A STUDY OF RAPID MOULD TEMPERATURE VARIATION INFLUENCE ON MORPHOLOGY AND APPEARANCE OF INJECTION MOULDED PARTS

Rapid Heating Cycle Molding (RHCM) is a widely used technology for manufacturing high gloss components without visible surface defects. Due to the several improvements such as the injection pressure reduction, the increasing on molded parts quality and the possibility to control the mold temperature, this technology is becoming an interesting solution for injection molding of thin wall components with engineering polymers. The elevated mold temperature, however, substantially increases the cycle time, thus lowering the productivity to a great extent. Development of capable techniques for rapidly heating and cooling a mold with a relatively large mass is technically challenging because of the constraints set by the injection molding process. In this work a porous mold insert with a regular deterministic geometry was developed and optimized through a numerical simulations to increase heat exchange between water and the cavity surface. An accurate mold numerical model was developed and experimentally validated. The results showed a substantial increase of the global coefficient of thermal conduction compared to the existing technologies for the rapid variation of the mold cavity temperature. A further experimental study was focused on the RHCM influence on microstructure and mechanical properties of long glass fibre reinforced polypropylene. X-ray computed tomography (CT) was employed to allow a direct observation of the fibres orientation and image analysis was used to measure the residual fibres length distribution. Tensile strength and fatigue analysis were performed in order to characterize the injection molded specimens, with a CIM and RHCM technologies, from static and dynamic point of view. The using of an high mold temperature resulted in a lower fibre orientation while the residual fibre length was enhanced. Concerning mechanical properties, the employment of a RHCM technology ensure an increasing of the tensile strength for thin wall components while both static and dynamic properties are decreased for thick parts. The mold temperature influence on injection molding of PET thin wall bottle preforms was also numerically investigated. The increasing in mold temperature resulted in a substantial decreasing of injection pressure without overcoming the limit of crystallization degree imposed by the subsequent blow molding process. A final aim of this work regarded the employment of a RHCM technology in order to control the mold temperature and the annealing phase during the injection molding of parts made with PLA. The analysis showed an interesting capability of adjusting the mold temperature in order to control the material crystallization degree and consequently its mechanical properties.

La tecnologia di riscaldamento e raffreddamento rapido dello stampo (RHCM) è ampliamente utilizzata per realizzare componenti senza difetti superficiali e con elevato gloss. Grazie ai numerosi vantaggi quali la riduzione della pressione di iniezione, l’aumento della qualità superficiale del componente stampato e la possibilità di controllare la temperatura stampo, questa tecnologia sta diventando una soluzione interessante per stampare parti in parete sottile. Tuttavia, la variazione di temperatura dello stampo aumenta sostanzialmente il tempo ciclo diminuendo la produttività. Sviluppare soluzioni e tecnologie per la variazione rapida della temperatura dello stampo è tecnicamente difficile a causa dei vincoli del processo di stampaggio ad iniezione. In questo lavoro è stato sviluppato uno stampo equipaggiato con inserti porosi di geometria definita per aumentare lo scambio termico tra l’acqua e la cavità stampo. A tal fine, un modello numerico accurato dello stampo è stato sviluppato e successivamente validato sperimentalmente. I risultati mostrano un sostanziale incremento del coefficiente globale di conduzione termica rispetto alle attuali tecnologie per la variazione rapida della temperatura stampo. Un ulteriore studio sperimentale fu focalizzato sull’influenza della tecnologia RHCM sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche di componenti stampati in polipropilene caricato con fibra lunga. Una tomografia computerizzata è stata utilizzata per consentire una diretta osservazione dell’orientazione delle fibre mentre una procedura innovativa è stata impiegata per misurare la lunghezza residua delle fibre. Analisi di trazione statica e di resistenza a fatica sono state svolte per caratterizzare i provini stampati con tecnologia convenzionale e con un processo RHCM. L’utilizzo di una elevata temperatura stampo risultò in una minore orientazione delle fibre mentre la lunghezza delle residua delle stesse fu incrementata. Per quanto riguarda le proprietà meccaniche, impiegare una tecnologia RHCM garantisce un aumento della resistenza a trazione per componenti a parete sottile, mentre sia le proprietà statiche che quelle dinamiche sono diminuite per parti di grosso spessore. L’influenza della temperatura stampo nello stampaggio ad iniezione di preforme a spessore sottile in PET è stata oltretutto investigata sperimentalmente. Un aumento della temperatura stampo risultò in una sostanziale diminuzione della pressione di iniezione senza superare il limite di cristallizzazione imposto dal sub-seguente processo di soffiaggio. Un ultimo scopo del lavoro riguarda l’utilizzo di una tecnologia RHCM per controllare la temperatura stampo ed il tempo di ricottura durante lo stampaggio ad iniezione di parti in PLA. L’analisi mostrò un’interessante dipendenza dalla temperatura stampo con il grado di cristallizzazione e conseguentemente con le proprietà meccaniche.