2 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA BÀI TIỂU LUẬN MÔN CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHẤT DẺO Đề tài CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐÙN 3 PHẦN 1 LỜI MỞ ĐẦU Chất dẻo, hay còn gọi là nh[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CƠNG NGHỆ HĨA BÀI TIỂU LUẬN MÔN: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHẤT DẺO Đề tài: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐÙN PHẦN 1: LỜI MỞ ĐẦU Chất dẻo, hay gọi nhựa polymer, dùng làm vật liệu sản xuất nhiều loại vật dụng góp phần quan trọng vào phục vụ đời sống người phục vụ cho phát triển nhiều ngành lĩnh vực kinh tế khác như; điện, điện tử, viễn thông, giao thông vận tải, thủy sản, nông nghiệp v.v Cùng với phát triển khoa học công nghệ, chất dẻo ứng dụng trở thành vật liệu thay cho vật liệu truyền thống tưởng chừng thay gỗ, kim loại, silicat v.v Do đó, ngành cơng nghiệp Nhựa ngày có vai trò quan trọng đời sống sản xuất quốc gia Trên giới Việt Nam, ngành cơng nghiệp Nhựa dù cịn non trẻ so với ngành công nghiệp lâu đời khác khí, điện - điện tử, hố chất, dệt may v.v… có phát triển mạnh mẽ năm gần Sản phẩm ngành Nhựa đa dạng ngày sử dụng nhiều lĩnh vực Trong lĩnh vực tiêu dùng, sản phẩm từ nhựa sử dụng làm bao bì đóng gói loại, vật dụng nhựa dùng gia đình, văn phịng phẩm, đồ chơi v.v Trong ngành kinh tế khác, sản phẩm từ nhựa sử dụng ngày phổ biến; đặc biệt số ngành, nhựa trở thành nguyên liệu thay cho nguyên liệu truyền thống, xây dựng, điện - điện tử v.v Sản phẩm từ chất dẻo đa dạng phong phú đa dạng cơng nghệ gia cơng phối liệu Có nhiều công nghệ gia công: công nghệ ép, công nghệ đùn, công nghệ đúc, công nghệ đúc phun, phương pháp khác sử dụng sản xuất sản phẩm khác với đặc thù riêng phương pháp Trong tiểu luận chúng em giao tìm hiểu cơng nghệ đùn – cơng nghệ gia công chất dẻo sử dụng phổ biến Bài tiểu luận nhiều sai sót, chúng em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô! Chúng em xin chân thành cảm ơn! PHẦN 2: 2.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Phần mở đầu 2.1.1 Giới thiệu đề tài Công nghệ đùn q trình cơng nghệ thực gia cơng từ chất dẻo dạng hạt dạng bột ta thu sản phẩm sản xuất liên tục, công nghệ đùn ống ví dụ Các chất dẻo nhiệt dẻo gia cơng đùn được, song khối chất chất dẻo nóng chảy cần phải có độ cứng định, điều cần thiết khởi đầu định hình thời gian ngắn (cho tới nguội chút ít) phải giữ hình dáng tạo Các chất dẻo có độ rắn nóng chảy nhỏ cấu trúc nên áp dụng gia cơng đùn có tạo thành độ trùng hợp cực lớn phụ trợ thêm chất độn phù hợp Gia công đùn sử dụng để gia công với sản lượng lớn chủ yếu chất dẻo PVC cứng, PVC mềm, PE PP Máy đùn thực chất thành viên dây chuyền sản xuất Một dây chuyền sản xuất bao gồm thiết bị tạo hình, phận chỉnh hình, phận kéo sản phẩm, phận thu sản phẩm cát sản phẩm Có máy đùn trục vít nhiều trục vít, máy đùn hai trục vít có ý nghĩa quan trọng gia công chất dẻo dạng bột PVC Vật liệu đẩy liên tục qua khe hở có tiết diện khơng đổi gọi đầu tạo hình Sản phẩm định hình theo hai chiều (những sản phẩm có chiều dài liên tục), độ xác sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chế độ gia công (nhiệt độ, áp suất), sau khỏi đầu tạo hình kéo căng định hình hay có phận tiếp nhận… kết hợp với nhiều phận xử lý phôi đùn khác, khác với dạng gia công máy ép phun (Injection) loại máy gia cơng có chu kỳ Máy đùn dùng để sản xuất mặt hàng như: màng mỏng (film), (sheet), sợi, thanh, ống, bọc cáp điện, sản phẩm rỗng vv… sản phẩm có bề rộng lên tới 10m Phân loại máy đùn trục vít: Máy đùn trục vít phân thành nhiều loại: Phân lọai theo tính cơng dụng: Gia cơng sản phẩm hay dùng để trộn nguyên liệu Phân loại theo số vít: Máy đùn có1 vít hay (2 vít) đa trục vít , vít quay chiều hay ngược chiều cấu truyền động Máy đùn nhiều trục vít thơng thường khơng dùng để định hình mà dùng để trộn vật liệu Cơng nghệ đùn: Trên thị trường phổ biến có loại sau: Máy vít xoắn đơn (1 vít) chia làm hai loại - Loại máy đùn khơng có hệ thống rút - Loại máy đùn có hệ thống rút Máy đùn vít đơi (2 vít) chia làm loại: - Loại vít đơi song song - Loại vít đơi - Loại vít đơi quay chiều - Loại vít đơi quay ngược chiều Phân loại theo công dụng khác nhau: Máy đùn gia công cao su, máy đùn tạo màng màng mỏng, máy đùn tạo hạt, máy trộn v.v… yêu cầu sử dụng máy đùn trục vít phải có cấu tạo thích hợp để đảm bảo tính gia cơng, việc dùng khơng hợp lý khơng đảm bảo kỹ thuật kinh tế Trong đề tài tìm hiểu chủ yếu cấu tạo nguyên lý hoạt động công nghệ đùn gia công chất dẻo 2.1.2 Mục tiêu đề tài Đề tài gồm hai mục tiêu lớn Một nắm rõ cấu tạo bao quát chi tiết thiết bị đùn bao gồm máy đùn trục vít máy đùn hai trục vít, cấu trúc trục vít Hai nắm ngun lý q trình cơng nghệ đùn : nạp liệu, nén, làm nhuyễn chất dẻo nóng chất, tạo hình cho sản phẩm, q trình phụ khác Tóm lại đề tài nhằm làm rõ kiến thức quan trọng công nghệ đùn công nghệ gia công chất dẻo khác liên hệ đến tính thực tế, khả áp dụng vào thực tế sản xuất Từ củng cố, hệ thống lại kiến thức môn học 2.1.3 Phương pháp nghiên cứu Bài báo cáo thực nhóm gồm thành viên Nhóm phân chia thành viên tìm tài liệu hồn thiện báo cáo Báo cáo trình bày theo phương pháp tổng phân hợp trình bày theo ba nội dung : mở đầu, nội dung, kết luận Phương pháp nghiên cứu tài liệu a Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết Phân tích nghiên cứu tài liệu, lý luận khác cách phân tích chúng thành phận để tìm hiểu sâu sắc đối tượng Tổng hợp liên kết mặt, phận thông tin phân tích tạo hệ thơng lý thuyết đầy đủ sâu sắc đối tượng b Phương pháp phân loại hệ thống hóa lý thuyết Phân loại xếp tài liệu khoa học theo mặt, đơn vị, vấn đề có dấu hiệu chất, hướng phát triển Hệ thống hóa xếp tri thức thành hệ thống sở mơ hình lý thuyết làm hiểu biết đối tượng đầy đủ Tài liệu thu thập từ nhiều nguồn chủ yếu giáo trình cơng nghệ gia cơng chất dẻo số tài liệu mạng khác, kết hợp nhiều tài liệu khác với hướng dẫn giáo viên hướng dẫn ThS Nguyễn Tuấn Anh để hoàn thành báo cáo Các kỹ sử báo cáo Kỹ làm việc nhóm Kỹ tìm kiếm chọc lọc tài liệu Kỹ soạn thảo văn Kỹ tổng hợp kiến thức PHẦN 3: CÔNG NGHỆ ĐÙN (Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy đùn) 3.1 Đặc điểm q trình gia cơng Máy đùn trục vít (Extruder) phương pháp gia công chủ yếu cho nhựa nhiệt dẻo, loại vật liệu có độ đàn hồi cao cao su, gia công cho nhựa nhiệt rắn, vật liệu đẩy liên tục qua khe hở có tiết diện khơng đổi gọi đầu tạo hình Sản phẩm định hình theo hai chiều (những sản phẩm có chiều dài liên tục), độ xác sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chế độ gia công (nhiệt độ, áp suất ), sau khỏi đầu tạo hình kéo căng định hình hay có phận tiếp nhận… kết hợp với nhiều phận xử lý phôi đùn khác, khác với dạng gia công máy ép phun (Injection) loại máy gia cơng có chu kỳ Máy đùn dùng để sản xuất mặt hàng như: màng mỏng(film), tấm(sheet), sợi, thanh, ống, bọc cáp điện, sản phẩm rỗng,… sản phẩm có bề rộng lên tới 10m 3.2 Phân loại máy đùn trục vít Máy đùn trục vít phân thành nhiều loại: Phân lọai theo tính cơng dụng: Gia cơng sản phẩm hay dùng để trộn nguyên liệu Phân loại theo số vít: Máy đùn có1 vít hay (2 vít) đa trục vít , vít quay chiều hay ngược chiều cấu truyền động Máy đùn nhiều trục vít thơng thường khơng dùng để định hình mà dùng để trộn vật liệu Cơng nghệ đùn Trên thị trường phổ biến có loại sau: Máy vít xoắn đơn(1 vít) chia làm hai loại: - Loại máy đùn khơng có hệ thống rút 10 - Loại máy đùn có hệ thống rút Máy đùn vít đơi (2 vít) chia làm loại: - Loại vít đơi song song - Loại vít đơi - Loại vít đơi quay chiều - Loại vít đơi quay ngược chiều Phân loại theo công dụng khác nhau: Máy đùn gia công cao su, máy đùn tạo màng màng mỏng, máy đùn tạo hạt, máy trộn v.v… yêu cầu sử dụng máy đùn trục vít phải có cấu tạo thích hợp để đảm bảo tính gia cơng, việc dùng khơng hợp lý khơng đảm bảo kỹ thuật kinh tế 3.3 Cấu tạo máy đùn trục vít Cấu tạo máy đùn trục vít Motor 4.Xy lanh 5.Trục vít 3.3.1 Cấu tạo xy lanh Vật liệu làm xy lanh Hộp số Phiễu nhập liệu Bộ phận cấp nhiệt 7.Đầu tạo hình 12 Sơ đồ áp suất xy lanh có giai đoạn 3.3.2 2.3.2 Cấu tạo trục vít Trục vít: Đây phận riêng máy, quay xy lanh, nhiệm vụ tiếp nhận nguyên liệu, tải nguyên liệu tới vùng nhựa hóa, tạo ma sát trượt để nhựa hóa trộn có tác dụng bơm nhựa lỏng qua đầu tạo hình, chiều dài máy chia thành vùng Vùng vận chuyển hạt rắn (cấp liệu): Trong nguyên liệu thơng thường dạng rắn Vùng nhựa hóa (nén ép): Gồm hỗn hợp lẫn lộn nhựa nóng chảy hạt rắn.Vùng phối liệu (định lượng): Ở vật liệu trạng thái chảy nhớt Từ nhập liệu di chuyển dần đến đầu tạo hình: Vật liệu biến đổi từ trạng thái rắn sang trạng thái mềm cao sang trạng thái chảy nhớt, khối lượng riêng thay đổi, vít xoắn cần hệ số nén để tạo nén vật liệu di chuyển rãnh vít 13 - Bước khơng thay đổi, bề sâu giảm dần - Bước vít giảm dần bề sâu khơng đổi - Bước vít giảm dần, bê sâu rãnh vùng giảm dần - Bước vít không đổi, bề sâu rãnh vùng nạp liệu không đổi, vùng giảm dần, vùng phối liệu có cánh hướng dịng Nói chung phương pháp áp dụng là: Thay đổi bềsâu rãnh, thay đổi bước vít, kết hợp hai phương pháp Xét tính kỹ thuật: Bước khơng đổi thìổn định kỹ thuật hơn, thay đổi bước thay đổi góc xoắn thay đổi nhiều thơng số kỹ thuật khó khăn chế tạo vít xoắn Kích thước vít xoắn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, chiều dài vít xoắn ảnh hưởng đến thời gian lưu vật liệu máy Chiều dài vùng phân chia trục vít quan trọng chiều dài vùng phối liệu: Chiều dài vùng phối liệu ngắn máy làm việc biến động nhiệt độ, áp suất, suất thay đổi nhiều, chiều dài vùng phối liệu dài làm việc ổn định Trục vít thơng thường chế tạo thép không rỉ: Hệ số ma sát nguyên liệu lên bề mặt trục vít nhỏ, để đảm bảo suất hệ số ma sát vật luệu trục vít bé hệ số ma sát vật liệu thành xy lanh, thông thường phải làm nguội xy lanh 3.3.3 Bộ phận cấp nhiệt giải nhiệt Để cung cấp nhiệt cho xy lanh trình gia cơng sử dụng dầu gia nhiệt, q nhiệt, nhiệt điện (điện trở) 14 Nhiệt xy lanh phân bố theo vùng nén ép, định lượng cụm tạo hình, cịn phần cấp liệu khơng cần cấ p nhiệt (nếu nhiệt vùng không cao) Hệ thống gia nhiệt phải có khả đạt nhanh nhiệt độ mong muốn phải kiểm soát cách chặt chẽ điều chỉnh nhiệt độ từ 20 độ C đến 300 độ C Làm mát xy lanh: - Sự làm mát xy lanh cần thiết để giảm nhiệt độ, tránh nhiệt, ma sát, tượng cắt xé vật liệu bên gây làm phân hủy vật liệu nhựa bên xy lanh - Người ta làm mát xy lanh nước(trường hợp nhiệt độ thấp 100 độ C) khơng khí (những máy người ta thông thường làm nguội cách) - Làm nguội nước thường bố trí vùng cấp liệu để tránh tượng nguyên liệu bám vào thành phiễu bám dính vào trục vít Đồng thời khống chế nhiệt không cho lan phần sau làm hư hỏng phần ổ bi dầu mỡ bên ổ bi Dùng nước làm mát thường có van để khống chế lượng nước đường ống nước chế tạo đường ống xoắn ốc quanh xy lanh - Khơng khí nguội hệ hống quạt gió thổi qua nhiệt độ xy lanh vượt giới hạn cho phép, đồng thời hệ thống cung cấp nhiệt ngắt 3.3.4 Đầu phân phối lưới lọc Được đặt đầu vít xoắn đầu định hình tác dụng giữ hạt nguyên liệu chưa nhựa hóa hồn tồn vật liệu cứng, thơ lẫn nhựa để tránh làm ảnh hưởng đến đầu định hình chất lượng sản phẩm Đĩa phân phối thường làm thép có khoan lỗ trịn bề mặt, lưới lọc tựa vào 15 loại thép khơng rỉ, lưới lọc làm tăng trở lực áp suất máy nên giúp cho q trình nhựa hóa tốt Trong sản xuất áp lực phần đầu vít xoắn tăng lên, trường hợp lưới lọc bị nghẽn bẩn, phải tháo lưới lọc thay lưới lọc khác Có trường hợp sản xuất người ta thiết kế cụm phân phối dòng lưới lọc để thay đổi cách dễ dàng mà khơng phải dừng máy sản xuất Đầu phân phối lưới lọc làm tăng sức cản dòng chảy nên tăng tỷ lệ nén ép vật liệu Từ ta muốn điều chỉnh tỷ lệ nén ép cịn có giải pháp thay đổi thiết diện tạo dòng cản, đảm bảo tỷ lệ nén ép phù hợp cho sản phẩm cần gia công 3.3.5 Đầu định hình: Giúp cho nguyên vật liệu nóng chảy có hình dạng cuối qua máy đùn, phận quan trọng sản xuất liên quan lớn đến chất lượng sản phẩm Mọi khuyết tật đầu định hình gây sửa chữa công đoạn sau Có nhiều loại đầu tạo hình tuỳ theo loại sản phẩm - Đầu định hình dạng ống sản xuất sản phẩm hình trụ hay màng mỏng hình trụ - Đầu định hình dạng lỗ cho sản phẩm dạng sợi với hình dạng khác (sợi trịn, sợi dẹt…) - Đầu định hình dạng khe cho sản phẩm phẳng, màng phẳng - Đầu định hình dạng Profile phức tạp (cho khung cửa sổ, cửa vào, nẹp loại…) - Đầu định hình dạng ống cho sản phẩm cuối dạng sản phẩm thổi (chai lọ, thùng chứa loại) Thiết kế đầu tạo hình khác cho suất khác nhau, chất lượng sản phẩm khác giá thành sản phẩm khác 16 Việc thiết kế đầu tạo hình định thành công sản phẩm xuất Để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật thị trường đầu định hình có phần: Đầu vào, cánh đỡ trụ phần định hình sản phẩm Thành dẫn dịng nóng chảy đầu định hình phẩi có độ bóng cao đường cong trơn phẳng, không phát sinh chỗ chặn giữ nguyên liệu lại, dịng nhựa nóng chảy phải liên tục cho sản phẩm có độ bóng bề mặt cao Trong trường hợp sản phẩm thổi, lõi đầu định hình gắn thêm phận dẫn khí nén dẫn vật liệu khác vào (đối với sản phẩm bọc dây cáp điện) 3.4 Máy đùn trục vít đơi Đa số máy đùn có trục vít, máy đùn trục vít dùng cho nguyên liệu dạng hạt, mảnh Ngày máy đùn trục vít đơi bắt đầu ứng dụng rộng rãi sử dụng cho nguyên liệu dạng bột hỗn hợp nguyên liệu dạng bột Máy đùn trục vít đơi trang bị trục vít xoắn xy lanh, có trục vít xoắn nên ngồi khả nhựa hố máy đùn trục vít mà cịn có khả trộn vật liệu cao 3.4.1 Cách bố trí vít xoắn đơi Cách 1: Cánh vít trục vít ăn sâu hồn tồn vào rãnh vít Cách 2: Cánh vít trục vít ăn sau phần cách rãnh vít Cách 3: Cánh vít tiếp xúc với Lưu ý: Chiều quay trục vít chiều hay ngược chiều 17 - Đối với máy đùn có trục vít quay ngược chiều áp lực hình thành bước vít cuối vít xoắn, áp lực cực đại vùng cuối trục vít đầu đùn - Đối với máy đùn có trục vít quay chiều áp lực hình thành vùng làm nóng chảy vật liệu Song áp lực lớn hình thành khu vực vít xoắn đầu định hình 3.4.2 Đặc điểm: Máy trục vít đơi có hiệu trộn ngun liệu cao trục vít đơn, gia cơng cho PVC có xu hướng dùng trục vít đơi để tăng suất chất lượng sản phẩm Kết cấu máy vít đơi gọn 18 Tiêu tốn điện Yêu cầu kỹ thuật: Song độ xác địi hỏi cao gia cơng khó khăn 3.4.3 Phân loại: Loại song song: Đường kính trục vít khơng thay đổi suốt chiều dài trục Trục vít hình trụ, tiết diện lỗ xy lanh khơng thay đổi Loại vít đơi cơn: đường kính trục vít phần cấp liệu lớn trục vít phần định lượng, đường kính xy lanh phần cấp liệu lớn đướng kính xy lanh phần định lượng Máy đùn trục vít đơi có tốc độ vít xoắn thấp, nên bảo vệ lân dài trục vít Vít đơi song song thay đổi thể tích để tạo áp lực Loại thường có độ sâu bước vít tồn chiều dài vít xoắn, đường kính vít cấp liệu lớn đường kính vùng định lượng Đường kính trục vít lớn bề mặt tiếp xúc lớn nên truyền nhiệt dễ dàng Việc gia tăng ma sát tạo ma sát nhớt giảm, tránh nhiệt độ cao làm phân hủy vật liệu 3.5 Nguyên tắc hoạt động máy đùn trục vít 3.5.1 Nguyên lý 19 Nguyên li ệu A : trục vít - B: xilanh - C: thiết bị gia nhiệt - D: đầu đo nhiệt - E: họng cấp liệu - F: đầu cấp liệu- G: giảm áp lực đẩy - H: giảm áp bánh - I: motor - J: vùng cấp liệu - K: vùng - L: vùng đẩy Do có nguồn nhiệt cung cấp làm nóng chảy vật liệu nhờ chuyển động trục vít tăng khả trộn đồng phụ gia nhựa Đưa vật liệu vào tới giới hạn gia công Vùng phối liệu nhiệt độ phức tạp, độ nhớt vật liệu thay đổi tuỳ theo vận tốc Trục vít có thêm cánh phụ dịng chảy nhựa xy lanh phức tạp, có khả trộn cao, ngày có loại máy đùn cuối trục vít có cánh phụ kết cấu để tăng khả làm đồng vật liệu Mức độ hình thành áp lực xy lanh tuỳ thuộc vào cấu trúc trục vít: bước vít việc tính tốn chiều sâu rãnh vít Ngồi áp lực xy lanh phụ thuộc vào độ lớn momen quay, mức độ dòng chảy, khe hở trục vít xy lanh, sức cản dịng chảy.Trên máy đùn trục vít thường có lắp đặt đồng hồ đo áp suất nhựa nóng chảy xy lanh, từ theo dõi áp suất máy đùn đồng thời điều chỉnh áp suất kịp thời 3.5.2 Đầu định hướng sản phẩm công nghệ đùn 20 Một số sản phẩm thường gặp túi xốp (shopping), bao dệt PP, dây thừng, đai nẹp nhựa, màng BOPP (bền xé theo chiều dọc chiều ngang) Kết sản phẩm nhờ định hướng tốt dịng nhựa q trình gia cơng, nhờ xếp mạch phân tử polymer q trính gia cơng giai đoạn kéo dãn sau nhựa khỏi đầu tạo hình nhiệt độ xác định Có thể kéo dãn tối đa polymer tránh màng bị tách đứt Sản phẩm dây thừng, đai nẹp nhựa, dệt bao PP định hướng tốt trình gia công sản phẩm (theo chiều dọc) Mức độ xếp mạch phân tử cao nên sản phẩm bị biến dạng kéo đứt theo chiều dài nhỏ đồng thời tăng lực kháng đứt Đối với sản phẩm màng BOPP(Bi-Oriented PP), mạch phân tử PP xếp định hướng theo chiều (ngang dọc) liên kết chặt chẽ nên chống khả tách màng.Túi HDPE có khả đụng từ – 10 kg với chiều dày mỏng 0,05mm nhờ trình định hướng tốt Như trình sản xuất sản phẩm từ cơng nghệ đùn trục vít vấn đề định hướng cho sản phẩm vấn đề quan trọng 3.5.3 Một số thông số quan trọng vận hành máy đùn • Trục vít: Tỷ lệ L/D = Chiều dài trục vít / Đường kính trục vít L: Chiều dài trục vít D: Đường kính trục vít L/D thường từ 16 – 36 tuỳ theo vật liệu Vít xoắn ngắn chất lượng trộn kém, suất kém, nhựa hóa khơng ổn định Nói chung trục vít dài có chất lượng tốt dễ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Nhưng trục vít dài độ bền trục vít yếu giá thành cao Như PVC L/D = 30 – 40, cao su L/D = -7