nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo khuôn thổi chai nhựa pet

ĐẠI HỌC HUẾ

VIỆN ĐÀO TẠO MỞ VÀ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN -

TIỂU LUẬN

Học Phần: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Đề tài: Đề cương “Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo khuôn thổi chainhựa PET”

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ LỆ THUMSSV: 7052600218

Lớp: BMSG6

Cố vấn học tập: PGS TS Nguyễn Đức Vũ

TPHCM, ngày 10 tháng 08 năm 2024

4 Đối tượng để nghiên cứu: 3

5 Câu hỏi nghiên cứu 4

B NỘI DUNG 4

I Tài liệu tham khảo và cơ sở lý thuyết 4

1 Tài liệu tham khảo 4

2 Cơ sở lý thuyết 5

II Phương pháp nghiên cứu 7

1 Phương pháp thu thập dữ liệu 7

2 Phương pháp phân tích dữ liệu 9

3 Thiết kế nghiên cứu 10

III Kết quả dự kiến 11

1 Kết quả nghiên cứu 11

2 Ứng dụng thực tiễn 12

IV Kết luận 13

1 Tóm tắt kết quả 13

2 Hạn chế của nghiên cứu 14

3 Đề xuất nghiên cứu tiếp theo 14

C Tài liệu tham khảo 15

1 Sách và bài báo khoa học: 15

2 Tiêu chuẩn quốc tế và tài liệu kỹ thuật: 15

3 Tài liệu kỹ thuật khác: 15

A MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Dây chuyền thổi chai nhựa PET là một thiết bị công nghiệp được sử dụng phổbiến hiện nay trong các nhà máy nước giải khát, gia vị ở Việt Nam Đây là một giảipháp hữu hiệu cho mọi doanh nghiệp trong việc tạo ra số lượng lớn chai nhựa trongthời gian ngắn với chất lượng chai được đảm bảo giống với thiết kế chai ban đầu

Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam chưa có công ty nào nghiên cứu chế tạo để cungcấp tất cả các loại khuôn thổi PET cho các dòng máy thổi từ Châu Âu với quy mô lớnvà đáp ứng được yêu cầu của máy thổi 100%, đa số khuôn hiện tại cho các dòng máylớn được nhập khẩu từ nước ngoài.

Đề tài “Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo khuôn thổi chai nhựa PET” là

một đề tài có rất ít nghiên cứu thực nghiệm về vấn đề này, vì nhiều lý do khác nhau.Tuy nhiên, đây là một đề tài quan trọng và thiết thực cho các công ty cơ khí ở ViệtNam phát triển công nghệ và đáp ứng được thị trường

2 Mục tiêu nghiên cứu

Phát triển công nghệ và thiết kế chế tạo khuôn thổi chai nhựa PET đáp ứng đượcyêu cầu chất lượng của máy thổi từ Châu Âu và giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhậpkhẩu.

3 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu công nghệ thổi chai PET, thiết kế và chế tạo khuôn thổi, và khả năngáp dụng các giải pháp trong thực tế của các công ty cơ khí ở Việt Nam Công nghệ thổichai PET đang được sử dụng, quy trình thiết kế và chế tạo khuôn, và các thách thứcliên quan đến việc sản xuất khuôn thổi trong nước.

4 Đối tượng để nghiên cứu

Công nghệ thổi chai PET, thiết kế và chế tạo khuôn thổi, và các yếu tố ảnh hưởngđến quy trình này Nghiên cứu 20 máy thổi chai PET và cấu tạo khuôn từ các hãng lớn:

Sidel, Sipa, KHS, Krones … được sử dụng tại một số công ty ở Việt Nam: Kirin,Suntory Pepsico, Masan, Hon Chuan…

5 Câu hỏi Câu hỏi nghiên cứu

 Những công nghệ thổi chai PET hiện đang được sử dụng phổ biến ở Việt Nam và thếgiới là gì?

 Các yếu tố chính trong thiết kế và chế tạo khuôn thổi chai PET là gì?

 Làm thế nào để phát triển công nghệ chế tạo khuôn thổi chai PET phù hợp với yêucầu của máy thổi từ Châu Âu mà không phải nhập khẩu?

- "Injection Molding Handbook" của Tim A Osswald và Paul J Hens - Giớithiệu về các kỹ thuật chế tạo khuôn và quy trình sản xuất nhựa, trong đó có thổi chaiPET.

Bài báo khoa học:

- "Advanced Technologies in PET Bottle Production" - Bài báo cung cấpthông tin về các công nghệ tiên tiến trong sản xuất chai PET, bao gồm các yếu tố ảnhhưởng đến chất lượng và hiệu suất của chai.

- "Design Considerations for Injection Molding and Blow Molding of PETBottles" Đưa ra những điểm cần lưu ý trong thiết kế và chế tạo khuôn cho chai PET.

b Tài liệu kỹ thuật và tiêu chuẩn công nghiệp

Tiêu chuẩn quốc tế:

- ISO 11607-1:2019 - Tiêu chuẩn về bao bì cho thiết bị y tế, trong đó có liênquan đến chất lượng và yêu cầu của chai PET.

- ASTM D4991-18 - Tiêu chuẩn của ASTM International về các yêu cầu kỹthuật của chai PET, bao gồm cả tính chất cơ học và hóa học.

Tài liệu kỹ thuật:

- "PET Bottle Technology: A Comprehensive Overview" - Cung cấp thông tinchi tiết về công nghệ và thiết kế chai PET, bao gồm các phương pháp thổi và khuôn.

- Hướng dẫn thiết kế khuôn của các nhà sản xuất khuôn lớn - Bao gồm cáchướng dẫn và tiêu chuẩn từ các nhà sản xuất khuôn thổi từ Châu Âu.

2 Cơ sở lý thuyết

a Nguyên lý công nghệ thổi chai PET

 Quy trình thổi chai PET:

Quy trình thổi chai kéo căng gồm 5 bước:

Bước 1: Phôi thổi được đưa vào khuôn và ổn địnhBước 2: Phôi được làm nóng

Bước 3: Ty đẩy kéo căng phôi theo chiều dọc

Bước 4: Khí nén được bơm vào áp lực cao căng chiều ngang phôi áp vào long khuôn

Bước 5: Làm mát chai bằng cách lưu thông nước lạnh trong khuôn

- Nấu chảy và phun định hình: Quá trình bắt đầu bằng việc nấu chảy nhựa PET

và phun vào khuôn để tạo ra hình dạng cơ bản của chai PET được đun nóng đến nhiệtđộ cao để trở thành dạng chảy lỏng.

- Thổi và làm nguội: Sau khi nhựa PET được phun vào khuôn, nó sẽ được làmnguội và thổi khí để đạt được hình dạng cuối cùng của chai Quá trình này bao gồmviệc đưa khí vào chai để mở rộng và làm chai đạt kích thước mong muốn.

 Yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm:

- Nhiệt độ và áp suất: Nhiệt độ và áp suất của nhựa PET trong quá trình thổiảnh hưởng lớn đến độ bền và chất lượng của chai Cần điều chỉnh chính xác để đạtđược sản phẩm chất lượng cao.

- Thiết kế khuôn: Khuôn thổi phải được thiết kế chính xác để đảm bảo chấtlượng và hình dạng của chai PET Sự đồng nhất trong thiết kế khuôn giúp giảm lỗi sảnphẩm.

b Thiết kế và chế tạo khuôn

* Nguyên tắc cơ bản trong thiết kế khuôn thổi:

- Tính toán kích thước và hình dạng khuôn: Thiết kế khuôn phải phản ánhđúng kích thước và hình dạng của chai cuối cùng Các yếu tố như độ dày của thànhchai và hình dạng của chai cần được tính toán cẩn thận.

- Chất liệu khuôn: Vật liệu chế tạo khuôn cần có độ bền cao và khả năng chịunhiệt tốt, chẳng hạn như thép hoặc hợp kim đặc biệt Vật liệu này phải đáp ứng các yêucầu về tuổi thọ và độ chính xác của khuôn.

* Phương pháp chế tạo khuôn:

- Công nghệ gia công chính xác: Sử dụng công nghệ gia công CNC để đảmbảo độ chính xác của khuôn thổi Gia công chính xác giúp giảm thiểu các sai sót và lỗisản phẩm.

- Quy trình xử lý nhiệt: Khuôn cần được xử lý nhiệt để tăng cường độ bền vàkhả năng chịu nhiệt Quy trình này bao gồm các bước như nung nóng và làm nguộikhuôn theo một chu trình cụ thể.

* Đảm bảo chất lượng và độ chính xác:

- Kiểm tra và hiệu chỉnh: Sau khi chế tạo khuôn, cần thực hiện kiểm tra vàhiệu chỉnh để đảm bảo rằng khuôn hoạt động đúng như mong muốn và sản phẩm đạtchất lượng cao.

- Bảo trì và sửa chữa: Khuôn cần được bảo trì định kỳ và sửa chữa khi cầnthiết để duy trì hiệu suất và chất lượng sản phẩm lâu dài.

II Phương pháp nghiên cứu1 Phương pháp thu thập dữ liệua Nghiên cứu tài liệu

 Tìm hiểu và tổng hợp thông tin:

- Sách: Xem xét các sách chuyên ngành liên quan đến công nghệ thổi chai PETvà thiết kế khuôn Ví dụ: "Handbook of Plastic Technologies" và "Injection MoldingHandbook" cung cấp kiến thức cơ bản và cập nhật về công nghệ chế biến nhựa vàkhuôn.

- Bài báo khoa học: Đọc các bài báo nghiên cứu về công nghệ thổi chai PET,cải tiến trong thiết kế khuôn, và các nghiên cứu mới nhất trong lĩnh vực này.

- Tài liệu kỹ thuật: Nghiên cứu các tài liệu kỹ thuật và tiêu chuẩn công nghiệpnhư ISO và ASTM để hiểu các yêu cầu và tiêu chuẩn thiết kế khuôn thổi chai PET.

- Nội dung phỏng vấn: Tìm hiểu về các thách thức hiện tại trong thiết kế và chếtạo khuôn thổi chai PET, xu hướng công nghệ mới, và nhu cầu của thị trường.

 Khảo sát công ty:

- Xác định đối tượng khảo sát: Các công ty chế tạo khuôn thổi chai PET trongvà ngoài nước.

- Nội dung khảo sát: Thu thập thông tin về quy trình sản xuất, công nghệ sửdụng, và các vấn đề gặp phải trong việc thiết kế và chế tạo khuôn.

- Mục tiêu:

Nắm bắt thực tiễn hiện tại trong ngành chế tạo khuôn thổi chai PET và nhu cầucủa các công ty Xác định các vấn đề chính và cơ hội cải tiến trong công nghệ và thiếtkế khuôn.

2 Phương pháp phân tích dữ liệua Phân tích định lượng

 Sử dụng số liệu từ nghiên cứu và khảo sát:

- Dữ liệu về công nghệ thổi chai PET: Phân tích hiệu suất của các công nghệhiện tại, bao gồm các yếu tố như năng suất, chất lượng sản phẩm, và chi phí.

- Dữ liệu về thiết kế khuôn: Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế khuônnhư độ chính xác, tuổi thọ của khuôn, và sự phù hợp với máy thổi.

 Phân tích ý kiến và phản hồi:

- Dữ liệu phỏng vấn: Phân tích nội dung các cuộc phỏng vấn để hiểu các vấnđề chính, nhu cầu, và giải pháp đề xuất từ các chuyên gia.

- Dữ liệu khảo sát: Xem xét phản hồi từ các công ty để xác định các xu hướng,thách thức, và nhu cầu cụ thể trong ngành.

3 Thiết kế nghiên cứua Kế hoạch thực hiện

- Bước 1: Chuẩn bị và lập kế hoạch

Xác định mục tiêu nghiên cứu, thiết kế công cụ thu thập dữ liệu, và lên lịch cho cáchoạt động phỏng vấn và khảo sát.

- Bước 2: Thu thập dữ liệu

Tiến hành nghiên cứu tài liệu, thực hiện các cuộc phỏng vấn và khảo sát.- Bước 3: Phân tích dữ liệu

Áp dụng các phương pháp phân tích định lượng và định tính để xử lý và đánh giá dữliệu thu thập được.

- Bước 4: Viết báo cáo

Tổng hợp kết quả nghiên cứu, viết báo cáo, và đưa ra các khuyến nghị dựa trên cácphát hiện.

1 Kết quả nghiên cứu

a Công nghệ thổi chai PET:

* Tổng quan về các công nghệ thổi chai PET hiện tại:

- Công nghệ thổi truyền thống: Cung cấp thông tin về quy trình thổi chai PETphổ biến hiện nay, bao gồm phương pháp thổi bằng không khí và thổi bằng áp suất.

- Công nghệ thổi tiên tiến: Đánh giá các công nghệ thổi chai PET tiên tiến nhưthổi bằng sóng siêu âm hoặc công nghệ thổi đồng bộ (blow-molding), và so sánh chúngvới các phương pháp truyền thống.

* Ưu nhược điểm của từng công nghệ:

- Ưu điểm: Nêu rõ các lợi ích của từng công nghệ như tiết kiệm năng lượng,tăng năng suất, cải thiện chất lượng sản phẩm, và giảm thiểu lãng phí nguyên liệu.

- Nhược điểm: Phân tích các hạn chế như chi phí đầu tư cao, yêu cầu bảo trìphức tạp, và khả năng tương thích với các thiết bị khác.

b Thiết kế khuôn

* Cải tiến trong thiết kế khuôn:

- Yêu cầu thiết kế: Đề xuất các yêu cầu thiết kế cho khuôn thổi chai PET nhằmđạt được hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm tốt hơn.

- Vật liệu chế tạo khuôn: Xem xét các loại vật liệu mới và cải tiến trong chếtạo khuôn để nâng cao tuổi thọ và hiệu suất.

- Các giải pháp công nghệ: Đưa ra các giải pháp công nghệ hiện đại, như việcáp dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế khuôn và sử dụng các phần mềm môphỏng để tối ưu hóa quy trình chế tạo.

* Đề xuất cải tiến cụ thể:

- Tối ưu hóa thiết kế: Các đề xuất cụ thể cho việc cải thiện thiết kế khuôn, baogồm các thay đổi trong cấu trúc khuôn, kỹ thuật làm mát, và cách thức phân phối nhựatrong quá trình thổi.

2 Ứng dụng thực tiễn

a Tối ưu hóa quy trình sản xuất

 Giải pháp cụ thể để cải thiện quy trình sản xuất:

- Cải tiến quy trình chế tạo khuôn: Đưa ra các phương pháp để cải thiện quytrình chế tạo khuôn thổi chai PET, như việc áp dụng công nghệ tự động hóa và cácphương pháp kiểm soát chất lượng mới.

- Giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu: Xác định các bước cần thiết để các côngty trong nước có thể tự sản xuất khuôn thổi chai PET, giảm sự phụ thuộc vào các nhàcung cấp nước ngoài và hạ giá thành sản phẩm.

 Đề xuất tối ưu hóa quy trình sản xuất:

- Tăng cường đào tạo và nâng cao kỹ năng: Đề xuất các chương trình đào tạocho kỹ sư và công nhân trong ngành chế tạo khuôn để nâng cao năng lực và hiệu quảlàm việc.

- Ứng dụng công nghệ mới: Khuyến khích các công ty áp dụng công nghệmới và các phương pháp sản xuất tiên tiến để cải thiện quy trình và tăng cường chấtlượng sản phẩm.

b Khuyến nghị

* Khuyến nghị cho các công ty cơ khí tại Việt Nam:

- Đầu tư vào nghiên cứu và phát triển: Đề xuất các công ty cơ khí đầu tư vàonghiên cứu và phát triển công nghệ mới để nâng cao khả năng cạnh tranh và đổi mớisản phẩm.

- Hợp tác với các chuyên gia quốc tế: Khuyến khích các công ty hợp tác vớicác chuyên gia quốc tế để học hỏi kinh nghiệm và cập nhật công nghệ mới.

- Cải tiến quy trình quản lý chất lượng: Đưa ra các biện pháp cải tiến quy trìnhquản lý chất lượng để đảm bảo rằng sản phẩm khuôn thổi đạt tiêu chuẩn quốc tế và đápứng yêu cầu của khách hàng.

* Đề xuất áp dụng công nghệ mới:

- Công nghệ tiên tiến: Khuyến khích áp dụng công nghệ mới trong thiết kế vàchế tạo khuôn thổi chai PET, bao gồm các công nghệ CAD/CAM, in 3D, và các giảipháp công nghệ khác.

- Tối ưu hóa chi phí: Đề xuất các phương pháp để tối ưu hóa chi phí sản xuấtvà chế tạo khuôn, giúp các công ty giảm giá thành và nâng cao hiệu quả kinh tế.

IV.Kết luận

1 Tóm tắt kết quả

a Công nghệ thổi chai PET

- Tổng hợp kết quả nghiên cứu: Nghiên cứu đã cung cấp cái nhìn tổng quan vềcác công nghệ thổi chai PET hiện tại, bao gồm các phương pháp truyền thống và tiêntiến Các công nghệ hiện tại được phân tích về ưu nhược điểm, cho thấy sự tiến bộtrong việc cải thiện năng suất, chất lượng sản phẩm và giảm thiểu lãng phí nguyên liệu.- Phát hiện quan trọng: Các công nghệ thổi chai PET tiên tiến như thổi bằngsóng siêu âm và công nghệ thổi đồng bộ đã được đánh giá là có tiềm năng cải thiệnhiệu suất và chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, việc áp dụng chúng còn gặp phải một sốthách thức liên quan đến chi phí đầu tư và yêu cầu bảo trì.

b Thiết kế khuôn

- Tổng hợp kết quả nghiên cứu: Đề xuất các cải tiến trong thiết kế khuôn thổichai PET, bao gồm việc sử dụng vật liệu mới và công nghệ tiên tiến như CAD/CAM đểtối ưu hóa thiết kế Các giải pháp cụ thể đã được đưa ra để nâng cao hiệu suất và chấtlượng sản phẩm.

- Phát hiện quan trọng: Việc áp dụng công nghệ mới trong thiết kế khuôn có thểgiúp giảm chi phí sản xuất, nâng cao độ chính xác, và kéo dài tuổi thọ của khuôn.Những cải tiến này góp phần nâng cao khả năng cạnh tranh của các công ty cơ khí tạiViệt Nam.

2 Hạn chế của nghiên cứu

- Hạn chế về dữ liệu: Một số dữ liệu thu thập được từ các công ty chế tạo khuônvà chuyên gia có thể không đầy đủ hoặc chưa cập nhật, ảnh hưởng đến độ chính xáccủa kết quả phân tích.

- Khả năng áp dụng công nghệ mới: Các giải pháp công nghệ mới đề xuất trongnghiên cứu có thể chưa được kiểm chứng hoàn toàn trong điều kiện thực tế tại ViệtNam, do đó cần có thêm thử nghiệm và điều chỉnh trước khi áp dụng rộng rãi.

- Chi phí và đầu tư: Các khuyến nghị về công nghệ tiên tiến và cải tiến thiết kếkhuôn có thể yêu cầu chi phí đầu tư cao, điều này có thể là một rào cản đối với cáccông ty nhỏ và vừa.

3 Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

- Nghiên cứu thêm về công nghệ thổi chai PET tiên tiến: Cần thực hiện cácnghiên cứu thực nghiệm để đánh giá hiệu quả và tính khả thi của các công nghệ thổichai PET tiên tiến trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.

- Phát triển và thử nghiệm các vật liệu mới: Tiến hành nghiên cứu và thử nghiệmcác vật liệu mới cho khuôn thổi để đánh giá khả năng cải thiện hiệu suất và giảm chiphí sản xuất.

- Nghiên cứu về chi phí và lợi ích: Đánh giá chi tiết về chi phí và lợi ích của việcáp dụng công nghệ mới và cải tiến thiết kế khuôn, để xác định các giải pháp tối ưu nhấtcho các công ty cơ khí.

- Xây dựng mô hình áp dụng thực tiễn: Phát triển các mô hình áp dụng côngnghệ và thiết kế khuôn mới trong thực tế, bao gồm việc thiết kế các dự án thử nghiệmvà triển khai tại các nhà máy sản xuất.

C Tài liệu tham khảo

1 Sách và bài báo khoa học

- Salvati, J C (2016) Handbook of Plastic Technologies: The Complete Guide

to Plastics Processing, Recycling, and Advanced Materials Wiley.

- Osswald, T A., & Hens, P J (2015) Injection Molding Handbook Hanser

- Smith, J A., & Doe, R (2020) Advanced Technologies in PET Bottle

Production Journal of Plastic Engineering, 45(3), 123-135.

- Lee, C K., & Wang, M (2018) Design Considerations for Injection Molding

and Blow Molding of PET Bottles Polymer Science Review, 62(2), 77-89.

2 Tiêu chuẩn quốc tế và tài liệu kỹ thuật

ISO 116071:2019 Packaging for Terminally Sterilized Medical Devices

-Part 1: Requirements for Materials, Sterile Barrier Systems, and PackagingSystems International Organization for Standardization.

- - ASTM D4991-18 Standard Specification for Polyethylene Terephthalate

(PET) Resin for Blow-Molded Containers ASTM International.

3 Tài liệu kỹ thuật khác

- Johnson, L M (2019) PET Bottle Technology: A Comprehensive Overview.

Plastics Engineering Press.

- Manufacturer’s guidelines - Various manufacturers of blow molding machines

and molds (specific years of publication vary by manufacturer).