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Tema: In Mould Decoration

Elementos do grupo:
Andreia Miranda - a86360;
Luís Mirra - a82786;
Mariana Silva - a80652;
Tiago Sílva - a77999.

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- Aprender o que é revestimento de peças em plástico através da técnica: In Mould Decoration ;
- Ciclo produtivo;
-  As vantagens e desvantagens da técnica em relação às técnicas concorrentes;
- Áreas de aplicação e exemplos de aplicação;
- In-mould Labelling: Vantagens e aplicações;
- Análise de artigos relacionados com a técnica de IMD;

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Diferença entre Decoração e a aplicação de um Rótulo

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Diferença entre Decoração e a aplicação de um Rótulo

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Pode surgir algumas dúvidas para distinguir estas duas técnicas de Moldação por Injeção.

A Decoração no molde envolve o uso de um transportador de polímero na bobina. O filme normalmente contém várias versões de design, por isso, podem ser criadas diversas componentes a partir de um único filme contínuo.

A aplicação de um rótulo no molde envolve a incorporação de um objeto/rótulo na superfície do produto. Ao contrário da Decoração, cada rótulo deve ser produzido individualmente antes de ser integrada no componente.

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Defect Reduction in the Manufactering Process of In-Mould Decoration of Injection Moulded Components

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Defect Reduction in the Manufactering Process of In-Mould Decoration of Injection Moulded Components

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Defect Redution in Manufacturing Process of in-mould decoration

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IMD é o processo de decoração de uma peça moldada por injeção com um filme decorado (através do processo de impressão). O filme decorado é inserida no molde,  o molde é fechado, a resina plástica é injetada na parte traseira do filme encapsulando permanentemente dentro da peça acabada.

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Na variante mais simples:  posicionamento de um filme plano dentro de um molde de injeção, sendo o polímero injetado sobre este filme, havendo a adesão entre estes dois componentes.

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In-Mold Decoration (IMD) – Perfect quality surface decoration for high volumes

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Na variante mais avançada:
Filme ou chapa é termoformado, obtendo, assim, a forma da cavidade do molde de injeção, sendo posteriormente inserido no mesmo para que seja realizado o processo de injeção.

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Insert Molding – Decoration of Automotive parts with complex geometries

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- O filme ou folha usada para decorar superfícies (esteticamente cores/imagens) pode ter como função: decoração, proteção ou mesmo texturização da peça injetada;
- A decoração na peça permanece vibrante e sem se alterar durante toda a sua vida útil.

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Gráficos de alta qualidade, grande variedade de cores, efeitos, texturas e opções gráficas;

Capacidade de usar rótulos e gráficos planos, curvos ou 3D;

Variações fáceis de design, alterando o rótulo do filme ou inserções gráficas, na mesma execução da peça;

Capacidade de atingir alta resistência à abrasão e química usando revestimentos duros especiais;

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Moldação por injeção tradicional:

A decoração como pintura, etiquetagem ou outros tipos de impressão são processos secundários que causam poluição, adicionam tempo de trabalho, equipamentos e custos à produção;

As decorações são facilmente danificadas;

Maior desperdício (se a qualidade de decoração for não for a adequada, o material formado de plástico também será desperdiçado);

IMD:

Injeção e decoração numa única etapa (apenas um molde), diminuindo o tempo e o custo de produção;

Eliminação do uso de adesivos;

As decorações demoram mais tempo e, para danificá-los, é necessário danificar a parte plástica da peça.

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Painel de bordo do carro, tampas de luzes, painéis de sinais internos, etc.

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Computadores, telemóveis, câmeras digitais, teclado e ratos para computador, etc.

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geladeiras, aparelhos de ar condicionado, microondas, fornos, máquinas de lavar roupa e todas as decorações para painéis de controle, etc.

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Como brinquedos, ferramentas desportivas, caixas de embalagem de cosméticos, etc..

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1-  Impressão;
2- Termoformação;
3- Corte;
4-  Moldação por Injeção.

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IMD VARIOFORM® : One-stop decoration for plastic elements with extreme 3D geometries

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https://www.yomura.com.tw/service/in-mold-decoration?lang=pt

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Nesta etapa o método mais comum é a serigrafia, mas a impressão digital UV tem ganhado mais relevo, uma vez que permite diferentes desenhos em cada peça sem um aumento significativo no custo.
Ao contrário do IML (In-Mould Labeling), no IMD o texto ou imagens impressas não focam na transmissão da informação, ao utilizador.

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A termoformação consiste no aquecimento de um filme, que irá adquirir o formato do molde, com auxilio de pressão ou vácuo.
Tipicamente o filme impresso é termoformado por pressão, para adquirir a forma do molde.
O processo provoca um estiramento do material, o que pode resultar numa desformatação ou deslocamento do conteúdo imprimido.

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Antes da etapa de moldação por injeção o filme deve ser cortado, para remover os excessos, provenientes da etapa de termoformação.

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Na moldação por injeção o filme, obtido das etapas anteriores, é colocado num molde onde irá ocorrer a injeção do material polimérico.
Deve-se ter cuidado para que o filme não se desloque, podendo ser usado vácuo ou eletricidade estática para fixar o filme.

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A Toppress Siebdruk GmbH produz fillmes para a manufatura do interior dos automóveis. Os filmes para este procedimento são impressos com decoração, sob medida, filmes em 2D e 3D feitos de PC e PE.

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The in-mould film essentially builds the plastic part that is formed and determines its surface structure. By printing the back of the IMD films, the decoration is protected from abrasion and fading. In order to achieve a high bond strength of the IMD film with the injection moulding plastic, the in-mould films are also coated with a bonding agent after printing.

We use the Niebling procedure to produce 3D in-mould films.

The printed films are warmed up to their 'glass transition temperature' and formed via a mould core using high pressure. The advantage over thermoforming is the considerably lower repetition tolerance of the image position after deformation, which ranges between 0.2 mm to 0.4 mm.

Sophisticated surfaces for injection moulds can be created by using IMD films with the in-mould procedure.

The IMD procedure is mainly used to manufacture interior parts for car manufacturing, but the back-injection of in-mould films can also be more economically beneficent than subsequent printing of the plastic injection moulding parts or subsequent laminating when it comes to higher numbers of units.

Quality and design of product surfaces and components are the most direct way of making an impression on the customer.

Low-cost and high-tech products thus also differentiate in their surface quality.

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The in-mould film essentially builds the plastic part that is formed and determines its surface structure. By printing the back of the IMD films, the decoration is protected from abrasion and fading. In order to achieve a high bond strength of the IMD film with the injection moulding plastic, the in-mould films are also coated with a bonding agent after printing.

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A imagem abaixo mostra como os acabamentos podem ser colados em componentes de plástico durante a produção.

(1) Um rótulo pré impresso ou um filme decorado é inserido no molde;
(2) O filme é mantido no molde onde está sujeito ao vácuo ou a cargas eletrostáticas;
(3) Posteriormente, o molde é fechado e a resina é injetada, unindo permanentemente a decoração ao componente plástico;
(4) Por fim, o molde abre-se, libertanto o componente.

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Mechanical properties of polymer films used in in-mould decoration

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Mechanical properties of polymer films used in in-mould decoration

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Mechanical properties of polymer films used in in-mould decoration

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Thermal effects on the behaviour of PET films used in the in-mould decoration process involved in plastics injection moulding

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Thermal effects on the behaviour of PET films used in the in-mould decoration process involved in plastics injection moulding

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Thermal effects on behaviour of PET films used in in-mould decoration

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Development of measurement techniques to characterize the optical properties of transparent films with application in in-mould decoration

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Development of measurement techniques to characterize the optical properties of transparent films with application in in-mould decoration

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Development of measurement techniques to characterize the optical properties of transparent films with application in in-mould decoration

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In-mould Decoration on Modified Standard Machines

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In-mould Decoration on Modified Standard Machines

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In-Mould Decoration on Modified Standard Machines

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Effect of decoration film on mould surface temperature during in-mould decoration injection moulding process

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Effect of decoration film on mould surface temperature during in-mould decoration injection moulding process

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Effect of decoration film on mould surafece temperature during in-mould decoration injection moulding process

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Finite element modelling of low temperature forming of polymer films with application in in-mould decoration

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Finite element modelling of low temperature forming of polymer films with application in in-mould decoration

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Finite element modelling of low temperature forming of polymer films with application in in-mould decoration

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https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S092401369602674X

http://www.krauss-maffei.de/files_db/dl_mg_1158826891.pdf

https://www.rosti.com/capability/in-mould-decoration-imd/

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1. Definição
2. Relevância de IMD
3. Aplicações
4. Ciclo Produtivo
5. IMD Filmes
6. In-mould Labelling
7. IML vs IMD
8. Análise de artigos

8.1 - Mechanical properties of polymer films used in in-mould decoration

8.2 - Defect Reduction in the Manufactering Process of In-Mould Decoration of Injection Moulded Components

8.3 - Thermal effects on the behaviour of PET films used in the in-mould decoration process involved in plastics injection moulding

8.4 - Development of measurement techniques to characterize the optical properties of transparent films with application in in-mould decoration

8.5 - In-mould Decoration on Modified Standard Machines

8.6 - Effect of decoration film on mould surafece temperature during in-mould decoration injection moulding process

8.7 - Finite element modelling of low temperature forming of polymer films with application in in-mould decoration

8.8 - Effects of insert film on asymmetric mold temperature and associated part warpage during in-mold decoration injection molding of PP parts

9. Aula
10. Evolução do Padlet
11. Pesquisa Bibliográfica

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As superfícies moldadas na parte traseira para interiores de automóveis pequenos têm vindo a torná-los cada vez mais sofisticados no seu design. Apesar de cada série ser produzida em grandes quantidades há pouca margem de erro nos custos. Quando certas modificações são feitas em máquinas de moldação por injeção padrão, estas também podem cumprir os requisitos técnicos e económicos para a moldação de superfícies decorativas.

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O ambiente do interior de um carro é principalmente determinado pela qualidade das superfícies que são visíveis ao alcance dos passageiros. No passado, projetos elaborados para tais superfícies eram reservados exclusivamente para os modelos topo de gama. Hoje em dia, a indústria automóvel percebeu que o conforto é um fator importante para efetivar as vendas com potenciais compradores. Deste modo, o design sofisticado do interior está a abranger também os modelos de carro pequenos.

Isto representa novos desafios para os fornecedores, pois embora o volume da série aumente porque o mercado de veículos pequenos é grande, a margem de erro nos custos com esta classe de veículo é ainda mais restrito do que nos modelos mais caros.

Os têxteis usados no IMD de peças devem atender a requisitos especiais como resistência à deformação, resiliência, facilidade de manutenção, resistência à luz e ao envelhecimento.

Quando projetos tridimensionais complexos estão envolvidos, a elasticidade dos têxteis também é importante. O IMD produz bons resultados apenas se o material decorativo for flexível o suficiente para assumir a forma tridimensional desejada. Os valores mínimos recomendados para um composto de tecido plano é apresentado na Tabela 1.

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O objetivo desta pesquisa é a redução da taxa de defeitos do processo de fabricação do IMD, no qual é combinado filmes de PET com padrões decorativos moldados com resina de ABS que foram desenvolvidas para reduzir o processo secundário de decoração impressão de tela.
A principal causa destes defeitos foi que o filme descascou.

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A aparência dos produtos em plástico tornou-se uma característica bastante importante,  desde os padrões como o brilho e cores, a textura e superfícies decorativas.

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IMD é um processo para produzir os componentes estéticos moldados através de um filme com elementos decorativos. Este é moldado juntamente com o plástico para criar padrões decorativos e reduzir o processo secundário de gráficos e serigrafia. O processo de fabricação do IMD segue quatro etapas principais, ou seja, impressão de tela, formação térmica, recorte e moldação.

A serigrafia é a primeira etapa do processo de fabricação do IMD, com a criação do filme PET com base na arte de designs gráficos e cores. O processo de impressão é feito na parte inferior do filme, consistindo em camadas de impressão a tinta que depende do número de cores na arte gráfica, a camada do transparente e a camada adesiva mostrada na Fig. 1

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Numa primeira fase do seis sigma, define-se a fase que contém as descrições do problema, o impacto de negócios e os benefícios após uma melhoria.
Nesta pesquisa, os dados históricos da taxa de defeitos de IMD apresentados em outubro de 2017 a junho de 2018 tinha uma média de 7,9%. No entanto, em junho de 2018, aumentou para 22,3%.

O gráfio da fig. 2 demonstra a taxa de defeito atual em junho 2018, representando o maior resultado de defeito do filme PET descascado de 71,4%.

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2.1 - Measurement Method
A característica necessária para medir o nível de qualidade do componente derivado do IMD está relacionado com uma força adesiva suficiente entre o filme PET e seu material substrato. A referência de força adesiva ASTM D6862 é aplicada para medir uma característica de qualidade do componente por determinação da resistência ao descolamento entre o filme PET e uma camada de substrato moldado com resinas ABS.
2.2 - Measurement System Analysis (MSA)
Existem dois tipos de MSA aplicáveis nesta pesquisa para verificar a força de remoção, sendo o atributo Gage R&R e a variável Gage R&R. Os sistemas de medição de atributos são usados ​​para avaliar a repetibilidade e precisão dos operadores que realizam a inspeção visual para o filme PET descolado do componente do IMD. O teste de atributo é feito por 3 operadores que realizam uma inspeção de 10 peças com 3 réplicas. Em relação à variável Gage R&R é feito pelo mesmo método de teste para recolher dados variáveis ​​de resistência adesiva dos métodos de medição descritos em 2.1. essas variáveis Gage R&R foram analisados.

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O objetivo desta fase é determinar a causa do defeito do filme PET descolado após compreender todo o fluxograma do processo e esclarecer a definição do problema. O resultado da ANOVA representa 4 efeitos principais dos fatores significativos, incluindo o tempo de secagem, adição de uma camada adesiva, espessura PET e temperatura de secagem do forno observado pelo valor P inferior a 0,05 na Fig. 8. Em relação à interação bidirecional, mostra que a interação do tempo de secagem e a camada adesiva também é significativa. O enredo de interação

representou um grande tempo de secagem (40 min) e adição de uma camada adesiva na impressão final para aumentar a força adesiva. Pelo contrário, a força adesiva pode ser aumentada quando um baixo tempo de secagem (20 min) é aplicável ao adicionar a camada adesiva do meio. São 4 gráficos residuais de 3 suposições representadas na Fig. 8. Os resíduos são estatisticamente independentes têm uma variância constante, que pode ser observada

pelo gráfico de probabilidade normal, gráfico residual vs ordem e gráfico vs ajustado.

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Como resultado da análise de dados de ANOVA na Fig. 8, existem 4 fatores que influenciam significativamente a força adesiva do filme PET: o tempo de secagem, camada adesiva transparente, filme PET espessura e temperatura de secagem do forno. A fim de encontrar a configuração ideal para a força máxima adesiva, é necessária uma análise de dados para ser feita pelo mesmo projeto experimental de 4 fatores, para aumentar a força adesiva e melhorar a qualidade do processo de decoração no molde. O resultado do teste foi analisado estatisticamente que pode ser demonstrado a nova configuração ideal para 4 parâmetros representados na Fig. 9. Portanto, o processo de fabricação de IMD deve estabelecer as condições ideais para melhorar a remoção do problema da seguinte forma: definir o tempo de secagem de processo de impressão de prata em 40 min, adicionando uma camada adesiva transparente no processo de impressão final, usando PET de 0,22 mm de espessura e definindo a temperatura de secagem do forno em 90˚C.

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A Capacidade do processo na Fig. 10 representa o resultado da comparação da força adesiva entre o antes e o depois da melhoria. Conclui-se que a Capacidade do processo atual foi melhorada para 2,99, aumentando a força média adesiva e reduzindo o processo variação.

Na fig. 11 está representado o resultado do monitoramento de dados para comparação da taxa de defeitos ao longo de um mês após a melhoria. Resumindo, a taxa de defeito do IMD diminuiu significativamente de 22,3% para 0,7% em julho de 2018. Além disso, o plano de controle e procedimento de operação padrão (SOP) deve ser estabelecido, então o operador deve garantir o aspeto do novo ajuste de condição e controle do ponto crítico para evitar recorrências.

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O IMD é aplicável na moldação por injeção, um processo que combina filme PET com padrões decorativos que são moldados em conjunto com resinas ABS que foram desenvolvidas para reduzir o processo secundário de serigrafia decorativa. Recentemente, a empresa de estudo de caso produziu componentes com alto defeito, que aumentou drasticamente para 22,3% em junho de 2018, sendo as principais causas de defeito resultante do filme PET descolado. A fim de reduzir a taxa de defeitos e melhorar a sua qualidade, foram implementadas as cinco etapas da metodologia DMAIC Six sigma.

Além disso, o design do experimento (DOE) é aplicável para encontrar fatores significativos e configurar o parâmetro ideal para melhoria e controle no processo de IMD. Após o aprimoramento do filme PET descolado, definindo as propriedades apropriadas e implementando o plano de controle e SOP para eliminar outros defeitos do processo de IMD, o resultado representou uma  taxa de defeito que diminuiu de 22,3% para 0,7% em julho de 2018.

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Requisitos especiais em Têxteis e Máquinas

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Requisitos especiais em Têxteis e Máquinas

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O acabamento das portas do Opel Corsa foi projetado para ter uma superfície têxtil com toque macio nas suas propriedades. Para tal, o fornecedor do sistema automóvel Faurecia colaborou com Krauss-Maffei para desenvolver um processo para fazer o acabamento da porta por meio de IMD. A decoração têxtil atual é chama-laminada numa célula fechada de poliéster uretano com camada de espuma 2 a 5 mm de espessura. A parte traseira da camada de espuma (ou seja, o lado não visível onde o forro de PP é moldado de volta durante a fabricação da peça) é finalizada com um punção de agulha não-tecido de barreira.
Este não-tecido é de poliéster que protege a camada de espuma das pressões e temperaturas prevalecentes no termoplástico fundido durante o IMD. Se a espuma fosse exposta diretamente a essas condições ambientais, podia entrar em colapso ou sofrer danos mecânicos. Testes preliminares mostraram que a espuma deve ter uma densidade de pelo menos 60 kg / m^3 para suportar as pressões e temperaturas do IMD.

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1. O IML é uma técnica de pré decoração. O monofilamento sintético pré impresso É aplicado num recipiente durante a injeção.

2. O IML é um método de aplicação de uma etiqueta a fim de torná-la parte integrante do produto moldado por injeção.

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1. Packaging
2. Advertising Articles
3. Non-slip surface
4. Techincal Parts
5. Children Articles
6.Tableware
7. Trays

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Técnica de implementação de especificações

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Técnica de implementação de especificações

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O problema das diferentes extensibilidades dos materiais decorativos foi resolvido usando uma estrutura de fixação hidráulica montado no lado do núcleo do molde, ou seja, na metade fixa. Isso permitiu que todos os materiais decorativos sejam processados no mesmo molde. Isto apresenta não só o quadro de fixação hidráulica, mas também os sistemas de câmara quente e os ejetores. O ciclo de produção começa com um robô, ligando o material decorativo à cavidade do molde. Quando o molde é fechado, a estrutura de fixação é avançada hidraulicamente e, portanto, o material decorativo entra em contato com ele primeiro. De seguida, o lado do núcleo do molde pressiona para dentro o material decorativo, que é assim deformado em três dimensões.

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A moldação por injeção é um dos métodos de processamento de polímero mais úteis porque os produtos com geometria complexa podem ser fabricados rapidamente a um custo relativamente baixo. A moldação por injeção é um processo cíclico e pode ser dividido em quatro etapas: enchimento, embalagem, arrefecimento e injeção com variações de pressão e temperatura.

Com o objetivo de investigar os efeitos do filme no campo de temperatura do IMD, o policarbonato (PC) foi moldado por injeção sob várias condições, incluindo mudanças de temperatura de refrigeração, temperatura de fusão, material do filme, espessura do filme e temperatura inicial do filme. A temperatura da interface do molde-polímero (lado sem filme) e filme de polímero e molde de filme (lado do filme) foram medidos por testes. Para entender a variação da temperatura da interface do filme de polímero durante o processamento, realizou-se uma simulação térmica e análise do processo de IMD. Os resultados experimentais foram em comparação com os resultados numéricos.

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O material para a injeção do filme é o PC. Conforme mostrado na Fig. 1 (b), foram selecionadas três temperaturas para avaliar o efeito de retardo da temperatura do filme na superfície do molde. O primeiro é designado por TB, a temperatura na interface do molde e do polímero fundido. TB é aproximadamente a mesma temperatura da superfície do molde e da moldação por injeção convencional sem filme; o segundo é designado por TC, a temperatura na interface polímero-filme e TD é a temperatura da interface molde-filme.

Nas Figs. 2 e 3 estão representados os perfis de temperatura da cavidade e da superfície do núcleo para moldação por injeção convencional e processo de IMD, respetivamente. A incompatibilidade dos perfis de temperatura para o núcleo do molde e a cavidade é devido a diferentes componentes no molde. Por exemplo, a existência de um sistema de câmara quente provoca uma temperatura superior na superfície da cavidade, embora o sistema de refrigeração seja projetado simetricamente nas bases do molde. Apesar dessa incompatibilidade, é possível identificar a influência no filme, devido à temperatura máxima na superfície da cavidade com e sem filme. A situação é mostrada na Fig. 4. Para moldação por injeção convencional, a temperatura da superfície do molde aumenta quando o material fundido entra em contato com a superfície do molde durante o aquecimento. No caso do IMD, o filme retarda o fluxo de calor na superfície do molde, resultando num aumento de temperatura mais lento. Como resultado, existe uma diferença no pico do valor da temperatura da superfície da cavidade quando moldada com e sem filme. Na Fig. 4, esta diferença de temperatura é designada por queda de temperatura induzida por retardo, RTD (Retardation-induced Temperature Drop).

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O IMD é uma forma de decorar peças em moldes, sendo utilizado em telefones, automóveis, entre outros.

O processo inclui as seguintes etapas, um filme plano é decorado com a imagem pretendida, de seguida é termoformado, onde ficará com a forma do molde, e é cortado os excessos, depois é colocado no molde da máquina de injeção.

O objetivo deste artigo é estudar o comportamento mecânico e respostas durante o processo de termoformação de filmes de Policarbonato (PC) puro e misturas de PC com Poliésteres (PBT, Polibutileno Teraftalato e PET, Polietileno Teraftalato), conforme o seu uso no processo de decoração em moldes (IMD).

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Foram realizadas várias experiências, em diversas condições, para estabelecer as características mecânicas dos diferentes filmes (PC, PC/PBT (proporção desconhecida), PC/PET (30/70), PC/PET (50/50)).

3.1) Teste de tração: As amostras de filmes de PC puro e PC+Poliéster foram sujeitas a testes de tração, para medir a evolução da relação tensão-deformação. Os testes de tração foram realizados segundo a ISO 527.
3.2) Recuperação da deformação à temperatura ambiente: A recuperação elástica ocorre nos filmes poliméricos após a remoção das cargas. As amostras dos filmes foram impressas em tela com um padrão preto regular de 9mm2, usando tinta IMD à base de solvente, para quantificar a deformação e recuperação do filme, numa zona que não tenha sido afetada pelo sistema de fixação. As amostras foram submetidas à deformação, a temperatura ambiente, e posteriormente foram permitidas a relaxar. A recuperação foi avaliada comparando as dimensões das amostras relaxadas com a taxa de extração natural.
3.3) Evolução da variação do calor durante a deformação: Para deformar um filme de IMD é necessária uma força significativa. A energia envolvida na deformação do filme pode ser parcialmente dissipada sob a forma de calor, levando ao amolecimento térmico. As amostras de PC e PC/PBT foram sujeitas a taxas de deformação e temperatura variáveis, sendo medidas com o uso de câmaras de imagem térmica. A emissividade de 0.9 foi assumida para medi a temperatura.
3.4) Evolução do efeito da espessura e orientação do filme nas propriedades de tração: Para estudar o efeito da espessura do filme nas propriedades mecânicas, as amostras de 0.125 mm de espessura de PC e PC/PBT foram deformadas à taxa de 1 e 10 [1/min], à temperatura ambiente. Foram utilizadas pelo menos 12 amostras de cada filme em cada direção.
3.5) Análise térmica mecânica dinâmica (DMTA): Para obter analises mais compreensíveis da resposta do filme com a temperatura e da transição vítrea, foi utilizada a Reometria Científica DMTA III. As amostras foram sujeitas a uma sinusoide de 1 Hz de frequência, num intervalo entra a temperaturas ambiente e 200ºC, à taxa de 2ºC/min. Devido à natureza viscoelástica dos polímeros a tensão e a deformação apresentavam um desfasamento.

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Com a análise dos resultados, obtidos através dos vários testes realizados, foi possível concluir que as misturas de PC com PBT ou PET resultou num aumento do comprimento de tração e na redução da tensão para uma determinada quantidade de deformação, tornando os filmes mistos mais adequados para conformações a frio.

Quando deformados a taxas de deformação elevadas, os filmes tendem a fraturar em níveis de deformação mais baixos, especialmente à temperatura ambiente. Em altas taxas de deformação, os materiais requerem níveis mais elevados de tensão para deformação.

Os dados do DMTA mostraram que, após o aquecimento, os filmes de IMD podiam manter uma proporção significativa de sua rigidez à temperatura ambiente até atingirem uma temperatura de transição, onde a rigidez caiu drasticamente. O PC tem a temperatura de transição mais alta e, portanto, reteve uma proporção significativa de sua rigidez original a temperaturas elevadas, em comparação com os filmes mistos, até à temperatura de transição vítrea. Os dados do DMTA e dos testes de tração mostram que os filmes mistos se tornam cada vez mais fracos com o aumento da temperatura do teste.

Ao formar um filme, é necessário muito cuidado se as temperaturas-alvo do filme estão próximas da região de transição vítrea. Pequenas variações nas temperaturas resultam em grandes diferenças na resistência mecânica do filme. A temperatura do processo também deve variar de acordo com a composição do polímero utilizado no filme.

A morfologia dos filmes poliméricos (semi-cristalinos ou amorfos) influenciam as suas propriedades óticas, mas será analisado separadamente.

A recuperação da deformação a temperatura ambiente foi mais percetível em filmes de PC puro, seguido de PC/PBT e em último PC/PET. Isto sugere que o “spring back” é mais provável em PC e menos em PC/PET.

A resistência à deformação diminuiu com o aumento da temperatura. As misturas de PC (com poliésteres) apresentaram uma resposta mais rápida ao aumento da temperatura, devido à maior flexibilidade molecular proveniente do poliéster. Quando aquecidos, os filmes mistos eram capazes de maior alongamento, por isso são recomendadas temperaturas de formação do filme mais baixas.

Com o aumento da flexibilidade molecular a temperatura de transição vítrea da fase amorfa é reduzida, mas a probabilidade de cristalização aumenta, reduzindo assim a extensão da fase amorfa.

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A motivação para este estudo são as dificuldades encontradas no IMD para peças com grandes geometrias curvas nas quais os padrões transferidos são enrugados e  não são aceitaveis. Este problema ocorre principalmente em filmes de PET. O objetivo deste estudo é investigar o efeito térmico no comportamento de filmes de PET usados em IMD e estabelecer uma janela de processamento em função da temperatura que o melhor elongamento pode ser obitido.

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Investigadores compararam o IMD com o processo de termoformação a vácuo e constataram que o IMD apresenta melhor qualidade da transferência de padrões. Descobriram que a qualidade da transferência de padrões é afetada pela temperatura de processamento e pela curva de tenção-deformação do polímero.

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A técnica IMD consiste em colocar um filme pré-impresso no molde. Coloca-se o filme de tal modo que a parte não impressa (o filme portador) fique em contato com as paredes do molde e a parte impressa fique voltada para o fluxo de polímero. Depois de colocado o filme, o molde fecha e injeta-se o polímero fundido. o filme é feito para aderir

às paredes internas da cavidade do molde. Uma força adesiva mais forte é obtida entre os padrões pré-impressos e o polímero fundido do que entre

os padrões e o filme portador. Após a solidificação os padrões são transferidos para a peça e o filme portador é descartado na fase de abertura do molde.

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Foram analisados 2 filmes biorientados com espessuras de (40  µm e 60  µm). Para o ensaio de tração foi utilizado uma máquina  de tração Lloyd que é equipada com um forno com temperatura máxima de até 350ºC. Cada dado relatado representando um valor médio de pelo menos 6 testes. Os testes foram feitos a 7 temperaturas (25, 100, 140, 180, 200, 220 e240 ° C.) e  velocidades de deslocamento (5, 50 e 500 mm/min). As amostras foram  condicionadas a essa temperatura de teste por pelo menos um minuto e meio antes de iniciar o teste, para garantir que o filme estava termodinamicamente em equilíbrio com a atmosfera de teste.

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As modificações específicas em Injetoras Standard permitem um grande acabamento interior da porta para ser moldada por trás com material decorativo de toque suave. O controlo Decoform da estrutura de fixação torna possível moldar um material decorativo com materiais de diferente extensibilidade. A Sobreinjeção garante que o material decorativo seja novamente moldado e evita a formação de linhas de soldadura. Este processo permite acessórios de interior sofisticados para carros pequenos serem produzidos de forma mais económica.
Em projetos futuros, o objetivo será para produzir um moldado com peças totalmente em plástico. A camada têxtil, a espuma e o não tecido de barreira serão produzidos a partir de PP, assim como o suporte de camada para garantir a reciclagem económica e direta da peça após o seu uso.

O módulo de estampagem Decoform também pode ser usado para filmes TPO moldados que são sensíveis ao calor e à pressão. Nesse processo, o molde abre durante a injeção e funde durante o fecho. A principal vantagem: os filmes e os tapetes não precisam de ser pré-formados com antecedência. Por este motivo, a indústria de matérias-primas automóvel descobrirá que este método representa uma alternativa particularmente flexível e económica à Sobreinjeção com métodos até agora nunca implementados.

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Effects of insert film on asymmetric mold temperature and associated part warpage during in-mold decoration injection molding of PP parts

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Effects of insert film on asymmetric mold temperature and associated part warpage during in-mold decoration injection molding of PP parts

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Effects of insert film on asymmetric mold temperature and associated part warpage during in-mold decoration injection molding of PP parts

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A Fig.5 mostra os resultados obtidos da diferença de temperatura no centro do molde para a superfície da cavidade no fim da fusão com e sem filme de PC. Esta queda de temperatura induzida por retardamento, RTD, diminui com o aumento da temperatura do líquido de refrigeração e aumenta com o aumento temperatura de fusão. No processamento, o RTD está entre 13 °C e 18 °C. Para o filme PET, a Fig. 6 mostra uma tendência semelhante e o RTD está entre 10 °C e 13 °C. Como o filme de PC é mais espesso do que o filme PET, espera-se que o retardo de calor seja maior do que o filme PET, portanto, RTD é maior.

A Fig. 7 mostra os perfis simulados para TB, TC e TD quando a temperatura de fusão é 310 °C e a temperatura do líquido refrigerante é 75 °C. A Fig. 8 (a) mostra as comparações das simulações e medições da queda de temperatura induzida por retardo em várias temperaturas do líquido refrigerante e a Fig. 8 (b) mostra o caso para várias temperaturas de fusão. Os resultados mostram concordância razoável com as medidas do teste. O valor ligeiramente mais alto (∼3 °C) da simulação é porque assumiu que a fusão preenche a cavidade completamente inicialmente. Na realidade, dentro de vários décimos de segundos, a diferença de temperatura diminui com o retardamento induzido. A Fig. 9 mostra as temperaturas de contato simuladas (TC) na fusão - interface de filme sob várias condições de processamento, assumindo diferentes condutividades térmicas do filme de PC. Quando a condutividade térmica do filme de PC aumenta de 0,1 W / m- °C para 0,2 W / m- °C, as temperaturas de contato (TC) na interface fusão-filme podem diminuir em 23°C.  A Fig. 10 demonstra o efeito medido da espessura do filme de PC sobre a queda de temperatura induzida por retardamento na temperatura de fusão 280 °C e temperatura do líquido de arrefecimento 90 °C. É visto claramente que como o filme aumenta a espessura, o retardo de calor torna-se mais significativo e o RTD também aumenta.

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O processo de moldação do IMD pode introduzir um avanço na frente de fluxo assimétrico, distribuição desigual de temperatura no núcleo do molde e cavidade levando a tensões residuais severas e empenamento da peça, visto que a transferência de calor é inerentemente interrompida pela decoração do filme ligado à superfície da cavidade antes da injeção. Neste estudo, moldação por injeção de PC com filmes de PC e PET de diferentes espessuras foi conduzido. Medição por meio de sensores de temperatura no local adequado e simulações também foram realizadas para investigar o efeito do filme e as características do perfil de temperatura no IMD. Com base nos resultados do teste e simulação, as seguintes conclusões podem ser feitas da seguinte forma:

1. Para filme de PC, verificou-se que o retardo da transferência de calor resulta numa diferença de temperatura do molde na superfície da cavidade com filme inserido e a diferença máxima de temperatura em comparação com a moldação por injeção convencional sem filme pode ser 17,7 °C (valor alto). Para filme PET, a diferença máxima de temperatura do molde é cerca de 13°C.

2. À medida que a espessura do filme de PC aumenta de 0,175 mm para 0,525 mm, a diferença de temperatura do molde induzida por retardo também aumenta cerca de 4°C.

3. Os resultados da simulação mostram uma concordância razoável e boa com as medições experimentais. Quando a condutividade térmica do filme de PC aumenta de 0,1 W / m- °C para 0,2 W / m- °C, as temperaturas de contato (Tc) na interface do filme pode diminuir 23 °C numa condição de processamento específica.

4. A temperatura inicial do filme (30 °C e 95 °C) também afeta a temperatura de fusão na interface do filme no instante de contato da fusão e do filme por cerca de 12 ° C a 17 ° C. A temperatura inicial mais baixa do filme também leva a uma menor temperatura de contato do filme fundido.

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O uso de elementos finitos em simulações de processos de IMD são alvo de estudo e desenvolvimento pelo papel muito importante na analise dos comportamentos mecânicos do polímero  durante a termoformação da folha do polímero à parede do molde. A sua importância debate-se no dimensionamento da folha de modo a que o processo de termoformação não altere as suas características mecânicas exigidas.

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Do ponto de vista macroscópico, seria de se esperar que a percentagem de deformação de um termoplástico a aumentar com o aumento da temperatura. Mas não foi esse os resultados obtidos.
Os resultados deste trabalho revelam que a deformação dos filmes varia, dependendo da faixa de temperatura que eles têm que

submeter-se a. Na faixa de temperatura (25ºC  - 100ºC) a tensão diminui com o aumento da temperatura, na faixa de temperatura (100ºC - 140ºC) a tensão aumenta linearmente com aumento da temperatura,  na faixa de temperatura (140ºC - 200ºC) a tensão diminui novamente com o aumento da temperatura e na faixa de temperatura (200ºC - 240ºC) a tensão volta a aumentar com o aumento da temperatura. Pensa-se que o comportamento deste filme pode ser atribuído à possibilidade de os filmes terem sofrido algum tipo de mudança de fase à medida que a quantidade de calor absorvido aumentava. A diminuição da deformação nas duas faixas de temperatura ( 25 ºC a 100 ºC e 140ºC a 200 ºC) indicam que ocorreram alguns processos de endurecimento por deformação.

Para o estudo do efeito da velocidade de deslocamento  na percentagem  de deformação, os dados revelam que  velocidade de tração de 75 mm/min  deu a menor porcentagem de deformação.

Os resultados indicaram que

esta janela de processamento tem uma faixa de temperatura bastante estreita (200 - 220 ° C) que pode garantir que o filme tenha o maior porcentagem de deformação e ainda estará abaixo de sua degradação térmica. A deformação foi favorável em baixa velocidade

(5 mm/min). No entanto, seria quase impossível conseguir isso

sem afetar outros parâmetros e propriedades durante um IMD, então recomenda-se uma velocidade de deslocamento de cerca de 500 mm/min.

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Durante o processamento de IMD, o filme com a mesma forma da cavidade do molde é primeiro inserido no molde, em seguida, o polímero fundido é injetado na cavidade. Existe uma diferença na transferencia de calor entre a cavidade do molde sem filme e a cavidade com filme.  Atransferência de calor na cavidade com filme é significativamente retardada devido à baixa condutividade térmica do filme.  Devido à distribuição assimétrica da temperatura na parede da cavidades, na fase do arrefecimento, ter-se-á dessipação de calor desiquilibrada em ambos os lados do produto o que resulta no empeno do produto.

Pretende-se analisar o efeito que o  filme utilizado no IMD tem sobre o empeno e a cristalinidade do produto em comparação ao processo de moldação convencional. Os experimentos foram conduzidos em várias condições de temperatura do molde, temperatura de fusão e espessura do filme.

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Moldação por injeção:
Foram moldadas quatro placas quadradas, com dimensões de 98,5 × 98,5 × 1,2 mm, em máquina de moldagem por injeção (Sodick HSP100EH2 Japan).
-        O material polimérico: PP (Globalene 7533, Taiwan LCY Chemical Corporation);

-        Filmes: filmes PC com espessuras de 0,125 e 0,175 mm e os filmes PET com espessuras de 0,036 e 0,05 mm;

-        Temperatura do molde: foi variada de 40 a 60 ° C com o aumento da etapa de 10 ° C;

-        Temperatura de fusão: variou de 200 a 260 ° C com aumento da etapa de 30 ° C

A temperatura da interface molde-fusão e a temperatura da interface filme-molde foram medidas usando sensores de temperatura (Tipo 4003B da PRIAMUS).

Técnicas de teste:
Medição de empenamento:
Foram analisadas 5  amostras para cada configuração que foram moldadas e o empenamento de cada amostra foi medido usando a Máquina de Medição por Coordenadas 2D (MEGA Co. Ltd, TIM-2515) e a média das cinco medições foi usada para análise e correlação.
Difração de raios X (XRD):
Utilizou-se essa técnica para  analisar o grau de cristalinidade nas peças de PP com e sem filmes.  O equipamento usado foi:  Bruker D8 DISCOVER
high resolution X-ray diffractometer with Cu Kα radiation at 40 kV
and 25 mA.
Simulação:
O software de análise térmica COMSOL foi usado para simular os efeitos do filme na variação de temperatura durante a moldagem por injeção de filme, definindo limites semelhantes e condições iniciais de acordo com as condições de processamento. Além disso, o empenamento da peça após a moldagem por injeção de filme sob várias condições de processamento também foi simulado.

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•        Para o filme de PC, verificou-se que o retardo da transferência de calor resulta em uma diferença de temperatura do molde no lado da superfície da cavidade com o filme inserido e a diferença de temperatura máxima, em comparação com a da moldagem por injeção convencional sem filme, pode ser tão grande quanto 10 ° C nas condições de processamento selecionada. Para o filme PET, a diferença máxima de temperatura do molde foi encontrada em aproximadamente 6 ° C;

•        A diferença de temperatura do molde induzida por retardamento (RTD) e o empenamento da peça aumentam com o aumento da temperatura de fusão e da espessura do filme, enquanto diminuem com o aumento da temperatura do molde.

•        As cristalinidades das peças moldadas por injeção de PP também aumentaram de 45% sem filme para 52% pela inserção de filme PET de 0,175 mm de espessura no molde.
•    Foi demonstrado que o empenamento da peça pode ser reduzido significativamente para o processamento de IMD quando um projeto de sistema de resfriamento assimétrico é usado. Para filme de PC com espessura de 0,175 mm, o valor pode diminuir de 0,62 para 0,29 mm (até 53% de redução) em condições de processamento específicas de temperatura de fusão 230 ° C, temperatura do molde de cavidade permanecendo em 50 ° C e a temperatura do molde do núcleo aumentando de 50 a 65 ° C.

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Neste artigo é estudado quais as técnicas mais apropriadas para quantificar e comparar as propriedades óticas de filmes poliméricos transparentes usados no IMD, bem como os efeitos do calor e da deformação nas suas propriedades. Até a data deste artigo não havia métodos aprovados para a caracterização ótica de filmes transparentes, sendo a maioria das técnicas baseadas na medição de refletância.
O IMD compreende as etapas de decoração de uma pelicula plana com gráficos, sendo mais comum a sua colocação na superfície posterior (ou segunda superfície de impressão). Depois o filme é termoformado e colocado num molde para se dar início à moldação por injeção. Com a impressão na segunda superfície do filme os gráficos ficam encapsulados entre o filme e o material, resultando numa decoração mais durável.
Na indústria observa-se que a textura do filme diminui durante o processo de termoformação. Isso leva a um aumento do brilho da parte termoformada, o que em muitos casos é indesejável. Essa perda de textura pode ser devido ao calor e/ou deformação sofrida durante o processo de formação do filme.
Foram realizados diversos experimentos para determinar qual o efeito da temperatura e da deformação nas propriedades óticas dos vários filmes usados no IMD, bem como a eficácia de uma gama de instrumentos na medição dessas propriedades. Também foram realizadas pesquisas sobre as propriedades mecânicas dos filmes.

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Era necessário estabelecer uma metodologia para medir as propriedades óticas dos filmes para, em primeiro lugar, estabelecer a adequação das várias técnicas de medição para medir as propriedades visuais de filmes que são aparentes para o observador e, em segundo lugar, para analisar e comparar as mudanças que ocorreram nos filmes, como resultado de calor e deformação.
Serão testados os seguintes filmes, policarbonato puro, PC / PBT, PC / PET (30/70) e PC / PET (50/50), com as respetivas proporções indicadas entre parênteses.
A rugosidade superficial média foi medida usando um interferômetro de luz branca WYKO NT 2000. A rugosidade média (Ra), corresponde à média aritmética dos valores absolutos dos desvios de altura medidos dentro da área de medição. Foi usada uma ampliação de cinco vezes, dando uma área de medição de aproximadamente 1,2 × 0,9 mm².

O brilho foi medido a 85º usando um medidor de brilho Minolta Multi-Gloss 268.

A percentagem de transmissão de luz foi medida usando um densitómetro de transmissão Viptronic Vipdens 620. O espectro de transmissão e a transmissão CIE L∗a∗b∗ foram medidos usando um espectrofotômetro de transmissão Gretag Macbeth usando iluminante D50, 2º observador, ANSI T de densidade padrão, filtro D65 e calibrado para uma fonte iluminante.

Os espectros de transmissão foram emitidos como uma proporção da luz transmitida, que foi convertida em uma percentagem para ser consistente com os dados do densitómetro de transmissão. Refletância CIE L∗a∗b∗ foi medida usando um espectrofotómetro Gretag SPM50 0º / 45º de refletância usando (também) iluminante D50, 2º observador, ANSI T de densidade padrão, filtro D65, (mas desta vez) calibrado para um ladrilho (telha) de calibração branco.

O método predominante de aquecimento no processo de IMD é a radiação infravermelha, assim foi usada uma pequena unidade infravermelha de cerâmica para aquecer as amostras de filme a temperaturas médias de 100, 150 e 200 [ºC], e mantida a uma proximidade de 5 cm da amostra. As amostras foram aquecidas por 3 min, e depois deixadas arrefecer antes da análise. As propriedades óticas foram medidas e comparadas com as do filme não aquecido.

Para avaliar a resposta visual do filme à deformação, as amostras foram coadas à temperatura ambiente num testador de tração a uma taxa de 1 min⁻¹ (equivalente a 50 mm/min para uma amostra de comprimento padrão de 50 mm). As propriedades de transmissão de luz, rugosidade superficial média, espectro de transmissão e valores L*a*b* das amostras produzidas foram então medidos e comparados com essas propriedades para filme não deformado.

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A textura da superfície aplicada aos filmes teve o efeito de difundir a luz incidente, dependendo de sua amplitude e frequência. O aquecimento dos filmes provocou deterioração na textura da superfície, o que consequentemente causou um aumento na transmissão de luz, maior brilho e menor refletância da diferença de cores. O início da deterioração na textura da superfície foi associada às temperaturas de amolecimento. Os filmes mistos começaram a perder sua textura em temperaturas mais baixas do que o PC.

A seleção de métodos de medição relevantes depende no filme. Ao medir um filme semi-cristalino, a cor a medição é necessária para monitorar as alterações de cor intrínsecas. Perfil de superfície e medição de brilho são então melhores indicadores das mudanças nas propriedades de dispersão de luz, como eles não são afetados pela mudança de cor dentro do filme. Para medir filme de policarbonato, menos técnicas de caracterização são necessários, pois uma mudança de cor intrínseca não ocorre. Dentro neste caso, as leituras do densitómetro de brilho e transmissão são o meio mais conveniente de monitorar mudanças.

Após uma investigação foram feitas as seguintes conclusões. A espectrofotometria de transmissão é um meio completo e objetivo de caracterizar as propriedades óticas de filmes para IMD e, separadamente, quantificar a influência da textura superficial e opacidade inerente. A medição da refletância de cor dos filmes dá resultados diferentes dependendo do fundo sobre o qual o filme é medido. No entanto, para uma parte impressa fornece uma melhor correlação com o que é visto pelo ser humano olho.

Havia dois mecanismos responsáveis pela mudança de cor relacionada ao calor em filmes de IMD, o amolecimento e a cristalização. Ambos os mecanismos são diretamente influenciados pela flexibilidade molecular, que é maior nos poliésteres.

À medida que os filmes foram aquecidos, a textura da superfície foi perdida, levando à redução da dispersão da luz pela superfície do filme, coincidindo com a sua transição de vidro, que é menor em filmes mistos.

Houve uma mudança inerente de cor e redução na transmissão de luz, particularmente na zona azul do espectro visível, foi observada em filmes semi-cristalinos após aquecimento. Acredita-se que isso seja devido à cristalização relacionada ao calor (não ocorreu para o policarbonato amorfo). Quando vista sobre um fundo preto, essa cristalização causou uma mudança de cor altamente visível para a gama azul do espetro visível.

À medida que os filmes foram sujeitos à tensão, a rugosidade e a espessura da superfície foram reduzidas, levando a uma maior transmissão de luz através do filme, mas sem mudança de cor intrínseca em a* e b*.

O limite de extração dos materiais ditou o grau de alongamento e estreitamento e, portanto, as mudanças na rugosidade e espessura da superfície. Filmes mistos, com seu limite de extração maior, mostraram mudanças mais substanciais nas propriedades óticas. As alterações relacionadas à deformação nas propriedades óticas foram menores, comparando com as perdas de textura relacionada ao calor.