Đang tải... (xem toàn văn)
1. Các tính chất của chất dẻo1.1. Độ bền đứt Đặc trưng cho sự chống đối lại lực kéo. Độ bền đứt là tỷ số của lực kéo và tiết diện ngang nhỏ nhất của mẫu thử lúc chưa kéo, đo bằng Nmm2, ký hiệu là σk. 1.2. Độ dãn dài do đứt Là tỷ số giữa độ dãn dài được tại thời điểm kéo đứt trong quá trình kiểm tra kéo với độ dài đo được trước khi kéo. 1.3. Độ bền nén Dộ bền nén là tỷ lệ giữa lực nén cần thiết để làm vỡ mẫu thử đặt dưới nó trong qua trình chất tải nén, ký hiệu σn (Nmm2). 1.4. Độ bền uốn Là đặc trưng cho sự chống đối của vật liệu với sự tác động phối hợp củalực nén và lực kéo, ký hiệu σu, 1.5. Độ dai va đập Hiện trạng chống lại tải trọng động của chất dẻo thường có thể phân tích bằng kết quả kiểm tra độ dai va đập. Thực hiện trên thiết bị Charpy – dùng con lắc dao động (búa) để phá vỡ mẫu thử được kẹp chặt hai đầu, xác định công va đập riêng trên một đơn vị diện tích mẫu thử. Đơn vị kjm2. 1.6. Modun đàn hồi Đặc trưng cho độ cứng của vật liệu hoặc đặc trưng cho tính chất của vật liệu, mà dưới tác dụng của một lực đã cho thì sự biến dạng của mẫu thử xảy ra đến mức nào. Vật liệu đàn hồi lý tưởng, trong quá trình chịu tải, cho đến giới hạn chảy thì độ dãn dài tỷ lệ thuận với ứng suất. Hệ số tỷ lệ chính là modun đàn hồi, ký hiệu là E, đơn vị Nmm2.
1 Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức CHƯƠNG 1 TÍNH CHẤT VÀ ĐẶC TRƯNG GIA CÔNG 1. Các tính chất của chất dẻo 1.1. Độ bền đứt Đặc trưng cho sự chống đối lại lực kéo. Độ bền đứt là tỷ số của lực kéo và tiết diện ngang nhỏ nhất của mẫu thử lúc chưa kéo, đo bằng N/mm 2 , ký hiệu là σ k . 1.2. Độ dãn dài do đứt Là tỷ số giữa độ dãn dài được tại thời điểm kéo đứt trong quá trình kiểm tra kéo với độ dài đo được trước khi kéo. 1.3. Độ bền nén Dộ bền nén là tỷ lệ giữa lực nén cần thiết để làm vỡ mẫu thử đặt dưới nó trong qua trình chất tải nén, ký hiệu σ n (N/mm 2 ). 1.4. Độ bền uốn Là đặc trưng cho sự chống đối của vật liệu với sự tác động phối hợp của lực nén và lực kéo, ký hiệu σ u , 1.5. Độ dai va đập Hiện trạng chống lại tải trọng động của chất dẻo thường có thể phân tích bằng kết quả kiểm tra độ dai va đập. Thực hiện trên thiết bị Charpy – dùng con lắc dao động (búa) để phá vỡ mẫu thử được kẹp chặt hai đầu, xác định công va đập riêng trên một đơn vị diện tích mẫu thử. Đơn vị kj/m 2 . 1.6. Modun đàn hồi Đặc trưng cho độ cứng của vật liệu hoặc đặc trưng cho tính chất của vật liệu, mà dưới tác dụng của một lực đã cho thì sự biến dạng của mẫu thử xảy ra đến mức nào. Vật liệu đàn hồi lý tưởng, trong quá trình chịu tải, cho đến giới hạn chảy thì độ dãn dài tỷ lệ thuận với ứ ng suất. Hệ số tỷ lệ chính là modun đàn hồi, ký hiệu là E, đơn vị N/mm 2 . 2 Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức 1.7. Độ cứng Cách xác định giống như xác định độ cứng của kim loại. Tính theo phương pháp Brinell. 1.8. Các tính chất phụ thuộc vào thời gian Khi chất dẻo chịu tải, thể hiện khác biệt với các vật liệu kim loại, gỗ . . . Có một vài khái niệm chỉ dành riêng cho chất dẻo 1.9. Các tính chất nhiệt học: Bền nhiệt: xác định thông qua sự biến dạng nhất định củ a mẫu dưới tác dụng của một tải trọng cơ học nào đó, ở một nhiệt độ nhất định. Bền lạnh: xác định bằng nhiệt độ rạn vỡ. Dãn nở nhiệt: khả năng dãn nở của vật liệu theo nhiệt độ Nhiệt dung: Nhiệt lượng cần thiết để nâng 1kg chất dẻo lên 1độ (jun/kg.độ) 1.10. Độ bền hoá học Khả năng chống lại tác dụng của các hoá chất của chất dẻo. Độ bền được xác định các vị trí có thể tấn công dễ dàng nhất của các mạch plymer. 1.11. Các tính chất lão hoá: Các sản phẩm chất dẻo biến đổi tính chất khi làm việc ngoài trời – lão hoá. Các yếu tố môi trường như nhiệt độ , độ ẩm, ánh sáng, các bức xạ năng lượng lớn làm giảm tuổi thọ của sản phẩm. Đánh giá mức độ lão hoá thông qua thí nghiệm kiểm tra lão hoá, suy ra từ sự biến đổi các tính chất quang điện, điện. Quá trình kiểm tra thực hiện trong một khoảng thời gian nhất định và quan sát sự biến đổi các tính chất cần kiểm tra. 2. Các đặc trưng gia công 2.1. Phân tử lượng và độ trùng hợp Hai tính chất này phụ thuộc lẫn nhau. Hợp chất có nhiều thành phần hoá học như nhau, khi tăng phân tử lượng tính chất cơ học cũng được hoàn thiện hơn, độ bền hoá học, lão hoá cũng tăng theo. Khi phân tử lượng cao, polymer chảy khó khăn do độ nhớt tăng. 2.2. Trọng lượng thể tích và hệ số lèn chặt 3 Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức Các định lượng bằng thể tích là đơn giản và rẻ. Nhưng thiếu chính xác so với định lượng bằng trọng lượng. Để định lượng thể tích cầ biết khối lượng thể tích của vật liệu, giá trị này thường đo bằng g/cm 3 . Thực tế, để xác định khoang nạp liệu, chúng ta cần biết hệ số lèn chặt. Hệ số này được định nghĩa là thể tích một đơn vị khối lượng vật liệu hạt hoặc tơi xốp với thể tích của nó sau khi được ép tạo lưới (hoặc lèn chặt). 2.3. Đặc trưng chảy của chất dẻo Hiện trạng chảy của chất d ẻo phụ thuộc cấu trúc riêng của đại phân tử (độ trùng hợp, hình dạng phân tử). Ngoài ra trạng thái chảy của chất dẻo còn phụ thuộc tốc độ chảy, nhiệt độ dòng vật liệu chảy ra. 2.3.1. Nhựa nhiệt dẻo Chỉ số chảy (melt flow index , MIF) Thử nghiệm xoắn ốc Giá trị K * Xem lại trong giáo trình Hoá lý polymer 2.3.2. Nhựa nhiệt cứng Đo độ dài đường chảy Do thời gian chảy Kiểm tra nhào trộn. * Xem lại trong giáo trình Hoá lý polymer Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức 1 CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ ĐÙN 1. Giới thiệu Nhiệm vụ chính của thiết bị đùn là tạo nên áp suất đủ lớn để đẩy vật liệu qua khuôn. Áp suất này phụ thuộc: cấu trúc hình học của khuôn, tính chất dòng chảy của vật liệu và tốc độ chảy. Plastics extrunder (thiết bị đùn nhựa): di chuyển, bơm nhựa. Plasticating extrunder (thiết bị đùn gia công): không chỉ vận chuyển nhựa mà còn làm nhuyễn hoặc nóng ch ảy vật liệu nhựa. Vật liệu dạng hạt rắn được cấp vào thiết bị và đưa nhựa đã nóng chảy đến khuôn. Thiết bị đùn nhựa nóng chảy mà không làm chảy nhựa được gọi là melt-fed extrunder. 2. Cấu trúc máy đùn A: trục vít, B: thân máy đùn (xylanh), C: thiết bị gia nhiệt, D: đầu đo nhiệt Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức 2 E: họng cấp liệu, F: Phễu cấp liệu, G: giảm áp lực đẩy, H: giảm tốc bằng bánh răng, I: motor, J:vùng cấp liệu, K: vùng nén, L: vùng đẩy 3. Các loại thiết bị đùn 3.1. Loại đơn trục vít Trong công nghiệp chất dẻo, có 3 loại máy đùn chính: đùn trục vít, đùn pittông, và đùn trống hay đĩa (ít sử dụng hơn). 3.2. Loại hai trục vít: Lo ại 2 trục, cùng chiều: Hai trục đặt cạnh nhau, quay cùng chiều với nhau (Co-rotating twin screw extrunder). Dùng ở tốc độ cao 200 – 500 vòng/phút (rpm). Các loại thiết bị mới có thể đạt tốc độ 1000 - 1600 rpm. Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức 3 Loại hai trục ngược chiều (counter-rotating twin screw extrunder): tốc độ làm việc phụ thuộc vào ứng dụng. Sử dụng chủ yếu để phối trộn (compounding), chạy ở tốc độ 200-500 rpm. Loại tốc độ thấp hay sử dụng hơn, 10 – 40 rpm. Loại ngược chiều có đặc tính vận chuyển tốt hơn so với loại cùng chiều. Một đặc tính khác để phân biệt máy đùn là mức độ ăn khớp vào nhau (screws intermeshing) của cánh trục vít . Thông thường, các trục vít xen vào nhau. Hai trục vít không xen kẻ nhau có ưu điểm là không có tiếp xúc giữa kim loại-kim loại. Tỷ số L/D đạt đến 100:1 hay cao hơn. L/D của trục vít xen kẻ nhau thường nhỏ hơn 60:1. Một nhược điểm của loại hai trục không ăn khớp nhau là khả năng trộn bị hạn chế. Máy đùn kiểu pittông: nhờ pitttông tạo một lực đẩy v ật liệu đi qua khuôn (Fig.5). Loại này có vùng đẩy liệu tốt, tạo được áp suất cao. Nhược điểm là khả năng làm nóng chảy vật liệu thấp. Thiết bị có thể hoạt động liên tục, tốc độ dây chuyền rất thấp, từ 25-75 cm/h. 3.3. Các thành phần của thiết bị đùn 3.3.1. Trục vít Hình trụ dài, có các cánh xoắn xung quanh. Các chức năng của trục vít - vận chuyển, gia nhiệt, nóng chảy và trộn vật liệu nhựa. Độ ổn định của quá trình làm việc, chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào trục vít. Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức 4 Các thông số quan trọng của trục vít Chiều dài trục vít (L) khoảng 15D – 30D; đường kính D; chiều sâu rãnh vít (h); Bề dày của cánh vít (axial flight width); Bước vít (Pitch); Góc nghiên của cánh vít (Helix angle) Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức 5 Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức 6 3.3.2. Thân của máy đùn Có dạng hình trụ. Bên trong được phủ vật liệu cứng, chống mài mòn. Trên thân máy, có các lỗ thông khí đề thoát các chất bay hơi có trong nhựa - gọi là quá trình tách khí (devolatilization). Ví dụ như tách lượng ẩm trong nhựa hút ẩm. 3.3.3. Cấp liệu Bộ phận cấp liệu được nối vào thân máy đùn. Họng cấp liệu (feed throat) có hệ thống nước làm mát tránh hiện tượng nóng chảy vật liệu, dính vào thành thiết bị. Chiều dài của họng khoảng 1,5 lần , rộng khoảng ¾ đường kính của thân máy đùn. Một số máy đùn không có họng cấp liệu, liệu được đưa trực tiếp vào thân máy đùn. Ưu điểm: chi phí thấp, ít chi tiết, không khó khă n để bố trí họng cấp liệu với thân máy đùn. Nhược điểm: rất khó tạo được cách nhiệt giữa vùng nhiệt độ cao thân máy với vùng nhịêt độ thấp họng cấp liệu, rất khó làm lạnh họng cấp liệu. Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức 7 Phễu nạp liệu được thiết kế sao cho đảm bảo dòng vật liệu chảy ổn định. Có các thiết bị hỗ trợ để giúp quá trình nạp liệu ổn định. [...]... chuyền tạo màng bằng cách đúc (cast film) 4.4 Phủ nhựa lên các vật liệu khác Bài giảng Thiết bị CN polymer TS Lê Minh Đức 18 4.5 Tạo lớp 4.6 Thổi màng Bài giảng Thiết bị CN polymer TS Lê Minh Đức 19 4.7 Trộn bằng máy đùn 4.8 Dây chuyền đùn profile Bài giảng Thiết bị CN polymer TS Lê Minh Đức 20 5 Các công đoạn của thiết bị đùn Các chức năng của máy đùn: vận chuyển chất rắn, nóng chảy hoặc làm nhuyễn dẻo,... phun Đúc phun liên quan đến 1/3 sản lượng nhựa tiêu thụ để gia công nhựa nhiệt dẻo Công nghệ đúc phun gồm: máy đúc phun, khuôn đúc, thiết bị cấp liệu và vận chuyển, sấy, điều chỉnh nhiệt độ, làm lạnh, thiết bị điều khiển tự động 1 Thiết bị đúc phun (injection molding) Gồm có 3 phần chính: cụm phun, bàn kẹp và hệ thống điều khiển Thiết bị phun làm hoá dẻo và phun nhựa Bàn kẹp đỡ, đón, mở khuôn, tháo... mỏng Bài giảng Thiết bị CN polymer TS Lê Minh Đức 11 Kênh dẫn vào của đầu tạo hình được thiết kế phù hợp với đầu ra của máy đùn Có 3 thành phần chính của máy đùn: kênh dẫn vào (inlet chanel), mặt đa diện (manifold) và vùng phẳng (land region) Kênh dẫn vào được thiết kế sao cho vận tốc dòng cắt ngang của nhựa nóng chảy là không đổi trong suốt quá trình di chuyển Bài giảng Thiết bị CN polymer TS Lê Minh... suất cao Tuy nhiên thiết bị này vẫn được sử dụng với các sản phẩm rất nhỏ Thiết bị pittong trục vít hai giai đoạn (two stage screw plunger machines) 5.56 Bài giảng Thiết bị CN polymer TS Lê Minh Đức 3 Dùng trục vít để nóng chảy nhựa, pittong thủy lực riêng biệt để phun nhựa vào khuôn Hai chức năng hoá dẻo và phun được tách biệt có thể cải thiện quá trình nóng chảy và khuấy trộn polymer nóng chảy, lượng... với: sản phẩm lớn, có chiều dài chảy dài lớn (long flow length) Thiết bị phun trục vít chuyển động qua lại một giai đoạn (single stage reciprocating screw injection units), trục vít quay để hoá dẻo (plasticate) polymer, chuyển động thẳng để phun nhựa nóng chảy (hình 5.57) Bài giảng Thiết bị CN polymer TS Lê Minh Đức 4 Trên hình 5.58, thiết bị phun có hai bộ phận chính: hoá dẻo và trượt Bộ phận hoá dẻo... cao, bánh răng sẽ bị mài mòn, làm giảm độ chính xác của bơm ii) nhựa nóng chảy sẽ hoạt động như là chất bôi trơn Nếu nhựa lưu lại trong bơm lâu (15 phút hay lâu hơn), với nhiệt độ cao, nhựa sẽ phân huỷ Bài giảng Thiết bị CN polymer TS Lê Minh Đức 16 4 Một vài dây chuyền sản xuất có sử dụng máy đùn 4.1 Dây chuyền tạo ống 4.2 Dây chuyền tạo màng hay tấm phẳng Bài giảng Thiết bị CN polymer TS Lê Minh... này được thiết kế đặc biệt Nếu thiết kế bình thường sẽ gặp khó khăn như quá nhiệt của nhựa, lớp kim loại chống mài mòn 5) Tải trọng lớn cho động cơ, lực xoắn cho trục vít lớn Để tăng hiệu quả vận chuyển, ngoài tăng ma sát của thành máy đùn, còn có thể giảm ma sát trên trục vít Thực hiện bằng cách: thiết kế trục vít thích hợp, nhiệt độ trục vít, vật liệu làm trục vít Bài giảng Thiết bị CN polymer TS... trục vít không đầy hoàn toàn, áp suất trên vật liệu nhựa sẽ không tăng, ít nhiệt sinh ra do ma sát và khuấy trộn Bài giảng Thiết bị CN polymer TS Lê Minh Đức 23 Cách cấp liệu này sẽ giảm chiều dài hiệu quả của máy đùn, có lợi nếu máy đùn dài hơn chiều dài cần thiết trong quá trình gia công Tuy nhiên, khi chiều dài tới hạn, cách cấp liệu này sẽ dẫn đến hoạt động kém hiệu quả Với máy đùn hai trục vít tốc... ra được rãnh của bộ phận làm lạnh chặn lại, nhựa bị giữ lại ở phần giữa van một chiều và đầu phun Áp suất tạo ra từ nhựa nóng chảy Bài giảng Thiết bị CN polymer TS Lê Minh Đức 5 đẩy trục vít trở lại đến khoảng cách đã định trước, đến một giới hạn nhất định, động cơ trục vit sẽ dừng lại Một lượng nhựa phun được xác định Trong quá trình phun, trục vít bị đẩy lên phía trước nhờ pittong thuỷ lực hay động... kẹp đỡ, đón, mở khuôn, tháo sản phẩm Cụm phun đẩy đầu phun tiếp xúc vào rãnh rót của khuôn, nóng chảy nhựa, phun nhựa nóng chảy vào khuôn, tạo và duy trì áp suất Bài giảng Thiết bị CN polymer TS Lê Minh Đức 2 Trên hình 5.55 là thiết bị đúc phun đơn cấp pittông (single stage plunger), nóng chảy nhựa bằng cách cấp nhiệt từ thành, đẩy nhựa bằng pittong thuỷ lực Loại này có nhược điểm: lượng nhựa phun nhỏ . trong giáo trình Hoá lý polymer 2.3.2. Nhựa nhiệt cứng Đo độ dài đường chảy Do thời gian chảy Kiểm tra nhào trộn. * Xem lại trong giáo trình Hoá lý polymer Bài giảng Thiết bị CN polymer. cấp liệu. Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức 7 Phễu nạp liệu được thiết kế sao cho đảm bảo dòng vật liệu chảy ổn định. Có các thiết bị hỗ trợ để giúp quá trình nạp liệu ổn định (Pitch); Góc nghiên của cánh vít (Helix angle) Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức 5 Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức 6 3.3.2. Thân của máy đùn Có dạng