BÀI TẬP 7: THÀNH PHẦN HỖN HỢP CHẤT DẺO VÀ QUY TRÌNH CHẾ TẠO SẢN PHẨM : ỐNG NHỰA CHỊU NHIỆTTHÀNH PHẦN CHẤT DẺOI. Khái niệm chung về chất dẻo Phân loại chất dẻoChất dẻo thường là một hỗn hợp phức tạp của nhiều chất, mà thành phần chủ yếu không thể thiếu được là các polime. Tính chất chịu nhiệt của chất dẻo, chia làm hai loại: +chất dẻo dẻo nóng : là những chất dẻo mà thành phần chủ yếu của nó là những polime có cấu tạo mạch thẳng. khi gia nhiệt, chúng trở nên mềm, khi hạ nhiệt chúng cứng lại. Quá trình này có tính chất thuận nghịch: chất dẻo giữ nguyên được cấu tạo trước và sau khi gia nhiệt.+chất dẻo cứng nóng: những chất dẻo mà thành phần chủ yếu là polime tự cứng hoặc hỗn hợp của polime mạch thẳng với chất làm rắn.+Khác với loại dẻo nóng, sau khi tạo thành sản phẩm, chất dẻo cứng nóng không có khả năng hoà tan hoặc trở lại trạng thái dẻo khi nâng coa nhiệt độ. Người ta nói rằng nó trở thành chất chịu nhiệt.+Một cách phân loại khác là căn cứ vào phương pháp tổng hợp polime. Theo tiêu chuẩn này thì chất dẻo được chia làm ba loại chủ yếu sau: Chất dẻo có polime điều chế bằng phương pháp trùng hợp Chất dẻo có polime điều chế bằng phương pháp đa tụ và trùng hợp phân đoạn. Chất dẻo dựa trên các polime tự nhiên biến tính bằng hoá học.Cách phân loại sau này được sử dụng phổ biến hơn.
BÀI TẬP 7: THÀNH PHẦN HỖN HỢP CHẤT DẺO VÀ QUY TRÌNH CHẾ TẠO SẢN PHẨM : ỐNG NHỰA CHỊU NHIỆT THÀNH PHẦN CHẤT DẺO I. Khái niệm chung về chất dẻo Phân loại chất dẻo Chất dẻo thường là một hỗn hợp phức tạp của nhiều chất, mà thành phần chủ yếu không thể thiếu được là các polime. Tính chất chịu nhiệt của chất dẻo, chia làm hai loại: +chất dẻo dẻo nóng : là những chất dẻo mà thành phần chủ yếu của nó là những polime có cấu tạo mạch thẳng. khi gia nhiệt, chúng trở nên mềm, khi hạ nhiệt chúng cứng lại. Quá trình này có tính chất thuận nghịch: chất dẻo giữ nguyên được cấu tạo trước và sau khi gia nhiệt. +chất dẻo cứng nóng: những chất dẻo mà thành phần chủ yếu là polime tự cứng hoặc hỗn hợp của polime mạch thẳng với chất làm rắn. +Khác với loại dẻo nóng, sau khi tạo thành sản phẩm, chất dẻo cứng nóng không có khả năng hoà tan hoặc trở lại trạng thái dẻo khi nâng coa nhiệt độ. Người ta nói rằng nó trở thành chất chịu nhiệt. +Một cách phân loại khác là căn cứ vào phương pháp tổng hợp polime. Theo tiêu chuẩn này thì chất dẻo được chia làm ba loại chủ yếu sau: - Chất dẻo có polime điều chế bằng phương pháp trùng hợp - Chất dẻo có polime điều chế bằng phương pháp đa tụ và trùng hợp phân đoạn. - Chất dẻo dựa trên các polime tự nhiên biến tính bằng hoá học. Cách phân loại sau này được sử dụng phổ biến hơn. Thành phần hoá học của chất dẻo Ngoài polime (hoặc hỗn hợp polime với chất làm rắn như chất dẻo cứng nóng), trong chất dẻo còn có một số chất khác: a) Chất độn. -Khi đóng rắn, các polime cứng nóng bị co ngót rất nhiều, làm các sản phẩm chịu ứng suất dư. Thêm các chất độn, sẽ làm gảm hiện tượng co ngót, đồng thời cũng làm thay đổi một số tính chất của các sản phẩm. Mỗi loại chất độn làm thay đổi một số tính chất nhất định của chất dẻo. -Các chất được dùng để độn chất dẻo có thể ở dạng bột, sợi hoặc tấm. Tuỳ theo từng yêu cầu cụ thể mà trong quá trình sản xuất các sản phẩm bằng chất dẻo người ta dùng những chất độn khác nhau. -Các chất độn dạng bột dùng phổ biến trong công nghiệp chất dẻo là : bột gỗ, bột amiăng, bột thạch anh. -Bột gỗ không làm giảm độ bền của polime nhưng làm giảm rõ rệt khả năng chịu nhiệt và độ cách điện của nó. Dùng bột amiăng vẫn bảo đảm được độ bền nhiệt. Còn dùng bột thạch anh không những vẫn bảo đảm được độ bền nhiệt mà còn làm tăng độ ` điện môi của polime; tuy nhiên dùng bột thạch anh sẽ làm tăng độ giòn và tăng độ mỏi tĩnh. -Các chất độn dạng sợi được dùng nhiều là xơ bông, sợi amiăng, sợi thuỷ tinh, sợi thạch anh và graphit. Nói chung, khi thay đổi chất độn dạng bột bằng sợi thì độ bền cơ học tăng lên. Còn các tính chất khác cũng thay đổi tương tự như ở chất độn dạng bột tương ứng. Do đặc điểm cấu tạo của chúng, các chất độn dạng sợi gây trở ngại cho việc tạo hình các sản phẩm, chủ yếu là các sản phẩm bé và có hình dạng phức tạp. Nhược điểm này thể hiện rất rõ khi dùng sợi amiăng và sợi bông làm chất độn. -Ở dạng vật liệu tấm, người ta dùng các chất độn như: giấy, vải amiăng, vải thuỷ tinh, vải bông và gỗ dán. Người ta dùng chất độn tấm khi cần bảo đảm cho các sản phẩm có độ bền cơ học cao. Tuy nhiên, dùng chất độn tấm đòi hỏi phải có những phương pháp gia công phức tạp hơn nhiều so với dùng chất độn bột và sợi. b) Chất hoá dẻo và chất đàn hồi. -Để tạo hình các sản phẩm, phương pháp thích hợp nhất là đúc áp lực. Nhưng điều kiện áp dụng phương pháp này là chất dẻo phải có độ chảy loãng cao ở nhiệt độ cao và không bị oxi hoá và nhiệt bị phá huỷ khi tồn tại lâu ở nhiệt độ cao. Chỉ có một số polime dẻo nóng có các tính chất trên. Do đó, phải dùng chất hoá dẻo để tăng độ chảy loãng và giảm nhiệt độ chảy nhớt của polime. Như vậy, sẽ làm giảm nhiệt độ tạo hình và hạn chế được hiện tượng nhiệt phá huỷ. -Chỉ những polime dẻo nóng mới cần chất hoá dẻo. Còn những chất dẻo cứng nóng không cần dùng chất hoá dẻo vì tự bản thân chúng đã có độ chảy loãng đủ cao, đồng thời lại dễ điều chỉnh. -Còn chất hoá dẻo là những chất lỏng nhớt, có nhiệt độ sôi cao, dễ tan trong polime như este của axit phtalic hoặc các chất dẻo tổng hợp dễ chảy, giống như sáp, dễ trộn lẫn với polime. Ngoài tác dụng hoá dẻo, các chất hoá dẻo còn làm tăng độ đàn hồi, tăng hệ số nở nhiệt, tăng độ chảy nguội khi chịu tải trọng, làm giảm độ bền và độ điện môi. -So với chất hoá dẻo ở thể rắn, loại lỏng có nhược điểm là bay hơi dần dần làm cho sản phẩm bị vênh và các tinha chất cơ lý bị thay đổi. Các sản phẩm làm bằng polime cứng nóng có độ giòn cao, nhất là khi có cấu tạo phức tạp. Vì vậy, đối với loại polime cứng nóng, phải dùng chất làm đàn hồi nhằm mục đích tăng độ bền va đập của các sản phẩm làm bằng loại chất dẻo này. -Các chất làm đàn hồi thường dùng là các các polime dẻo nóng hoặc cao su. Tỷ lệ chất hoá dẻo dùng trong sản phẩm có thể thay đổi trong phạm vi rộng tuỳ theo yêu cầu chế taọ sản phẩm. Còn lượng chất làm đàn hồi trong polime cứng nóng chỉ trong khoảng 5-10%; đó là vì chất hoá dẻo làm cho độ chịu nhiệt của sản phẩm bị giảm. c) Chất kìm hãm và chất xúc tiến. -Chất kìm hãm có tác dụng làm chậm quá trình hoá rắn của chất dẻo. Nhiều chất dẻo bị đóng rắn quá nhanh gây khó khăn cho quá trình tạo hình, vì vậy phải thêm chất kìm hãm để kéo dài thời gian ở trạng thái lỏng trước khi tạo hình. -Chất xúc tiến có tác dụng ngược lại, được sử dụng trong trường hợp cần rút ngắn thời gian đóng rắn. d) Chất bôi trơn. ` -Đó là những chất dễ nóng chảy và có độ chảy loãng cao. Người ta trộn chất bôi trơn vào chất hoá dẻo với tỷ lệ khoảng 1-2%. Khi tạo hình chất bôi trơn tạo thành một lớp nhẵn giữa khuôn kim loại và sản phẩm; do đó dễ lấy sản phẩm ra khỏi khuôn. Chất bôi trơn thường dùng là parafin và stearin. e) Chất ổn định. -Chất ổn định dùng để tăng độ bền của chất dẻo đối với tác dụng của nhiệt, ánh sáng, không khí và các chất khác. g) Chất tạo khí. -Khi cần làm chất dẻo xốp người ta còn thêm chất tạo khí Porofo. Porofo là một chất bột bị phân huỷ ở nhiệt độ cao tạo ra nhiều khí (N 2 hoặc CO 2 ). h) Chất màu. -Ngoài ra còn dùng các chất màu vô cơ hoặc hừu cơ để tạo cho các sản phẩm các màu thích hợp. II. Công nghệ sản xuất chất dẻo dẻo nóng Các phương pháp gia công Dưới đây nêu một số phương pháp gia công phổ biến các chất dẻo dẻo nóng a) Đúc áp lực. Đây là phương pháp được dùng nhiều nhất. -Phương pháp đúc áp lực có ưu điểm là chu trình tạo sản phẩm tương đối ngắn, khoảng vài chục giây, chế độ nhiệt ổn định và quá trình hoàn toàn tự động hoá. Phương pháp này chỉ dùng được cho những chất dẻo dễ hoá dẻo khi gia nhiệt, đồng thời nhiệt độ chảy nhớt thấp hơn nhiều so với nhiệt độ phân huỷ chất dẻo; khi hoá rắn, sản phẩm phải ít co ngót và có độ đàn hồi cao. -Phương pháp này không dùng được cho các chất dẻo có độ dẫn nhiệt thấp vì khi hạ nhiệt độ, phía ngoài sản phẩm co lại nhưng bên trong còn nóng, không co kịp, gây ứng suất ở các lớp ngoài làm các sản phẩm bị nứt. b) ép sản phẩm -Phương pháp ép có ưu điểm là có thể dùng cho chất dẻo dẻo nóng không có độ chảy loãng cao hoặc các vật liệu dễ bị huỷ ở nhiệt độ cao. Khi làm lạnh, chỉ hạ nhiệt độ khuôn đến nhiệt độ thuỷ tinh hoá polime để quá trình gia nhiệt tiếp sau ngắn hơn. Phương pháp này gọi là ép sung. c) Dập sản phẩm. -Phương pháp này dùng để tạo hình các sản phẩm từ các chất dẻo dẻo nóng dạng tấm. -Trong trường hợp gia công loại chất dẻo bị dính ở nhiệt độ cao, không thể để các tấm chất dẻo tiếp xúc với khuôn dập, người ta dùng phương pháp tạo hình chân không. Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là rút chân không để tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hai tấm chất dẻo làm nó bị biến dạng. Một số loại chất dẻo dẻo nóng a) PVC dẻo hoá (plasticat). -Trong thành phần của nó ngoài PVC còn có chất ổn định có tác dụng hạn chế quá trình nhiệt phân huỷ polime khi tạo hình; chất hoá dẻo nâng cao độ chảy loãng khi gia nhiệt và tăng độ đàn hồi của sản phẩm; chất màu; đôi khi có cả chất làm đục. ` PVC dẻo hoá được sản xuất dưới dạng bột. PVC dẻo hoá được dùng để làm ống mềm, màng vỏ cách điện cho dây dẫn, vành đệm kín, đệm, da giả Các sản phẩm này có độ đàn hồi cao, chịu lạnh. b) PVC không dẻo hoá (vinyplat). -Đó là PVC trộn với 3-6% chất ổn định. Vinyplat có độ chảy loãng kém và không thể duy trì lâu ở nhiệt độ cao (vinyplat bắt đầu chảy loãng ở nhiệt độ cao hơn 170 0 C. ở nhiệt độ 170 0 C này, tốc độ nhiệt phá huỷ tăng nhanh, tạo thành HCl. Chất này là xúc tác làm vinyplat phân huỷ tiếp tục. Do đó, các sản phẩm bằng vinyplat thường được sản xuất bằng phương pháp ép sung. Đa số vinyplat được dùng để làm các tấm các cỡ và các đường ống có kích thước khác nhau. Vinyplat có ưu điểm là độ cứng bề mặt cao, độ bền cơ học lớn, chịu được tác dụng của không khí, axit, kiềm. Nhược điểm của nó là có độ rão cao, nhất là khi chịu tải trọng lâu. c) Thuỷ tinh dẻo nóng. -Polistirol, xenluloit và polimetylmetacrilat có độ trong suốt cao nên được dùng làm thành phần chủ yếu của thuỷ tinh dẻo nóng. Polistirol có độ thấu quang cao hơn thuỷ tinh vô cơ. Nó lại nhẹ, dễ gia công bằng phương pháp đúc áp lực và dễ đánh bóng hơn thuỷ tinh vô cơ, Do đó, polistirol được dùng rộng rãi để chế tạo thấu kính quang học loại nhỏ. Khi chế tạo những kính lớn, thì trong sản phẩm có ứng suất dư làm kính bị các vết rạn nhỏ. -Polimetylmetacrilat được dùng rông rãi làm thuỷ tinh dẻo nóng. Thuỷ tinh này gọi là thuỷ tinh hữu cơ. Thuỷ tinh hữu cơ có độ thấu quang cao hơn thuỷ tinh vô cơ, độ méo quang học thấp, tương đối bền trong không khí. Nếu được dùng làm kính đèn tín hiệu thì ngoài polime và chất hoá dẻo, còn có cả chất màu. Còn khi dùng cho hệ thống chiếu sáng thì thêm chất làm đục. Các tấm kính dùng trong ô tô, máy bay, tàu hoả, thấu kính vô tuyến truyền hình v.v làm bằng polimemêtacrilat dẻo hoá. -Thuỷ tinh hữu cơ có độ chịu lạnh cao, chỉ dưới -60 đến 65 0 C nó mới bị giòn. Trên 80 0 C thì các tấm thuỷ tinh hữu cơ sẽ mất giòn và trở nên đàn hồi. Trên 180 0 C thì thuỷ tinh có bọt. -Xenluloit có gốc là nitrat xenluloza. Người ta sản xuất tấm xenluloit như sau:Hoà tan nitrat xenluloza trong rượu etylic và trộn với dung dịch chất hoá dẻo trong rượu. Sau đó, đem cán ở nhiệt độ 65 đến 70 0 C. Các tấm xenluloit được đưa vào máy ép khối và giữ ở 60 đến 65 0 C; dưới áp suất trong khoảng 10 - 14 giờ. Sau các quá trình này, các khối xenluloit còn khoảng 20% rượu etylic được lấy ra khỏi máy ép khối, cắt thành các tấm có độ dày cần thiết rồi đưa vào buồng nhiệt để tách hết rượu. Trong quá trình sấy, các tấm xenluloit bị vênh; do đó, phải nắn lại và đồng thời đánh bóng. Xenluloit được dùng làm các bộ phận thấu quang trong các dụng cụ (kính nhìn, kính bảo vệ, mũ bảo vệ ) và dùng làm vật liệu trang trí. Khi dùng làm vật liệu trang trí, người ta thường dùng thêm chất hoá dẻo, chất màu hoặc chất làm đục. Kính xenluloit có nhược điểm là độ chịu nhiệt kém. Độ bền trong không khí cũng kém, do đó kính dần dần bị văng. d) Nhựa xốp dẻo nóng. -Polime thường dùng để điều chế nhựa xốp dẻo nóng là polistirol, PVC dẻo hoá hoặc không dẻo hoá. Thành phần thứ hai là chất tạo khí. Nhiệt độ phân huỷ chất tạo khí ` phải cao hơn nhiệt độ bắt đầu chảy loãng của polime. Người ta thường dùng hợp chất diaz, khi phân huỷ sẽ thoát ra một lượng lớn nitơ. Nếu sản xuất nhựa xốp đàn hồi thì có thêm chất hoá dẻo. -Người ta trộn polime bột với chất tạo khí trong máy nghiền bi. Tỷ lệ chất tạo khí trộn với polime phụ thuộc vào độ xốp cần có. Sau đó, ép thành tấm ở nhiệt độ làm bột polime chảy thành một khối (đối với polistirol và PVC, nhiệt độ này khoảng 140 đến 150 0 C). ở nhiệt độ này, chất tạo khí phân huỷ dần dần, sau đó, giữ nguyên áp suất và hạ nhiệt độ của máy ép. -Kết thúc quá trình ép, phôi được đưa sang công đoạn tạo bọt. Người ta cho phôi vào khuôn có hình dạng giống như phôi nhưng có khoang lớn hơn, rồi đưa vào buồng nhiệt, tăng đến nhiệt độ làm polime ở trạng thái đàn hồi cao (đối với polistirol và PVC, nhiệt độ này khoảng 95 đến 100 0 C). Các bọt khí nở ra, làm dãn phôi cho đến khi sát vào thành khuôn. Làm lạnh nhanh, sẽ làm sản phẩm chuyển thành trạng thái thuỷ tinh và giữ nguyên cấu tạo xốp như vậy. -Polistirol xốp bền hơn PVC xốp, nhưng dễ cháy, dễ tan trong dung môi hữu cơ * Ống nhựa chịu nhiêt. 1.Thành phần.: - Polymers Arylic -> tạo sự bền chắc, chịu va đập mạnh. - Nhóm chất ổn định -> giúp nhựa chịu được tác động của nhiệt và tia cực tím. - Chất sáp -> dùng trong quá trình tạo hình, cho thanh Profile có bề mặt nhẵn bóng. - Nhựa uPVC (Ultra PVC) là loại nhựa chịu nhiệt cao, có khả năng chống cháy tới 1000 độ C. Thời gian chịu đựng được nhiệt nóng chảy chỉ trong vòng 30 phút. Thanh nhựa uPVC chỉ nóng chảy ra chứ không bắt cháy. Ngoài ra, uPVC là loại thanh nhựa có các tính năng khác như: Không bị ôxy hóa, không bị co ngót, không bị biến dạng theo thời gian. Loại thanh nhựa uPVC cao cấp sẽ được phủ 1 lớp hóa chất chống trầy xướt và tạo ra độ bóng trên bề mặt thanh nhựa uPVC này. - Công thức cấu tạo cua nhựa PVC. ` 2.Quy trình sản xuất. - Theo sơ đồ sau. ` - Thanh Profile gồm bột nhựa PVC cùng các chất phụ gia được đưa vào máy trộn để tạo hỗn hợp PVC. Sau đó, hỗn hợp được đưa vào hệ thống máy đùn. Tại đây máy sẽ gia nhiệt và định hình tạo khuôn dạng các thanh Profile. Trước đó, theo các thông số của thanh Profile được nhập vào hệ thống máy tính. Hệ thống sẽ tự động tính toán khối lượng nguyên liệu cùng lượng bột màu cần thiết trong nguyên liệu để tạo thanh profile theo yêu cầu chuẩn. Thanh Profile có cấu trúc dạng hộp, được chia thành nhiều khoang trống có chức năng cách âm, cách nhiệt, được lắp lõi thép gia cường để tăng khả năng chiu lực cho kết cấu cửa. Khoan trống đáp ứng tính kinh tế, giảm thiểu trọng lượng đến mức đa và đảm bảo sự bền vững trên mức an toàn. - Hình ảnh hoat động của máy. 3.Bánh răng nhỏ số vòng quay đến 3000v/ph -Thành phần hỗn hợp chất dẻo: PA hoặc PBI. -Monome A + monome B → PA + I QUY TRÌNH CHẾ TẠO ỐNG NHỰA CHỊU NHIỆT ` Đùn Chuẩn kích thước và làm nguội In Nhãn Nguyên liệu Gia nhiệt không đủ làm xuất hiện những vết rạn trắng ở đầu nong. • Khắc phục: Tăng nhiệt độ lúc gia nhiệt hoặc kéo dài thời gian gia nhiệt.• Làm nguội không tốt, ống vẫn còn nóng sau khi ra khỏi đầu nong dẫn đến hiện ` Sàng Bộ Phận Kéo Cắt Đạt Kiểm tra Thành phẩm Không đạt Đập Xay Nghiề n . không thể duy trì lâu ở nhiệt độ cao (vinyplat bắt đầu chảy loãng ở nhiệt độ cao hơn 170 0 C. ở nhiệt độ 170 0 C này, tốc độ nhiệt phá huỷ tăng nhanh, tạo thành HCl. Chất này là xúc tác làm vinyplat. BÀI TẬP 7: THÀNH PHẦN HỖN HỢP CHẤT DẺO VÀ QUY TRÌNH CHẾ TẠO SẢN PHẨM : ỐNG NHỰA CHỊU NHIỆT THÀNH PHẦN CHẤT. trong rượu etylic và trộn với dung dịch chất hoá dẻo trong rượu. Sau đó, đem cán ở nhiệt độ 65 đến 70 0 C. Các tấm xenluloit được đưa vào máy ép khối và giữ ở 60 đến 65 0 C; dưới áp suất trong khoảng