Aumento da performance dos moldes de injeção de plástico

A Zinc-it está a introduzir no mercado uma nova solução que visa aumentar a performance dos moldes de injeção, através do uso de ânodos de sacrifício. Estes ânodos têm como principal objetivo prevenir a corrosão nos canais de refrigeração dos moldes, um problema que provoca uma redução significativa na eficiência do arrefecimento. A formação de óxidos e a deposição de minerais não condutores no interior dos canais, resultam em dificuldades de refrigeração que provocam o aumento do tempo de ciclo de injeção, comprometendo a eficiência da produção.

Além disso, a corrosão sob tensão iniciada nas superfícies dos canais de refrigeração pode levar à propagação de fissuras que atravessam as cavidades, resultando na fissuração integral do molde. Esse processo de deterioração reduz a vida útil do molde, especialmente em séries de injeção mais longas, levando à sua remoção prematura da linha de produção. O uso de ânodos de sacrifício combate esses dois mecanismos de degradação, preservando a integridade dos moldes e o aumento da produtividade do processo de injeção.

A tecnologia de ânodos de sacrifício baseia-se no princípio da proteção catódica, que faz com que a corrosão ocorra de forma seletiva no ânodo, protegendo o cátodo (neste caso, o molde). Este processo cria uma pequena corrente elétrica entre o ânodo e o cátodo, com a consequente troca de iões, prevenindo assim os efeitos da corrosão no aço dos moldes e a fissuração por corrosão sob tensão nos canais de refrigeração.

Para garantir uma fácil implementação, as dimensões dos ânodos de sacrifício foram padronizadas, permitindo a sua substituição direta pelos tradicionais tampões ou bujões dos moldes, sem necessidade de modificações nos processos de fabrico ou manutenção. O novo componente, mostrado na Figura 1, consiste em duas peças enroscadas: o tampão, ligeiramente alongado, face aos standards, e um cilindro consumível. Este cilindro dissolve-se lentamente na água de refrigeração ao longo do tempo de uso do molde, fornecendo a corrente elétrica necessária para proteger o molde contra a corrosão, seguindo o princípio da proteção catódica.

Figura 1. Ânodos de sacrifício Zinc-it para moldes.

A corrosão nos canais de refrigeração dos moldes de injeção contribui para a formação de superfícies mais rugosas, conforme ilustrado na Figura 2, o que facilita a adesão de minerais, como o calcário presente na água de refrigeração. Esse fenómeno leva à criação de uma película de carbonato de cálcio (CaCO₃) e sulfato de cálcio (CaSO₄) nas paredes dos canais, que tende a aumentar à medida que o número de ciclos de injeção cresce. Com o tempo, essa camada mineral isola o canal de refrigeração, prejudicando a troca de calor entre o líquido de refrigeração e o aço do molde. Isso provoca uma degradação progressiva da capacidade de refrigeração do molde, resultando num aumento significativo do tempo de ciclo de injeção, conforme mostrado na Figura 3.

A etapa de refrigeração é uma das mais críticas no processo de injeção, sendo responsável por uma parcela significativa da duração total do ciclo. Manter tempos de refrigeração reduzidos é essencial para maximizar a produtividade do processo de injeção. No entanto, à medida que o número de ciclos aumenta, a eficiência do sistema de refrigeração tende a degradar-se devido à corrosão e à acumulação de depósitos minerais. Este efeito pode ser minimizado com a aplicação da proteção catódica, que combate diretamente a corrosão e os seus efeitos.

Ao aplicar ânodos de sacrifício, a superfície do aço torna-se positiva, o que repele os iões carbonato (CO₃²⁻) e sulfato (SO₄²⁻), que normalmente se combinariam com os iões de cálcio (Ca²⁺) para formar depósitos minerais sobre o aço. Em vez disso, os iões de magnésio (Mg²⁺) e cálcio (Ca²⁺) tenderão a formar depósitos com melhores características anticorrosivas e maior condutividade térmica, melhorando assim a eficiência da troca de calor entre o fluido de refrigeração e o molde.

• Redução da corrosão: A proteção catódica impede o desenvolvimento de corrosão nas superfícies internas dos canais de refrigeração, preservando a integridade do aço.
• Diminuição dos depósitos minerais: A polarização positiva da superfície do aço dificulta a formação de depósitos de carbonato e sulfato de cálcio, prevenindo o isolamento térmico dos canais de refrigeração.
• Melhoria na troca de calor: A redução dos depósitos e a manutenção da superfície limpa resultam numa melhor transferência de calor entre o líquido de refrigeração e o molde, mantendo os tempos de ciclo de injeção mais curtos.
• Aumento da produtividade: Ao evitar o aumento do tempo de ciclo devido à perda de eficiência do sistema de refrigeração, a proteção catódica contribui diretamente para a maior produtividade do processo de injeção de plástico.

A utilização de ânodos de sacrifício nos moldes de injeção de plástico não apenas prolonga a vida útil dos moldes, mas também garante um funcionamento mais eficiente, com ciclos de produção otimizados e menores paragens para manutenção, resultando em importantes ganhos económicos para as empresas.

Figura 2. Sistema de refrigeração dos moldes: a) Entradas e saídas de água dos canais de refrigeração;^[1] b) aspeto da corrosão no interior do molde;^[2] c) corrosão nos canais de refrigeração vista em corte longitudinal.^[3]

Figura 3. Importância da fase de arrefecimento do molde na produtividade da injeção do plástico a) percentagem de cada fase do ciclo de injeção relativamente ao tempo total de ciclo;^[4] b) Perda de eficiência do molde de injeção de plástico com a formação de produtos de corrosão e depósitos de minerais.^[5]

Outro importante benefício da utilização dos ânodos de sacrifício está na prevenção da corrosão sob tensão, que é um dos principais fatores de falha nos moldes de injeção em produção de grandes séries. Este fenómeno ocorre quando há a combinação simultânea da ação corrosiva e de esforços mecânicos sobre o molde, o que resulta na formação e propagação de fissuras que partem da superfície dos canais de refrigeração e se estendem para o interior da cavidade do molde, como ilustrado na Figura 4.

O processo de corrosão sob tensão é lento, mas progressivo. À medida que as fissuras se propagam, a integridade do molde é comprometida, levando eventualmente à sua falha completa e à remoção prematura da linha de produção. Este fenómeno, comum em moldes submetidos a condições de injeção repetitivas e de alta pressão, acelera a degradação provocada nos moldes.

A aplicação da proteção catódica com ânodos de sacrifício desempenha um papel crucial na prevenção deste tipo de falha, ao minimizar os efeitos corrosivos que facilitam o aparecimento de fissuras. Ao reduzir a ação corrosiva nas superfícies dos canais de refrigeração, os ânodos de sacrifício limitam a iniciação de fissuras, prolongando a vida útil do molde.

Figura 4. Mecanismo de falha dos moldes por corrosão sob tensão: a) formação e progresso das fissuras;^[6] b) fissuras superficiais propagadas sob a ação da corrosão sob tensão.^[7]

A proteção catódica de moldes de injeção é um tema novo, introduzido no mercado nacional em 2023. No entanto, o seu princípio de funcionamento possui mais de 120 anos de desenvolvimento e mais de 80 anos de uso bem-sucedido em canais de refrigeração de navios e em variados tipos de equipamento.

A Zinc-It - Sacrifical Anodes, líder nacional em soluções de proteção catódica, fabrica e comercializa, sob direitos de propriedade industrial, ânodos de sacrifício para uso nos moldes de injeção. As soluções disponibilizadas encontram-se padronizadas e passam pela adaptação dos tradicionais tampões usados nos moldes, às necessidades de proteção catódica, através de um pequeno aumento no seu comprimento (5 mm face às atuais medidas).

Os ânodos vão se dissolvendo na água tratada de refrigeração, protegendo catodicamente o aço contra a corrosão, formando uma pequena película cálcica e de magnésio, mais condutora, que atrasa significativamente os mecanismos de deterioração do molde por corrosão.

Os ânodos estão dimensionados de forma tal que permitem o acoplamento do tampão ao consumível de forma intermutável, isto é, possibilitam que um mesmo tampão possa ser enroscado a diferentes cilindros consumíveis, apresentando vários diâmetros e comprimentos, ajustáveis ao diâmetro interno de cada circuito de refrigeração. Por cada metro linear de canal de refrigeração podem ser utilizados 2 ânodos com 70 mm de comprimento, ou aplicados 4 ânodos com 40 mm de comprimento para proteção dos canais contra a corrosão.

Os ânodos de sacrifício representam uma solução inovadora e de baixo custo, capaz de proporcionar vantagens significativas aos injetores de peças plásticas, no que diz respeito à performance produtiva do molde, sendo possível a manutenção dos parâmetros de injeção por mais tempo e também utilizadas as cavidades por maior número de peças produzidas.

Referências

[1] Steve Melito, The Importance of Cooling Lines in Injection Molding,2022 disponível em https://www.fictiv.com/articles/the-importance-of-cooling-lines-in-injection-molding

[2] KING's Solution Corporation, Water Pulse Channel Cleaning Machine, apresentação da solução no site disponivel em https://www.injection.com.tw/en/product/Water-Channel-Cleaning-Machine.html

[3] Amy Hong, Clean Cooling Channel in mould, artigo Linked In, 2019 disponível em https://www.linkedin.com/pulse/clean-cooling-channel-mould-amy-hong/

[4] Noticia Zinc-it de apresentação dos ânodos para moldes, disponível em https://www34.e-goi.com/vll/d602dd7bea-6a03b13bf7-59cca-9755b5a381a7fe5oe0e4luae.

[5] 11 Factors for Efficient Mold Cooling - Autodesk Brochura, 2017

[6] Brochura promocional Zinc-it disponível em https://mkt.zinc-it.eu/recursos/5dd38ffa11364ab18ad78e41378c7a08/Image/Data-Sheets-Pencil-Anodes-for-cooling-channels.pdf

[7] G2MT Labs: Stress Corrosion Cracking Testing & Analysis: https://www.g2mtlabs.com/stress-corrosion-cracking-testing-analysis-consulting/