do fluxo do processo

O processo completo da tecnologia de moldagem por injeção é dividido em três etapas principais: a etapa de moldagem por injeção é a base. No molde de injeção, as partículas plásticas são aquecidas e derretidas pelo cilindro de material e, em seguida, injetadas na cavidade do molde sob alta pressão pelo parafuso, formando uma moldagem tubular (pré-forma) com uma extremidade fechada e a outra aberta. A espessura da parede e a precisão dimensional da moldagem afetam diretamente a qualidade do produto final. Esta etapa requer controle preciso da pressão de moldagem por injeção (geralmente 50-100 MPa) e da temperatura (ajustada de acordo com o material, como PP a 180-220 ℃); a etapa de moldagem por sopro é a chave para a moldagem. A pré-forma gira ou se move com o molde até a estação de moldagem por sopro. Após o fechamento do molde de moldagem por sopro, ar comprimido de alta pressão (pressão de 0,5-3 MPa) é introduzido através da extremidade aberta da pré-forma para expandir a pré-forma quente radialmente e aderir firmemente à parede interna do molde de moldagem por sopro. Ao mesmo tempo, o sistema de resfriamento do molde esfria rapidamente para solidificar e moldar o produto. A pressão de moldagem por sopro e o tempo de retenção precisam ser adequados ao tamanho do produto, e recipientes grandes exigem maior pressão e maior tempo de retenção. A etapa de desmoldagem e recuperação é a etapa final. Após a abertura do molde de moldagem por sopro, o produto acabado é retirado do molde através do mecanismo ejetor, completando um ciclo de produção. Para produtos com roscas ou estruturas complexas, um mecanismo de desmoldagem dedicado precisa ser projetado para evitar deformações.

Vantagens tecnológicas em comparação com o artesanato tradicional

Comparada com os processos tradicionais, como moldagem por sopro e extrusão (método de duas etapas), a moldagem por injeção apresenta vantagens significativas: a alta precisão da moldagem é a característica mais proeminente. A moldagem por injeção e a moldagem por sopro da pré-forma são concluídas no mesmo equipamento, sem transporte secundário da pré-forma. O erro de tamanho pode ser controlado dentro de ± 0,1 mm, especialmente para produtos com bocas de garrafa rosqueadas. A precisão da rosca pode atingir o nível 6 de precisão em GB/T 197, garantindo a vedação; A qualidade do produto é estável e a uniformidade da espessura da parede do tarugo é boa (desvio ≤ 5%). Após a moldagem por sopro, o produto não apresenta rebarbas ou linhas de molde óbvias, e a lisura da superfície é alta (Ra ≤ 0,05 μm), sem a necessidade de tratamento de aparagem subsequente; Alta eficiência de produção, utilizando equipamentos rotativos de múltiplas estações, pode-se atingir a produção contínua. O ciclo de produção da cavidade monomodo é de 10 a 30 segundos, e a capacidade de produção do equipamento de cavidade multimodo (como 8 cavidades e 12 cavidades) pode atingir milhares de peças por hora; Alta taxa de utilização de material, sem geração de resíduos, com uma taxa de utilização de material de mais de 95%, superior à moldagem por extrusão e sopro (cerca de 85%); Excelente desempenho de vedação, boca de garrafa de uma peça sem costura, juntamente com design de rosca preciso, pode atingir alta estanqueidade e atender aos requisitos antivazamento de embalagens de líquidos.

2、 Equipamentos principais e sistemas críticos

A implementação do processo de moldagem por injeção de plástico depende de máquinas de moldagem por injeção dedicadas e sistemas de suporte. O desempenho do equipamento determina diretamente a estabilidade do processo e a qualidade dos produtos. Os principais equipamentos são: sistema de moldagem por injeção, sistema de moldagem por sopro, sistema de fixação do molde, sistema de indexação e sistema de controle.

Composição estrutural da máquina de moldagem por injeção

O sistema de moldagem por injeção é o núcleo da formação da pré-forma, incluindo uma tremonha, rosca, cilindro e bico. A tremonha armazena as partículas plásticas secas e as fornece com precisão por meio de um dispositivo de medição. A rosca adota um design de taxa de compressão gradual (taxa de compressão de 3-5:1) para garantir que o plástico seja totalmente derretido e plastificado, e a velocidade pode ser ajustada (50-150 rpm) para controlar a qualidade da plastificação. O cilindro do material é aquecido em seções (geralmente de 3 a 5 seções), e a temperatura aumenta gradualmente da seção de alimentação até o bico para se adaptar ao processo de fusão do plástico. O bico é intimamente conectado ao canal de fluxo principal do molde para evitar vazamento de material fundido, e a abertura do bico é projetada de acordo com o tamanho do tarugo (geralmente de 3 a 8 mm).

O sistema de moldagem por sopro é responsável pela conformação do produto e consiste em moldes de moldagem por sopro, sistemas de controle de pressão de ar e sistemas de resfriamento. Os moldes de moldagem por sopro são feitos de materiais de liga de alta resistência (como aço para moldes 718H) e a cavidade do molde é polida em espelho para garantir uma superfície lisa do produto. Para produtos com formato irregular, as ranhuras de exaustão precisam ser projetadas para evitar bolhas de ar; o sistema de controle de pressão de ar ajusta a pressão de moldagem por sopro e o tempo de retenção por meio de válvulas de precisão e requer alta estabilidade de pressão (flutuação ≤ ± 0,05 MPa); o sistema de resfriamento resfria rapidamente através do canal de circulação de água dentro do molde, que representa 40% a 60% do ciclo de moldagem. O canal de água está a 15-25 mm de distância da superfície da cavidade do molde para garantir um resfriamento uniforme.

O sistema de fixação e deslocamento realiza a troca de estação de trabalho, e o sistema de fixação fornece força de travamento (geralmente 50-300 kN, dependendo do tamanho do produto) para evitar a expansão do molde durante a moldagem por injeção e sopro. O sistema de transposição (rotativo ou linear) transfere o tarugo da estação de moldagem por injeção para a estação de moldagem por sopro. A precisão da transposição rotativa atinge ± 0,05 mm, garantindo o encaixe preciso entre o tarugo e o molde de moldagem por sopro. O tempo de transposição pode ser controlado em 1-2 segundos, reduzindo o efeito de resfriamento do tarugo.

O sistema de controle utiliza CLP (Controlador Lógico Programável) combinado com tela sensível ao toque para configuração digital de parâmetros e monitoramento em tempo real. Ele pode armazenar múltiplos conjuntos de parâmetros de processo (para diferentes produtos), suportar diagnóstico remoto e rastreamento de dados. Equipamentos de última geração também são equipados com um sistema de inspeção visual para detectar defeitos nos produtos online e eliminar automaticamente os produtos não conformes.

3、 Requisitos para características de matéria-prima e adaptação de processo

O processo de moldagem por injeção possui requisitos específicos para o desempenho de fusão, resistência à fusão e características de resfriamento e conformação das matérias-primas. Nem todos os plásticos são adequados para esse processo, e a seleção do material precisa ser criteriosamente avaliada com base nos requisitos de desempenho do produto e nas características do processo.

Materiais e características aplicáveis ​​convencionais

O polipropileno (PP) é o material mais utilizado no processo de moldagem por injeção, representando mais de 60% do total de produtos moldados por injeção. O PP possui excelente fluidez e moderada resistência à fusão, boa conformabilidade de blanks moldados por injeção, expansão uniforme durante a moldagem por sopro, rápida taxa de resfriamento e ciclo de moldagem curto (10 a 20 segundos). O PP de grau alimentício atende aos padrões FDA e GB 4806.7, é atóxico e inodoro, adequado para embalagens de alimentos (como frascos de temperos, frascos de mel), frascos de embalagens farmacêuticas (como frascos de medicamentos orais) e sua resistência química e térmica (temperatura de uso contínuo de 100 °C) também é adequada para produtos químicos de uso diário, como frascos de detergentes.

O polietileno (PE) é dividido em PEAD e PEBD. O PEAD, devido à sua alta cristalinidade e boa rigidez, é adequado para a fabricação de recipientes injetados por sopro de grande capacidade (como garrafas de produtos químicos de 5 a 20 litros) e possui boa resistência ao impacto e à corrosão química; o PEBD possui boa flexibilidade e alta resistência ao derretimento, tornando-o adequado para produtos de paredes finas e pequena capacidade (como garrafas de amostras de cosméticos), mas a taxa de resfriamento é mais lenta e o ciclo de moldagem é ligeiramente mais longo que o PP.

O poli(tereftalato de etileno) (PET) é adequado para embalagens transparentes de alta qualidade. A transmitância de luz dos produtos injetados em PET é superior a 90%, com alto brilho superficial, excelente resistência mecânica e boa resistência química. É amplamente utilizado em frascos de cosméticos (como frascos de essências) e frascos de produtos para a saúde. No entanto, o PET possui forte absorção de umidade e requer secagem rigorosa (teor de umidade ≤ 0,005%) antes do processamento. A temperatura de moldagem por injeção pode atingir 270-290 °C, o que exige alta precisão no controle de temperatura do equipamento.

O policarbonato (PC) é utilizado na fabricação de recipientes transparentes de alta resistência (como mamadeiras e frascos para equipamentos médicos) devido à sua boa transparência e alta resistência ao impacto. Produtos moldados por injeção de PC podem ser usados continuamente em temperaturas de até 120 °C, mas o custo é alto e antioxidantes precisam ser adicionados durante o processamento para evitar a degradação em alta temperatura.

Outros materiais especiais, como a poliamida (PA), são adequados para recipientes resistentes a óleo, enquanto o poliestireno (PS) é usado para frascos descartáveis para amostras médicas. Esses materiais exigem que os parâmetros do processo sejam ajustados de acordo com suas características, como o PA, que exige temperaturas de moldagem por injeção mais altas (230-260 °C) e tempos de resfriamento mais longos.

Requisitos para Indicadores-chave de Desempenho de Materiais

O processo de moldagem por injeção possui requisitos rigorosos para a taxa de fluxo de fusão (MFR) do material, geralmente controlada em 5-25g/10min (190 ℃/2,16kg). Se a MFR for muito alta, isso levará à resistência insuficiente do tarugo e fácil quebra durante a moldagem por sopro; Se a MFR for muito baixa, a fluidez do fundido será ruim e os blanks moldados por injeção estarão sujeitos a escassez de material ou marcas de solda. A resistência do fundido é um indicador chave na etapa de moldagem por sopro, referindo-se à capacidade do fundido de resistir ao estiramento e expansão. A resistência do fundido insuficiente pode levar ao estreitamento ou rachaduras do tarugo durante a moldagem por sopro. A resistência do fundido de PP e PE é moderada e adequada para moldagem por injeção; no entanto, o fundido de PVC tem baixa resistência e precisa ser modificado antes de poder ser usado em processos de moldagem por injeção. A velocidade de resfriamento e conformação afeta a eficiência da produção. Plásticos cristalinos (PP, PE) têm uma velocidade de resfriamento rápida e um ciclo de moldagem curto; A taxa de resfriamento de plásticos amorfos (PC, PET) é lenta, e o projeto do sistema de resfriamento precisa ser otimizado.

4、 Controle de parâmetros de processo e otimização de qualidade

O núcleo do controle de qualidade no processo de moldagem por injeção é regular com precisão os principais parâmetros, reduzir defeitos do produto, garantir a precisão dimensional e a estabilidade do desempenho. As configurações dos parâmetros precisam ser ajustadas dinamicamente de acordo com o tamanho do produto, as características do material e a estrutura do molde.

Princípios para regular parâmetros-chave do processo

Os parâmetros de injeção afetam diretamente a qualidade do tarugo: a temperatura de injeção precisa ser ajustada de acordo com o ponto de fusão do material. A temperatura do cilindro de PP é geralmente de 180-200 ℃ na seção frontal, 200-220 ℃ na seção intermediária e 210-230 ℃ no bico. Se a temperatura for muito alta, o material se degradará (como o PET ficando amarelo), e se a temperatura for muito baixa, a plastificação será irregular e o tarugo terá pontos frios; A pressão de injeção precisa corresponder à complexidade da pré-forma, com uma pressão de 80-100 MPa para pequenas pré-formas de precisão (como garrafas farmacêuticas) e 50-70 MPa para grandes pré-formas ásperas (como garrafas químicas). A pressão de retenção deve ser de 60% a 80% da pressão de injeção para garantir que a pré-forma seja densa e livre de bolhas; A velocidade da injeção é controlada em seções, com uma velocidade inicial lenta para evitar respingos de fusão, uma seção intermediária preenchendo rapidamente a cavidade do molde e uma seção final mantendo lentamente a pressão para reduzir o estresse interno.

Os parâmetros da moldagem por sopro determinam a qualidade da moldagem do produto: A pressão da moldagem por sopro precisa ser ajustada de acordo com o volume do produto e a espessura da parede. Para produtos de parede fina de pequena capacidade (como frascos de cosméticos de 100 ml), a pressão é de 1,5 a 2,5 MPa, e para produtos de parede espessa de grande capacidade (como frascos de produtos químicos de 5 L), a pressão é de 2,5 a 3,5 MPa. Pressão insuficiente pode levar à escassez de material ou depressão da superfície do produto, enquanto pressão excessiva pode facilmente causar rebarbas; O tempo de moldagem por sopro inclui o tempo de inflação e o tempo de espera. O tempo de inflação deve garantir que a tarugo esteja completamente fixada ao molde (geralmente 0,5 a 2 segundos), e o tempo de espera deve ser suficiente para resfriar e moldar o produto (geralmente 2 a 5 segundos). Tempo de espera insuficiente pode causar encolhimento e deformação do produto; O tempo de atraso na moldagem por sopro (o tempo entre a transferência da pré-forma para a estação de moldagem por sopro e o início da inflação) deve ser minimizado ao máximo para evitar que a pré-forma esfrie e fique muito dura para inflar. Geralmente, ele é controlado em 1 a 3 segundos.

Os parâmetros de resfriamento afetam a eficiência da produção e a precisão dimensional: a temperatura do molde precisa ser ajustada de acordo com as características de cristalização do material, com temperatura do molde de PP de 40-60 ℃ (para promover a cristalização) e temperatura do molde de PET de 10-30 ℃ (para manter a transparência através do resfriamento rápido); o volume de água de resfriamento precisa ser uniforme, garantindo que a diferença de temperatura entre as várias partes da cavidade do molde seja ≤ 5 ℃. O tempo de resfriamento representa 50% a 70% do ciclo de moldagem. O tempo de resfriamento pode ser reduzido aumentando o número de canais de água de resfriamento ou reduzindo a temperatura da água (geralmente 15-25 ℃), mas é necessário evitar o estresse interno excessivo causado pelo resfriamento rápido no produto.

Defeitos de qualidade comuns e soluções

Defeitos comuns na produção podem ser resolvidos por meio do ajuste de parâmetros e otimização do molde: a quebra do tarugo geralmente é causada por baixa temperatura de injeção ou velocidade de injeção muito rápida, exigindo um aumento na temperatura do cilindro ou uma diminuição na velocidade de injeção; A espessura irregular da parede do produto é devido à espessura irregular da parede da pré-forma ou distribuição irregular da pressão de moldagem por sopro, e é necessário ajustar os parâmetros de retenção da pressão de moldagem por injeção ou otimizar a ranhura de exaustão do molde; A deformação da boca da garrafa geralmente é causada pelo resfriamento insuficiente da boca da garrafa durante a moldagem por injeção, e é necessário aumentar o circuito de água de resfriamento da boca da garrafa ou reduzir a temperatura de moldagem por injeção na área correspondente; Arranhões na superfície do produto podem ser causados por impurezas na cavidade do molde ou desgaste do mecanismo de desmoldagem, exigindo limpeza regular do molde ou substituição dos componentes de desmoldagem; Bolhas ou furos podem ser afetados pela secagem insuficiente de matérias-primas ou aprisionamento de ar durante a moldagem por injeção. É necessário fortalecer a secagem de matérias-primas (como temperatura de secagem do PET de 120 ℃ por 4 horas) ou reduzir a velocidade do parafuso para reduzir o aprisionamento de ar.

5. Campos de aplicação e tendências de desenvolvimento tecnológico

O processo de injeção e sopro, com suas vantagens de alta precisão e alta vedação, ocupa uma posição insubstituível no setor de embalagens de alta qualidade e produtos ocos especiais. Com a atualização da demanda do mercado e a inovação tecnológica, seu escopo de aplicação e desempenho de processo continuam a se expandir.

Principais áreas de aplicação e produtos típicos

O setor de embalagens farmacêuticas é o principal mercado para a tecnologia de moldagem por injeção. Os frascos médicos possuem requisitos rigorosos de vedação, limpeza e precisão dimensional. Os frascos para medicamentos sólidos orais moldados por injeção (como frascos para cápsulas e comprimidos) possuem alta precisão de rosca na boca do frasco e podem ser selados contra umidade com rolhas de borracha butílica. O frasco para colírio é moldado de uma só vez usando a tecnologia de sopro por injeção, sem costuras na boca do frasco para evitar contaminação do medicamento. Os frascos para vacinas e reagentes são feitos de PP ou PC de grau médico, e o processo de injeção e sopro garante que o corpo do frasco esteja livre de bolhas e impurezas, atendendo aos requisitos de esterilidade.

Na área de embalagens de alimentos, a segurança e o frescor são prioridades. Os frascos de tempero produzidos por tecnologia de sopro e injeção (como frascos para molhos e vinagres) são feitos de PP de grau alimentício, com boa vedação na boca do frasco para evitar vazamento de líquido; os frascos para mel e geleia são transparentes e possuem paredes internas lisas por meio de tecnologia de moldagem por injeção, facilitando o vazamento e a limpeza do conteúdo; os frascos para alimentos de bebês e crianças pequenas são feitos de PET ou PP sem BPA, moldados por injeção para garantir que o corpo do frasco não tenha odor e atenda aos padrões de segurança alimentar.

No campo de cosméticos e produtos químicos de uso diário, a busca por aparência, textura e precisão é feita. Os frascos de essência e loção produzidos pelo processo de injeção e sopro são feitos de PET transparente ou acrílico, e a superfície pode atingir alta suavidade, que pode ser aprimorada com galvanoplastia ou processo de impressão serigráfica; Os frascos de xampu e gel de banho são feitos de HDPE resistente a produtos químicos, e as roscas da boca do frasco moldadas por injeção são precisamente combinadas com a cabeça da bomba para evitar vazamentos; Os frascos de amostra de viagem são produzidos em massa por meio de equipamentos de injeção e sopro de múltiplas cavidades, com alta consistência dimensional e fácil embalagem e montagem.

Os setores industrial e químico concentram-se na resistência à corrosão e na robustez. Os frascos de reagentes químicos produzidos pelo processo de sopro e injeção são feitos de PEAD ou PP, que são resistentes à corrosão ácida e alcalina, e a vedação da rosca da boca do frasco é confiável. Os frascos de óleo lubrificante e de tinta alcançam boa rigidez e resistência ao impacto por meio da tecnologia de sopro e injeção, evitando danos durante o transporte. O pequeno tanque de armazenamento de líquidos é feito de PP reforçado, que pode suportar uma certa pressão interna após a moldagem por injeção e é adequado para armazenamento de líquidos industriais.

Tendências de desenvolvimento tecnológico e direções de inovação

A modernização inteligente é uma importante direção de desenvolvimento para a tecnologia de moldagem por injeção. O equipamento integra um sistema de inspeção visual com IA, capaz de identificar defeitos no produto (como arranhões, deformações e pontos pretos) em tempo real por meio de câmeras de alta velocidade, com uma taxa de precisão superior a 99,5%. O sistema de controle adaptativo pode ajustar automaticamente os parâmetros do processo com base nas flutuações da matéria-prima e nas mudanças ambientais, como a detecção da temperatura do tarugo por meio de sensores, a otimização dinâmica da pressão de moldagem por sopro e a redução da intervenção manual. A tecnologia de internet industrial permite a conexão em rede de dados de vários dispositivos, o monitoramento remoto da eficiência da produção, do consumo de energia e da taxa de desperdício, além de aprimorar a precisão da gestão.

A produção verde tornou-se um consenso na indústria, e a tecnologia de moldagem por injeção está promovendo a aplicação de materiais reciclados. PP e PE reciclados obtidos por meio da reciclagem física podem ser usados para produtos sem contato com alimentos (como garrafas industriais), enquanto materiais reciclados de PET quimicamente reciclados têm propriedades semelhantes às matérias-primas e têm sido usados na produção de garrafas de cosméticos. O design leve reduz o consumo de material, garantindo a resistência por meio da otimização estrutural (como ondulação e afinamento da garrafa). Depois que uma garrafa de água de 500 ml de uma determinada marca foi reduzida em 15%, economizando mais de 100 toneladas de matéria-prima anualmente. O equipamento de economia de energia adota servomotor e tecnologia de bomba de calor, o que reduz o consumo de energia em 20% a 30% em comparação com equipamentos tradicionais.

A precisão e a integração multifuncional expandem os limites da aplicação. A tecnologia de microinjeção e sopro permite a produção de microrecipientes com volume ≤ 10 ml (como frascos de amostras de perfume), com tolerância dimensional controlada em ± 0,05 mm. O processo de injeção e sopro bicolor permite a obtenção de compósitos multicoloridos ou multimateriais no corpo do frasco (como compostos de PP e PE), aprimorando a aparência e a funcionalidade. A tecnologia integrada de rotulagem no molde e moldagem por sopro adere os rótulos ao corpo do frasco de forma sincronizada durante a etapa de moldagem por sopro, reduzindo as etapas subsequentes de processamento e melhorando a eficiência da produção.

6. Comparação entre o processo de moldagem por injeção e outros processos de conformação de peças ocas

O processo de moldagem por injeção e sopro apresenta vantagens em comparação com a moldagem por extrusão e sopro, moldagem por estiramento e sopro e outros processos, sendo adequado para diferentes cenários. Ao escolher, é necessário considerar cuidadosamente os requisitos do produto, o volume de produção e o custo.

Comparação com o processo de moldagem por extrusão e sopro

A moldagem por extrusão e sopro utiliza uma extrusora para extrudar continuamente tarugos tubulares, que são então moldados e soprados. É adequada para a produção de grandes produtos ocos (como tanques de armazenamento de 50 litros ou mais), mas a precisão dimensional dos tarugos é baixa e a linha de moldagem do produto é fechada.