Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy của vật liệu composite trong quy trình phun ép TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH PHAN THẾ NHÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN ĐẾN ĐỘ ĐIỀN ĐẦY CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG QUY TRÌNH PHUN ÉP TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 62520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2022 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS ĐỖ THÀNH TRUNG Người hướng dẫn khoa học 2: PGS TS PHẠM SƠN MINH Luận án tiến sĩ bảo vệ trước HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN ÁN TIẾN SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐHỒ CHÍ MINH Ngày ………tháng …………năm 2022 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sản phẩm composite nhựa nhiệt dẻo tạo hình cơng nghệ phun ép ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực với kết cấu hình dạng ngày phức tạp Cùng với phát triển này, khuyết tật sản phẩm xuất ngày nhiều, nguyên nhân tượng đông đặc nhanh vật liệu composite tiếp xúc với thành khuôn, độ nhớt vật liệu composite cao loại vật liệu nhựa thơng dụng khác Vì vậy, q trình chảy vật liệu vào lịng khn gặp nhiều khó khăn Để tăng khả điền đầy khn trình phun ép với vật liệu composite, điều khiển nhiệt độ khuôn giải pháp nghiên cứu để hạn chế tượng đông đặc nhanh tăng khả chảy vật liệu lịng khn Chính vậy, luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite quy trình phun ép” cần thiết Kết nghiên cứu luận án sở khoa học, tài liệu tham khảo phục vụ công tác đào tạo nghiên cứu khoa học trường kỹ thuật, đặc biệt lĩnh vực phun ép Ngồi ra, kết nghiên cứu cịn hướng đến chuyển giao công nghệ lĩnh vực sản xuất sản phẩm composite nhựa nhiệt dẻo công nghệ phun ép, đặc biệt sản phẩm kích thước nhỏ, kết cấu thành mỏng bảng mạch giắc cắm lĩnh vực điện tử, đầu nối sợi quang nhằm tăng khả chịu nhiệt, cách điện, cải thiện đáng kể độ bền sản phẩm Ngồi cịn ứng dụng chế tạo chi tiết máy bánh răng, vịng đệm có kích thước nhỏ độ xác cao với tổng trọng lượng khoảng vài gram Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy sản phẩm composite thành mỏng phương pháp mô thực nghiệm với mơ hình gia nhiệt nước có nhiệt độ khn từ 30 oC đến 110 oC mơ hình gia nhiệt khí nóng có nhiệt độ khn từ 45 oC đến 140 oC Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu tổng quan sở lý thuyết vấn đề liên quan đến nhiệt độ khuôn, trình điền đầy sản phẩm phun ép vật liệu composite - Thiết lập mơ hình nghiên cứu chế tạo thiết bị gia nhiệt nước với nhiệt độ khuôn từ 30 oC đến 110 oC thiết bị gia nhiệt khí nóng với nhiệt độ khn từ 45 oC đến 140 oC - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khn đến chiều dài dịng chảy vật liệu composite với mơ hình dịng chảy xoắn ốc mô thực nghiệm với tỉ lệ sợi thủy tinh thay đổi từ % đến 30 % nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30 oC đến 110 oC Qua đánh giá hiệu điều khiển nhiệt độ 1 khuôn thông qua việc nâng cao khả chảy vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo Đồng thời, xác định phương trình hồi quy mối quan hệ chiều dài dịng chảy, nhiệt độ khn chiều dày sản phẩm - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến khả điền đầy với sản phẩm composite thành mỏng, gân mỏng mô thực nghiệm với tỉ lệ sợi thay đổi từ % đến 30 % nhiệt độ khuôn thay đổi từ 45 oC đến 140 oC, nhằm ứng dụng hiệu phương pháp điều khiển nhiệt độ khuôn nâng cao độ điền đầy sản phẩm thành mỏng gân mỏng Phạm vi nghiên cứu và giới hạn đề tài - Đánh giá khả chảy vật liệu composite với mơ hình dịng chảy xoắn ốc dày: 0,5 mm, 0,75 mm mm; sản phẩm thành mỏng dày: 0,2 mm, 0,4 mm 0,6 mm; mô hình sản phẩm gân mỏng - Nhiệt độ khn: từ 30 oC đến 110 oC vùng nhiệt độ cao đến 140 oC - Vật liệu nhựa PA6 composite có PA6 trộn sợi ngắn thủy tinh với tỉ lệ thay đổi từ % đến 30 % Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu: Thu thập phân tích liệu; Mơ q trình gia nhiệt q trình nhựa điền đầy lịng khn; Thực nghiệm phun ép để phân tích, đánh giá khả điền đầy vật liệu Ý nghĩa khoa học: - Mối quan hệ chiều dài dịng chảy, nhiệt độ khn chiều dày sản phẩm xác định với tỉ lệ sợi thủy tinh từ % đến 30 % vật liệu composite nhựa PA6 - Phương pháp phun ép với vùng nhiệt độ khuôn cao giải pháp nâng cao khả chảy vật liệu composite lịng khn Đồng thời, điều khiển nhiệt độ bề mặt khn khí nóng ứng dụng phun ép sản phẩm thành mỏng, gân mỏng nhằm tăng khả điền đầy - Tăng nhiệt độ khn tiến hành tồn lịng khn số vị trí trước dịng vật liệu chảy vào vị trí có thành mỏng gân mỏng Giá trị thực tiễn: - Việc nâng cao khả chảy vật liệu composite đã thực nhằm tăng khả chế tạo sản phẩm nhựa nói chung đặc biệt sản phẩm composite có thành mỏng nói riêng Điểm nghiên cứu điều khiển nhiệt độ khuôn để nâng cao khả điền đầy lịng khn - Bằng phương pháp phun ép với nhiệt độ khuôn cao, giúp công ty nâng cao khả cơng nghệ, khơng tốn q nhiều chi phí đầu tư, đáp ứng yêu cầu với sản phẩm thành mỏng vật liệu độ nhớt thấp vật liệu composite Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu công nghệ phun ép Phun ép công nghệ tạo hình khn với hỗ trợ hệ thống gia nhiệt làm nóng chảy vật liệu từ bên ngồi phun ép vào khn thơng qua vít me để tạo thành sản phẩm tương ứng khuôn nguội Hiện nay, có nhiều loại vật liệu sử dụng công nghệ phun ép, bao gồm vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo Phương pháp phun ép cho thấy ưu điểm trình chế tạo sản phẩm vật liệu composite tăng độ đồng hình dạng loạt sản phẩm bị khuyết tật 1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Công nghệ phun ép sử dụng phổ biến ứng dụng nhiều lĩnh vực Trong thực tế phun ép vật liệu composite xuất số vấn đề ảnh hưởng đến suất, chi phí gia cơng, độ bền sản phẩm so với phun ép vật liệu nhựa thơng thường Vì vậy, nhiều nghiên cứu gần đã thực với hướng nghiên cứu hình 1.2 Hình 1.2: Các hướng nghiên cứu lĩnh vực phun ép vật liệu composite - Ảnh hưởng chất phụ gia đến khả phun ép độ bền sản phẩm composite Các hướng nghiên cứu cho thấy chất phụ gia sử dụng giải pháp nhằm tăng khả chảy vật liệu, đặc biệt vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo lịng khn, đồng thời giảm tượng co rút, cong vênh, rỗ bề mặt sản phẩm kết thúc trình phun ép - Kết cấu khuôn phun ép tăng khả chảy vật liệu composite lịng khn Việc điều chỉnh kết cấu khn để thích nghi với u cầu phương pháp gia nhiệt, quy trình đã xem xét nhằm nâng cao khả điền đầy dòng chảy, giảm chu kỳ phun ép, loại bỏ khuyết tật sản phẩm, nâng cao suất trình tạo hình sản phẩm - Điều kiện phun ép tăng suất độ bền sản phẩm vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo Các nghiên cứu điều kiện phun ép đã tiến hành thời gian qua như: áp suất phun ép, áp suất định hình, nhiệt độ nhựa nhiệt độ khuôn yếu tố ảnh hưởng đến q trình phun ép Trong đó, thông số nhiệt độ khuôn nhiều nghiên cứu đề cập đến thông số ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt sản phẩm suất phun ép - Ảnh hưởng tỉ lệ sợi thủy tinh đến độ bền sản phẩm vật liệu composite phun ép Các nghiên cứu đã cho thấy độ cứng vật liệu tăng dần sợi thủy tinh tăng, đồng thời độ bền cải thiện xu hướng tăng lên tỉ lệ sợi thủy tinh tăng lên 30 % Qua cho thấy tính chất - lý vật liệu composite phụ thuộc vào tỉ lệ sợi - Ảnh hưởng phương pháp gia nhiệt đến nhiệt độ khuôn chất lượng sản phẩm composite phun ép Với phương pháp gia nhiệt phần cải thiện khả chảy vật liệu composite trình điền đầy Tuy nhiên, với phương pháp tồn số hạn chế cần cải thiện (hình 1.4) Trong đó, phương pháp gia nhiệt nước sử dụng hiệu phổ biến lĩnh vực phun ép, phương pháp nâng nhiệt độ khn lên đến gần nhiệt độ sôi nước, khoảng nhiệt độ phù hợp để trì khả chảy sản phẩm nhựa thông thường Tuy vậy, với trường hợp yêu cầu nhiệt độ khuôn cao, để nâng cao hiệu trình phun ép phương pháp gia nhiệt khí nóng từ bên ngồi xem xét, đặc biệt sản phẩm composite thành mỏng Hình 1.4: Một số phương pháp gia nhiệt khn phun ép Với hướng nghiên cứu nhằm nâng cao suất, chất lượng sản phẩm với vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo thời gian qua, nhìn chung, phương pháp điều khiển nhiệt độ khn q trình phun ép giải pháp hiệu nâng cao suất, chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất sản phẩm vật liệu composite Vì vậy, nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khn quy trình phun ép nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm composite cần thiết quan tâm nghiên cứu 1.3 Tình hình nghiên cứu nước Nhiều cơng trình nghiên cứu liên quan đến vật liệu composite công nghệ phun ép đã thực hiện, chẳng hạn như: - Tác giả Đào Lê Chung cộng báo cáo Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 12, Đại học Bách khoa Tp HCM cho thấy khả nội địa hóa các chi tiết máy xe tải nhẹ KIA-THACO vật liệu composite - Tác giả Trần Minh Hổ đã thực nghiên cứu “Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ vật liệu gia cường đến tính chất vật liệu composite lai nhựa polymer” Kết nghiên cứu cho thấy vật liệu composite tạo với thành phần 35 % sợi thủy tinh + 60 % nhựa epoxy + % TiO2 có tính chất lý cao so với loại composite có chứa %, 10 % 20 % TiO2 - Tác giả Trần Minh Thế Uyên đã thực “Nghiên cứu ảnh hưởng gia nhiệt khuôn phun ép khí nóng đến độ bền sản phẩm nhựa dạng thành mỏng” Trong nghiên cứu tác giả tập trung phương pháp gia nhiệt cho lịng khn ứng dụng công nghệ phun ép nhằm làm rõ ảnh hưởng thông số đến gia nhiệt khuôn - Đề tài nghiên cứu Khoa học Công nghệ cấp Nhà nước (KC.03.22/11-15) tác giả Đặng Văn Nghìn chủ nhiệm “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống khuôn phun ép nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật với kênh dẫn nóng có điều khiển” Trong đề tài này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật kênh dẫn nóng (hot runner) nhằm hạn chế tượng giảm áp suất dịng nhựa nóng chảy q trình chảy qua hệ thống kênh dẫn - Ngoài ra, số nghiên cứu liên quan nhóm nghiên cứu Cơng nghệ khn mẫu Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM như: Lê Quốc Việt - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ phụ gia đến độ bền vật liệu polymer composite công nghệ phun ép, Phùng Huy Dũng - Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp gia nhiệt khí nóng đến xuất đường hàn sản phẩm nhựa thành mỏng, Vũ Viết Chuyên - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số phun ép tới độ bền uốn vật liệu nhựa PA6 Qua kết nghiên cứu, điều khiển nhiệt độ khuôn hiểu thực theo hướng giải nhiệt cho khuôn hạn chế tượng giảm áp suất dịng nhựa q trình chảy vào lịng khuôn Khả hạn chế khuyết tật cho sản phẩm chưa xem xét ứng dụng Ngược lại, vấn đề giữ bề mặt khuôn nhiệt độ cao trình phun ép nhằm nâng cao độ bền sản phẩm, đặc biệt với sản phẩm có u cầu độ xác cao đã bắt đầu có quan tâm Nhìn chung, chất lượng sản phẩm quy trình phun ép phụ thuộc vào nhiều thơng số, nhiệt độ khn thơng số quan trọng Nếu nhiệt độ khn thấp dịng chảy nhựa khó điền đầy, đặc biệt với vật liệu composite, độ nhớt cao so với nhựa thông thường Với kết nghiên cứu trình sản xuất, giải pháp gia nhiệt cho khuôn chưa quan tâm mức 1.4 Nhu cầu thực tiễn sản phẩm composite nhựa nhiệt dẻo Vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo nghiên cứu ứng dụng phổ biến nước ta Các sản phẩm tạo hình cơng nghệ phun ép ngày có yêu cầu cao ứng dụng đa dạng nhiều lĩnh vực: khí, điện tử, y tế, hàng khơng đời sống Vì vậy, nói vật composite nhựa nhiệt dẻo có nhiều tiềm triển vọng, thay dần kim loại hợp kim lĩnh vực 1.5 Vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu: - Làm rõ ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu, đặc biệt với sản phẩm thành mỏng sản phẩm gân mỏng công nghệ phun ép - Đánh giá phương pháp mơ phỏng, thực nghiệm q trình điền đầy composite - Đánh giá kết tạo hình sản phẩm composite nhựa nhiệt dẻo thông qua ảnh hưởng nhiệt độ khuôn phun ép sản phẩm - Ứng dụng phương pháp điều khiển nhiệt độ khn khí nóng nâng cao khả điền đầy, đặc biệt với sản phẩm composite thành mỏng, gân mỏng Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo Vật liệu composite vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu khác có nhiều ưu điểm so với vật liệu riêng lẻ Trong đó: Vật liệu cốt có vai trị đảm bảo cho composite có đặc tính học cần thiết, vật liệu có vai trị đảm bảo cho thành phần cốt composite liên kết với nhằm tạo tính nguyên khối thống cho composite Trong nghiên cứu vật liệu chọn để nghiên cứu vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo với PA6 (Polyaminde 6) gia cường sợi ngắn thủy tinh Vật liệu sợi ngắn thủy tinh gia cường nhằm tăng độ bền, dẻo dai sản phẩm sử dụng nhiều cơng nghiệp, có tính chất cách điện độ bền cao 2.2 Tỉ lệ sợi vật liệu composite Tỉ lệ sợi xác định dựa vào tỉ trọng vật liệu thành phần: ρ -ρ Vf = ρc - ρ m (2.8) f m Trong đó: ρc tỉ trọng composite, ρm tỉ trọng thành phần nhựa, ρf tỉ trọng thành phần sợi Vật liệu composite sử dụng nghiên cứu vật liệu nhà sản xuất pha trộn sẵn sợi thủy tinh với vật liệu PA6 theo tỉ lệ: %GF, 10 %GF, 15 %GF, 20 %GF, 25 %GF, 30 %GF 2.3 Định hướng sợi quá trình phun ép Trong trình điền đầy vật liệu vào lịng khn, nhựa nóng chảy nhiệt độ cao tiếp xúc với bề mặt lòng khn, hình thành lớp bề mặt (hình 2.2) đơng đặc nhanh tượng nhiệt Sợi gia cường lớp đông đặc không định hướng thời gian ngắn, xếp theo hướng dịng chảy khơng so với lớp cắt Lớp nhựa composite nóng chảy lớp lõi chịu ảnh hưởng ma sát ứng suất trượt thấp nên có sợi định hướng theo hướng dịng chảy Lớp bề mặt Lớp cắt Lớp lõi Hình 2.2: Mơ tả định hướng sợi 2.4 Mối quan hệ độ nhớt và nhiệt độ Độ nhớt nhựa nhiệt dẻo phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ với tượng điển hình cho tính chất là: độ nhớt nhựa nhiệt dẻo giảm mạnh nhiệt độ vật liệu tăng hình 2.5 Phi Newton Độ nhớt Newton Chiều tăng nhiệt độ Tốc độ trượt Hình 2.5: Mối quan hệ độ nhớt nhiệt độ Để mô tả ảnh hưởng nhiệt độ đến độ nhớt, người ta sử dụng hệ số aT : μ (T) aT = (2.12) μ0 (T0 ) Trong đó, T0 nhiệt độ ban đầu, T nhiệt độ thời điểm xem xét, μ0 độ nhớt tương ứng với nhiệt độ T T0 2.6 Đặc điểm dòng chảy “Fountain” Trong lĩnh vực phun ép, dòng chảy nhựa lịng khn tn thủ theo tính chất dòng chảy “Fountain” với đặc điểm: phần nhựa tâm dòng chảy chảy nhanh phần nhựa gần với thành khn Trong đó, vị trí tiếp xúc với thành khuôn, nhựa xem không chảy Nhựa đầu dịng chảy ép phía trước bị phía lịng khn (hình 2.8) Thành khn Lớp đơng đặc Dịng chảy trước Lõi dịng chảy Hướng dịng chảy Thành khn Hình 2.8: Dịng chảy nhựa khuôn 2.8 Nhiệt lượng trao đổi nhiệt mơi trường xung quanh phần tử dịng chảy Gọi q véc tơ nhiệt lượng chảy qua phần tử dòng chảy có dạng tổng quát: - div (q) = div [k grad (T)] (2.19) Với k hệ số dẫn nhiệt dịng chảy 2.9 Phương trình cân dịng chảy vật liệu lịng khn phun ép - Ngun lý bảo tồn khối lượng hệ tọa đợ Đề các: Từ điều kiện cân bằng, ta phương trình bảo toàn khối lượng: ∂ρ + div (ρu) = (2.22) ∂t div (ρu): Lượng thay đổi khối lượng dòng chảy (thành phần đối lưu), t ∂ρ thời gian, ρ khối lượng riêng phần tử dòng chảy, u véc tơ vận tốc, ∂t lượng thay đổi khối lượng riêng theo thời gian - Phương trình bảo toàn đợng lượng hệ tọa đợ Đề các: Di ρ Dt = - p div (u) + div [k grad (T)]+ Ф + Si (2.41) Trong đó, Ф hàm phân tán, p áp suất bề mặt, Si biểu thức nguồn nội phát sinh - Phương trình bảo toàn lượng hệ tọa đợ Đề ρ ∂(uτyx ) ∂(vτxy ) ∂(vτyy ) ∂(vτzy ) DE ∂(uτ ) ∂(uτzx ) = [- div (pu) + [ xx + + + + + + Dt ∂x ∂y ∂z ∂x ∂y ∂z ∂(wτyz ) ∂(wτxz ) ∂(wτzz ) + + (2.46) ] + div [k grad (T) + SE ∂x ∂y ∂z Trong đó, SE biểu thức nguồn lượng phát sinh, τij lực bề mặt ứng suất DE nhớt, lượng biến đổi lượng phần tử dịng chảy Dt - Hệ phương trình chuyển đợng dịng chảy Phương trình bảo toàn khối lượng: 132,6 114,1 110,4 105,8 101,3 100,1 97,1 90 150,8 117,5 114,5 109,1 105,8 101,1 99,9 110 4.2 Kết thực nghiệm chiều dài dòng chảy với mơ hình xoắn ốc Kết thực nghiệm bảng 4.4, 4.5 4.6 cho thấy chiều dày sản phẩm nhỏ tỉ lệ sợi gia cường lớn vật liệu composite khó chảy lịng khn Qua đó, cho thấy sử dụng thơng số nhiệt độ khuôn giải pháp nhằm nâng cao khả chảy vật liệu composite, chọn nhiệt độ khn phù hợp ứng với kích thước sản phẩm để phun ép đạt hiệu cao Bảng 4.4: Kết thực nghiệm chiều dài dòng chảy sản phẩm dày 0,5 mm Tỉ lệ sợi (%) Chiều dày Nhiệt độ sản phẩm khuôn 10 15 20 25 30 (mm) (oC) Chiều dài dòng chảy (mm) 29,8 25,1 24,3 22,3 20,1 18,3 13,3 30 32,7 31,7 29,1 24,1 22,3 21,2 14,3 50 37,7 34,1 30,8 29,1 25,1 24,7 19,7 0,5 70 39,7 37,8 34,2 32,7 28,4 25,2 23,6 90 41,4 39,8 38,3 34,7 31,7 30,1 25,8 110 Bảng 4.5: Kết thực nghiệm chiều dài dòng chảy sản phẩm dày 0,75 mm Tỉ lệ sợi (%) Chiều dày Nhiệt độ sản phẩm khuôn 10 15 20 25 30 (mm) (oC) Chiều dài dòng chảy (mm) 87,1 79,1 74,4 71,1 68,4 67,1 64,1 30 89,1 81,3 75,5 73,1 70,6 69,8 65,2 50 94,1 83,8 77,8 74,4 73,3 72,2 70,4 0,75 70 99,3 87,4 81,8 79,0 74,4 74,4 72,6 90 104,1 93,1 88,3 84,1 79,1 78,5 75,4 110 Bảng 4.7: Kết thực nghiệm chiều dài dòng chảy sản phẩm dày mm Tỉ lệ sợi (%) Chiều dày Nhiệt độ sản phẩm khuôn 10 15 20 25 30 (mm) (oC) Chiều dài dòng chảy (mm) 114,8 101,1 95,1 91,25 87,6 83,2 79,9 30 118,1 109,1 101,5 97,6 91,1 87,2 84,6 50 125,3 111,4 105,8 100,1 97,5 95,2 93,6 70 135,8 114,8 108,4 104,3 100,2 98,1 96,1 90 145,8 115,3 113,5 110,2 106,4 102,3 100,3 110 16 4.3 Kết so sánh thực nghiệm mô Kết so sánh thơng qua giá trị chênh lệch chiều dài dịng chảy thực nghiệm mô với chênh lệch trung bình 6,9 %, 2,1 %, 1,4 % tương ứng chiều dày sản phẩm 0,5 mm, 0,75 mm mm Nguyên nhân sai lệch ảnh hưởng mơi trường thực nghiệm phun ép q trình đo, kết mô kết gần Nhìn chung, kết thực nghiệm tương đối giống với kết mô phần mềm Moldex3D Do đó, lựa chọn hai kết để phân tích, đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ khn đến chiều dài dịng chảy Đồng thời, sử dụng thơng số nhiệt độ khn giải pháp nâng cao khả chảy vật liệu lịng khn phun ép 4.4 Ảnh hưởng nhiệt đợ khn đến chiều dài dịng chảy vật liệu Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến chiều dài dòng chảy với tỉ lệ sợi, chiều dày sản phẩm thay đổi mơ tả hình 4.1, 4.2, 4.3 Kết thực nghiệm cho thấy: tăng nhiệt độ khn từ 30 oC đến 110 oC, chiều dài dịng chảy nhựa tăng cho trường hợp chiều dày sản phẩm 0,5 mm, 0,75 mm mm Tuy nhiên, mức độ tăng khác chiều dày sản phẩm thay đổi Qua đó, cho thấy cần phải chọn nhiệt độ khn phù hợp ứng với kích thước sản phẩm để trình phun ép đạt hiệu cao Với kết nghiên cứu này, gia nhiệt nhiệt độ khuôn giải pháp nhằm nâng cao độ điền đầy lịng khn, cải thiện phân bố sợi gia cường trình phun ép sản phẩm vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo, qua tăng bền cho sản phẩm 100 30 20 10 90 80 70 60 20 30 40 50 60 70 80 Nhiệt độ khuôn((0oC) C) Mold Temperature 90 100 110 120 00% %GF GF 55% %GF GF 1010% %GFGF 1515% %GFGF 2020% %GFGF 2525% %GFGF 3030% %GFGF 140 Flow Length (mm) (mm) chảy dòng Chiều dài 40 160 00% %GF GF 55% %GF GF 1010% %GFGF 1515% %GFGF 2020% %GFGF 2525% %GFGF 3030% %GFGF 110 GF 00% %GF GF 55% %GF 1010% %GFGF 1515% %GFGF 2020% %GFGF 2525% %GFGF 3030% %GFGF (mm) chảy(mm) dòng Chiều dài Flow Length (mm) chảy dòng Chiều dài Flow Length (mm) 50 120 100 80 60 20 40 60 80 NhiệtTemperture độ khuôn ((0C) C) Mold o 100 120 20 40 60 80 100 120 Nhiệt độ khn ((o0C) Mold Temperature C) Hình 4.1: Chiều dài Hình 4.3: Chiều dài Hình 4.2: Chiều dài dòng chảy sản phẩm dòng chảy sản phẩm dòng chảy sản phẩm dày 0,5 mm dày mm dày 0,75 mm 4.5 Ảnh hưởng tỉ lệ sợi đến chiều dài dịng chảy Chiều dài dịng chảy khơng phụ thuộc vào nhiệt độ khn (hình 4.1, 4.2 4.3), mà phụ thuộc vào tỉ lệ sợi gia cường Hình 4.4, 4.6, 4.9 thể kết mơ tả ảnh hưởng tỉ lệ sợi đến chiều dài dòng chảy vật liệu composite ứng với nhiệt độ khuôn 30 oC, 70 oC 110 oC Kết thực nghiệm cho thấy tỉ lệ sợi (Vf) tăng lên khoảng khảo sát từ % đến 30 % chiều dài dòng chảy giảm đáng kể Cho nên, sử dụng sợi ngắn gia cường cho sản phẩm 17 of flow Depth Chiều dày dòng chảy 100 1mm 0.75mm 0.5mm 80 60 40 20 Depth of flow 140 Chiều dày dòng chảy 120 1mm 0.75mm 0.5mm 100 80 60 40 20 10 15 20 Tỉ lệFiber sợi (%) Volume (%) Glass 25 30 Chiều dày dòng chảy 1mm 0.75mm 0.5mm 140 120 100 80 60 40 0 Depth of flow 160 dòng chảy dài Length ChiềuFlow (mm)(mm) 120 Flow Chiều dàiLength dòng (mm) chảy (mm) Length (mm) (mm) chảy dài dịng Chiều Flow phun ép cần phải chọn nhiệt độ khuôn phù hợp nhằm tăng chất lượng đảm bảo hiệu kinh tế Nhìn chung, trình phun ép sản phẩm composite nhựa nhiệt dẻo nhiệt độ khn, tỉ lệ sợi có ảnh hưởng lớn đến định hướng sợi, độ điền đầy, độ bóng bề mặt 20 10 15 20 GlassTỉfiber volume lệ sợi (%) (%) 25 30 10 15 20 25 30 Tỉ lệ fiber sợi (%) Glass volume (%) Hình 4.9: Chiều dài Hình 4.6: Chiều dài Hình 4.4: Chiều dài dịng chảy nhiệt độ dòng chảy nhiệt độ dòng chảy nhiệt độ o o khuôn 110 oC khuôn 70 C khuôn 30 C 4.6 Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến liên kết sợi thủy tinh Phương pháp chụp SEM sử dụng với vật liệu composite PA6 + 30 %GF, chiều dày mm nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30 oC đến 110 oC Kết ảnh SEM với độ phóng đại 3000 lần mơ tả hình 4.10 Qua đó, cho thấy nhiệt độ khn thấp, độ nhớt dòng chảy nhựa thấp dẫn đến thành phần nhựa (PA6) sợi ngắn thủy tinh (GF) khó liên kết với nhau, hình thành nhiều khoảng trống bên trong, ảnh hưởng lớn đến chất lượng điền đầy Khi nhiệt độ khuôn đủ lớn (> 70 oC), độ nhớt dòng chảy tăng lên, liên kết vật liệu thành phần cải thiện rõ rệt chất lượng điền đầy tốt Hình 4.10: Liên kết sợi ứng với nhiệt độ khuôn thay đổi lần lượt: 30 oC, 50 oC, 70 oC, 90 oC, 110 oC 4.7 Ảnh hưởng tỉ lệ sợi đến phân bố sợi thủy tinh Phương pháp chụp SEM với độ phóng đại 800 lần sử dụng cho mẫu sản phẩm với nhiệt độ khuôn 70 oC, chiều dày mm tỉ lệ sợi thay đổi từ % đến 30 % Kết cho thấy tỉ lệ sợi ảnh hưởng đáng kể đến phân bố liên kết thành phần vật liệu composite Khi sợi gia cường, nhựa PA6 phân bố đồng có cấu trúc gợn sóng (Vf = %) Khi gia cường sợi phân bố sợi phun ép có thay đổi đáng kể Với Vf = 30 % sợi ngắn thủy tinh có xu hướng dồn lại với nhau, dẫn đến ảnh hưởng đáng kể đến độ điền đầy vật liệu composite lịng khn (hình 4.11) 18 Vf = 30 % Vf = % Vf = 10 % Vf = 20 % Hình 4.11: Sự phân bố sợi thủy tinh tỉ lệ sợi thay đổi 4.8 Xây dựng phương trình hồi quy xác định chiều dài dịng chảy vật liệu composite quy trình phun ép Phương trình hồi quy mối quan hệ chiều dài dòng chảy vật liệu nhựa với nhiệt độ khuôn, chiều dày sản phẩm tỉ lệ sợi thay đổi từ % đến 30 % xác lập dựa kết thực nghiệm (bảng 4.1, 4.2, 4.3) phần mềm Minitab với độ tin cậy R2 khoảng 93,5 % đến 98,4 % trình bày bảng 4.11 Kết phương trình hồi quy tổng qt có dạng: L = aT + bh – c (4.1) Trong đó: L: chiều dài dịng chảy (mm), T: nhiệt độ khn (oC), h: chiều dày sản phẩm (mm), a, b c hệ số phụ thuộc vào T, Vf h Bảng 4.11: Phương trình hồi quy xác định chiều dài dịng chảy Vf (%) Phương trình hồi quy Vf (%) Phương trình hồi quy L = 0,170T + 142h - 53,0 L = 0,265T + 185h - 70,4 20 L = 0,175T + 138h - 52,7 L = 0,179T + 152h - 49,9 25 L = 0,187T + 143h - 60,0 10 L = 0,176T + 147h - 50,0 30 15 L = 0,171T + 143h - 48,8 4.9 Mối quan hệ tỉ lệ chiều dài dòng chảy chiều dày sản phẩm đối với vật liệu composite Mối quan hệ tỉ lệ chiều dài dòng chảy chiều dày sản phẩm với thay đổi nhiệt độ, tỉ lệ sợi xác định với kết bảng 4.12 Bảng 4.12: Mối quan hệ tỉ lệ chiều dài dòng chảy chiều dày sản phẩm vật liệu composite Nhiệt độ khuôn (oC) Chiều Tỉ lệ dày sợi 30 50 70 90 110 (mm) (%) Tỉ lệ chiều dài dòng chảy chiều dày sản phẩm 26,6 - 59,6 28,6 - 65,4 39,4 - 75,5 47,2 - 79,4 51,6 - 82,8 0,5 0,75 - 30 85,7 - 116,1 86,9 - 118,8 93,8 - 125,4 96,8 - 132,4 100,5 - 138,8 79,9 - 114,8 84,6 - 118,1 93,6 - 125,3 96,1 - 135,8 100,3 - 145,8 Căn vào mối quan hệ xác định giới hạn khả điền đầy tương ứng với kích thước chiều dày, tỉ lệ sợi gia cường Qua đó, thuận lợi q trình thiết kế, chế tạo lịng khn ứng dụng thực tiễn sản xuất 19 Chương 5: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ KHUÔN NÂNG CAO ĐỘ ĐIỀN ĐẦY SẢN PHẨM THÀNH MỎNG, GÂN MỎNG 5.1 Mơ hình dịng chảy lịng khn sản phẩm thành mỏng 5.1.1 Kết mơ gia nhiệt lịng khn sản phẩm thành mỏng Kết mơ gia nhiệt lịng khn hình 5.1 nhiệt độ đo bốn điểm bảng 5.1 Kết cho thấy khác biệt nhiệt độ vào đầu giai đoạn gia nhiệt Ngược lại, tăng nhiệt độ gia nhiệt, khác biệt nhiệt độ thể rõ vào cuối giai đoạn gia nhiệt Đồng thời, kết cho thấy hiệu gia nhiệt tăng cao bắt đầu trình gia nhiệt sau 20 s nhiệt độ tăng chậm lại Do đó, với bốn cổng phun khí nóng, hệ thống gia nhiệt đạt hiệu cao 20 s đầu tiên, với tốc độ gia nhiệt tốiđộ độkhí: đa 6,4 °C/sb.với khí 400 °C.c Nhiệt Nhiệt b Nhiệt độ khí: độ khí: 250250 C C a Nhiệt a Nhiệt khí: 200200 C C c Nhiệt độ khí: độ khí: 300 300 C C 30 s30 s 30 s 30 s 30 s 30 s 25 s25 s 25 s 25 s 25 s 25 s 20 s20 s 20 s 20 s 20 s 20 s 15 s15 s 15 s 15 s 15 s 15 s 10 s10 s 10 s 10 s 10 s 10 s 5s 5s 5s 5s 5s Nhiệt Nhiệt độ độ Nhiệt Nhiệt độ độ o NhiệtNhiệt độ độ o o 30 s 30 s 30 s 30 s 30 s 30 s 30 s 25 s 25 s 25 s 25 s 25 s 25 s 25 s 20 s 20 s 20 s 20 s 20 s 20 s 20 s 15 s 15 s 15 s 15 s 15 s 15 s 15 s 10 s 10 s 10 s 10 s 10 s 10 s 10 s 5s 5s 5s 5s 5s Temperature Temperature a Nhiệt độ khí: 200 oC Temperature b Nhiệt độ khí: 250 oC c Nhiệt độ khí: 300 oC Temperature Temperature oC o C d Nhiệt d Nhiệt độ khí: độ khí: 350350 5s 5s o 5s Temperature Temperature oC oC e Nhiệt e Nhiệt độ khí: độ khí: 400 400 Hình 5.1: Kết mô phân bố nhiệt độ bề mặt lịng khn sau 30 s gia nhiệt với nhiệt độ khí khác Bảng 5.1: Kết mơ nhiệt độ lịng khn với thời gian gia nhiệt khí nóng từ s đến 30 s Nhiệt đợ khí (°C) d Nhiệt độ khí: 350 C e Nhiệt độ khí: 400 C Thời gian 200 250 300 350 400 Vị trí gia nhiệt (s) Nhiệt đợ lịng khn (°C) P1 62,3 73,2 83,3 92,5 102,8 P2 58,1 69,3 81,4 84,5 95,4 P3 56,6 67,2 79,8 82,4 91,3 P4 57,8 66 78,9 76,6 88,4 P1 76 91,6 109,1 115,8 125,6 P2 78,3 92,6 109,5 115,5 126,8 10 P3 74,5 84,4 105,6 104,3 115,7 P4 74,4 86,8 104,4 105,1 115,6 P1 90,8 105,7 119 131,8 148,4 P2 87,2 102,7 117,5 123,7 144,2 15 P3 86,6 101,5 116,3 124,2 142,1 P4 85,5 101,3 115,4 131 141,6 30 s 30 s 25 s 25 s 20 s 20 s 15 s 15 s 10 s 10 s 5s 5s Nhiệt độ Nhiệt độ o o 20 o o P1 92,2 114 125,6 147,8 154,8 P2 90,2 110,9 122,9 146,6 153,7 20 P3 88,3 108,1 119,7 145,9 151,1 P4 84,8 105,3 117,1 145,9 150,5 P1 95,6 116,2 129,8 147,4 160,1 P2 92,1 112,4 125,5 144 158,6 25 P3 91,2 112,6 123,3 142,1 157,8 P4 86,6 96,8 117,4 143,8 155,7 P1 96,5 119,6 132,9 151,7 161,3 P2 94,4 117,7 128 147,9 159,4 30 P3 94,3 116,9 127,4 145,3 158,1 P4 84 106,2 119,6 140,7 152,5 5.1.2 Kết thực nghiệm phân bố nhiệt đợ chiều dài dịng chảy 5.1.2.1 Kết phân bố nhiệt độ khuôn Sự phân bố nhiệt độ khn xác định hình 5.3 Kết cho thấy với thời gian gia nhiệt s, 10 s, 15 s 20 s, nhiệt độ bề mặt khn trì mức 62,8 °C, 94,9 °C, 121,2 °C 130,9 °C tương ứng Kết với cách bố trí hợp lý cổng phun khí, phương pháp điều khiển nhiệt độ khn gia nhiệt khí nóng bên ngồi khn (Ex-GMTC) áp dụng cho hình dạng phức tạp lịng khn Kết so sánh có khác nhiệt độ mô thực nghiệm thấp 12 °C Sự khác biệt độ trễ camera đo nhiệt Nhìn chung, kết mơ thực nghiệm phù hợp tương đối xác Môphỏng Mô Thực nghiệm nghiệm Thực Mô Thời gian gian gia nhiệt: s a.a Thời Môphỏng Mô Thực Thực nghiệm nghiệm b b Thời Thời gian gian gia gia nhiệt: nhiệt:10 10ss Thực nghiệm nghiệm Thực Mô Thời gian gian gia nhiệt: 15 s c.c Thời Thực Thực nghiệm nghiệm d d Thời Thời gian gian gia gia nhiệt: nhiệt:20 20ss Đơn Đơnvị: vị:ooCC Hình 5.3: Kết thực nghiệm phân bố nhiệt độ bề mặt lịng khn với thời gian gia nhiệt khác 21 5.1.2.2 Kết xác định chiều dài dòng chảy Kết thực nghiệm chiều dài dòng chảy hình 5.4 5.5 Đồng thời, phần trăm cải thiện chiều dài dòng chảy theo thời gian gia nhiệt, chiều dày sản phẩm khác hình 5.6 Kết thực nghiệm cho thấy với vật liệu PA6 PA6 + 30 %GF, tỉ lệ cải thiện khả chảy vật liệu cải thiện rõ rệt Cụ thể, với vật liệu PA6 chiều dày dòng chảy 0,6 mm, chiều dài dòng chảy tăng thêm khoảng 90,6 % gia nhiệt 20 s Với vật liệu composite PA6 + 30 %GF, chiều dày dòng chảy 0,6 mm gia nhiệt 20 s, chiều dài cải thiện 108,6 % Qua đó, cho thấy hiệu phương pháp Ex-GMTC Không gia nhiệt 20,1 mm 28,9 mm 38,9 mm 22,5 mm 31,2 mm 42,6 mm 26,7 mm 37,3 mm 54,7 mm 30,5 mm 48,8 mm 67,9 mm Gia nhiệt: s Gia nhiệt: 10 s Gia nhiệt: 15 s Gia nhiệt: 20 s 36,4 mm Chiều dày 0,2 mm 74,3 mm 53,6 mm Chiều dày 0,4 mm Chiều dày 0,6 mm Hình 5.4: Kết thực nghiệm chiều dài dòng chảy vật liệu nhựa PA6 Không gia nhiệt 18,5 mm 22,9 mm 28,5 mm 24,1 mm 31,5 mm 40,3 mm Gia nhiệt s Gia nhiệt 10 s 28,4 mm 37,6 mm 49,3 mm 31,6 mm 39,9 mm 56,9 mm Gia nhiệt 15 s Gia nhiệt 20 s 33,1 mm Chiều dày 0,2 mm 44,9 mm 58,9 mm Chiều dày 0,4 mm Chiều dày 0,6 mm Hình 5.5: Kết thực nghiệm chiều dài dịng chảy vật liệu PA6 + 30 %GF 0,2 mm 0,4 mm 0,6 mm % Cải thiện % Cải thiện 0,2 mm 0,4 mm 0,6 mm Không gia nhiệt Không gia nhiệt Thời gian gia nhiệt (s) PA6 Thời gian gia nhiệt (s) PA6 + 30 %GF Hình 5.6: Sự cải thiện chiều dài dòng chảy với vật liệu PA6 PA6 + 30 %GF 22 5.2 Mơ hình dịng chảy lịng khn sản phẩm gân mỏng 5.2.1 Kết mơ gia nhiệt khuôn sản phẩm gân mỏng Mô gia nhiệt với nhiệt độ khí nóng 400 oC cho mơ hình gân mỏng (hình 3.25) phân bố nhiệt độ mặt cắt B-B thể hình 5.7 Kết mô cho thấy chênh lệch nhiệt độ ba điểm nhỏ 10 °C Chênh lệch nhiệt độ điểm điểm (hình 3.27) thấp 3,2 °C Nhiệt độ phù hợp điểm điền đầy vào hai gân cân 120,8 123,7 118,9 134,5 Thời gian gia nhiệt s 125,6 127,5 123,8 20 Thời gian gia nhiệt s 55 125 90 Temperature 136,7 132,9 Thời gian gia nhiệt s 144,1 147,8 143,2 20 160 [°C] Thời gian gia nhiệt 10 s 55 125 90 Temperature 160 [°C] Hình 5.7: Kết mơ phân bố nhiệt độ bề mặt khuôn mặt cắt B-B 5.2.2 Kết thực nghiệm gia nhiệt và độ điền đầy 5.2.2.1 Kết quá trình gia nhiệt Để xác định phân bố nhiệt độ khuôn gân mỏng cuối bước gia nhiệt, camera hồng ngoại đo nhiệt sử dụng với kết hình 5.8 Kết cho thấy nhiệt độ phân bố đồng đều, q trình gia nhiệt ảnh hưởng đến vị trí gia nhiệt Đồng thời, để nghiên cứu bước gia nhiệt cho khn gân mỏng, nhiệt độ bề mặt lịng khn đo ba điểm (hình 3.26) với số lần lặp lại thực nghiệm 10 lần, nhiệt độ trung bình vị trí đo tổng hợp bảng 5.2 kết so sánh hình 5.9 Với giá trị tơ màu bảng 5.2 thể nhiệt độ khn q trình gia nhiệt, vị trí khơng tơ màu diễn tả giá trị nhiệt độ khn sau q trình gia nhiệt kết thúc (đây khoảng thời gian thiết bị gia nhiệt di chuyển khỏi vùng gia nhiệt hai nửa khn đóng lại) Thơng thường, thời gian đóng khn nhỏ 6s Vì vậy, nghiên cứu này, tổng thời gian di chuyển thiết bị gia nhiệt đóng khn chọn s Nhiệt độ hình 5.9 cho thấy cuối bước gia nhiệt, nhiệt độ khuôn đạt 120,6 °C, 125,5 °C, 134,7 °C 140,8 °C thời điểm gia nhiệt s, s, s 10 s Đồng thời, sau s để đóng khn, nhiệt độ bề mặt gia nhiệt giảm khoảng 10 °C với khuôn gân mỏng Giá trị nhiệt độ bề mặt khn giảm khí nóng đã dừng phun vào vùng gia nhiệt, ra, nhiệt bề mặt khn truyền vào phần thể tích khn khơng khí 23 120,6 112 °C°C 125,5 121,3°C °C 140,8 °C 140,8 °C 132,5 °C 134,7 °C Hình 5.8: Phân bố nhiệt độ kết thúc bước gia nhiệt cho khuôn gân mỏng với thời gian gia nhiệt khác Bảng 5.2: Kết thực nghiệm đo nhiệt độ gia nhiệt lịng khn chi tiết gân mỏng với thời gian gia nhiệt khác Thời gian gia nhiệt (s) Thời gian 10 Vị trí đo tiến hành đo o (s) Nhiệt đợ lịng khn ( C) 30 30 30 30 99,2 100,2 101,2 102,2 118,6 119,9 120,1 121,1 116,4 123,4 124,2 125,6 111,1 121,5 132,6 133,5 10 107 118 129,5 142,3 12 115,5 126,7 140,8 14 122 137,2 16 133 30 30 30 30 101,2 102,1 103,3 104,2 120,6 121,9 122,2 123,6 118,5 125,5 126,6 127,2 116,7 124,4 134,7 135,1 24 10 112,0 121,3 132,5 140,8 12 118,4 130,2 144,2 14 125,1 141,6 16 138,1 30 30 30 30 99,2 100,3 101,2 102,3 116,2 117,5 118,3 119,9 114,1 122,4 123,4 124,8 110,4 120,1 130,5 131,1 10 105,6 117,2 128,9 141,4 12 113,2 125,7 138,3 14 121,1 134,5 16 131,1 Nhiệt độ khuôn gia nhiệt Nhiệt độ khuôn kết thúc gia nhiệt tiến hành đóng khn Thời gian đóng khn Nhiệt độ (oC) Nhiệt độ (oC) Thời gian đóng khn Kết thúc gia nhiệt Nhựa phun vào khuôn Kết thúc gia nhiệt Nhựa phun vào khuôn Điểm Điểm Điểm a Thời gian gia nhiệt: s Điểm Điểm Điểm Thời gian: s b Thời gian gia nhiệt: s Thời gian: s Thời gian đóng khn Nhiệt độ (oC) Nhiệt độ (oC) Thời gian đóng khn Kết thúc gia nhiệt Nhựa phun vào khuôn Kết thúc gia nhiệt Nhựa phun vào khuôn Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm Thời gian: s d Thời gian gia nhiệt: 10 s c Thời gian gia nhiệt: s Thời gian: s Hình 5.9: So sánh giá trị nhiệt độ bề mặt khuôn gân mỏng ba vị trí đo 5.2.2.2 Kết đợ điền đầy chiều cao gân mỏng Ở nhiệt độ khuôn, chu trình phun ép thực 20 lần để đạt ổn định hệ thống, trước 10 chu kỳ sử dụng để so sánh chiều cao gân Sau bước phun ép, mẫu sản phẩm thu thập đo chiều cao gân kết thể hình 5.10 5.11 Khi nhiệt độ khuôn tăng từ 45 °C đến 75 °C, chiều cao gân tăng từ 2,8 mm đến 4,2 mm Tuy nhiên, 25 Ex-GMTC sử dụng với nguồn khí 400 °C, nhiệt độ khn thay đổi từ 120,6 °C đến 140,8 °C chiều cao gân mỏng đạt tối đa mm Sự cải thiện khả hạn chế chiều dày lớp đông đặc dịng chảy chảy qua insert lịng khn, giúp tăng áp lực điền đầy vị trí gân mỏng Kết thực nghiệm so sánh chiều cao hai gân sản phẩm cho thấy chiều cao hai gân khác điều khiển nhiệt độ khuôn thông qua kênh dẫn nước đã tích hợp khn (hình 3.25) Điều không đối xứng kết cấu khuôn, phân bố nhiệt độ bên khuôn bị ảnh hưởng, đặc biệt trường hợp nhiệt độ khuôn thấp Ngược lại, với Ex-GMTC, việc gia nhiệt ảnh hưởng đến bề mặt khn phun ép, đó, kết cấu khuôn không ảnh hưởng đến kết gia nhiệt Như vậy, chiều cao hai gân mỏng đồng so với phương pháp điều khiển gia nhiệt nước Nhìn chung, phương pháp Ex-GMTC hỗ trợ phân bố nhiệt độ tốt so với phương pháp gia nhiệt nước, kết cân nhiệt độ tốt dịng chảy đạt được, qua cải thiện q trình điền đầy lịng khuôn 120,6 °C 125,5 °C 134,7 °C 140,8 °C a Gia nhiệt khuôn thông qua kênh dẫn nước b Gia nhiệt khn khí nóng bề mặt khn Hình 5.10: Sự thay đổi chiều cao gân với nhiệt độ khuôn khác PA6 + 30 %GF - Gân PA6 + 30 %GF - Gân Chiều cao gân (mm) Chiều cao gân (mm) PA6 - Gân PA6 - Gân Nhiệt độ khuôn (oC) Nhiệt độ khuôn (oC) Hình 5.11: So sánh chiều cao gân mỏng với nhiệt độ khuôn khác vật liệu PA6 PA6 + 30 %GF 26 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận luận án Thơng qua q trình thực luận án với mục tiêu nghiên cứu khả điền đầy sản phẩm composite thành mỏng phương pháp điều khiển nhiệt độ khuôn qui trình phun ép, luận án đã đạt kết sau: - Chế tạo thành cơng thiết bị phục vụ trình thực nghiệm nhằm nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến khả chảy vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo lịng khn phun ép, bao gồm: + Thiết kế chế tạo mơ hình nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khn đến chiều dài dịng chảy vật liệu composite khuôn phun ép với chiều dày sản phẩm: 0,5 mm, 0,75 mm mm + Thiết kế chế tạo mơ hình nghiên cứu dịng chảy composite với nhiệt độ khn cao cho hai mơ hình:  Mơ hình dịng chảy thành mỏng với ba mức giá trị chiều dày: 0,2 mm, 0,4 mm 0,6 mm  Mơ hình ứng dụng sản phẩm có hai gân mỏng với chiều cao mm - Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ khuôn với vùng nhiệt độ khác Kết đạt sau: + Với mơ hình dịng chảy xoắn ốc, điều chỉnh nhiệt độ khuôn từ 30 ºC đến 110 ºC, vật liệu composite PA6 gia cường sợi ngắn thủy tinh với tỉ lệ thay đổi từ % đến 30 % Kết cho thấy:  Chiều dài dịng chảy lịng khn có chiều dày mm lớn so với chiều dày 0,75 mm 0,5 mm Chiều dày lớp đông đặc giảm nhiệt độ khuôn nâng cao, độ nhớt dòng nhựa thấp, nên dễ chảy di chuyển khoảng cách xa  Việc lựa chọn điều chỉnh nhiệt độ khn đóng vai trị quan trọng nhằm cân dịng chảy nhựa vào lịng khn Kết thực nghiệm cho thấy: tăng nhiệt độ khn từ 30 oC đến 110 oC, chiều dài dịng chảy nhựa tăng cho ba trường hợp chiều dày sản phẩm khác Tuy nhiên, mức độ tăng khác chiều dày sản phẩm thay đổi  Với vùng nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30 oC đến 110 oC, kết thực nghiệm tương đối giống với kết mô phần mềm Moldex3D Điều cho thấy lựa chọn hai phương pháp để xác định ảnh hưởng nhiệt độ khn đến khả điền đầy q trình ép phun sản phẩm composite nhựa nhiệt dẻo  Khả chảy dịng vật liệu composite khơng phụ thuộc vào nhiệt độ khn mà cịn phụ thuộc vào tỉ lệ sợi gia cường Khi tỉ lệ sợi tăng lên khoảng khảo sát từ % đến 30 % chiều dài dịng chảy giảm đáng 27 kể Cho nên, sử dụng sợi ngắn gia cường cho sản phẩm phun ép cần phải chọn nhiệt độ khuôn phù hợp nhằm tăng chất lượng đảm bảo hiệu kinh tế (thời gian, chi phí lượng) q trình sản xuất Ngồi ra, nhiệt độ khn có ảnh hưởng lớn đến định hướng sợi dòng chảy chất lượng bề mặt Nếu nhiệt độ khuôn thấp chênh lệch lớn với nhiệt độ chảy vật liệu bề mặt sản phẩm thô sợi lộ rõ bề mặt + Với mơ hình dịng chảy có thành mỏng, gân mỏng nhiệt độ khuôn cao, phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khn khí nóng đã sử dụng để nâng nhiệt độ khuôn lên đến 140 ºC Với mơ hình thành mỏng, nhiệt độ khí thay đổi từ 200 °C đến 400 °C chu trình ép thực độ dày sản phẩm 0,2, 0,4 0,6 mm Với mơ hình gân mỏng, Ex-GMTC thực cách sử dụng cổng phun khí 400 °C đặt trung tâm lịng khn Dựa vào kết đạt được, kết luận rút sau:  Với chiều dài lịng khn 175 mm, chiều dài dịng chảy điền đầy cho thấy trình gia nhiệt tương đối cân sử dụng bốn cổng khí nóng, có số vùng nhiệt độ cao gần cổng gia nhiệt Hiệu gia nhiệt cao đầu trình gia nhiệt, nhiên, sau 20 s nhiệt độ tăng chậm lại Kết đối lưu nhiệt khí nóng bề mặt khuôn Tốc độ gia nhiệt cao đạt 6,4 °C/s với khí 400 °C  Do đối lưu nhiệt, kết cho thấy ứng với mức nhiệt độ khí định, Ex-GMTC tồn giới hạn nhiệt độ lớn bề mặt gia nhiệt Tuy nhiên, với khn có chiều dài dịng chảy dài, bề mặt khuôn đạt 158,4 °C, nhiệt độ gần tồn dịng chảy dễ dàng điền đầy lịng khn  Với khn gân mỏng, nhiệt độ khuôn tăng từ 45 °C đến 75 °C, chiều cao gân đã tăng từ 2,8 mm đến 4,2 mm Khi Ex-GMTC sử dụng, nhiệt độ khuôn thay đổi từ 120,6 °C đến 140,8°C chiều cao gân mỏng đạt mm Do Ex-GMTC không bị ảnh hưởng kết cấu khuôn, nên phương pháp gia nhiệt hỗ trợ phân bố nhiệt độ tốt so với phương pháp gia nhiệt nước; kết cân nhiệt độ tốt dịng chảy đạt  Quá trình gia nhiệt cho thấy vị trí gia nhiệt khơng thiết khu vực thành mỏng Vùng gia nhiệt chọn cho hạn chế lớp đông đặc nhằm hạn chế tượng cản trở dòng chảy vật liệu vào khu vực có thành mỏng + Nhìn chung kết cho thấy phương pháp phun ép với vùng nhiệt độ khuôn cao giải pháp nhằm nâng cao khả chảy dịng vật liệu lịng khn Ngồi ra, phương pháp gia nhiệt khí nóng ứng dụng cho trường hợp phun ép sản phẩm có thành mỏng nhằm tăng khả 28 điền đầy lịng khn Việc tăng nhiệt độ lịng khn tiến hành tồn lịng khn, số vị trí trước dịng vật liệu chảy vào vị trí có thành mỏng Tính mới luận án: Thiết lập mơ hình nghiên cứu độ điền đầy vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo với vùng nhiệt độ khn khác Chiều dài dịng chảy vật liệu composite với mẫu thành mỏng xác định mô thực nghiệm với tỉ lệ sợi ngắn thủy tinh nhiệt độ khuôn thay đổi, đặc biệt với vùng nhiệt độ khuôn cao 70 oC Thông qua phương pháp thực nghiệm chiều dài dỏng chảy, xác định: - Phương trình hồi quy mối quan hệ chiều dài dịng chảy, nhiệt độ khn chiều dày sản phẩm - Tỉ lệ chiều dài dòng chảy chiều dày sản phẩm ứng với nhiệt độ khuôn, tỉ lệ phần trăm sợi khác Phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn khí nóng từ bên ngồi hiệu với mơ hình dịng chảy có thành mỏng nhiệt độ khn cao Trong đó, với vật liệu composite PA6 + 30 %GF chiều dày dòng chảy 0,6 mm, gia nhiệt 20 s nhiệt độ bề mặt khuôn đạt 133,7 oC, chiều dài dòng chảy cải thiện 108,6 % Điều khiển nhiệt độ khuôn phương pháp Ex-GMTC thực tồn lịng khn số vị trí trước dịng vật liệu composite chảy vào vị trí có thành mỏng gân mỏng Kiến nghị: Nhằm hoàn thiện nâng cao khả ứng dụng sản phẩm composite công nghệ phun ép với phương pháp điều khiển nhiệt độ khuôn, số kiến nghị hướng phát triển nghiên cứu đề xuất sau: - Nghiên cứu định hướng sợi nhằm nâng cao tính sản phẩm composite nhựa nhiệt dẻo thơng qua q trình điều khiển nhiệt độ khn cao - Nghiên cứu tích hợp điều khiển nhiệt độ khn khí nóng nước nhằm hạn chế độ cong vênh sản phẩm composite công nghệ phun ép 29 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Trần Minh Thế Uyên, Phan Thế Nhân, Phạm Sơn Minh, Thanh Trung Do Trần Văn Trọn, Ảnh hưởng áp suất phun đến chiều dài dòng chảy nhựa lỏng sản phẩm phun ép nhựa, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 7, 2014, trang 60-63 Pham Son Minh and Phan The Nhan, Effect of CaCO3 additive on the warpage of injection molding part, Universal Journal of Mechanical Engineering, Vol 2, Issue 9, 2014, p 280-286 Trần Minh Thế Uyên , Phan Thế Nhân, Phạm Sơn Minh Đỗ Thành Trung, Ảnh hưởng nhiệt độ đến chiều dài dịng chảy nhựa lỏng khn phun ép nhựa, Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật, Số 30, 2014, trang 15-20 Đỗ Thành Trung, Phạm Sơn Minh, Phan Thế Nhân Phùng Huy Dũng, Gia nhiệt cục cho lịng khn phun ép nhựa khí nóng, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 4, 2015, trang 15-20 Phạm Sơn Minh, Đỗ Thành Trung, Nguyễn Hộ Phan Thế Nhân, Đánh giá trình gia nhiệt cho lịng khn hình chữ nhật phương pháp phun khí nóng từ bên ngồi, Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật, Số 33, 2015, trang 9-15 Phạm Sơn Minh, Đỗ Thành Trung, Trần Minh Thế Uyên Phan Thế Nhân, Ảnh hưởng chiều dày sản phẩm nhiệt độ khuôn đến độ cong vênh sản phẩm nhựa polypropylene dạng tấm, Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Tồn quốc Cơ khí lần thứ IV, Tp HCM, 2015, trang 536-543 Pham Son Minh, Thanh Trung Do, Tran Minh The Uyen and Phan The Nhan, A study on the welding line strength of composite parts with various venting systems in injection molding process, Key Engineering Materials, Vol 737, 2017, p 70-76 (SCOPUS Journal) Pham Son Minh and Phan The Nhan, Numerical study on the air heating for injection mold, International Journal of Research in Engineering and Science, Vol 6, Issue 8, 2018, p 31-35 Phan The Nhan, Thanh Trung Do, Tran Anh Son and Pham Son Minh, Study on external gas-assisted mold temperature control for improving the melt flow length of thin rib products in the injection molding process, Advances in Polymer Technology, 2019, p 1-17, doi.org/10.1155/2019/5973403 (SCIE Journal) 10 Phan The Nhan, Thanh Trung Do and Pham Son Minh, Numerical study on the melt flow length of the composite materials in the injection molding process, Materials Science Forum, Vol 971, 2019, p 15-20 (SCOPUS Journal) 11 Phan The Nhan, Nguyen Tinh and Nguyen Phuoc Thien, Study on the temperature distribution of the mold cavity with the air heating method, American Journal of Engineering Research (AJER), Vol 9, Issue 11, 2020, p 116-120 12 Phan Thế Nhân Nguyễn Tình, Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến áp suất định hình quy trình phun ép nhựa, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 11, 2020, trang 54-57 30 ... nhiệt độ nhựa nhiệt độ khn yếu tố ảnh hưởng đến q trình phun ép Trong đó, thơng số nhiệt độ khuôn nhiều nghiên cứu đề cập đến thông số ảnh hưởng lớn đến chất lượng bề mặt sản phẩm suất phun ép. .. nghiệm nhằm nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến khả chảy vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo lịng khn phun ép, bao gồm: + Thiết kế chế tạo mô hình nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khn đến chiều... hình nghiên cứu chế tạo thiết bị gia nhiệt nước với nhiệt độ khuôn từ 30 oC đến 110 oC thiết bị gia nhiệt khí nóng với nhiệt độ khuôn từ 45 oC đến 140 oC - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến