Luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy của vật liệu composite trong quy trình phun ép

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 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 PHỐ HỒ CHÍ MINH QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i ii LÝ LỊCH CÁ NHÂN Họ tên: PHAN THẾ NHÂN Năm sinh: 15/4/1979 Nam/Nữ: Nam Năm phong học hàm: Học hàm: Năm đạt học vị: 2009 Học vị: Thạc sỹ Chức danh nghiên cứu: Giảng viên, nghiên cứu sinh Chức vụ: Trưởng khoa Cơ khí, trường Cao đẳng Hàng hải II Điện thoại: Mobile: 0909872367 Fax: E-mail: phanthenhan150479@gmail.com Quá trình đào tạo Bậc đào tạo Đại học Thạc sỹ Tiến sỹ Nơi đào tạo Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM Chuyên môn Năm tốt nghiệp Cơ khí chế tạo máy 2004 Kỹ thuật khí 2009 Kỹ thuật Cơ khí Chưa tốt nghiệp (Khóa 2014) Tổ chức công tác Địa Tổ chức Quá trình cơng tác Thời gian (Từ năm đến năm) Vị trí cơng tác 10/2004 đến 2/2017 Trưởng khoa Cơ khí Trường Cao Đẳng Nghề Kỹ Thuật Công Nghệ Tp HCM 3/2017 đến 7/2017 Phó giám đốc Cơng ty TNHH TM DV KT Miền Nam 8/2017 đến Trưởng khoa Cơ khí Trường Cao đẳng Hàng Hải II iii 502 - Đỗ Xuân Hợp - Phường Phước Bình – Tp Thủ Đức, Tp HCM 33/15 Tân Lập - Hiệp Phú - Tp Thủ Đức, Tp HCM 232 - Nguyễn Văn Hưởng Phường Thảo Điền - Tp Thủ Đức, Tp HCM 10 Tham gia đề tài nghiên cứu TT Tên đề tài/đề án, dự án, nhiệm vụ khác tham gia Thời gian (bắt đầu kết thúc) Cấp đề tài Tình trạng đề tài Nghiên cứu thiết kế chế tạo tay máy gia nhiệt cho khuôn ép nhựa quy trình chế tạo thiết bị y sinh Từ 06/2015 đến 12/2016 Đề tài cấp Sở KH&CN Đã nghiệm thu Tp.HCM “Lab on Chip - LoC” Nghiên cứu công nghệ chế tạo thiết bị hàn ống vi Từ 09/2019 sinh phục vụ công nghiệp đến 03/2021 thực phẩm Đề tài cấp Sở KH&CN Đã nghiệm thu Tp.HCM Nghiên cứu công nghệ chế tạo thiết bị gia công chi tiết kim loại dạng thành Từ 07/2020 mỏng khuôn đến 01/2022 công nghệ biến dạng cục Đề tài cấp Sở KH&CN Đang thực Tp.HCM Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khuôn ép phun đến Từ 06/2016 Đề tài cấp Bộ chất lượng sản phẩm nhựa đến 06/2018 GD&ĐT Từ 01/2018 Đề tài cấp Bộ Đã nghiệm thu composite Nghiên cứu công nghệ chế tạo thiết bị giải nhiệt gián đoạn cho khuôn phun đến 12/2019 ép nhựa iv GD&ĐT Đã nghiệm thu Nghiên cứu công nghệ thiết bị gia nhiệt bề mặt vi khuôn Từ 01/2019 Đề tài cấp Bộ đến 12/2020 GD&ĐT Từ 01/2020 Đề tài cấp Bộ Đã nghiệm thu Nghiên cứu công nghệ và chế tạo hệ thống điều khiển nhiệt độ khí nóng tích hợp khn phun ép đến 12/2021 GD&ĐT Đang thực với sản phẩm composite nhựa nhiệt dẻo 11 Thành tích đạt TT Năm tặng thưởng Hình thức nội dung giải thưởng Danh hiệu chiến sĩ thi đua cấp Bộ đã có thành tích xuất sắc tiêu biểu công tác Bộ trưởng Bộ Lao động Thương binh Xã hội (số: 197/QĐ-LĐTBXH ngày 2014 19/02/2014) Bằng khen đạt giải Nhất Hội giảng Nhà giáo Giáo dục Nghề nghiệp toàn quốc Bộ trưởng BLĐTB-XH (số 2018 1274/QĐ-LĐTBXH ngày 21/9/2018) Bằng khen đã có thành tích xuất sắc Hội giảng Nhà giáo Giáo dục Nghề nghiệp toàn quốc Chủ tịch Ủy ban Nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh (số 5088/QĐ-UBND ngày 2018 14/11/2018) Tp.HCM, ngày tháng Phan Thế Nhân v năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan là cơng trình nghiên cứu khoa học tơi hướng dẫn tập thể nhà khoa học Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan và chưa cơng bố cơng trình khác Các nội dung tham khảo cho việc thực luận án đã trích dẫn rõ ràng và đầy đủ Tp.HCM, ngày tháng Tác giả luận án Phan Thế Nhân vi năm 2022 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, Tôi gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng và thầy PGS TS Lê Hiếu Giang đã tạo điều kiện thuận lợi cho Tơi để thực hồn thành luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến q Thầy/Cơ Khoa Cơ khí Chế tạo máy, đặc biệt thầy PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh q Thầy/Cơ Phịng, Khoa, Ban khác Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ tạo điều kiện cho Tôi thời gian vừa qua Đồng thời, Tôi xin gửi lời cảm ơn đến cô PGS.TS Thái Thị Thu Hà thuộc Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh; thầy PGS.TS Nguyễn Huy Bích thuộc Trường Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh đã dành nhiều thời gian quý báu để dạy và hướng dẫn cho Tôi kiến thức chuyên môn, nhiều lời khuyên hữu ích thời gian học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy/Cô thành viên hội đồng bảo vệ Tổng quan, Chuyên đề 1, Chuyên đề 2, Cơ sở, đặc biệt thầy hướng dẫn PGS.TS Đỗ Thành Trung PGS.TS Phạm Sơn Minh đã dành cho Tôi không dẫn, góp ý vơ q báu chun ngành, bước xây dựng thực thực nghiệm viết báo khoa học mà nhiều quan tâm, động viên khích lệ quý thầy thời gian dài để Tôi thực thực nghiệm, viết báo viết thuyết minh luận án Tiến sĩ Cuối khơng thể thiếu là gia đình, là hỗ trợ không giới hạn vợ Tơi đã dành cho Tơi, giúp Tơi có thêm động lực vượt qua nhiều khó khăn để thực cơng việc nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn! vii TĨM TẮT Phun ép cơng nghệ tạo hình khn với hỗ trợ hệ thống gia nhiệt làm nóng chảy vật liệu từ bên ngoài và phun ép vào khn thơng qua vít me để tạo thành sản phẩm tương ứng khuôn nguội Hiện nay, nhiều loại vật liệu có thể sử dụng cơng nghệ phun ép Trong đó, vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo ngày càng sử dụng để chế tạo nhiều loại sản phẩm phun ép với hình dạng và kích thước đa dạng Hiện tại, phun ép đối mặt với nhiều thách thức nghiên cứu xử lý vật liệu, cải tiến quy trình chế tạo thiết bị có nhằm hạn chế khuyết tật trình phun ép Các khuyết tật phổ biến có thể kể đến như: đường hàn, rổ khí, cong vênh,… Nhìn chung, khuyết tật này liên quan đến trình điền đầy lịng khn Vì vậy, để tăng khả điền đầy khn quy trình phun ép với vật liệu composite, nâng cao tuổi thọ máy, suất chất lượng sản phẩm, điều khiển nhiệt độ khuôn giải pháp nghiên cứu, qua hạn chế tượng đơng đặc nhanh vật liệu composite lịng khn, tăng liên kết và định hướng sợi điền đầy, tăng khả chảy dịng vật liệu composite lịng khn Trong luận án này, khả chảy dòng vật liệu composite thơng qua mức độ điền đầy lịng khuôn ứng với chiều dày sản phẩm khác nhiệt độ khuôn khác nghiên cứu mô thực nghiệm với nhóm sau: - Vùng nhiệt độ thông dụng khuyến cáo sử dụng cho loại vật liệu (nhiệt độ thay đổi từ 30 oC đến 110 oC) - Vùng nhiệt độ cao tạo thông qua phương pháp gia nhiệt bề mặt khn khí nóng (nhiệt độ cao đến 140 oC) Kết nghiên cứu cho thấy: - Với mơ hình nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khuôn tỉ lệ sợi đến độ điền đầy vật liệu composite khuôn phun ép: mô hình nghiên cứu dịng chảy viii 2,4 70 126,3 128,7 4,2 90 136,8 132,6 110 146,8 150,8 1,6 30 101,1 102,7 1,4 50 109,1 107,7 136 0,3 70 111,4 111,1 0,7 90 114,8 114,1 1,2 110 117,5 116,3 1,8 30 96,1 94,3 10 0,8 50 100,7 101,5 137 1,1 70 106,8 105,7 90 108,4 110,4 110 114,5 113,5 0,6 30 91,3 90,7 15 2,8 50 97,6 94,8 138 1,2 70 101,3 100,1 1,5 90 104,3 105,8 110 109,1 110,1 1,9 30 87,6 20 85,7 2,6 50 91,1 88,5 139 0,4 70 97,1 97,5 1,1 90 100,2 101,3 0,6 110 106,4 105,8 1,1 30 83,2 25 82,1 2,1 50 87,2 85,1 140 0,9 70 95,2 96,1 90 98,1 100,1 1.2 110 102.3 101.1 0,7 30 79,9 30 80,6 2,5 50 84,6 82,1 141 0,5 70 93,6 93,1 90 97,1 96,1 0,4 110 100,3 99,9 142 Phụ lục XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY MỐI QUAN HỆ CHIỀU DÀI DÒNG CHẢY VỚI NHIỆT ĐỘ VÀ CHIỀU DÀY SẢN PHẨM SỬ DỤNG PHẦN MỀM MINITAB Kết xác định phương trình hồi quy độ điền đầy vật liệu composite PA6 + %GF 143 Kết xác định phương trình hồi quy độ điền đầy vật liệu composite PA6 + %GF Kết tìm phương trình hồi quy độ điền đầy vật liệu composite PA6 + 10 %GF 144 Kết tìm phương trình hồi quy độ điền đầy vật liệu composite PA6 + 15 %GF Kết tìm phương trình hồi quy độ điền đầy vật liệu composite PA6 + 20 %GF 145 Kết tìm phương trình hồi quy độ điền đầy vật liệu composite PA6 + 25%GF Kết tìm phương trình hồi quy độ điền đầy vật liệu composite PA6 + 30%GF 146 Phụ lục BẢN QUYỀN PHẦN MỀM MOLDEX3D Chứng nhận sử dụng quyền phần mềm và hỗ trợ từ công ty Moldex3D 147 148 Phụ lục CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Trần Minh Thế Uyên, Phan Thế Nhân, Phạm Sơn Minh, Thanh Trung Do và 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 và 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 và 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 915 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 7076 (SCOPUS Journal) 149 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 54-57 150