TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN KÉO CỦA SẢN PHẨM PHUN ÉP NHỰA BẰNG VẬT LIỆU PBT/TPU VỚI TỈ LỆ THÀNH PHẦN TPU KHÁC NHAU Để đánh giá độ bền của chi tiết nhựa, việc thực hiện kiểm tra độ b
GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI
Tổng quan các nghiên cứu trong lĩnh vực đề tài
Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu về PBT (Polybutylene terephthalate) trong một số lĩnh vực như sản xuất sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô để sản xuất các bộ phận như đầu nối, cảm biến và vỏ
Poly (butylene terephthalate) (PBT) là một loại nhựa nhiệt dẻo quan trọng có đặc tính kháng hóa chất, cách nhiệt, bôi trơn và gia công tốt và đã được sử dụng rộng rãi trong ngành ô tô và xây dựng Nó thể hiện tốc độ kết tinh cao, cho phép thời gian chu kỳ ngắn khi ép Tuy nhiên, độ bền kéo và khả năng chống va đập của nó khá thấp Để cải thiện đặc tính của nó, PBT có thể được trộn với các polyme khác Trộn polyme là một phương pháp phổ biến và hiệu quả trong đó vật liệu mới có thể được sản xuất để đáp ứng nhu cầu cụ thể và đa dạng Polyme hỗn hợp được ưa chuộng hơn các loại đồng nhất vì chúng có thể phát huy được ưu điểm của từng thành phần Ví dụ, polybutylene terephthalate bán tinh thể (PBT) có một số nhược điểm như độ bền va đập thấp và độ bền nóng chảy thấp Do đó, nó có thể được trộn với nhiều loại polyme polyetylen, chẳng hạn như polyetylen mật độ cao (HDPE), polyetylen mật độ thấp (LDPE), polyetylen mật độ thấp tuyến tính (LLDPE) và polypropylen (PP), để tạo ra vật liệu nhựa nhiệt dẻo thường được sử dụng trong ngành bao bì Các polyme pha trộn cũng cung cấp một phương pháp thay thế để sử dụng chất thải nhựa tái chế bằng cách trộn loại polyme này với loại polyme khác Có thể kể ra các nghiên cứu về việc trộn lẫn các loại nhựa hỗn hợp với nhau này như là nghiên cứu Nga Thi Hong Pham, Van Thuc Nguyen 2020
“Morphological and Mechanical Properties of Poly (Butylene Terephthalate)/High- Density Polyethylene Blends‘’ Trong nghiên cứu này, các mẫu PBT/HDPE chứa 100% PBT, 5%, 10%, 15% và 100% HDPE được tạo ra và thử nghiệm Các mẫu được phân tích bằng độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền va đập và kiểm tra SEM Việc bổ sung thêm HDPE sẽ làm giảm độ bền kéo so với PBT nguyên chất
Nghiên cứu về PBT (Polybutylene terephthalate) đã được tiến hành trên toàn thế giới trong nhiều lĩnh vực khác nhau Một số nghiên cứu tập trung vào các tính chất cơ lý của PBT, bao gồm độ bền cơ học và độ bền của PBT dưới tác dụng kéo, va đập,
3 nhiệt độ cao, v.v Nghiên cứu này đã cung cấp những thông tin quan trọng về các tính chất của PBT và giúp cải thiện quá trình sản xuất
Sau đây là một số nghiên cứu tiêu biểu Tae-Kyu Kang, Yang Kim, Guehyun Kim, Won-Jei Cho, Chang-Sik Ha 2004 “Properties of poly(butylene terephthalate)/functionalized polyolefin blends” Mục tiêu của nghiên cứu này là nghiên cứu các tính chất vật lý và hình thái của hỗn hợp nóng chảy có chứa poly(butylene terephthalate) (PBT) với một số polyolefin chức năng như copolyme ethylene/vinyl acetate (EVA), EVA-g-maleic anhydrit (EVA) -g-MAH), EVA-g-ACID, EVA-g- ACID/ACRYLATE, ethylene methacrylate-g-MAH (EMA-g-MAH), chất đồng trùng hợp ethylene/ethyl acrylate (EEA) và chất đồng trùng hợp ethylene Sự tập trung đặc biệt được thực hiện trên hỗn hợp PBT/EVA-g-MAH và PBT/EMA-g-MAH so với hỗn hợp PBT/EVA và PBT/EMA Hỗn hợp được chuẩn bị trong máy đùn trục vít đôi quay ngược chiều Các tính chất cơ và nhiệt, nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh và hình thái học được kiểm tra bằng máy kiểm tra độ bền kéo, nhiệt lượng kế quét vi sai (DSC), phân tích cơ học động và Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
G Guerrica-Echevarría, J.I Eguiazábal 2009 Structure and mechanical properties of impact modified poly(butylene terephthalate)/poly(ethylene terephthalate) blends Hai poly(butylene terephthalate) (PBT) của hỗn hợp PBT/poly(ethylene terephthalate) (PET) (5/1 và 2/1) được trộn với tối đa 30% trọng lượng của poly(ethylene-octene) bị malein hóa chất đồng trùng hợp (mPEO) Hỗn hợp này bao gồm pha vô định hình PBT/PET, pha vô định hình mPEO tinh khiết và pha tinh thể của PBT và mPEO Kích thước trung bình của các hạt mPEO phân tán trong hỗn hợp (PBT/PET 5/1)/mPEO lớn hơn trong hỗn hợp (PBT/PET 2/1)/mPEO, nhưng trong cả hai trường hợp đều lớn hơn kích thước của hỗn hợp PET/mPEO và nhỏ hơn so với hỗn hợp PBT/mPEO từ các công trình trước đó Mô đun Young và giới hạn năng suất giảm khi hàm lượng mPEO tăng lên và độ dẻo của hỗn hợp dựa trên 2/1 không đổi ở hàm lượng mPEO cao hơn so với hỗn hợp dựa trên 5/1 Độ bền siêu dẻo thu được ở cả hai hỗn hợp, nhưng chỉ sử dụng khoảng cách giữa các hạt tới hạn (IDc) của hỗn hợp (PBT/PET 5/1)/mPEO để so sánh với các hỗn hợp PET/mPEO, poly(trimethylene terephthalate) (PTT) Hỗn hợp /mPEO và PBT/mPEO xét về mặt độ bám dính, vì hỗn hợp (PBT/PET 2/1)/mPEO cho thấy sự thay đổi đồng thời về mô đun ma trận và độ bám dính Sự so sánh này cung cấp sự hỗ trợ bổ sung cho “độ bão hòa” được đề xuất về sự
4 tương tác giữa các nhóm este và maleic trong chuỗi này cũng như vai trò của độ bám dính trên IDc (độ bám dính cao hơn, IDc thấp hơn)
Lý do chọn đề tài
Có một số lý do mà chúng em chọn chủ đề này nhưng đây sẽ là những lý do chính Bảo vệ Môi trường: Giảm lượng Rác Thải Nhựa: Nghiên cứu về nhựa tái sinh có giúp giảm lượng rác thải nhựa, giúp bảo vệ môi trường và giảm ảnh hưởng độc hại của rác thải nhựa đối động và thực vật, cũng như đối với nước và đất
Thứ hai Tài Nguyên Bền Vững Nhựa tái sinh giúp tái chế và tái sinh sử dụng tài nguyên nhựa đã sản xuất, giúp giảm áp lực tăng nguồn cung cấp tài nguyên tự nhiên và giảm thiểu quá trình sản xuất mới
Kinh Tế Tài Nguyên: Giảm Chi Phí Sản xuất: Sử dụng nhựa tái sinh có thể giảm chi phí sản xuất để sử dụng nhựa nguyên sinh, đặc biệt nếu tăng cường các quy trình tái chế và phục hồi
Chất Lượng Sản Phẩm: Nâng cao Chất lượng Sản phẩm Tái Sinh: Nghiên cứu có thể tập trung vào cách nâng cao chất lượng của sản phẩm từ nhựa tái sinh, giúp sản phẩm tái sinh có thể đạt được các tiêu chuẩn chất lượng tương đương với sản phẩm từ nguyên new nhựa
Thu Hút Sự Tối Quan Tâm Của Người Tiêu Dùng: Tăng Cường Ý Thức Môi Trường: Nghiên cứu về nhựa tái sinh cũng có thể đóng vai trò trò chơi trong việc tăng cường ý thức môi trường của người tiêu dùng, khuyến khích họ lựa chọn sản phẩm và dịch vụ bền vững
Tuân Thủ Quy Định Pháp Luật: Đáp ứng Yêu cầu Pháp Luật: Ở một số quốc gia, việc sử dụng nguyên liệu tái sinh có thể là một luật yêu pháp Điều này có thể giúp doanh nghiệp Nghiên cứu quy định và chuẩn mực môi trường
Cơ Hội Thị Trường và Tiềm Năng Tăng Trưởng: Khám phá Cơ Hội Thị Trường:
Có thể nghiên cứu để tìm hiểu về cơ hội thị trường trong lĩnh vực nhựa tái sinh, với tiềm năng tăng trưởng trong môi trường kinh doanh hiện nay
Nghiên cứu sự thay đổi của vật liệu nhựa PBT sau khi được trọn lẫn theo tỷ lệ với vật lieu TPU và tìm ra tỉ lệ thích hợp, sau cùng dựa vào các tham số đưa ra các kết luận
Phương pháp chủ yếu dựa trên lý thuyết, tiến hành triển khai thực nghiệm, sử dụng máy móc phù hợp để tạo và lấy mẫu nghiên cứu Phân tích, so sánh, đối chiếu kết hợp với các phương pháp phân tích, thu thập thông tin từ thí nghiệm trên mẫu để đánh giá kết quả
1.5 Đối tượng và phạm vi
Các vấn đề và lĩnh vực liên quan đến PBT và TPU ảnh hưởng của việc kết hợp hai loại nhựa
Nghiên cứu về độ bền kéo của sản phẩm phun ép nhựa thường tập trung vào các yếu tố ảnh hưởng đến sự chịu lực kéo của sản phẩm nhựa sau khi được sản xuất và gia công Đây là một phần quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và hiệu suất của sản phẩm nhựa trong các ứng dụng khác nhau
Nghiên cứu về độ bền kéo của sản phẩm phun ép nhựa thường bao gồm việc thử nghiệm các mẫu sản phẩm theo các tiêu chuẩn thử nghiệm chuẩn như ASTM (American Society for Testing and Materials) hoặc ISO (International Organization for Standardization), và phân tích kết quả để hiểu rõ hơn về yếu tố nào ảnh hưởng đến độ bền kéo của sản phẩm và cách để cải thiện chất lượng và hiệu suất của sản phẩm nhựa
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NHỰA VÀ CÔNG NGHỆ PHUN ÉP NHỰA
Giới thiệu PBT
2.1.1 Tổng quan nhựa PBT tái sinh:
Nhựa Polybutylene Terephthalate (PBT) là một loại polyester thermoplastic có cấu trúc phân tử được tạo thành từ butylene glycol và terephthalic acid Đây là một loại nhựa kỹ thuật với các đặc tính cơ học và nhiệt động học xuất sắc, làm cho nó phổ biến trong sản xuất các bộ phận cần độ bền và ổn định cơ học, chống nhiệt, và cách điện
PBT được tạo ra bằng cách trùng hợp axit terephthalic hoặc dimethyl terephthalate với 1,4-butanediol sử dụng chất xúc tác đặc biệt
Hình 2.1 1 Cấu trúc phân tử của Polybutylene Terephthalate Công thức hóa học
Việc sản xuất thương mại hợp chất PBT cho các ứng dụng nhựa kỹ thuật đã được Celanese bắt đầu ở Hoa Kỳ vào năm 1970 và phát triển nhanh chóng khi nó tìm thấy tiện ích trong các ứng dụng khác nhau, phổ biến nhất là trong ngành công nghiệp ô tô, điện và điện tử Là loại polyester nhiệt dẻo kỹ thuật, các hợp chất polyethylene terephthalate (PET) cũng được sản xuất Do khả năng tăng độ cao của tiếng kêu nhanh và xử lý dễ dàng, các hợp chất PBT là loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật phổ biến hơn so với các polyester khác Sự khác biệt chính giữa
PBT và các loại polyester thương mại khác có đặc tính kết tinh nhanh Khả năng kết tinh rất nhanh này cho phép thời gian chu kỳ nhanh trong quá trình ép phun và quá trình kết tinh hoàn toàn trong quá trình đúc dẫn đến năng suất cao [1]
PBT được chú ý nhờ khả năng chịu nhiệt, độ cứng và độ cứng cao, tính chất điện vượt trội và khả năng chống chịu tốt với các ảnh hưởng của môi trường
Nhựa PBT là loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật hiệu suất cao có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, phổ biến nhất là trong các bộ phận chức năng và bộ phận kết cấu được hình thành bằng phương pháp ép phun Ngoài các loại PBT nguyên chất không độn, các loại và hỗn hợp dựa trên PBT đã được biến đổi va đập, được gia cố bằng thủy tinh, chứa đầy khoáng chất, chống cháy và các hỗn hợp dựa trên PBT đều có sẵn trên thị trường PBT có thể được điều chỉnh cho phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau bằng cách kết hợp nó với các thành phần khác (PBT/PC, PBT/PET, PBT/ABS
Chúng có thể được phân loại theo điệu nhảy accor với trạng thái tinh thể: bán tinh thể (PBT, polyamit và polyacetal) và vô định hình (PC và PPO biến tính) Nhựa nhiệt dẻo bán tinh thể có các tính chất vật lý cân bằng cũng như khả năng chịu nhiệt và hóa chất Trong số các polyme kỹ thuật bán tinh thể, polyacetal thể hiện độ kết tinh cao nhất và cấu trúc này cho thấy độ cứng cao, khả năng chống rão tốt và hệ số ma sát thấp Mặc dù poly acetal có các đặc tính cơ học cân bằng nhưng nó có điểm nóng chảy thấp hơn và thành phần dễ cháy hơn so với PBT và polyamit Sự khác biệt chính giữa polyamit và PBT là tốc độ hấp thụ độ ẩm Tốc độ hấp thụ độ ẩm cao hơn của polyamit không thuận lợi cho một số ứng dụng đòi hỏi độ ổn định kích thước cao Đối với khả năng hấp thụ độ ẩm thấp, nhựa PBT có đặc tính ổn định hơn cho thấy ít thay đổi về các đặc tính kích thước, vật lý và điện do chức năng của các yếu tố môi trường
Dòng sản phẩm PBT cực kỳ phù hợp trong phun ép nhựa và nó bao gồm nhiều loại khác nhau
Hình 2.1 2 Nhựa Polybutylene Terephthalate tái sinh (PBT)
(nguồn: website CÔNG TY TNHH CÔNG NGHIỆP VÀ DỊCH VỤ BÌNH
2.1.2 Tính chất vật lý của nhựa PBT tái sinh
Nhựa Polybutylene Terephthalate (PBT) có khá nhiều tính chất vật lý quan trọng, đó là lý do mà nhựa PBT được người ta ưa chuộng và ứng dụng rộng rãi Dưới dây là một số tính chất vật lý của nhựa PBT:
- Điểm nóng chảy (Melting Point):
+PBT thường có điểm nóng chảy trong khoảng 225 đến 235 độ C (437 - 455 độ F), giúp nó chịu được nhiệt độ cao và giữ được hình dạng ổn định
+ Mật độ của PBT nằm trong khoảng 1,31 đến 1,37 gram/cm³, làm cho nó có khối lượng riêng trung bình, phù hợp cho nhiều ứng dụng
+ PBT có độ cứng trong khoảng 80 đến 90 trên thang đo Rockwell hardness (R-scale) Điều này đồng nghĩa với việc nhựa PBT là một vật liệu khá cứng và chắc chắn, nó có thể chịu được các lực nén tốt
- Ứng suất kéo (Tensile Strength):
+ Ứng suất kéo của PBT được ước tính trong khoảng 50 đến 70 MPa, biểu thị khả năng đây là loại vật liệu chống căng và giữ hình dạng khi chịu tải
- Ứng suất gập (Flexural Strength):
+ Độ ứng suất gập của PBT thường nằm trong khoảng 80 đến 100 MPa, đo lường khả năng chống biến dạng khi chịu tải
- Độ dãn khi nứt (Elongation at Break):
+ PBT thường có độ dãn khi nứt từ 20% đến 60%, biểu thị khả năng co dãn trước khi nứt gãy
- Ứng suất tác động (Impact Strength):
+ PBT có ứng suất tác động tốt, cho phép nó hấp thụ và chống lại lực tác động mà không gãy dễ dàng
- Hệ số mở rộng nhiệt (Coefficient of Thermal Expansion):
+ Hệ số mở rộng nhiệt của PBT thấp, cho thấy khả năng co giãn ít khi nhiệt độ thay đổi
- Hấp thụ nước (Water Absorption):
+ PBT thường có hấp thụ nước thấp, thường chỉ từ 0,1% đến 0,6%, giúp duy trì ổn định kích thước trong môi trường ẩm
- Điện tích cách điện (Electrical Insulation):
+ PBT có khả năng cách điện tốt, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng điện tử và điện
Các tính chất này khiến PBT trở thành một vật liệu phổ biến trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm sản xuất ô tô, linh kiện điện tử, đồ gia dụng, và nhiều ứng dụng kỹ thuật khác
2.1.3 Tính chất hoá học của nhựa PBT tái sinh
Polymer PBT được sản xuất thương mại bằng phản ứng đa ngưng tụ giữa 1,4- butanediol và axit terephthalic (TPA) hoặc 1,4-butanediol và dimethyl terephthalate (DMT) với sự có mặt của chất xúc tác este hóa Các monome được sản xuất bởi một số quy trình thương mại khác nhau Axit terephthalic, dimethyl terephthalate và 1,4- butanediol được sản xuất thương mại từ các nguyên liệu hóa dầu như para xylene và acetylene
Hình 2.1.3 1 Sơ đồ quy trình sản xuất polybutylene terephthalate
Quá trình trùng hợp PBT đòi hỏi quá trình phản ứng gồm hai bước (xem Hình 2.1.3.1) Giai đoạn đầu tiên là phản ứng este hóa 1,4-butanediol với TPA hoặc phản ứng transester hóa 1,4-butanediol với DMT, tạo thành bis-hydroxybutyl terephthalate (BHBT) Khi chỉ tồn tại một đơn vị terephthalate trên mỗi phân tử, BHBT được hình thành Nhưng trên thực tế, giai đoạn transester hóa không chỉ tạo ra BHBT mà còn tạo
10 ra một số oligome chứa hai hoặc nhiều đơn vị terephthalate Tùy thuộc vào tỷ lệ mol của 1,4-butanediol với DMT hoặc TPA được nạp vào phản ứng đầu tiên, lượng tương đối của BHBT và các oligome của nó có thể bị thay đổi Tỷ lệ thấp hơn sẽ tạo ra lượng oligome quá mức, trong khi tỷ lệ 1,4-butan diol cao hơn sẽ tạo ra sản phẩm phản ứng với hỗn hợp chiếm ưu thế BHBT (xem Hình 7.3) Sản phẩm phụ của phản ứng este hóa chéo—nước khi sử dụng TPA hoặc metanol khi sử dụng DMT sẽ bị loại bỏ trong quá trình phản ứng Giai đoạn thứ hai là bước polycondensation, trong đó BHBT tiền polyme được hình thành ở giai đoạn đầu tiên trải qua quá trình trùng hợp tiếp theo trong giai đoạn nóng chảy Hai giai đoạn phản ứng có thể dễ dàng phân biệt theo loại sản phẩm phụ:
Hình 2.1.3 2 Tổng hợp PBT thông qua phản ứng este hóa và polycondensation
Metanol hoặc nước trong phản ứng chuyển hóa este, với 1,4-butanediol trong giai đoạn đa ngưng tụ thứ hai Chất xúc tác thường được sử dụng trong quá trình phản ứng; các chất xúc tác được ưu tiên là hợp chất organotitanium hoặc organotin Chất xúc tác được sử dụng phổ biến nhất cho PBT là tetra alkyl titanat Sản phẩm phụ 1,4- butanediol được loại bỏ khỏi hỗn hợp tan chảy bằng cách trộn hỗn hợp tan chảy và sử dụng chân không Thông qua việc loại bỏ lượng 1,4-butanediol dư thừa, có thể đạt được
11 trọng lượng phân tử trung bình lên tới 30.000 g/mol Do nhiệt độ cao trong giai đoạn thứ hai, quá trình phân hủy nhiệt oxy hóa và hiện tượng ố vàng xảy ra Những phản ứng phân hủy này đặt ra giới hạn trên về trọng lượng phân tử có thể đạt được bằng phản ứng ngưng tụ nóng chảy thông thường Các loại PBT có trọng lượng phân tử cao cho các ứng dụng ép đùn thường được tạo ra bằng quá trình đa ngưng tụ tiếp theo trong một quy trình ở trạng thái rắn bổ sung ở nhiệt độ từ 15 đến 40°C dưới nhiệt độ nóng chảy của PBT và trong chân không hoặc trong môi trường khí trơ (xem Hình 2.1.2.3) ) Phản ứng ở trạng thái rắn được thực hiện riêng biệt, thường giảm thiểu sự xuống cấp và biến màu của PBT có trọng lượng phân tử cao
Hình 2.1.3 3 Phương trình phản ứng trùng hợp PBT
Giới thiệu TPU
2.2.1 Định nghĩa của nhựa TPU:
Nhựa TPU là một loại nhựa thuộc nhóm các elastomer (nhựa đàn hồi) thermoplastic (nhựa có thể tái chế bằng cách nung chảy và định hình lại) TPU là viết tắt của "Thermoplastic Polyurethane" trong tiếng Anh, và trong tiếng Việt thường được gọi là "nhựa polyurethane thermoplastic." Đặc điểm chính của nhựa TPU bao gồm:
- Đàn Hồi và Độ Dẻo:
+ TPU có tính chất đàn hồi và độ dẻo cao, có thể co giãn và phục hồi hình dạng ban đầu một cách linh hoạt Điều này làm cho nó thích hợp cho việc sản xuất các sản phẩm đòi hỏi tính linh hoạt và độ đàn hồi như giày dép, quần áo thể thao, và vật liệu đàn hồi trong y học
- Khả Năng Chịu Mài Mòn và Gãy Gập Tốt:
+ TPU có khả năng chống mài mòn và chịu gãy gập tốt, làm cho nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng cần độ bền và độ bền chịu lực, chẳng hạn như trong sản xuất dây đeo, dây cáp, hoặc lớp phủ bảo vệ
- Khả Năng Chịu Dầu Mỡ và Hóa Chất:
+ TPU thường có khả năng chịu dầu mỡ và một số chất hóa học, điều này làm cho nó phù hợp trong các ứng dụng công nghiệp nơi có tiếp xúc với các chất ăn mòn hoặc dầu mỡ
- Khả Năng Chống Nước và Độ Bền Theo Thời Gian:
+ TPU có khả năng chống nước, giữ nguyên tính chất cơ học và đàn hồi sau thời gian sử dụng dài hạn Điều này làm cho nó thích hợp cho việc sản xuất sản phẩm đòi hỏi sự bền vững trong môi trường ẩm ướt
- Sự Dễ Dàng Trong Quá Trình Chế Tạo:
+ TPU có khả năng chế tạo linh hoạt và dễ dàng tái chế bằng cách nung chảy, làm cho quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm từ TPU trở nên thuận lợi Ứng dụng phổ biến của nhựa TPU bao gồm:
- Giày Dép và Quần Áo Thể Thao:
+ TPU thường được sử dụng để tạo ra các thành phần đàn hồi trong giày dép và quần áo thể thao, như đế giày, đai đinh, và các phần linh kiện khác
- Đồ Gia Dụng và Trang Cấy Nội Thất:
+ Trong lĩnh vực này, TPU có thể được sử dụng để làm đồ trang cấy nội thất, thảm, và các sản phẩm gia dụng đàn hồi
+ TPU có thể được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm y tế như ống nội soi, dây đeo y tế, và các sản phẩm y tế khác
- Ứng Dụng Công Nghiệp và Công Nghệ:
+ Trong ngành công nghiệp và công nghệ, TPU có thể được sử dụng trong sản xuất dây đeo, bọc cáp, và các sản phẩm chống cháy, cũng như trong việc tạo ra các sản phẩm điện tử linh kiện như ốp lưng điện thoại
- Ứng Dụng Trong Thể Thao và Giải Cấy:
+TPU có thể được sử dụng trong sản xuất dây đeo đeo cổ tay, bảo vệ cơ bắp thể thao, hoặc các sản phẩm đồ chơi và trang cấy đòi hỏi tính chất đàn hồi và bền bỉ
Như vậy, nhựa TPU có nhiều ứng dụng đa dạng do khả năng đàn hồi, bền bỉ, và khả năng chịu mài mòn cao của nó
2.2.2 Tính chất vật lý của nhựa TPU:
Nhựa TPU (Thermoplastic Polyurethane) có nhiều tính chất vật lý quan trọng, làm cho nó phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau Dưới đây là mô tả chi tiết về một số tính chất vật lý chính của nhựa TPU:
- Đàn Hồi và Độ Dẻo:
+ TPU được biết đến với tính chất đàn hồi và độ dẻo cao Nó có khả năng co giãn lớn và có thể phục hồi hình dạng ban đầu một cách linh hoạt, làm cho nó phù hợp cho các sản phẩm đòi hỏi tính linh hoạt như dây đàn hồi, đệm, và giày dép
+ TPU có thể có độ cứng khác nhau tùy thuộc vào thành phần và quy trình sản xuất Nó có thể được điều chỉnh để đáp ứng yêu cầu cụ thể của ứng dụng, từ mềm mại đến cứng
+ Điểm nóng chảy của TPU thường nằm trong khoảng 150 đến 220 độ C, tùy thuộc vào loại và thành phần cụ thể của nhựa Điều này làm cho TPU trở thành một nhựa thermoplastic, có thể nung chảy và định hình lại khi được nung
+ TPU có khả năng dẫn nhiệt, nhưng không phải là một trong những nhựa có khả năng dẫn nhiệt cao nhất Điều này cần được xem xét khi sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu khả năng chống nhiệt độ cao
+ TPU có độ bền cơ học tốt, đặc biệt là trong các điều kiện co giãn và chịu mài mòn Điều này làm cho nó phù hợp cho việc sản xuất các sản phẩm đòi hỏi sự chịu lực và bền bỉ
+ TPU có thể được sản xuất trong các dạng trong suốt hoặc màu sắc khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng cụ thể
+ TPU có khả năng cách điện tốt, làm cho nó phù hợp cho nhiều ứng dụng trong lĩnh vực điện tử và điện
- Khả Năng Chống Mài Mòn và Chống Hóa Chất:
Giới thiệu chung về công nghệ phun ép nhựa
Công nghệ ép phun là một trong những phương pháp gia công công nghiệp chính Hầu hết các máy phun được sử dụng trong công nghiệp hiện nay đều là máy phun kiểu trục vít Theo chế độ lái, máy phun chủ yếu được chia thành máy phun điện và máy phun
22 thủy lực Đó là một phương pháp đúc mạnh mẽ có thể tạo khuôn các sản phẩm nhựa có hình dạng và kích cỡ khác nhau Đây cũng là quy trình ưu tiên dành cho các sản phẩm có cấu trúc ba chiều phức tạp Từ bánh răng micron, kim micron, v.v đến chai nhựa, thùng nhựa và các vật dụng cần thiết hàng ngày thông thường trong cuộc sống hàng ngày, chúng đều có thể được đúc bằng phương pháp ép phun Công nghệ ép phun có thể được sử dụng cho nhiều loại vật liệu, bao gồm vật liệu composite, vật liệu xốp, nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn và cao su, v.v Ngoài ra còn có nhiều hình thức ép phun khác nhau như đúc có hỗ trợ khí, đúc có hỗ trợ nước, ép phun vi mô , ép phun bọt, đúc áp suất thấp, ép phun nén, v.v
Quá trình ép phun chủ yếu bao gồm ba giai đoạn: ba quá trình làm đầy, làm đầy và giữ Trong giai đoạn hóa dẻo của quá trình phun, trục vít truyền vật liệu dẻo về phía trước với một tốc độ nhất định Khi rãnh vít của vít trở nên nông hơn, vật liệu được nén chặt và liên tục được chuyển về phía trước Đầu liên tục tích tụ, chờ lệnh phun đến, đồng thời trục vít sẽ liên tục rút lui khi áp suất ngược của máy phun tăng lên trong quá trình phun Khi quá trình phun bắt đầu, trục vít di chuyển về phía trước và vật liệu liên tục lấp đầy khuôn Đồng thời, khi áp suất trong khuôn tăng lên, trục vít sẽ di chuyển trong khi phun Khi vật liệu được đổ đầy vào khuôn, máy phun sẽ bơm vật liệu vào khuôn bằng tác động của áp suất ngược Khi nhiệt độ của vật liệu tiếp tục giảm, áp suất trong khoang khuôn bắt đầu giảm Khi vật liệu được bơm vào có thể được đúc một cách an toàn mà không bị hư hỏng, khuôn ép sẽ được mở và sản phẩm được đẩy ra ngoài qua cấu trúc khuôn Sản phẩm có thể dát khuôn, sau đó đóng khuôn lại cho chu kỳ tiếp theo Cấu trúc và kích thước bên ngoài của sản phẩm ép phun là cấu trúc và kích thước chính xác của khuôn bên trong của máy ép phun, từ đó tái tạo lại sản phẩm có hình dạng khuôn Các sản phẩm đúc phun thường có nhiều khuyết tật, chẳng hạn như vết ngắn, vết phun, độ võng, vết chảy, vết hàn và sợi nổi Những khuyết tật này có thể được xử lý bằng các quy trình tiếp theo như phun sơn nhưng sẽ làm tăng chi phí và thời gian tương ứng Chu trình đúc khuôn làm nóng và làm mát nhanh chóng đã trở thành một giải pháp hiệu quả cho vấn đề này Đồng thời, việc kiểm soát các thông số trong quá trình ép phun là một trong những phương tiện hữu hiệu để sản xuất ra các sản phẩm ép phun có độ chính xác cao, chất lượng Hiện nay, công nghệ ép phun đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như quang học, nhựa y tế, phân phối thuốc Công nghệ ép phun liên quan đến nền tảng đa ngành
Các bài viết đánh giá công nghệ ép phun hiện tại chủ yếu tập trung vào việc phát triển và ứng dụng công nghệ ép phun, chẳng hạn như ứng dụng ép phun kim loại trong thiết bị y tế và khả năng ứng dụng công nghệ ép phun kim loại vào sản xuất thiết bị y tế Một số cũng báo cáo những hạn chế và nhu cầu đối với phương pháp chuẩn bị, vi cấu trúc và tính chất của vật liệu composite nền kim loại Ngoài ra còn có phần giới thiệu về kiến thức lý thuyết trong quá trình ép phun, giới thiệu toàn diện về cơ chế nóng chảy và cơ chế cắt trong quá trình ép phun, và phân tích và giới thiệu về một hệ thống hỗn hợp nhất định Bằng cách này, có rất nhiều bài viết về quy trình và ứng dụng ép phun, vật liệu ép phun và cơ chế ép phun Đóng góp chính của bài viết này là giới thiệu toàn diện về toàn bộ quy trình ép phun bao gồm thiết bị ép phun, khuôn ép phun, quy trình ép phun, vật liệu ép phun và một số công nghệ ép phun đặc biệt Việc ép phun vật liệu composite và ép phun vi mô trong những năm gần đây cũng được giới thiệu với các ví dụ chi tiết
2.3.2 Giới thiệu máy ép phun:
Máy ép phun, còn được gọi là máy ép phun nhựa hoặc máy phun, được sử dụng để thêm nguyên liệu polymer dạng hạt hoặc dạng bột vào thùng máy ép phun, nấu chảy và dẻo hóa thành các polyme có tính lưu động tốt dưới tác động của gia nhiệt bên ngoài và cắt cơ học tan chảy, tiếp theo là pít tông hoặc vít, nhanh chóng đi vào khoang khuôn với nhiệt độ thấp hơn, được làm nguội và đông đặc để tạo thành sản phẩm nhựa phù hợp với hình dạng của khuôn Máy phun thường bao gồm hệ thống phun, cơ cấu kẹp khuôn, hệ thống thủy lực, hệ thống điều khiển điện, bộ phận gia nhiệt và các bộ phận phụ trợ khác như bộ phận làm mát và bộ phận cấp liệu Sau đây chủ yếu giới thiệu hệ thống phun, cơ cấu kẹp khuôn, hệ thống điều khiển thủy lực và điện
Hình 2.3.2 1 Máy phun ép nhựa MA 120IIIECO
Là một trong những thành phần quan trọng nhất, hệ thống phun chủ yếu bao gồm ba phần: bộ phận hóa dẻo, bộ phận phun và bộ phận dẫn động áp suất Các chức năng của nó như sau: (1) Làm dẻo - dưới tác động kết hợp của vít và vòng gia nhiệt, vật liệu bị nóng chảy và dẻo hóa đồng đều; (2) tiêm dưới tác động của vít, vật liệu dẻo được bơm vào khoang khuôn với áp suất và tốc độ cài đặt; (3) áp suất được duy trì - một vật liệu nóng chảy được bơm vào khoang Bên trong khoang, trục vít đứng yên để bổ sung một phần vật liệu nóng chảy vào khoang nhằm loại bỏ sự co ngót do làm mát, đảm bảo chất lượng sản phẩm và ngăn chặn vật liệu chảy ngược
Bộ phận phun chủ yếu bao gồm thiết bị điều áp và thiết bị dẫn động Khi độ nóng chảy trong phần đo đạt đến lượng yêu cầu, vít sẽ ngừng quay và đứng yên Sau đó, dưới tác động của xi lanh phun, vật liệu nóng chảy trong buồng định lượng được bơm vào khoang khuôn kín dưới sự cài đặt các thông số của quá trình phun và quá trình phun kết thúc Thiết bị áp lực chủ yếu cung cấp năng lượng để làm cho vít tạo áp lực lên vật liệu Chủ yếu có hai nguồn năng lượng: áp suất thủy lực và lực cơ học Hiện nay hầu hết đều sử dụng áp suất thủy lực và sử dụng hệ thống thủy lực tự cung cấp để cung cấp áp suất
Thiết bị dẫn động chủ yếu cung cấp năng lượng để xoay vít để hoàn thành quá trình dẻo hóa vật liệu Các thiết bị truyền động phổ biến nhất là động cơ AC và động cơ
25 thủy lực Động cơ thủy lực được sử dụng phổ biến hơn Ưu điểm của việc sử dụng bộ truyền động động cơ thủy lực là: (1) đặc tính truyền động mềm hơn, quán tính khởi động nhỏ hơn và bảo vệ quá tải vít; (2) điều chỉnh tốc độ trục vít trơn tru; (3) kích thước nhỏ, cấu trúc đơn giản và dịch vụ dễ dàng
Là một trong những bộ phận chính của máy ép phun, thiết bị kẹp khuôn chủ yếu bao gồm thiết bị đóng khuôn, thiết bị điều chỉnh khuôn và thiết bị đẩy Chức năng của hệ thống kẹp như sau: (1) hỗ trợ khuôn định hình và đảm bảo khuôn có quá trình thay đổi tốc độ lý tưởng khi chuyển động qua lại giữa vị cấy mở và đóng, tránh rung lắc mạnh trong quá trình vận hành, tránh cho khuôn bị biến dạng bị hư hỏng do va đập và để đạt được sự phóng sản phẩm trơn tru và tăng năng suất (2) Cung cấp đủ lực kẹp để đảm bảo khuôn vẫn có thể được khóa chắc chắn dưới tác động của áp suất nóng chảy nhằm ngăn chặn hiện tượng nứt trên khe và do đó đảm bảo chất lượng của sản phẩm Để đạt được mục đích này, các bộ phận kẹp và khuôn cũng phải có đủ độ bền và độ cứng (3) Sản phẩm được làm nguội, khuôn được mở ra và đưa ra phương pháp lấy sản phẩm ra Thiết bị kẹp chủ yếu bao gồm một mẫu cố định, thanh kéo, nguồn điện, v.v
Hình 2.3.2 2 Nơi làm việc chính của máy phun ép nhựa
Máy ép phun có các đặc điểm sau: sản phẩm đúc có hình dạng phức tạp, chất lượng cao và độ chính xác cao; nó có thể tạo thành các sản phẩm chèn kim loại có khả
26 năng lắp ráp và thay thế lẫn nhau tốt; thay thế khuôn sản phẩm thuận tiện và hiệu quả, có lợi cho việc tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm; tự động hóa, vận hành đơn giản và hiệu quả cao Máy ép phun hiện đại đang phát triển theo hướng chất lượng cao, hiệu quả cao và tiêu thụ thấp Máy ép phun cỡ vừa và nhỏ thiên về đúc chính xác; trong khi máy ép phun quy mô lớn lại thiên về tiêu thụ năng lượng thấp, yên tĩnh, vận hành ổn định và hiệu quả cao
2.3.3 Quy trình phun ép nhựa:
Sử dụng palang nâng hạ khuôn giúp cho quá trình đưa khuôn vào máy ép được dễ dàng hơn, quá trình này đòi hỏi sự tỉ mỉ và cẩn trọng để tránh những va đập không đáng có giữa khuôn vào máy ép cũng như không bị xì nhựa trong quá trình ép
Hình 2.3.3 1 Dùng palang điện để nâng khuôn
2.3.3.2: Điều chỉnh thông số ép
Nhiệt độ nóng chảy và khuôn
Việc tăng nhiệt độ nóng chảy của nhựa sẽ làm tăng tốc độ chuyển động của các chuỗi phân tử bên trong và từ đó đạt được sự thư giãn tốt hơn Năng lượng tương tác giữa các chuỗi phân tử sẽ giảm đi, ứng suất bên trong sẽ được giải phóng tốt hơn và ứng suất bên trong sẽ nhỏ hơn sau khi sản phẩm được làm lạnh Mức độ co ngót và biến dạng thấp, giúp bề mặt của bộ phận đúc phun mịn và sáng bóng hơn Nghiên cứu ứng suất dư của các bộ phận có thành mỏng và nhận thấy rằng nhiệt độ khuôn có ảnh hưởng lớn hơn đến ứng suất dư của lớp bề mặt và vùng lõi, còn áp suất có ảnh hưởng nhỏ hơn đến ứng suất dư Do dòng chảy nóng chảy trong giai đoạn đổ đầy và hiện tượng co ngót bất thường là do chênh lệch nhiệt độ và áp suất trong quá trình ép phun, nên hướng phân tử sẽ khiến thành phần tạo ra ứng suất bên trong đã sử dụng phương pháp mô phỏng ép phun để phân tích dòng chảy nóng chảy trong quá trình ép phun và phân tích ảnh hưởng của các thông số quy trình và kích thước khuôn khác nhau đến quá trình ép phun Trong điều kiện nhiệt độ khuôn thấp và tỷ lệ kích thước của bộ phận là như nhau, đối với khuôn có độ dày nhỏ hơn, thông thường sẽ yêu cầu áp suất tối đa lớn hơn và thời gian phun lâu hơn trong quá trình phun Khi nhiệt độ khuôn cao và tỷ lệ kích thước của bộ phận bằng nhau, đối với bộ phận có độ dày nhỏ hơn, áp suất tối đa cần thiết để phun không thay đổi đáng kể nhưng cần thời gian phun lâu hơn Áp suất tối đa cần thiết cho quá trình ép phun cũng không thay đổi đáng kể và áp suất tối đa sẽ nhỏ hơn khi thời gian phun ngắn Áp suất và tốc độ phun
Trong quá trình ép phun, chất tan chảy trải qua tác động cắt mạnh trong thùng, áp suất phun và tốc độ phun là hai thông số quy trình quyết định cường độ cắt của chất tan chảy Áp suất phun và tốc độ phun là hai thông số quá trình có liên quan Trong một phạm vi nhất định, việc tăng áp suất phun cũng sẽ làm tăng tốc độ phun, dẫn đến tăng tốc độ dòng chảy tan chảy và tăng hiệu ứng cắt Sử dụng hệ thống đo lường dựa trên phép đo mặt sóng Shack-Hartmann để đánh giá sự thay đổi chiết suất của thấu kính quang học polymethyl methacrylate đúc phun ở các áp suất làm đầy khác nhau Người ta nhận thấy rằng dưới các áp suất giữ khác nhau, sự thay đổi chiết suất của thấu kính đúc phun polymer quang học là lớn hơn và sự thay đổi chiết suất của sản phẩm dưới áp suất giữ cao và áp suất giữ thấp hơn sẽ đồng đều hơn đã nghiên cứu ảnh hưởng của các
MÔ TẢ CHUNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA VẬT LIỆU PHUN ÉP NHỰA
Mô tả chung về độ bền kéo
Độ bền kéo là thước đo ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được khi bị kéo căng hoặc kéo trước khi thắt cổ, đó là khi mặt cắt ngang của mẫu vật bắt đầu co lại đáng kể Nói một cách đơn giản hơn, đó là mức độ căng (kéo hoặc giãn) tối đa mà vật liệu có thể chịu đựng mà không bị gãy hoặc bị biến dạng vĩnh viễn Độ bền kéo thường được biểu thị bằng đơn vị lực trên một đơn vị diện tích, chẳng hạn như pound trên inch vuông (psi) hoặc pascal (Pa) Đây là một đặc tính quan trọng đối với vật liệu được sử dụng trong các ứng dụng kết cấu và kỹ thuật, vì nó giúp xác định xem vật liệu sẽ hoạt động tốt như thế nào dưới tải trọng kéo Vật liệu có độ bền kéo cao thường được coi là bền và có thể chịu được lực kéo, trong khi những vật liệu có độ bền kéo thấp hơn có thể dễ bị giãn hoặc đứt khi bị căng Điều đáng chú ý là độ bền kéo chỉ là một trong nhiều tính chất cơ học đặc trưng cho hoạt động của vật liệu dưới các loại ứng suất khác nhau Các đặc tính khác, chẳng hạn như cường độ nén, cường độ cắt và mô đun đàn hồi, cung cấp thêm thông tin chi tiết về cách vật liệu phản ứng với các lực khác nhau Độ bền kéo của vật liệu là yếu tố quan trọng trong việc xác định sự phù hợp của nó đối với một ứng dụng cụ thể Ví dụ, trong ngành hàng không vũ trụ, độ bền kéo của vật liệu được sử dụng trong kết cấu máy bay là rất quan trọng để đảm bảo độ an toàn và độ tin cậy của máy bay Tương tự, trong ngành xây dựng, độ bền kéo của vật liệu được sử dụng trong kết cấu xây dựng, như thép và bê tông, là rất quan trọng để đảm bảo kết cấu có thể chịu được lực gió, động đất và các yếu tố môi trường khác.
Các khái niệm trong độ bền kéo
+ Độ bền kéo thường được mô tả thông qua "lực căng tối đa" mà vật liệu có thể chịu được trước khi xảy ra đứt gãy Điều này thường được biểu thị dưới dạng giá trị tối đa của lực căng
+ Điểm gãy là nơi mẫu vật liệu nhựa bị đứt gãy do lực căng vượt quá khả năng chịu đựng của nó Điều này thường xảy ra ở một điểm cụ thể trên mẫu vật liệu, được gọi là "điểm gãy" hoặc "điểm nổ."
+ Độ bền kéo không chỉ liên quan đến việc đo lực căng tối đa mà còn liên quan đến khả năng đàn hồi của vật liệu, tức là khả năng của nó để phục hồi hình dạng ban đầu sau khi lực căng bị giảm
- Chú Ý Đến Điều Kiện Thử Nghiệm:
+ Khi đánh giá độ bền kéo, quan trọng để xác định điều kiện thử nghiệm, bao gồm tốc độ thử nghiệm, nhiệt độ, và độ ẩm Các điều kiện này có thể ảnh hưởng đến kết quả đo được Độ bền kéo là một chỉ số quan trọng giúp đánh giá khả năng chịu lực và tính chất cơ học của vật liệu nhựa, giúp chọn lựa vật liệu phù hợp cho các ứng dụng cụ thể.
Cơ chế tạo ra độ bền kéo
Cơ chế tạo ra độ bền kéo của vật liệu là một quá trình phức tạp, phụ thuộc vào loại vật liệu cụ thể Dưới đây là một số cơ chế chính:
+ Liên kết hóa học giữa các phân tử hoặc nguyên tử trong vật liệu có thể cung cấp độ bền kéo Các liên kết hóa học bao gồm liên kết cộng hóa trị, liên kết ion, và liên kết hydrogen Độ mạnh của liên kết này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ bền kéo của vật liệu
+ Trong các vật liệu tinh thể như kim loại, sự tổ chức tinh thể có thể tạo ra mạng lưới cứng chắc, cung cấp độ bền kéo cao Sự cứng của cấu trúc tinh thể giúp chống lại lực căng và tăng độ bền kéo
- Tương Tác Giữa Các Pha:
+ Trong các vật liệu đa pha hoặc composite, sự tương tác giữa các pha khác nhau có thể cung cấp độ bền kéo Sự kết hợp giữa các pha có thể tạo ra tính chất cơ học tốt hơn so với từng pha riêng lẻ
- Tính Chất Cơ Học của Phân Tử:
+ Tính chất cơ học của các phân tử hoặc các đơn vị cấu trúc trong vật liệu đóng một vai trò quan trọng Các đơn vị này có thể được thiết kế để có tính chất cơ học nhất định, chẳng hạn như đàn hồi, dẻo dai, hoặc cứng chắc
- Sự Cố Định Cấu Trúc:
+ Sự cố định cấu trúc là quá trình tạo ra cấu trúc tinh thể hoặc sự tổ chức đặc biệt trong vật liệu Điều này có thể tạo ra các liên kết mạnh và tăng độ bền kéo Ví dụ, sợi aramid trong kevlar có cấu trúc đặc biệt đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra độ bền kéo cao
+ Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ bền kéo của vật liệu Một số vật liệu có thể trở nên dễ đàn hồi hoặc giữ độ bền kéo tốt hơn ở nhiệt độ cụ thể
- Cấu Trúc Amorphous và Crystalline:
+ Vật liệu có thể có cấu trúc tinh thể hoặc không đều (amorphous) Cấu trúc tinh thể thường mang lại độ bền kéo cao hơn Tuy nhiên, amorphous cũng có thể cung cấp tính chất cơ học đặc biệt
- Chất Phụ Gia và Bổ Sung:
+ Sự thêm vào các chất phụ gia như sợi thủy tinh, sợi carbon, hoặc các hạt bổ sung có thể tăng cường độ bền kéo của vật liệu bằng cách tạo ra các cấu trúc gia cố và giảm mức độ biến dạng
Tất cả các yếu tố này tương tác và kết hợp để tạo ra độ bền kéo cuối cùng của vật liệu Điều này đặc biệt quan trọng trong việc lựa chọn và thiết kế vật liệu cho các ứng dụng cụ thể với các yêu cầu cơ học.
Xác định đồ bền kéo
Như đã đề cập trước đó, thử nghiệm độ bền kéo được sử dụng để cung cấp thông tin sẽ được sử dụng trong tính toán thiết kế hoặc để chứng minh rằng vật liệu tuân thủ các yêu cầu của thông số kỹ thuật thích hợp - do đó, nó có thể là thử nghiệm định lượng hoặc định tính
Phép thử được thực hiện bằng cách kẹp các đầu của mẫu thử đã tiêu chuẩn hóa được chuẩn bị phù hợp trong máy thử kéo và sau đó tác dụng tải trọng một trục tăng liên tục cho đến khi xảy ra hỏng hóc Các mẫu thử được tiêu chuẩn hóa để các kết quả có thể tái tạo và so sánh được
Mẫu kéo dài cho đến khi đạt lực kéo tối đa mà không có sự thay đổi đáng kể về diện tích mặt cắt ngang Sau đó, mẫu vật trải qua hiện tượng nứt ở khu vực giữa, trải qua độ giãn dài đáng kể tại thời điểm này và cuối cùng là lực kéo bằng 0 tại điểm đứt
Hình 3.3 1 Máy thử độ bền kéo
Dưới đây là tóm tắt chung về các bước tiến hành việc xác định độ bền kéo: Chuẩn bị mẫu: Dùng các phương pháp chuẩn bị mẫu đại diện của vật liệu Kích thước của mẫu sẽ phụ thuộc vào tiêu chuẩn thử nghiệm và yêu cầu cụ thể của vật liệu được thử nghiệm
Thiết bị kiểm tra: Sử dụng máy kiểm tra được thiết kế để kiểm tra độ bền kéo Những máy này được trang bị kẹp để giữ mẫu chắc chắn và có thể tác dụng lực kéo có kiểm soát
Gắn mẫu: Gắn mẫu vào các ngàm của máy thử, đảm bảo mẫu được căn chỉnh đúng cách Các tay kẹp phải giữ chặt mẫu thử mà không gây ra hư hỏng sớm
Zeroing và hiệu chuẩn: Đặt máy kiểm tra về vị cấy 0 và hiệu chỉnh nó để đảm bảo các phép đo lực chính xác
34 Áp dụng tải: Dần dần tác dụng lực kéo lên mẫu với tốc độ không đổi Tốc độ tác dụng lực thường được quy định trong các tiêu chuẩn thử nghiệm và có thể khác nhau tùy thuộc vào vật liệu và thông tin đang được tìm kiếm
Ghi dữ liệu: Ghi dữ liệu liên tục khi có lực tác dụng Dữ liệu thường bao gồm lực tác dụng và độ giãn dài hoặc biến dạng tương ứng của mẫu thử
Tính toán độ bền kéo: Độ bền kéo được tính bằng cách chia lực lớn nhất tác dụng lên mẫu cho diện tích mặt cắt ngang ban đầu của mẫu
Phân tích kết quả: Kiểm tra đường cong ứng suất-biến dạng được tạo ra trong quá trình thử nghiệm Đường cong này cung cấp thông tin bổ sung về hành vi của vật liệu, chẳng hạn như cường độ năng suất, độ bền kéo cuối cùng và độ giãn dài khi đứt Điều quan trọng cần lưu ý là quá trình thử nghiệm và tính toán có thể khác nhau tùy theo vật liệu được thử nghiệm và các tiêu chuẩn thử nghiệm tuân theo Các tiêu chuẩn thử nghiệm, chẳng hạn như tiêu chuẩn ASTM hoặc ISO, cung cấp các quy trình chi tiết để tiến hành thử nghiệm độ bền kéo trên các loại vật liệu cụ thể Luôn tuân theo các tiêu chuẩn và hướng dẫn phù hợp để có kết quả chính xác và đáng tin cậy.
Yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo
Yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo: Độ bền kéo của vật liệu được ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau Dưới đây là mô tả về các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo của vật liệu:
- Cấu trúc phân tử của vật liệu: Một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến kết quả độ bền kéo của vật liệu là cấu trúc phân tử Cấu trúc này chịu trách nhiệm cho các lực liên phân tử sẽ được hình thành trong vật liệu Các lực phân tử này sẽ có ích trong việc liên kết các phân tử của vật liệu Do đó, nếu cấu trúc phân tử thay đổi thì độ bền kéo chắc chắn sẽ bị ảnh hưởng Do đó, bạn nên đảm bảo rằng bạn xác định được cấu trúc phân tử của vật liệu trước khi kiểm tra độ bền kéo của nó
- Cấu trúc tinh thể: Cấu trúc tinh thể của vật liệu có thể ảnh hưởng đến độ bền kéo Nếu cấu trúc tinh thể của vật liệu không đồng nhất hoặc tồn tại các khuyết tật trong mạng tinh thể, độ bền kéo của vật liệu sẽ giảm
- Hàm lượng các hợp chất hóa học: Hàm lượng các hợp chất hóa học có thể ảnh hưởng đến độ bền kéo của vật liệu Việc thêm các hợp chất gia cố như kim loại hoặc sợi sẽ cải thiện độ bền kéo của vật liệu
- Nhiệt độ: Một yếu tố quan trọng khác sẽ ảnh hưởng đến việc kiểm tra độ bền kéo của vật liệu là nhiệt độ Độ bền liên kết của vật liệu sẽ trở nên lỏng lẻo ở nhiệt độ cao Khi nhiệt độ của vật liệu tăng thì độ bền kéo cũng như độ bền liên kết sẽ tăng lên Tuy nhiên, ngoài điều đó, độ bền kéo và độ đàn hồi của vật liệu đó sẽ giảm đi Như vậy, nhiệt độ cũng đóng vai trò quan trọng trong việc làm thay đổi cấu trúc phân tử của vật liệu
- Độ ẩm: Độ ẩm cũng có thể ảnh hưởng đến độ bền kéo của vật liệu Khi vật liệu hấp thụ nước, nó có thể bị giảm độ bền kéo do sự tác động của nước lên các liên kết trong vật liệu
- Lỗi đo lường: Điều rất quan trọng là phải đo lực thử và kích thước của vật liệu một cách chính xác để tránh ảnh hưởng của các yếu tố này lên vật liệu Vì vậy, bạn nên thực hiện các phép đo kích thước chính xác của mẫu vật để loại bỏ các bất thường trên bề mặt Điều quan trọng là phải kiểm tra vật liệu một cách chính xác để cung cấp một sản phẩm chất lượng
Qua các yếu tố trên, có thể thấy rằng độ bền kéo của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Hiểu rõ về các yếu tố này sẽ giúp chúng ta thiết kế và sử dụng vật liệu một cách hiệu quả và đảm bảo độ bền kéo tối đa
CHỌN MẪU VÀ CHẾ TẠO MẪU PHỤC VỤ THÍ NGHIỆM KIỂM TRA ĐỘ BỀN KÉO
Chọn mẫu thử độ bền kéo cho sản phẩm nhựa
Để có được mẫu thử kéo cần có bộ khuôn có sản phẩm mẫu tiêu chuẩn Bộ khuôn được sử dụng trong đồ án là bộ khuôn có tên “MAU THU WELDLINE”
Hình 4.1 1 Khuôn âm MAU THU WELDLINE
Hình 4.1 2 Khuôn dương MẪU THU WELDLINE
Trong bộ khuôn này, chúng ta có thể quan sát hướng dòng chảy của đường dẫn Khi thực hiện ép phun, nhựa sẽ được bơm vào khuôn từ hai hướng và gặp nhau tại điểm giữa của mỗi mẫu thử Điều này sẽ dẫn đến một khuyết tật đường hàn Đường hàn có thể có tác động đến độ bền của sản phẩm Nói chung, sự hiện diện của đường hàn tạo ra điểm yếu trong vật liệu, vì nó đại diện cho đường nóng chảy nơi nhựa nóng chảy từ các đường dòng chảy khác nhau gặp nhau và đông đặc lại Điều này có thể dẫn đến giảm các tính chất cơ học, chẳng hạn như giảm độ bền kéo, độ giãn dài và khả năng chống va đập so với vật liệu ban đầu, không hàn Mức độ nghiêm trọng của tác động phụ thuộc
38 vào nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm đặc tính vật liệu, cân nhắc về thiết kế, điều kiện xử lý, vị cấy và hình học của đường hàn Trong một số trường hợp, đường hàn có thể dẫn đến sự tập trung ứng suất, điều này có thể làm giảm thêm độ bền và độ bền của sản phẩm Để giảm thiểu tác động tiêu cực của đường hàn, một số cách có thể được sử dụng Chúng bao gồm tối ưu hóa thiết kế khuôn để giảm thiểu sự hình thành các đường hàn, lựa chọn vật liệu phù hợp với đặc tính dòng chảy được cải thiện, điều chỉnh các thông số quy trình và xem xét các kỹ thuật xử lý sau như xử lý nhiệt hoặc xử lý bề mặt để tăng cường độ bền của vùng hàn Điều quan trọng cần lưu ý là ảnh hưởng cụ thể của đường hàn đến độ bền của sản phẩm có thể khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng, yêu cầu sản phẩm và tiêu chuẩn thử nghiệm Do đó, việc kiểm tra và đánh giá toàn diện là cần thiết để đánh giá tác động của đường hàn đến độ bền của một sản phẩm cụ thể
Sau đây là thông số chung của mẫu thử kéo
Khi nhựa được bơm vào khuôn, nó sẽ chảy theo hai hướng Khi tạo thành sản phẩm , nhựa gặp nhau ở vị cấy trung tâm của mẫu Điều này dẫn đến xuất hiện đường hàn, làm ảnh hưởng đến tính chất cơ học của sản phẩm và khi dùng máy để thử nghiệm độ bền kéo sẽ khiến đứt gãy tại nơi đường hàn được tạo ra
Chế tạo mẫu thử độ bền kéo cho sản phẩm nhựa
39 Đầu tiên cần lấy mẫu hai loại nhựa PBT tái sinh gồm 30% GF trộn với nhựa TPU theo từng tỉ lệ phần trăm của TPU là 0;5;10;15;20;25;30;35;40 Quá trình lấy mẫu sẽ được thực hiện để thu được các mẫu nhựa có độ dày và hình dạng cụ thể, chuẩn bị cho các thử nghiệm tiếp theo
Cân theo và chia theo các tỉ lệ đã sắp sẵn được tổng là 700gram nhựa dùng để ép mẫu và sắp vào các bịch có sẵn
4.2.2 Sấy nhựa trước khi đi vào quá trình phun ép
Sấy nhựa đề cập đến quá trình loại bỏ độ ẩm hoặc hàm lượng nước khỏi vật liệu nhựa Nhiều loại nhựa có tính hút ẩm, nghĩa là chúng có thể hấp thụ độ ẩm từ môi trường xung quanh Độ ẩm quá mức trong nhựa có thể có tác động bất lợi đến chất lượng và hiệu suất của sản phẩm cuối cùng, đặc biệt là trong các quy trình sản xuất như ép phun hoặc ép đùn Quá trình sấy nhựa là rất quan trọng để đảm bảo rằng vật liệu nhựa có các đặc tính mong muốn, chẳng hạn như độ bền, độ bền và độ ổn định kích thước Độ ẩm quá mức trong nhựa có thể dẫn đến các khuyết tật như bong bóng, lỗ rỗng và độ hoàn thiện bề mặt kém của sản phẩm cuối cùng Vì vậy, sấy khô thường là bước cần thiết trước khi xử lý vật liệu nhựa trong các ứng dụng sản xuất khác nhau Các phương pháp cụ thể được sử dụng để sấy nhựa khác nhau tùy thuộc vào loại nhựa và quy trình sản xuất Các phương pháp phổ biến bao gồm sử dụng máy sấy không khí nóng, máy sấy hút ẩm, máy sấy chân không hoặc máy sấy hồng ngoại Những phương pháp này nhằm mục đích làm nóng nhựa và loại bỏ độ ẩm thông qua quá trình bay hơi, cung cấp vật liệu khô và đồng nhất cho quá trình xử lý tiếp theo
Sấy nhựa phục vụ một số mục đích quan trọng trong quá trình sản xuất Dưới đây là một số lý do chính tại sao sấy nhựa là cần thiết:
Ngăn ngừa khuyết tật: Độ ẩm trong vật liệu nhựa có thể dẫn đến các khuyết tật ở sản phẩm cuối cùng, chẳng hạn như bong bóng, lỗ rỗng và bề mặt không hoàn hảo Sấy khô giúp loại bỏ những khuyết tật này bằng cách loại bỏ độ ẩm, đảm bảo sản phẩm cuối cùng đồng đều hơn và chất lượng cao hơn
Cải thiện tính chất cơ học: Sự hiện diện của độ ẩm trong nhựa có thể ảnh hưởng xấu đến các tính chất cơ học của nó, chẳng hạn như độ bền và độ bền Sấy khô giúp duy trì hoặc tăng cường các đặc tính này bằng cách loại bỏ tác động tiêu cực của độ ẩm
Tăng cường quá trình đúc và ép đùn: Nhiều kỹ thuật xử lý nhựa, chẳng hạn như ép phun và ép đùn, yêu cầu kiểm soát chính xác các đặc tính của vật liệu Quá trình sấy
40 khô đảm bảo rằng nhựa dẻo có độ ẩm chính xác, dẫn đến đặc tính dòng chảy tốt hơn, cải thiện việc đổ đầy khuôn và xử lý ổn định hơn
Ngăn chặn sự thủy phân: Một số loại nhựa dễ bị thủy phân, phản ứng hóa học với nước có thể dẫn đến sự thoái hóa của chuỗi polyme Sấy khô giúp ngăn chặn quá trình thủy phân, bảo quản tính toàn vẹn của vật liệu nhựa
Giảm thời gian chu kỳ: Trong quy trình sản xuất, việc làm khô nhựa trước khi xử lý có thể giúp giảm thời gian chu kỳ Điều này đặc biệt quan trọng trong môi trường sản xuất khối lượng lớn, nơi hiệu quả và năng suất là rất quan trọng Tránh ô nhiễm nhựa: Độ ẩm có thể dẫn đến sự phát triển của vi sinh vật và thúc đẩy sự phát triển của nấm mốc, vi khuẩn trong nhựa Sấy khô giúp duy trì nhựa sạch và không bị nhiễm bẩn, đảm bảo sản phẩm cuối cùng đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng Đảm bảo tính nhất quán: Sấy nguyên liệu nhựa giúp duy trì tính đồng nhất trong các thông số gia công Độ ẩm ổn định dẫn đến các quy trình sản xuất có thể lặp lại và dự đoán được nhiều hơn, dẫn đến chất lượng sản phẩm đồng nhất
Ngăn chặn hệ thống sưởi điện môi: Độ ẩm trong nhựa có thể dẫn đến sự nóng lên của chất điện môi trong một số quy trình sản xuất nhất định, gây ra sự gia nhiệt không đồng đều và có khả năng gây hư hỏng cho thiết bị Sấy khô giúp ngăn ngừa những vấn đề này, đảm bảo xử lý an toàn hơn và hiệu quả hơn Tóm lại, sấy nhựa là một bước quan trọng trong chế biến nhựa để đảm bảo chất lượng, hiệu suất và tính đồng nhất của sản phẩm cuối cùng Nó giúp ngăn ngừa khuyết tật, cải thiện tính chất cơ học và nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất
Phương pháp sấy nhựa được dùng trong đồ án này là sấy bằng máy sấy không khí nóng nhựa sẽ được bỏ vào máy và sấy trong 120 độ C trong vòng 4 tiếng
4.2.2 Quá trình tạo mẫu bằng công nghệ phun ép nhựa
Loại máy ép nhựa được sử dụng là dòng Mars III Cụ thể, máy ép nhựa được sử dụng là model Haitian MA 1200 III Quá trình ép nhựa trải qua nhiều giai đoạn đầu tiên phải xác định được các thông số ép sau
- Nhiệt độ nóng chảy của nhựa Đầu tiên, quá trình đúc thử được tiến hành để xác định tập hợp các tham số mang lại giá trị thấp nhất, đảm bảo mẫu có thể được đúc đúng cách, tức là không bị thiếu nhựa hoặc các khuyết tật đúc thông thường như gờ hoặc vết lóe Sau khi có được bộ tham số nhỏ nhất, chúng ta tiến hành tang hoặc giảm các giá trị để tạo ra sản phẩm như sau
Các thông số ép Giá trị
Thời gian điền đầy 3 (s) Áp suất phun 50 (bar)
Thời gian định hình 0 (s) Áp suất định hình 45 (bar)
Nhiệt độ nóng chảy của nhựa 230 (˚ C)
Bảng 4.2.2 1 Thông số ép cho mẫu thử kéo Định nghĩa chung và giải thích các thông số ép
Thời gian điền đầy, còn được gọi là thời gian phun, là một thông số quan trọng trong quá trình ép phun Ép phun là một quy trình sản xuất được sử dụng rộng rãi để sản xuất các bộ phận nhựa với số lượng lớn Dưới đây là tổng quan về thời gian điền đầy và ý nghĩa của nó:
Sự định nghĩa: Thời gian làm đầy đề cập đến khoảng thời gian cần thiết để nhựa nóng chảy lấp đầy hoàn toàn khoang khuôn trong quá trình ép phun Đây là thông số quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng và đặc tính của chi tiết đúc
Thiết kế chế tạo mô hình thử độ bền kéo
Thông số máy
- Lực kéo giãn tối đa: 10 000 N
- Độ chính xác lực: ≤ ±0.5% số đọc đến 1/1000 lực tại lực kéo lớn nhất
- Chiều dài tối đa chu trình kéo giãn (mm): 350 mm
- Tốc độ kéo nhỏ nhất (mm/phút): 0.00001
- Độ cứng khung (kN/mm): 120
- Độ chính xác tốc độ kéo giãn: ±0.1% dưới điều kiện ổn định
- Vât liệu kiểm tra: plastic
Nguyên lý hoạt động của máy
Ban đầu bật công tắc nguồn để cấp nguồn điện cho động cơ Servo và toàn bộ hệ thống trên máy Động cơ Servo truyển moment xoắn thông qua hộp giảm tốc và tiếp tục truyền moment xoắn cho 2 trục vít me bằng bộ truyền bánh răng thẳng với tỷ số truyền 1:1
Dùng một phần mềm được đã được lập trình PLC để điều khiển cho động cơ servo quay, truyền moment xoắn làm 2 chi tiết vít me quay đồng thời Từ đó, tấm kim loại có thể di chuyển lên hoặc xuống, trên tấm kim loại này có gắn hàm kẹp di động thông qua một loadcell và thước quang cũng được gắn với tấm kim loại
Bắt đầu quá trình kéo thử, động cơ servo sẽ truyền moment xoắn qua các chi tiết đã nêu ở trên để đưa hàm kẹp di động di chuyển lên dần Trong lúc đó loadcell sẽ thực hiện nhiệm vụ đo đạc lực kéo với mỗi giây cho ra 2 kết quả, cùng lúc đó thước quang cũng sẽ tính được khoảng cách từ lúc bắt đầu kéo đến khi sản phẩm bị kéo đựt với số lượng dữ liệu giống với loadcell
Kết thúc quá trình thử kéo ta thu được kết quả trên phần mềm thử kéo của máy.
Mô hình 3D
Có vai trò quan trọng trong máy thử kéo Nó giúp chống chịu và cung cấp sức chứa để hỗ trợ các bộ phận khác trong hệ thống máy thử kéo
Chống chịu: Khung máy có chức năng chống chịu, giúp giữ cho các bộ phận bên trong máy thử kéo không bị rung động hoặc dao động quá nhiều trong quá trình hoạt động Điều này đảm bảo rằng các bước đo và kiểm tra được thực hiện một cách chính xác và đáng tin cậy
Hình 5.3.1 1 Khung máy thử kéo
Hỗ trợ các bộ phận khác: giúp định vị cho các bộ phận khác trong máy thử kéo như hộp giảm tốc, mâm cặp, adapter, và các thiết bị điều khiển Nó giúp kết nối và duy trì sự ổn định của các bộ phận này, đảm bảo hoạt động hiệu quả của máy thử kéo
Bền và ổn định: Khung máy được thiết kế và chế tạo để có độ bền và ổn định cao
Nó phải có khả năng chịu được lực xoắn và tác động môi trường trong quá trình sử dụng máy thử kéo
Với các công dụng trên, khung máy đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định, chính xác và an toàn của máy thử kéo trong quá trình thực hiện các bước kiểm tra và thử kéo
Khung máy bao gồm 2 khoảng không gian với không gian ở trên là phần làm việc của các chi tiết kéo sản phẩm và không gian bên dưới là nơi để gắn chi tiết động cơ, hộp số và bộ truyển 2 không gian được ngăn cách nhau bằng các tấm kim loại, mỗi tấm trong khung máy có vai trò quan trọng trong việc giữ cho các bộ phận bên trong máy thử kéo ổn định và đúng vị cấy Và chúng được liên kết với nhau bằng 4 thanh nhôm định hình, 4 thanh nhôm này giúp cho máy có độ cứng vững trong quá trình hoạt động Các thanh đỡ kết nối với nhau bằng các ke chữ L Ngoài ra còn có một tấm kim loại để cố định động cơ
Hình 5.3.1 2 Tấm kim loại trên
+ Tấm kim loại trên có tác dụng cố định bạc đạn trên nhằm dẫn hướng cho vít me, tấm kim loại được gia công 2 suốt lỗ phi 30 để vít me để vít me có thể xuyên qua được, 8 lỗ ren phi 8.5 dùng để bắt bulong cố định 2 bạc đạn và 8 lỗ ren phi 6.8 để cố định tấm kim loại với các thanh nhôm định hình thông qua ke L
+ Tấm kim loại trên đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối và hỗ trợ các bộ phận khác của máy thử kéo Nó đảm bảo sự ổn định, chính xác và hiệu quả của máy thử kéo trong các bước kiểm tra
Hình 5.3.1.3 Tấm kim loại dưới
Tấm kim loại dưới cũng có các lỗ ren phi 30, 8.5 và 6.8 với tác dụng tương tự tấm kẹp trên Nhưng tấm kim loại dưới được gia công thêm 4 lỗ ren phi 6.8 ở chính giữa để cố định ngàm kẹp
Hình 5.3.1 4 Tấm cố định động cơ
Tấm cố định động cơ được gia công lỗ phi 110 ở giữa để có thể ăn khớp với bề mặt của hộp số và bắt chặt bằng bulông qua 4 lỗ ren phi 6.8, gia công thêm 8 lỗ ren phi 8.6 ở 4 góc để bắt chặt tấm cố định động cơ vào thanh nhôm
Hình 5.3.1 5 Tấm cố định chân đế
Tấm cố định chân đế được gia công 4 lỗ ren phi 5 để bắt chặt với nhôm định hình và lỗ ren phi 8.6 để cố định với phần chân đế
Tấm di động được gia công các lỗ phi 8 dùng để gắn vít me bằng các bulong và
2 lỗ suốt phi 35 để đưa vít me xuyên qua, bên cạnh đó gia công một lỗ ren phi 25 để bắt chặt loadcell vào thông qua bulông
Chúng ta biết rằng bộ truyền bánh răng đóng vai trò quan trọng trong việc truyền moment xoắn từ trục này qua trục khác vô cùng ổn định và có thể truyển với lực xoắn lớn
Cụ thể ở đây là bộ truyền bánh răng truyền lực từ động cơ thông qua hộp số đến
2 vít me với tỉ số truyền 1:1 vô cùng ổn định giúp 2 vít me quay đều Với một bánh răng của động cơ ở giữa sẽ kéo cho 2 bánh răng của 2 vít me ở 2 bên quay cùng chiều với nhau
Hình 5.3.2 1 Bộ truyền bánh răng
Với 2 bánh răng 2 bên được gắn vào trục vít me bằng cơ cấu xiết chặt bằng ren (cơ cấu xiết cóc) để dễ dàng căn chỉnh việc 2 vít me quay đều nhau trong quá trình lắp máy Bên cạnh đó, bánh răng ở giữa được lắp vào trục hộp số và chống xoay bằng then
5.3.3 Bộ kẹp định tâm Đây là bộ phận gần như quan trọng nhất và là nơi làm việc chính của máy, chi tiết được gá trên kẹp và xiết chặt Kẹp có khả năng luôn luôn giữa chi tiết ở chính giữa giúp tiết kiệm thời gian thời gian trong quá trình gá đặt và căn chỉnh chi tiết ngay thẳng
Hình 5.3.3 1 Bộ kẹp định tâm
Kẹp định tâm bao gồm các bộ phận sau:
Bộ phận má kẹp được gia công với bề mặt có hình giống kim cương giúp cho việc khi kẹp chặt sản phẩm nhựa các đầu nhọn của kim cương sẽ găm chặt vào chi tiết, đảm bảo chống trượt khi thử kéo sản phẩm Tiếp theo là gia công rãnh để kết nối với trục chính và một lỗ phi 4 để kết nối với ti dẫn hướng như hình 5.3.3.1
Bộ phận cữ chặn kẹp có nhiệm vụ chính là để giữa cho má kẹp không bị rơi ra, bên cạnh đó trên cữ được gia công một rãnh để ti dẫn hướng trượt trên rảnh giúp dẫn hướng cho má kẹp và 2 lỗ suốt phi 6.5 để bắt chặt với thân bộ kẹp bằng bulông
Các chi tiết tiêu chuẩn
Hiểu theo cách đơn giản Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện Loadcell thường sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay những lực biến thiên chậm Có một số trường hợp Loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh và sẽ phụ thuộc vào thiết kế của Loadcell
61 loadcell là một thành phần quan trọng để đo lường và ghi nhận lực kéo tác động lên vật thử nghiệm Loadcell trong máy đo lực kéo thường được tích hợp để chuyển đổi lực kéo thành tín hiệu điện, giúp máy đo có thể đọc và hiển thị giá trị lực kéo đó
Loadcell trên máy đo lực kéo thường sử dụng các nguyên tắc vật lý, chẳng hạn như sự co giãn, nén, hoặc biến đổi điện trở, để chuyển đổi lực kéo thành tín hiệu điện Khi lực kéo được áp dụng lên mẫu hoặc vật thử nghiệm, loadcell tạo ra một biến đổi tương ứng trong tín hiệu điện, và giá trị này sau đó được đọc bởi máy đo và hiển thị cho người sử dụng
Các máy đo lực kéo thường được sử dụng trong nghiên cứu, kiểm tra chất liệu, và kiểm tra chất lượng sản phẩm Chúng có thể cung cấp thông tin chi tiết về tính chất cơ học của vật liệu và sản phẩm, giúp đánh giá độ bền, đàn hồi, và các thuộc tính khác liên quan đến lực kéo
Thước quang (hoặc "thước quang kỹ thuật số") trên máy thử kéo sản phẩm nhựa là một thiết bị đo lường được tích hợp trong hệ thống máy thử kéo nhằm đo lường độ giãn dài của vật liệu trong quá trình thử nghiệm Nó được sử dụng để ghi nhận và hiển
62 thị chính xác giá trị của độ kéo dài (độ giãn) của mẫu vật liệu trong khi đang trải qua quá trình thử nghiệm
Cách thức hoạt động của thước quang thường liên quan đến việc sử dụng các cảm biến quang học để đo lường sự thay đổi trong chiều dài của mẫu Cảm biến này có thể được đặt gần mặt mẫu hoặc tích hợp trực tiếp trong thiết bị thử nghiệm Khi mẫu nhựa bị kéo dài, thước quang sẽ đọc và ghi lại các thay đổi trong chiều dài của nó thông qua nguyên tắc hoạt động quang học
Thông tin từ thước quang cung cấp một cách chính xác và đáng tin cậy để theo dõi và đánh giá sự biến đổi trong tính chất cơ học của vật liệu nhựa trong quá trình thử nghiệm kéo Điều này làm cho thước quang trở thành một phần quan trọng trong máy thử kéo sản phẩm nhựa và trong nghiên cứu về tính chất của vật liệu nhựa
Hình 5.4 2 Thước quang 5.4.3 Vít me – đai ốc:
Vít me là một loại vít có góc răng lớn, thường được sử dụng để truyền động chuyển động xoay Trong máy thử kéo sản phẩm nhựa, vít me có thể được sử dụng để áp dụng lực kéo hoặc nén lên mẫu vật liệu Vít me cũng có thể được kết hợp với các cơ cấu truyền động để tạo ra lực kéo đồng đều và kiểm soát được trong quá trình thử nghiệm Đai ốc là một loại cụm phụ kiện gồm một thanh vòng tròn với đỉnh có hình dạng lồi hoặc có răng cưa Trong máy thử kéo, đai ốc thường được sử dụng để kẹp và giữ mẫu vật liệu Đai ốc có thể điều chỉnh được để đảm bảo rằng mẫu vật liệu được giữ chặt và đồng đều trong quá trình thử nghiệm
Vít me và đai ốc thường được sử dụng cùng nhau trong máy thử kéo nhựa để tạo ra một hệ thống cơ khí mạnh mẽ và linh hoạt, giúp thực hiện các thử nghiệm kéo với độ chính xác và kiểm soát cao đối với vật liệu nhựa
Hình 5.4 3 Vít me – đai ốc
Bạc đạn dẫn hướng là một thành phần trong các hệ thống truyền động sử dụng vít me (lead screw) Bạc đạn dẫn hướng thường là một loại bạc đạn đặc biệt được thiết kế để hỗ trợ và giữ cho vít me di chuyển mượt mà và chính xác
Bạc đạn thường được tích hợp trực tiếp vào hoặc xung quanh vít me Chúng giúp giảm ma sát và hỗ trợ chuyển động xoay của vít me
Dẫn hướng đảm bảo rằng vít me di chuyển theo hướng mong muốn mà không bị mắc kẹt hay không đều Bạc đạn dẫn hướng giữ cho vít me ổn định và đồng đều trong suốt quá trình quay
Trong máy thử kéo, vít me thường được sử dụng để áp dụng lực kéo hoặc nén lên mẫu vật liệu Bạc đạn dẫn hướng giúp đảm bảo rằng vị cấy và chuyển động của vít me được kiểm soát chính xác, đồng đều trong quá trình thử nghiệm
Việc sử dụng bạc đạn dẫn hướng cho vít me trong máy thử kéo có thể cải thiện độ chính xác và độ mượt mà của quá trình thử nghiệm, đặc biệt là khi cần kiểm soát chính xác lực kéo hoặc nén lên mẫu vật liệu
Hình 5.4 4 Bạc đạn dẫn hướng
Bạc đạn chịu lực là một loại bạc đạn được thiết kế đặc biệt để chịu lực trong các ứng dụng sử dụng vít me (lead screw) Trong ngữ cảnh của máy thử kéo, bạc đạn chịu lực được tích hợp để giảm ma sát và chịu được lực tác động, giúp bảo vệ và bảo dưỡng cho vít me
Bạc đạn chịu lực được thiết kế để chịu lực tác động từ vít me, bao gồm cả lực kéo, lực nén và các tác động khác liên quan đến chuyển động của vít me
Lắp ráp và thử nghiệm
- Bước 1: Cố định vòng định vị trên vào trục chính bằng vít cấy
- Bước 2: Lồng tay quay vào trục chính và cố định vòng định dưới bằng vít cấy
- Bước 3: Bắt chặt gối di động vào thân kẹp bằng bulong lục giác, sau đó đưa 2 chi tiết này vào thân kẹp như hình 5.5.1.1 và chống xoay bằng chốt dẫn hướng
- Bước 4: Lắp ti dẫn hướng vào má kẹp sau đó lắp 2 Má kẹp vào phần đầu trục chính
- Bước 5: Lắp 4 cữ chặn kẹp vào thân kẹp bằng lục giác
Hình 5.5.1 2 Kẹp thực tế 5.5.2 Lắp ráp máy
- Bước 1: Lắp các chi tiết khung nhôm dưới để định hình bàn máy Cố định khung bằng các ke chữ L để khung máy cứng vững nhất có thể Đồng thời lắp tấm đế và chân đế vào khung dưới của máy, căn chỉnh 4 chân đế sao cho đồng đều nhau và bàn máy được song song với mặt đất
Hình 5.5.2 1 Khung thân dưới của máy kéo
- Bước 2: Lắp tấm dưới lên khung tạo nên mặt bàn máy để có thể tiếp tục lắp các chi tiết khác và các tấm đỡ động cơ hộp số
Hình 5.5.2 2 Nơi đặt tấm đỡ động cơ hộp số
- Bước 3: Lắp các chi tiết lên tấm đế bao gồm bạc đạn chịu lực, gối cố định kẹp dưới
- Bước 4: Lắp vít me, bánh răng và động cơ hộp số Đầu tiên cần lắp lỏng 2 bánh răng vào 2 cây vít me (cơ cấu xiết ren), lắp chặt bánh răng tiếp theo vào động cơ hộp số có chống xoay bằng then và lắp các chi tiết này lên thân máy thông qua tấm đỡ động cơ hộp số, cuối cùng là căn chỉnh cho 2 bánh răng của vít me ăn khớp với bánh răng động cơ và xiết chặt
Hình 5.5.2 3 Nơi đặt vít me
- Bước 5: Lắp tấm di động lên phần đai ốc của vít me và căn chỉnh 2 đai ốc vít me sao cho đều nhau
- Bước 6: Lắp kẹp trên và loadcell vào tấm di động
- Bước 7: Lắp các khung nhôm còn lại vào thân trên của máy
- Bước 8: Lắp tấm trên và bạc đạn dẫn hướng để cố định vít me vào khung máy
- Bước 9: Cố định thước quang vào tấm di động và khung nhôm Căn chỉnh máy lại máy lần cuối
Hình 5.5.2 4 Nơi đặt các chi tiết bạc đan, thước quang, tấm di động và loadcell
Bước 1: Mở công tắc nguồn máy kéo và máy tính đã cài phần mềm thử kéo Kết nối máy tính với máy kéo thông qua đường dây ở tủ điện
Bước 2: Mở chương trình thử kéo trên máy tính và cổng thông tin để lấy giữ liệu thử kéo
Bước 3: Set up máy kéo:
+ Đầu tiên chọn POWER ON → chỉnh tốc độ kéo 3330 xung (tương ứng với 50mm/phút) 1000 xung tương ứng với 0.25mm/phút
+ Bấm giữ JOB UP hoặc JOG DOWN để chỉnh kẹp đi lên hoặc đi xuống sao cho bằng khoảng để có thể gá mẫu thử vào kẹp
+ Bấm SET HOME để lưu vị cấy lúc kẹp mẫu thử
+ Bấm Giữ JOG UP đến khi mẫu thử kéo đứt rời và tiếp tục giữ cho kẹp lên thêm một khoảng nhỏ để đề phòng các mẫu thử khác có độ dãn dài tốt hơn
+ Bấm SET END để lưu vị cấy sản phẩm sau khi bị kéo đứt
+ Bấm GO HOME để kẹp trở về vị cấy lúc SET HOME và bắt đầu thử kéo
Bước 4: Sau khi đã set up máy kéo xong Ta gá mẫu thử tiếp theo lên chọn SET 0 LUC và SET 0 CHUYEN VI → chọn TAO FILE MOI → chọn GO END để kéo
→ sau khi đã kéo đứt ta vào cổng thông tin để lấy giữ liệu kết quả thử kéo
+ Ta cần SET 0 LUC và SET 0 CHUYEN VI ở mỗi lần thử kéo ( vì lý do bánh răng có một chút sai số về độ rơ khi quay ngược lại và loadcell sẽ bị nhảy lực mỗi khi ta gá mẫu)
+ Sau khi đã lấy kết quả kéo ta cần xoá kết quả đó trên cổng thông tin để có thể nhận kết quả mới cho lần thử kéo tiếp theo
THỬ NGHIỆM ĐỘ BỀN KÉO VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
Giới thiệu thiết bị và quy trình thử nghiệm
Sau khi lấy mẫu, điều quan trọng là phải bảo quản chúng đúng cách, bảo vệ chúng khỏi độ ẩm và các yếu tố môi trường Sau đó, các mẫu sẽ được kiểm tra độ bền kéo Nhóm sử dụng 5 mẫu từ mỗi trường hợp để thu thập dữ liệu thông qua thử nghiệm độ bền kéo Thiết bị sử dụng trong thí nghiệm này là máy kéo nhựa tại viện Sư Phạm
Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh để thực hiện
Quy trình bao gồm đo tổng chiều dài của mẫu, đánh dấu các điểm giữa trên mẫu, tại các vị cấy thích hợp Sau đó, mẫu được đưa vào các kẹp ở các vị cấy đã đánh dấu và được siết chặt một cách an toàn Điều quan trọng là không vặn quá chặt tay cầm vì nó có thể làm hỏng cấu trúc bề mặt của sản phẩm Khi quá trình kiểm tra độ bền kéo bắt đầu, tay nắm trên và dưới của máy kiểm tra đa năng dần dần tác dụng lực kéo từ cả hai đầu, dẫn đến mẫu bị kéo cho đến khi gãy Lúc này, chúng ta thu được số liệu và biểu đồ tương ứng hiển thị trên máy tính
6.2 Kết quả thử nghiệm độ bền kéo Đầu tiên nhóm em chia thành 9 trường hợp để thử nghiệm độ bền kéo, mỗi trường hợp sẽ được thử kéo 5 lần và lấy giá trị trung bình các kết quả để đánh giá độ bền cho sản phẩm Việc thành những trường hợp như trên để thử kéo giúp chúng ta có đủ độ tin cậy cho kết quả cũng như đảm bảo về mặt chi phí Thông số các trường hợp như sau:
Trường hợp Tỉ lệ PBT Tỉ lệ TPU
83 Để xác định được thông số ép ta cần dựa vào kinh nghiệm và các tài liệu về vật liệu nhựa, sau đó ép thử và tinh chỉnh thông số để tìm ra thông số tối ưu nhất Thông số ép các trường hợp là như nhau và được giữ nguyên trong suốt quá trình ép
Hình 6.2 Thông số trên máy ép nhựa
Các thông số ép Giá trị
Thời gian điền đầy 3 (s) Áp suất phun 50 (bar)
Thời gian định hình 0 (s) Áp suất định hình 45 (bar)
Nhiệt độ nóng chảy của nhựa 230 (˚ C)
Việc giữ nguyên thông số ép có ảnh hưởng là sự đồng nhất giữa các trường hợp trong quá trình ép
Sau khi thử nghiệm độ bền kéo thì kết quả trên máy tính sẽ hiển thị 2 cột số liệu là lực và chuyển vị, sau đó chúng ta sẽ chuyển thành ứng suất và độ giãn dài là 2 thông số đại diện cho độ bền kéo: Ứng suất (hay còn gọi là stress) thường được hiểu là áp lực hoặc lực căng mà vật liệu phải chịu đựng trước khi xảy ra sự đứt gãy hoặc biến dạng vĩnh viễn Ở mức độ cơ bản, độ bền kéo của vật liệu là khả năng chịu đựng được ứng suất căng trước khi gãy Khi một vật liệu chịu một lực căng, nó sẽ chịu đựng áp lực và biến dạng dần theo một đường cong đặc biệt trên biểu đồ căng trục biến dạng Điểm cao nhất của đường cong này thường là giá trị ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu đựng trước khi đứt gãy, và giá trị này thường được gọi là "độ bền kéo" hoặc "cường độ kéo" của vật liệu Ứng suất trong độ bền kéo đo lường sức mạnh của liên kết giữa các phân tử trong vật liệu dưới tác động của lực căng Đối với các vật liệu có cấu trúc tinh thể như kim loại, độ bền kéo thường phản ánh khả năng chịu đựng của các liên kết tinh thể Đối với các vật liệu không tinh thể như nhựa, độ bền kéo phụ thuộc vào cấu trúc phân tử và sự tổ chức của chúng
Việc hiểu về ứng suất trong độ bền kéo của vật liệu là rất quan trọng trong việc thiết kế và lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng cụ thể, như trong công nghiệp chế tạo, xây dựng, hay y học Độ giãn dài (hay còn gọi là strain) là khả năng của vật liệu để chịu căng mà không đứt gãy, mà thay vào đó cho phép nó biến dạng một cách đồng đều và kéo dài dưới tác động của lực căng
Khi một vật liệu chịu lực căng, nó có thể biến dạng một cách linh hoạt mà không cần phải đứt gãy ngay Trong quá trình này, các phân tử hoặc cấu trúc tinh thể của vật liệu dần dần chịu sự kéo dài mà không bị phá vỡ Điều này tạo ra sự đàn hồi và khả năng chịu tải của vật liệu Độ giãn dài trong độ bền kéo được đo lường bằng phần trăm của độ dài tăng thêm so với độ dài ban đầu của mẫu vật khi nó chịu tải Ví dụ, nếu một mẫu vật liệu có chiều dài ban đầu là 100 mm và sau khi kéo căng nó tăng lên thành 150 mm, thì độ giãn dài sẽ là 50% Độ giãn dài trong độ bền kéo quan trọng trong việc đánh giá tính linh hoạt và độ bền của vật liệu, đặc biệt là trong các ứng dụng mà vật liệu cần phải chịu lực căng
85 mà không bị phá vỡ ngay Đối với các vật liệu như thép, độ giãn dài thấp, chỉ từ vài phần trăm đến vài chục phần trăm Trong khi đó, các vật liệu như cao su hay nhựa có thể có độ giãn dài cao hơn, thậm chí có thể đạt đến vài trăm đến vài nghìn phần trăm
Cụ thể ở đây sẽ có công thức tính ứng suất và độ giãn dài khi có được lực và chuyển vị của mẫu thử kéo ứ𝑛𝑔 𝑠𝑢ấ𝑡 = 𝑙ự𝑐
𝑏ề 𝑑à𝑦 𝑚ẫ𝑢 × 𝑏ề 𝑟ộ𝑛𝑔 𝑚ẫ𝑢(𝑀𝑝𝑎) độ 𝑔𝑖ã𝑛 𝑑à𝑖 = 𝑐ℎ𝑢𝑦ể𝑛 𝑣ị × 100 độ 𝑑à𝑖 𝑝ℎầ𝑛 𝑡ℎử 𝑘é𝑜(%) Sau khi sử lý số liệu thì nhóm em đã vẽ được đồ thị cho từng mẫu thử như sau:h
Tổng hợp và phân tích kết quả
Sau khi hoàn thành bài kiểm tra về độ bền kéo ta thu được các kết quả và có thể tính trung bình để ra được những kết quả sau về độ bền kéo
Bảng 7 1 Tổng hợp kết quả độ bền kéo
Trường hợp PBT % TPU % AVG stress(MPa) Avg Strain(%)
Từ bảng tóm tắt trên ta có thể mô tả qua rằng với các trường hợp khi chúng ta thêm vào đó TPU và giảm bớt PBT tái sinh trong đó thì khi thêm TPU đến định lượng nhất định khoảng từ 20-40% TPU thì có thể giảm độ bền kéo của sản phẩm nhựa và tăng
109 độ giãn dài Điều này là bởi vì TPU được tạo thành từ các chuỗi polymer linh hoạt có các liên kết urethane Cấu trúc này cho phép các chuỗi polymer dễ dàng trượt qua nhau khi áp dụng lực, tạo điều kiện cho độ giãn dài
Biểu đồ 6.2 1 Biểu đồ miêu tả độ bền kéo UTS
Theo đồ thị trên ta có thể thấy rằng tương ứng với 9 trường hợp độ bền kéo của mẫu thử kéo sẽ giảm khi tăng tỷ lệ TPU và khi chúng ta thêm 5% TPU vào trong mỗi trường hợp kéo thì kết quả thu được sẽ là độ bền kéo của sản phẩm giảm 5-10% tùy vào các trường hợp sai số này có thể là do thiết bị đo hoặc cũng có thể là do sản phẩm nhựa
Sau đây là một số giải thích về việc độ bền kéo có thể bị giảm khi chúng ta tăng tỷ lệ phần trăm TPU (0-40%) và giảm tỷ lệ PBT (100-60%)
Tính không tương thích của các polyme: TPU và PBT có thể không tương thích hoàn toàn với nhau ở cấp độ phân tử Sự không tương thích có thể dẫn đến tương tác giữa các phân tử yếu giữa hai polyme, ảnh hưởng đến độ bền tổng thể của vật liệu
Tách pha: Khi TPU được trộn với PBT, có khả năng tách pha, trong đó hai polyme không trộn lẫn đồng đều ở cấp độ phân tử Sự phân tách pha này có thể tạo ra các vùng có tính chất cơ học khác nhau, dẫn đến giảm độ bền tổng thể
Làm suy yếu lực lượng liên chuỗi: Việc bổ sung TPU có thể phá vỡ các lực hoặc tương tác giữa các chuỗi có trong PBT Sự gián đoạn này có thể làm suy yếu cấu trúc polymer tổng thể và giảm độ bền kéo
110 Ảnh hưởng đến độ kết tinh: PBT là một loại polymer bán tinh thể, nghĩa là nó có cả vùng kết tinh và vùng vô định hình Việc bổ sung TPU có thể ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể của PBT, dẫn đến thay đổi tính chất cơ học của nó, bao gồm cả độ bền kéo
Giảm liên kết chéo: TPU có thể cản trở bất kỳ tương tác liên kết ngang hoặc chuỗi nào góp phần tạo nên sức mạnh của PBT Sự can thiệp này có thể dẫn đến giảm sức căng
Biểu đồ 6.2.2 so sánh độ giãn dài giữa các trường hợp
Khi trộn nhựa PBT (polybutylene terephthalate) vào TPU (thermoplastic polyurethane), độ giãn dài của hỗn hợp có thể tăng lên do một số yếu tố sau:
Tính linh hoạt của TPU: TPU có tính linh hoạt và đàn hồi cao, do đó khi kết hợp với PBT, tính linh hoạt này có thể làm tăng khả năng giãn dài của hỗn hợp
Cấu trúc hóa học: Cấu trúc hóa học của PBT và TPU có thể tương thích tốt với nhau, tạo ra một hỗn hợp có tính chất cơ học tốt hơn Sự tương thích hóa học này có thể dẫn đến sự tăng cường độ giãn dài của vật liệu
Sự phân tán và phối trộn: Quá trình phân tán và phối trộn đồng đều các thành phần PBT và TPU trong nhựa có thể cải thiện tính đồng nhất và tính kết dính giữa chúng, dẫn đến sự tăng cường độ giãn dài
Thay đổi cấu trúc cơ học: Sự kết hợp của PBT và TPU có thể tạo ra một cấu trúc cơ học mới, có thể cung cấp tính chất đàn hồi và giãn dài tốt hơn so với từng loại nhựa một mình
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng sự tăng độ giãn dài không phải luôn là kết quả của việc trộn các loại nhựa lại với nhau, mà có thể phụ thuộc vào tỉ lệ pha trộn, điều kiện
3 trường hợp 1 trường hợp 2 trường hợp 3 trường hợp 4 trường hợp 5 trường hợp 6 trường hợp 7 trường hợp 8 trường hợp 9
