Diferença entre Tg e Tm na moldagem por injeção de plástico

O que é temperatura de transição (Tg)?

Temperatura de transição vítrea (Tg) refere-se ao ponto em que um polímero muda de um estado duro e vítreo para um macio e emborrachado. Acima da Tg, os polímeros se tornam flexíveis e mostram algumas características de fluxo. Abaixo dessa temperatura, eles são mais rígidos e menos maleáveis.

Fatores que afetam o Tg

Vários fatores podem influenciar a Tg em polímeros.

Peso molecular é um fator-chave; pesos moleculares mais altos geralmente levam a valores de Tg mais altos. Forças intermoleculares também desempenham um papel. Forças mais fortes dificultam a movimentação das cadeias de polímeros, aumentando a Tg.

Plastificantes podem ser adicionados para diminuir a Tg. Eles facilitam o deslizamento das cadeias umas sobre as outras. Por outro lado, adicionar enchimentos pode aumentar a Tg restringindo o movimento. O histórico térmico também importa. Se um polímero foi aquecido e resfriado muitas vezes, a Tg pode mudar.

O que é temperatura de fusão (Tm)?

Quando você aquece um polímero, as regiões cristalinas mudam de um estado sólido para um estado líquido. Esse processo de fusão acontece na temperatura de fusão (Tm). Essa temperatura difere entre os materiais por causa da estrutura cristalina e da força de ligação dentro do polímero. Em polímeros cristalinos, esses padrões são mais ordenados, resultando em um ponto de fusão acentuado.

Influência do peso molecular e da estrutura

O peso molecular de um polímero impacta muito sua temperatura de fusão. Polímeros com alto peso molecular geralmente têm um Tm mais alto. O motivo é que um peso molecular maior aumenta o emaranhamento da cadeia, dificultando que as cadeias se movam e derretam.

A estrutura molecular também desempenha um papel. Polímeros lineares podem ter um Tm mais distinto do que os ramificados por causa de cadeias compactadas. Perfeição cristalina e o alinhamento da cadeia também afeta o Tm, com um melhor alinhamento levando a temperaturas mais altas.

A diferença entre Tg e Tm

Característica	Temperatura de transição vítrea (Tg)	Temperatura de fusão (Tm)
Tipo de mudança	Transição de segunda ordem sem mudança de fase; apenas mudanças nas propriedades físicas	Transição de fase de primeira ordem de sólido para líquido
Tipo de material	Ocorre apenas em materiais amorfos e semicristalinos	Ocorre em materiais cristalinos
Mudança de estado	Do estado vítreo para o estado de borracha sem mudança de fase	Fase sólida para fase líquida
Estrutura Molecular	Nenhuma alteração no arranjo molecular; permanece amorfo	Quebra completa da estrutura cristalina
Reversibilidade	Processo totalmente reversível	Mudança de fase reversível
Faixa de temperatura	Geralmente ocorre em temperaturas mais baixas que Tm	Normalmente maior que Tg
Fatores Influenciadores	– Estrutura química do polímero – Peso molecular – Teor de plastificante – Flexibilidade	- Pressão – Ligação química – Forma e tamanho das moléculas – Embalagem molecular
Método de Medição	Normalmente medido usando calorimetria de varredura diferencial	Medido em pressão específica (geralmente pressão padrão)
Significado industrial	Crítico no processamento e aplicações de polímeros	Importante para seleção e processamento de materiais
Estado físico	O material permanece sólido, mas se torna flexível/borrachudo	O material se transforma completamente em líquido
Mudança de energia	Envolve amolecimento gradual	Envolve transformação de fase completa
Impacto da aplicação	Determina a flexibilidade do material e as condições de processamento	Determina a resistência ao calor do material e os limites de processamento
Dependência da taxa de aquecimento	Mais sensível às mudanças na taxa de aquecimento	Menos sensível a mudanças na taxa de aquecimento

Como Tg e Tm definem categorias de polímeros

Termoplásticos vs. Termofixos: Tg e Tm ajudam a distinguir essas categorias. Termoplásticos têm Tg e Tm e podem ser remodelados várias vezes ao serem aquecidos. Termofixos, no entanto, fazem reticulação em altas temperaturas, definindo o formato quando esfriam. Eles exibem um Tg, mas não um Tm típico porque não derretem.

Cristalinidade e Propriedades: Polímeros com alta cristalinidade têm um Tm claro e nítido e geralmente maior resistência mecânica. Aqueles com maior conteúdo amorfo têm Tg perceptível e maior flexibilidade, mas menor rigidez estrutural.

Tg e Tm na fabricação de moldes

A temperatura de transição vítrea (Tg) e a temperatura de fusão (Tm) são parâmetros críticos nos processos de moldagem por injeção e fundição em molde, pois influenciam diretamente as condições de processamento e a qualidade do produto final. Se a temperatura de processamento estiver abaixo de Tg, o polímero permanece rígido e quebradiço, levando a uma flexibilidade limitada e a um risco maior de fratura durante o processo de moldagem. Isso pode resultar em defeitos como rachaduras ou preenchimento incompleto da cavidade do molde, comprometendo, em última análise, a integridade das peças moldadas.

Em contraste, Tm define a temperatura máxima necessária para derreter completamente o polímero, garantindo que o material possa fluir adequadamente para dentro da cavidade do molde. Se a temperatura exceder Tm, o polímero pode se degradar ou se decompor, levando a propriedades de material ruins e defeitos no produto final.

Quando a temperatura de processamento está próxima ou excede Tg, as propriedades do material podem mudar significativamente. O polímero se torna mais flexível, permitindo melhor deformação sem quebrar, o que melhora as características de fluxo e facilita o preenchimento de projetos de moldes complexos. No entanto, temperaturas elevadas também podem introduzir novos mecanismos de degradação, como oxidação térmica ou cisão em cadeia, o que pode afetar negativamente a qualidade geral das peças moldadas, incluindo sua resistência mecânica e estabilidade térmica.

Os efeitos de Tg e Tm se estendem além das temperaturas de processamento para influenciar os tempos de resfriamento e ciclo da operação de moldagem. À medida que a temperatura se aproxima de Tg durante o resfriamento, o material transita de um estado emborrachado para um estado vítreo, o que pode afetar a taxa de resfriamento e o tempo de ciclo. Se o resfriamento for muito rápido, pode levar a tensões internas ou empenamento no produto final. Por outro lado, se o tempo de resfriamento for estendido, pode permitir uma melhor cristalização em polímeros semicristalinos, melhorando suas propriedades mecânicas.

Além disso, Tg e Tm impactam várias propriedades do material durante o processamento, incluindo condutividade térmica, clareza óptica e desempenho mecânico. Por exemplo, polímeros processados acima de Tg normalmente exibem propriedades térmicas e mecânicas melhoradas, pois podem acomodar melhor as tensões impostas durante a moldagem. Isso é particularmente importante em aplicações onde o produto final está sujeito a cargas mecânicas ou ciclos térmicos.

Parâmetros críticos de processamento influenciados por Tg e Tm incluem vazão de injeção, temperatura da parede do molde, pressão de empacotamento e orientação da fibra em materiais compostos. Esses parâmetros devem ser cuidadosamente controlados para garantir o fluxo adequado do material, manter as propriedades físicas desejadas e atingir qualidade consistente da peça. Por exemplo, uma vazão de injeção ideal é necessária para preencher o molde efetivamente sem causar defeitos como disparos curtos ou flash excessivo.

Considerações de confiabilidade também ressaltam a importância do controle de temperatura. Exceder Tg durante o processamento pode introduzir novos mecanismos de falha, como aumento da fragilidade ou redução da resistência ao impacto, o que pode afetar adversamente as propriedades elétricas e mecânicas das peças moldadas. Isso, por sua vez, impacta a confiabilidade e o desempenho de longo prazo do produto final, especialmente em aplicações exigentes.

Tg de materiais comuns de moldagem por injeção de plástico

A tabela a seguir lista as temperaturas de transição vítrea (Tg) em graus Celsius para vários materiais de moldagem por injeção de plástico:

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