Hcmute nguyên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình xử lý bề mặt nhựa bằng công nghệ plasma nhiệt độ thấp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH XỬ LÝ BỀ MẶT NHỰA BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA NHIỆT ÐỘ THẤP S K C 0 9 MÃ SỐ: T2015-02GVT S KC 0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng 03/2016 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH XỬ LÝ BỀ MẶT NHỰA BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA NHIỆT ĐỘ THẤP Mã số: T2015-02GVT Chủ nhiệm đề tài: ThS THÁI VĂN PHƯỚC TP HCM, tháng 03/2016 Luan van MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 10 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 10 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 10 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 10 1.5 Phương pháp nghiên cứu 10 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Một số tính chất loại vật liệu làm màng nhựa 11 2.1.1 Polyetylene - PE 11 2.1.2 Polypropylene – PP 12 2.1.3 Polyester–PET 12 2.1.4 Polyamide–PA 13 2.1.5 Ethylene vinyl alcohol (EVOH): 14 2.1.6 Oriented polypropylene _ OPP: 14 2.2 Năng lượng bề mặt phương pháp đo lượng bề mặt 15 2.2.1 Phương pháp Wilhelmy 16 2.2.2 Phương pháp Du Noüy 17 2.3 Hiện tượng thấm ướt góc tiếp xúc 17 2.4 Plasma ứng dụng xử lý bề mặt 19 2.4.1 Tác động hạt ions lên bề mặt 21 2.4.2 Động bề mặt [6] 21 2.4.3 Plasma áp suất thấp 22 2.4.4 Plasma áp suất thường, nhiệt độ thấp 22 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 25 3.1 Yêu cầu mô hình xử lý bề mặt màng nhựa 25 3.2 Lựa chọn phương án thiết kế mơ hình 25 3.2.1 Phương án – dạng ống 25 3.2.2 Phương án – dạng 26 3.3 Chọn vật liệu cho hệ thống 28 3.4 Tính tốn cho hệ thống 29 3.4.1 Tính toán chọn động 29 Luan van 3.4.2 Tính tốn thiết kế bánh đai 29 3.4.3 Tính toán thiết kế trục 31 3.4.4 Thiết kế mơ hình 35 3.4.5 Thiết kế mạch điều chỉnh độ rộng xung cho nguồn Plasma 40 3.4.6 Mạch điều chỉnh tần số điện áp 41 CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO, THỰC NGHIỆM 42 4.1 Chế tạo lắp ráp 42 4.1.1 Các chi tiết gá đỡ 42 4.1.2 Lắp ráp mơ hình 43 4.2 Thí nghiệm mơ hình 44 4.2.1 Đo góc tiếp xúc θc 44 4.2.2 Kết thực nghiệm 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 Luan van DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Năng lượng bề mặt số vật liệu polymer [1] ……………………… Bảng 2: Đặc tính số loại màng nhựa …………………………… …………15 Bảng 3: Mối liên hệ góc tiếp xúc khả thấm ướt bề mặt rắn …………19 Bảng 4: Các phản ứng trao đổi lượng thành phần Plasma với bề mặt [6] …………………………………………………………………………… ……20 Bảng 5: Nhiệt độ hạt điện tích mơi trường Plasma……………………… 29 Luan van DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PE Polyetylene PP Polypropylene PVC Polyvinyl chloride PET Polyester PA Polyamide EVOH Ethylene vinyl alcohol OPP Oriented polypropylene Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Tp HCM, ngày 03 tháng 03 năm 2016 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình xử lý bề mặt nhựa công nghệ Plasma nhiệt độ thấp” Mã số: T2015-02GVT Chủ nhiệm: ThS Thái Văn Phước Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Thời gian thực hiện: 12 tháng Mục tiêu: - Chế tạo mơ hình thiết bị thực nghiệm xử lý bề mặt màng nhựa công nghệ Plasma nhiệt độ thấp; Tìm thơng số vận hành mơ hình Tính sáng tạo: - Quá trình xử lý đơn giản, tiết kiệm lượng; Quy trình vận hành đơn giản; Dễ dàng lắp đặt dây chuyền sản xuất, in màng nhựa Kết nghiên cứu: - Thí nghiệm chứng minh khả xử lý bề mặt mơ hình; Các thơng số vận hành mơ hình Sản phẩm: - Mơ hình thực nghiệm xử lý bề mặt màng công nghệ Plasma nhiệt độ thấp môi trường áp suất thường; Một báo đăng “Tạp chí Khoa học giáo dục kỹ thuật Tp HCM” Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Hoàn thiện phát triển thành hệ thống hồn chỉnh chuyển giao cho sơ sản xuất vải Trưởng Đơn vị (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) Thái Văn Phước Luan van INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: “Research, design and manufacturing experimental plastic surface treatment model by cold-plasma at atmospheric pressure” Code number: T2015-02GVT Coordinator: MSc Thai Van Phuoc Implementing institution: University of Technology and Education Ho Chi Minh City Duration: 12 months Objective(s): - Manufacturing model experimental plastic surface treatment model by cold-plasma at atmospheric pressure; - Find out operating parameters of model Creativeness and innovativeness: - The model has many advantages such as small size, simple operation, save energy; - Easy to install on plastic production line Research results: - Testing and demonstrating experimental plastic surface treatment model ability of the model on plastic production line; - The operating parameters of the model Products: - Experimental plastic surface treatment model on plastic production line by coldplasma at atmospheric pressure; - An article published on Journal of Technical Education Science Effects, transfer alternatives of research results and applicability: - The model should be improved and developed into a complete system that can be transferred to fabric factory Luan van CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài Với đặc tính nhẹ, bền, giá thành thấp, chống thấm nước khí tốt, màng nhựa vật liệu sử dụng phổ biến để tạo sản phẩm túi nhựa, túi đựng thực phẩm, bao bì bảo quản, màng chắn Để tăng thêm độ bền, tính thẩm mỹ hay mục đích quảng cáo, loại bao bì, túi nhựa dán thêm lớp vật liệu khác phu phủ, in ấn Hình mơ tả quy trình sản xuất in ấn bao bì nhựa: nguyên liệu-1 (hạt nhựa) nung nóng chảy kéo thành màng mỏng lên khu vực ổn định nhiệt-2, tiếp sau đưa vào khu vực-3 nhằm làm căng màng xử lý bề mặt trước in khu vực4, tiếp bề mặt in khu vực 4, làm khô khu vực lưu trữ thành phẩm khu vực Hình 1: Quy trình sản xuất in bao bì: 1-Nguyên liệu, 2-Khu vực ổn định nhiệt, 3-Khu vực căng màng xử lý bề mặt, 4-Khu vực in, 5-Khu vực làm khô, 6-Thành phẩm Bảng 1: Năng lượng bề mặt số vật liệu polymer [1] Hydrocarbons Surface energy (dynes/cm) Polypropylene, Polyethylene Polyvinyl Acetate (PVA) Polystyrene Polystyrene (low ionomer) ABS Polyamide Epoxy Polyester Plasticized PVC 29-31 30-31 33-44 38 33 35-42