Giáo trình Thiết kế chế tạo khuôn cho sản phẩm nhựa

Trong một vài năm từ đầu thập kỉ 90 trở lại đây, lĩnh vực khuôn mẫu đã xuất hiện ở Việt Nam và dần dần khẳng định được vai trò trong sản xuất với các sản phẩm khuôn chất lượng cao, các loại sản phẩm nhựa trong gia dụng và kỹ thuật. Sự phát triển của lĩnh vực này cũng đã kéo theo sự phát triển của ứng dụng công nghệ CADCAMCNC trong gia công và chế tạo. Giáo trình này phục vụ cho công tác đào tạo ngành cơ khí kỹ sư chế tạo máy tại Học viện kỹ thuật quân sự (KTQS). Mục đích là cung cấp những hiểu biết chung nhất về các phương pháp tạo hình sản phẩm nhựa, kiến thức cần có khi thiết kế khuôn ép phun, các phương pháp công nghệ trong gia công khuôn của sản phẩm nhựa cũng như phục vụ cho môn học “Thiết kế chế tạo khuôn mẫu”.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 9 

Chương 1 VẬT LIỆU NHỰA 11 

1.1 Thành phần của nhựa 11 

1.1.1 Polymer 11 

1.1.2 Chất phụ gia 12 

1.1.3 Chất tăng bền 13 

1.2 Phân loại vật liệu nhựa 13 

1.2.1 Phân loại theo công nghệ 13 

1.2.2 Phân loại theo phạm vi sử dụng 14 

1.3 Tính chất của vật liệu nhựa 15 

1.3.1 Đặc tính 15 

1.3.2 Tính chất kỹ thuật 16 

1.4 Ứng dụng và phương pháp gia công vật liệu nhựa 22 

1.4.1 Ứng dụng một số loại nhựa thông dụng 22 

1.4.2 Phân loại phương pháp gia công 24 

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH SẢN PHẨM NHỰA 26 

2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 26 

2.2 Công nghệ ép đùn 26 

2.2.1 Giới thiệu chung 26 

2.2.2 Vật liệu 27 

2.2.3 Quá trình ép đùn 27 

2.2.4 Thiết bị ép đùn 28 

2.2.5 Sản phẩm của quá trình ép đùn 33 

2.3 Công nghệ ép phun 37 

2.3.1 Giới thiệu chung 37 

2.3.2 Vật liệu 37 

2.3.3 Quá trình ép phun 37 

2.3.4 Công nghệ ép phun nhiều màu 40 

2.4 Công nghệ đúc ép, đúc biến đổi hình 46 

2.4.1 Giới thiệu chung 46 

2.4.3 Quá trình đúc ép, đúc biến đổi hình 47 

2.4.4 Phân loại 49 

2.5 Công nghệ cán 51 

2.5.1 Giới thiệu chung 51 

2.5.2 Vật liệu 52 

2.5.3 Quá trình công nghệ cán 52 

2.6 Công nghệ thổi 52 

2.6.1 Giới thiệu chung 52 

2.6.2 Vật liệu 53 

2.6.3 Quá trình công nghệ thổi 53 

2.7 Công nghệ phủ chất dẻo 56 

2.7.1 Giới thiệu chung 56 

2.7.2 Vật liệu 56 

2.7.3 Quá trình công nghệ phủ 56 

2.8 Công nghệ khuôn quay 58 

2.8.1 Giới thiệu chung 58 

2.8.2 Vật liệu 58 

2.8.3 Quá trình công nghệ khuôn quay 58 

2.9 Tạo hình sản phẩm nhựa bằng nhiệt 59 

2.9.1 Giới thiệu chung 59 

2.9.2 Vật liệu 60 

2.9.3 Quá trình tạo hình 60 

Chương 3 THIẾT KẾ HÌNH HỌC SẢN PHẨM NHỰA 63 

3.1 Lưu ý khi thiết kế sản phẩm nhựa 63 

3.2 Thiết kế bề dày 64 

3.2.1 Hiệu quả thiết kế 64 

32.2 Lưu ý khi thiết kế 64 

3.3 Thiết kế góc bo 66 

3.3.1 Hiệu quả khi thiết kế 66 

3.3.2 Lưu ý khi thiết kế 67 

3.4 Thiết kế gân 68 

3.4.1 Hiệu quả khi thiết kế gân 68 

3.4.2 Lưu ý khi thiết kế 68 

3.3.3 Gân tăng cứng 69 

3.5 Thiết kế vấu lồi 70 

3.5.1 Hiệu quả khi thiết kế vấu lồi 70 

3.5.2 Lưu ý khi thiết kế 70 

3.6 Thiết kế lỗ trên sản phẩm 72 

3.6.1 Hiệu quả khi thiết kế lỗ 72 

3.6.2 Lưu ý khi thiết kế 72 

3.7 Khoảng cắt phía sau trên sản phẩm 73 

3.7.1 Hiệu quả khi thiết kế 73 

3.7.2 Giải pháp tránh khoảng cắt 74 

3.8 Góc vát thoát khuôn 74 

3.8.1 Hiệu quả khi thiết kế góc vát 74 

3.8.2 Lưu ý khi thiết kế 74 

3.9 Thiết kế sản phẩm dùng cho lắp ráp 75 

3.9.1 Hiệu quả khi thiết kế 75 

3.9.2 Lưu ý khi thiết kế 75 

3.10 Dung sai cho sản phẩm nhựa 76 

Chương 4 THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN 78 

4.1 Kết cấu cơ bản và quy trình thiết kế khuôn ép phun 78 

4.1.1 Kết cấu cơ bản khuôn ép phun 78 

4.1.2 Quy trình thiết kế khuôn ép phun 80 

4.1.3 Một số vấn đề lưu ý khi thiết kế 80 

4.1.4 Xác định thông số máy ép phun 81 

4.2 Lựa chọn khuôn khi thiết kế 82 

4.2.1 Khuôn sử dụng hệ thống kênh dẫn nguội 82 

4.2.2 Khuôn sử dụng hệ thống kênh dẫn nóng 83 

4.2.3 Hệ thống khuôn nhiều tầng 85 

4.3 Thiết kế lòng khuôn, lõi khuôn 86 

4.3.1 Tính toán kích thước 86 

4.3.2 Tính toán số lượng 87 

4.3.3 Phân bố lòng khuôn, lõi khuôn 88 

4.4.1 Miệng phun 89 

4.4.2 Cân nhắc khi thiết kế miệng phun 95 

4.4.3 Bạc cuống phun 96 

4.4.4 Kênh dẫn nguội 97 

4.4.5 Hệ thống kênh dẫn nóng 100 

4.5 Thiết kế dẫn hướng và hệ thống lõi mặt bên 103 

4.5.1 Thiết kế hệ thống dẫn hướng 103 

4.5.2 Thiết kế hệ thống lõi mặt bên 103 

4.5.3 Kết cấu tháo lõi mặt bên 105 

4.6 Thiết kế hệ thống làm nguội 109 

4.6.1 Tính toán hệ thống làm nguội 109 

4.6.2 Chi tiết khuôn cần làm nguội 111 

4.6.3 Tính toán thời gian làm nguội 114 

4.7 Thiết kế hệ thống gia nhiệt trên khuôn 115 

4.7.1 Phương pháp gia nhiệt 115 

4.7.2 Chi tiết trong hệ thống gia nhiệt 115 

4.8 Thiết kế hệ thống thoát khí 119 

4.9 Thiết kế hệ thống đẩy sản phẩm 120 

4.9.1 Những điều cần lưu ý khi thiết kế 120 

4.9.2 Phương pháp đẩy sản phẩm 121 

4.10 Thiết kế hệ thống hồi 125 

4.11 Thiết kế khuôn cho sản phẩm có ren 126 

4.11.1 Lưu ý khi thiết kế sản phẩm có ren 126 

4.11.2 Kết cấu khuôn cho sản phẩm có ren 128 

4.11.3 Phương pháp tháo sản phẩm 131 

Chương 5 PHƯƠNG PHÁP CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP PHUN 136 

5.1 Yêu cầu kỹ thuật và vật liệu 136 

5.1.2 Vật liệu chế tạo 136 

5.1.3 Tính công nghệ 138 

5.2 Chuẩn bị công nghệ 139 

5.2.1 Quá trình công nghệ 139 

5.2.2 Phương pháp chọn lựa phôi 142 

5.2.3 Gia công chuẩn bị 142 

5.2.4 Chuẩn định vị 143 

5.3 Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE/CNC 144 

5.3.1 Công nghệ CAD 144 

5.3.2 Công nghệ CAM 146 

5.3.3 Công nghệ mô phỏng số(CAE) 150 

5.3.4 Công nghệ CNC 153 

5.4 Công nghệ ngược 155 

5.4.1 Vai trò của công nghệ ngược 155 

5.4.2 Quy trình công nghệ ngược 156 

5.4.3 Một số phần mềm hỗ trợ 158 

5.4 Công nghệ gia công tia lửa điện 159 

5.4.1 Bản chất vật lý 159 

5.4.2 Phương pháp gia công 159 

5.4.3 Vật liệu chế tạo điện cực 160 

5.4.4 Ứng dụng 163 

5.5 Phương pháp nâng cao chất lượng khuôn ép phun 165 

5.5.1 Thấm nitơ 165 

5.5.2 Mạ crom và mạ niken 165 

5.5.3 Phun phủ bề mặt khuôn 166 

5.5.4 Đánh bóng khuôn 167 

5.6 Bảo dưỡng, bảo quản khuôn 167 

5.6.1 Nguyên tắc 167 

5.6.2 Duy trì, bảo quản khuôn 169 

Chương 6 MÁY ÉP PHUN VÀ CÁC THÔNG SỐ 171 

6.1 Cấu tạo và phân loại 171 

6.1.1 Cấu tạo chung máy ép phun 171 

6.1.2 Phân loại máy ép phun 171 

6.2 Hệ thống phun……… 152

6.2.1 Phễu cấp liệu 174 

6.2.2 Khoang chứa liệu 174 

6.2.3 Băng gia nhiệt 175 

6.2.4 Trục vít 175 

6.2.5 Vòi phun 177 

6.3 Hệ thống kẹp 179 

6.3.1 Cơ cấu đẩy, Cơ cấu kẹp 180 

6.3.2 Tấm di động, tấm cố định, thanh nối 181 

6.4 Hệ thống điều khiển và hỗ trợ ép phun 182 

6.5 Lựa chọn máy ép phun 184 

6.5.1 Thông số cơ bản 184 

6.5.2 Máy ép phun nhiều màu 185 

6.6 Thông số công nghệ cơ bản của quá trình ép phun 186 

6.6.1 Thông số công nghệ 186 

6.6.2 Thời gian chu kỳ ép phun 188 

Chương 7 KHUYẾT TẬT TRÊN SẢN PHẨM NHỰA 194 

7.1 Nguyên nhân và phân loại khuyết tật 194 

7.1.1 Nguyên nhân 194 

7.1.2 Phân loại 196 

7.2 Biện pháp khắc phục 203 

7.2.1 Biện pháp khắc phục trên khuôn 203 

7.2.2 Biện pháp khắc phục trên máy ép phun 206 

7.2.3 Biện pháp khắc phục khi sử dụng vật liệu 209 

7.2.4 Biện pháp khắc phục khi thiết kế sản phẩm 209 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 211 

LỜI NÓI ĐẦU

Trong một vài năm từ đầu thập kỉ 90 trở lại đây, lĩnh vực khuôn mẫu đã xuất hiện ở Việt Nam và dần dần khẳng định được vai trò trong sản xuất với các sản phẩm khuôn chất lượng cao, các loại sản phẩm nhựa trong gia dụng và kỹ thuật Sự phát triển của kĩnh vực này cũng đã kéo theo sự phát triển của ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC trong gia công

và chế tạo

Tại Việt Nam, do hạn chế về năng lực thiết kế và chế tạo, các doanh nghiệp hiện mới chỉ đáp ứng được một phần sản xuất khuôn phục vụ cho chế tạo các sản phẩm tiêu dùng, kỹ thuật Trong khi đó, một phần lớn thị phần sản xuất khuôn cao cấp được nắm giữ các công ty liên doanh nước ngoài Với những sản phẩm có yêu cầu kỹ thuật cao hầu hết phải nhập bán thành phẩm hoặc nhập khuôn từ nước ngoài

Một trong những nguyên nhân cần được đề cập đến là các doanh nghiệp SXKM trong nước hiện đa phần hoạt động ở tình trạng khép kín, chưa có sự phối hợp, liên kết với nhau để đi vào thiết kế và sản xuất chuyên sâu vào một hoặc một số mặt hàng cùng chủng loại Bên cạnh đó, trang thiết bị ở hầu hết các cơ sở thuộc trình độ công nghệ thấp, hoặc có nơi đã đầu tư trang thiết bị công nghệ cao, nhưng sự đầu tư lại trùng lặp do chưa

có sự hợp tác giữa các doanh nghiệp trong sản xuất Nguyên nhân kế tiếp

là do nguồn nhân lực thiết kế, chế tạo và chuyển giao công nghệ bị phân tán

Giáo trình này phục vụ cho công tác đào tạo ngành cơ khí kỹ sư chế tạo máy tại Học viện kỹ thuật quân sự (KTQS) Mục đích là cung cấp những hiểu biết chung nhất về các phương pháp tạo hình sản phẩm nhựa, kiến thức cần có khi thiết kế khuôn ép phun, các phương pháp công nghệ trong gia công khuôn của sản phẩm nhựa cũng như phục vụ cho môn học

“Thiết kế chế tạo khuôn mẫu” Giáo trình gồm 07 chương:

Chương 1.Vật liệu nhựa

Chương 2 Phương pháp tạo hình sản phẩm nhựa

Chương 4 Thiết kế khuôn ép phun

Chương 5 Phương pháp công nghệ ứng dụng trong thiết kế, chế tạo khuôn ép phun

Chương 6 Máy ép phun

Chương 7 Khuyết tật trên sản phẩm nhựa

Giáo trình là tài liệu có thể có ích cho các kỹ thuật viên phân xưởng khi muốn tìm hiểu về khuôn ép phun cho sản phẩm nhựa

Giáo trình là kết quả của nhiều năm nghiên cứu trong lĩnh vực khuôn ép phun cho sản phẩm nhựa Tuy nhiên lần đầu tiên xuất bản chắc vẫn còn sai sót Chúng tôi mong nhận các ý kiến đóng góp để hoàn thiện cho những lần tái bản Địa chỉ liên hệ: Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, Học viện KTQS

Các tác giả

Chương 1 VẬT LIỆU NHỰA 1.1 Thành phần của nhựa

Nhựa hay còn gọi chất dẻo là hợp chất được tạo thành từ các polymer cùng với các chất phụ gia, chất tăng bền và các chất khác

Nhựa có thể được tạo hình với một số lượng lớn các loại sản phẩm như các chi tiết ép phun, ép đùn, màng mỏng và tấm mỏng, lớp bọc dây điện và sợi cho nghành dệt Hơn nữa, nhựa là thành phần cơ bản trong các vật liệu khác như: sơn, vecni, keo dán và các hợp chất composit Sự tạo hình các sản phẩm từ nhựa đóng vai trò quan trọng vì các lý do sau:

- Sự đa dạng của các quá trình tạo hình và sự đa dạng không giới về hình dáng, hình học chi tiết gia công

- Nhiều sản phẩm nhựa được tạo hình chỉ bằng khuôn, không cần có các bước gia công tiếp theo

- Do nhiệt độ gia công thấp nên quá trình xử lý nhiệt đơn giản hơn Nhiều phương pháp gia công sản phẩm nhựa chỉ cần một nguyên công

- Trong một số trường hợp, sản phẩm nhựa không cần lớp sơn phủ

1.1.1 Polymer

Polymer là hợp chất hữu cơ mà được hình thành do sự liên kết hoá học bền vững giữa các đơn vị polymer với công thức phân tử hoàn toàn giống nhau Các đơn vị này nối với nhau thành chuỗi dài( còn gọi là mạch) chứa hàng ngàn đơn vị nên phân tử polymer còn được gọi là cao phân tử Các polymer được tạo thành từ các monome nhờ các phản ứng trùng hợp,

sự trùng phối, sự trùng ngưng, đồng trùng hợp

- Sự trùng hợp: Trong phản ứng trùng hợp các cao phân tử được tạo

thành từ các đơn phân tử trong phản ứng mạch không có sự tạo thành các sản phẩm phụ Điều kiện của phản ứng trùng hợp là các đơn phân tử phải

có liên kết không bão hoà

- Sự trùng phối: Trùng phối cũng xảy ra giống trùng hợp vì trong

quá trình xảy ra phản ứng hoá học không xuất hiện các sản phẩm phụ có phân tử nhỏ Trong quá trình trùng phối người ta có thể sử dụng hai đơn

phân tử khác nhau Quá trình trùng phối hợp các chất đơn phân tử có sự đổi chỗ các nguyên tử

- Sự trùng ngưng: Phản ứng trùng ngưng được hình thành từ các

chất đơn phân tử mà phản ứng hoá học của nó xảy ra sẽ tạo thành các phân

tử nhỏ khác (như nước) Khi trùng ngưng sẽ xuất hiện các Polymer có cấu trúc lưới Sự trùng ngưng có thể thực theo từng giai đoạn

- Đồng trùng hợp: Các chất dẻo khác nhau có thể liên kết với nhau

tạo ra chất dẻo mới copolymer (Polymer đồng trùng hợp) Trong quá trình đồng trùng hợp các chất đơn phân tử phần lớn liên kết các mạch với nhau tạo mạch mảng Cũng có trường hợp các Polyme này liên kết vào mạch sẵn của Polymer khác Quá trình đó gọi là đồng trùng hợp ghép cấy

1.1.2 Chất phụ gia

Chất phụ gia là các chất được trộn thêm vào trong chất dẻo, thường

là các chất hữu cơ nhằm cải thiện tính chất cơ – lý – hoá của polymer Đôi khi chất phụ gia có độc tính nên cần tuân thủ các tiêu chuẩn về sử dụng chất phụ gia Việc cho thêm chất phụ gia phụ thuộc vào mục đích sử dụng khác nhau như chỉ tiêu về lý tính, yêu cầu về khả năng tạo hình, tuổi thọ, giá thành

- Chất tăng dẻo: Chất tăng dẻo là chất hoà tan, được đưa vào trong

polymer nhằm phá vỡ một phần tác dụng tương hỗ làm vật liệu chuyển từ trạng thái có độ dai lớn trở thành vật liệu mềm dẻo, dễ biến dạng, dễ uốn hơn Nồng độ chất tăng dẻo tăng sẽ làm giảm độ dai đồng thời giảm nhiệt

độ hóa giòn

- Chất ổn định: Chất ổn định có tác dụng làm chậm và ngăn cản

quá trình biến đổi cấu trúc khi tạo hình và khi sử dụng Người ta sử dụng hỗn hợp nhiều chất ổn định khác nhau nhằm đạt được yêu cầu kỹ thuật đối với vật liệu Có thể kể đến như chất ổn định nhiệt, chất ổn định ánh sáng

- Chất chống oxy: Chất chống oxy hoá thường dùng cho các

polymer như PE, PP, cao su Các chất này làm chậm quá trình oxy hoá nhiệt trong quá trình tạo hình và trong khi sử dụng Các chất thường sử dụng là phênon, metan, photphit…

- Chất giảm chấn: Chất này có tác dụng tăng độ bền cho sản phẩm

nhựa dưới tác dụng của tải trọng va đập, cải thiện khả năng giảm chấn

- Chất chống tĩnh điện: Chất chống tĩnh điện cho phép hạn chế việc

tích tụ điện tích trên bề mặt sản phẩm và từ đó hạn chế các hiện tượng khác như bám bụi

- Chất chống cháy: Chất này có tác dụng hạn chế quá trình bắt lửa,

bốc cháy, ức chế quá trình oxy hoá, hoặc chuyển hoá sang chất khí Nó có khả năng hấp thụ năng lượng nhiệt, hạn chế quá trình trao đổi giữa khí và polymer

1.1.3 Chất tăng bền

Chất tăng bền là chất cho vào trong chất dẻo để tăng tính năng cơ học Chất tăng bền được sử dụng với vai trò vật liệu nền, làm cốt chịu lực Chất tăng bền tồn tại dưới các dạng sau: dạng sợi, sợi hữu cơ, sợi vô cơ, dạng vải, dạng thanh, dạng hạt như bi thuỷ tinh, graphit…Một số chất tăng bền như:

- PTFE tồn tại dưới dạng vải được dùng trong điều kiện làm việc chịu tải lớn, hệ số ma sát cao PTFE còn được dùng dưới dạng bột

- Cacbon được dùng trong chất dẻo dưới hai dạng: sợi cacbon và graphit làm chất bôi trơn Cacbon được dùng dưới 3 dạng: sợi cắt ngắn 30µm đến 3mm, sợi dài từ 5mm đến 20mm và sợi dệt thành vải.Graphit dùng làm chất giảm ma sát, tăng khả năng mài mòn trong các chi tiết trục Người ta dùng graphit làm chất tăng bền cho các polymer đã có độ bền cao

- Amiang làm tăng khả năng chống cháy và chịu nhiệt của polymer Chúng được sử dụng trong các sản phẩm như má phanh ôtô, tấm lợp

1.2 Phân loại vật liệu nhựa

1.2.1 Phân loại theo công nghệ

Nhựa được chia làm 2 loại: nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn

a, Nhựa nhiệt dẻo

Là loại vật liệu có khả năng lặp lại nhiều lần quá trình chảy mềm dưới tác dụng của nhiệt và trở thành dạng rắn khi bị làm nguội Trong quá

trình tác dụng nhiệt chúng chỉ thay đổi tính chất vật lí chứ không thay đổi tính chất hóa học Trong loại nhựa nhiệt dẻo, theo trạng thái pha, có thể chia thành 2 loại:

- Nhựa có cấu trúc vô định hình : Nhựa có cấu trúc vô định hình

(PS, PC, SAN …) dễ dàng nhận thấy bởi tính chất cứng và trong suốt Màu sắc tự nhiên của loại này là trắng như nước hoặc gần như cát vàng hoặc màu mờ đục Loại nhựa này có độ co ngót rất nhỏ, chỉ bằng 0,5 - 0,8% Vật liệu này được ưa thích trong sản xuất hành công nghiệp và gia dụng

- Nhựa có cấu trúc tinh thể: Nhựa có cấu trúc tinh thể (PP, PE, PA,

LDPE, HDPE…) là loại nhựa này thường cứng và bền dai, nhưng không trong suốt, thường được dùng trong làm đồ gia dụng

Một loại nhựa nhiệt dẻo nữa là chất nhiệt dẻo đàn hồi (Elastomer thermorplastic) Loại vật liệu này có tính chất đàn hồi tương tự cao su, như SBR, EPDM, FPM

b, Nhựa nhiệt rắn

Là loại nhựa khi bị tác dụng của nhiệt hoặc các xử lý hóa học trở nên cứng hơn thông thường Nhựa nhiệt rắn khi bị chảy lỏng và đóng rắn, không còn khả năng chảy sang trạng thái chảy mềm dưới tác dụng của nhiệt nữa Do đó vật liệu nhựa nhiệt rắn khi sử dụng rồi sẽ không còn khả năng tái tạo

1.2.2 Phân loại theo phạm vi sử dụng

Theo phạm vi sử dụng, có thể chia thành 2 loại

a, Nhựa gia dụng

Nhựa gia dụng(PP, PS, PE, PVC)dùng để chế tạo các chi tiết hay các sản phẩm có độ chính xác và cơ tính không yêu cầu cao như vỏ bọc dây điện, dép nhựa, thau giặt đồ, ống nước

b, Nhựa kỹ thuật

Nhựa kỹ thuật(PC, PA, ABS, PPO) dùng để chế tạo các chi tiết máy, các chi tiết lắp hay các sản phẩm có yêu cầu về độ chính xác, chịu mòn, chống va đập, bền chắc như bánh răng, bu lông, đai ốc, vỏ máy…

1.3 Tính chất của vật liệu nhựa

1.3.1 Đặc tính

a, Cơ tính

Cơ tính là kể đến sự biến dạng hoặc bị đứt vỡ của chất dẻo do sự thay đổi cơ học như khi đặt tải trọng chẳng hạn Cơ tính của chất dẻo phụ thuộc vào nhiệt độ, tải trọng tác dụng và khoảng thời gian chịu tải trọng

Cơ tính cũng có thể bị tác động do bức xạ tia cực tím khi sử dụng ngoài trời

b, Tính chất nhiệt

Đặc tính về nhiệt bao gồm khả năng chịu nhiệt và khả năng bắt lửa của chất dẻo Nhựa nhiệt dẻo có hệ số giãn nở nhiệt lớn hay có tính dễ bắt lửa và tính dẫn nhiệt hay nhiệt dung nhỏ hơn vật liệu khác như kim loại

c, Tính chất hóa học

Độ bền hóa học, khả năng chống nứt do môi trường hoặc khả năng chịu được sự thay đổi của môi trường đó là các đặc tính hóa học Khi nhựa tiếp xúc với các hóa chất, sẽ một có sự thay đổi nào đó Sau khi nhựa tiếp xúc với hóa chất khoảng một tuần, sự thay đổi sẽ xuất hiện, khối lượng và kích thước có thay đổi Những thay đổi này được xem như tính chất hóa học của nó

d, Đặc tính về điện

Đặc tính về điện của chất dẻo thường được xem như những tính điện từ Tính chất điện bao gồm tính cách điện, độ dẫn điện, độ tích điện tĩnh Nhờ có tính cách điện tốt, nên nhựa thường được sử dụng trong lĩnh vực điện Tuy nhiên, nếu chất dẻo có những khuyết tật, chúng cũng dễ bị nhiễm điện

e, Lý tính

Trọng lượng riêng, hệ số khúc xạ và tính hút ẩm chúng được gọi là tính chất vật lý của nhựa Trọng lượng riêng của nhựa thường là nhỏ và thay đổi phụ thuộc vào đặc tính của Polymer, hoặc tác động nhiệt và cơ đối với chất dẻo

1.3.2 Tính chất kỹ thuật

a, Khối lượng riêng

Khối lượng riêng còn được gọi là trọng lượng đổ đầy, chỉ có ý nghĩa với vật liệu rời Khối lượng riêng là tỷ số giữa khối lượng của vật liệu và thể tích mà khối vật liệu chiếm chỗ

g g

m V

ρ = (g/cm3) Trong đó:

m: Khối lượng vật liệu

Vg: Thể tích vật liệu chiếm chỗ

Khối lượng riêng phụ thuộc vào hình dáng, kích thước, mức độ sắp xếp của vật liệu Khối lượng riêng có ý nghĩa khi tính toán phần chứa nguyên liệu của thiết bị

b, Thành phần cỡ hạt, kích cỡ hạt

Đối với các loại vật liệu dạng hạt thì sự khác nhau về kích thước hạt đường kính hạt là yếu tố quan trọng khi gia công vật liệu Đặc trưng này có thể nhận biết qua thành phần cỡ hạt Nguyên liệu có kích cỡ hạt đồng đều sẽ thuận lợi khi gia công như trộn lẫn đồng đều, gia nhiệt đồng nhất hơn

c, Hàm lượng ẩm và chất dễ bay hơi

Khi hơi ẩm và chất dễ bay hơi hiện diện trong nhựa quá giới hạn cho phép, dẫn đến chất lượng sản phẩm cong vênh, bề mặt sần sùi, có màu sắc ánh bạc trên sản phẩm Đồng thời cần duy trì áp suất trong khi ép Hàm lượng ẩm và chất dễ bay hơi được xác định bằng độ chênh khối lượng mẫu trước và sau khi sấy ở điều kiện, nhiệt độ xác định Do vậy cần sấy vật liệu đạt tới hàm lượng ẩm và chất dễ bay hơi cho phép trước khi gia công

d, Độ linh động

Độ linh động là đại lượng đặc trưng cho khả năng chảy của vật liệu dưới tác dụng áp suất và nhiệt độ Độ linh động cao ảnh hưởng đến khả năng chảy nhanh, không đòi hỏi áp suất cao, khuôn lâu mòn, kích thước và

hình dạng chính xác, chất lượng đồng đều Tuy nhiên, nếu độ linh động quá cao sẽ gây ra hiện tượng ba via, do vật liệu thoát ra ở mặt phân khuôn Độ linh động của vật liệu phụ thuộc vào:

- Bản chất của nhựa

- Bản chất và hình dạng, kích thước chất phụ gia

- Tỷ lệ nhựa và phụ gia

- Nhiệt độ gia công

- Hàm lượng chất bốc hơi, hoá dẻo, chất bôi trơn

- Vận tốc chuyển trạng thái

- Bề mặt khuôn

Độ linh động tăng khi cho thêm các chất bôi trơn, chất hoá dẻo Độ linh động giảm khi cho thêm các chất độn, đặc biệt là các chất độn dạng sợi dài, dạng hạt lớn Biết được độ linh động của nguyên liệu cho phép ta chọn lựa chế độ gia công phù hợp Khi gia công các sản phẩm phức tạp, ta nên chọn lựa loại nhựa có độ linh động cao

Để xác định độ linh động của nhựa nhiệt rắn, phương pháp Rasiga được sử dụng Rãnh tạo hình của khuôn có tiết diện elip, đầu trên cùng có kích thước 4x6 mm, đầu dưới 1x4 mmm và chiều cao 250mm Vật liệu được ép với áp suất 500kg/cm2, lấy khối lượng 7,5 g, đốt nóng đến nhiệt

độ 150 – 1600C, ép trong 3 phút dưới áp suất 300 kg/cm2 Chiều cao của thanh sản phẩm trong khuôn thể hiện độ linh động vật liệu Chiều cao càng lớn, độ linh động càng cao

Đối với nhựa nhiệt dẻo, thường dùng đại lượng gọi là chỉ số nóng chảy, là số gam nhựa dẻo đùn được trong 10 phút ở điều kiện chuẩn định bằng nhớt kế mao quản áp suất không đổi Tải trọng thường dùng chủ yếu cho các loại nhựa:

G0 = 2160 – G +10 (g), với G: Tải trọng của piston

Đối với các loại nhựa không ổn định nhiệt, người ta sử dụng giá trị tải trọng sau:

G1 = 5000 – G ± 10(g)

G2 = 10000 – G ± 15(g) G3 = 21600 – G ± 20(g) Điều kiện nhiệt độ và tải trọng cho các loại nhựa khác nhau thường theo các tiêu chuẩn như hãng ASTM standar plastic

Để giảm sai số trong việc xác định độ linh động, người ta thường dùng các mao quản dài có tỷ số, L/D = 15 – 30

e, Vận tốc đóng rắn, thời gian đóng rắn

Thời gian đóng rắn là thời gian cần thiết để vật liệu dưới tác dụng của nhiệt độ, áp suất chuyển thành trạng thái có tính chất sử dụng tốt nhất Vận tốc đóng rắn biểu thị tốc độ chuyển trạng thái của vật liệu, phụ thuộc bản chất vật liệu Thời gian đóng rắn còn phụ thuộc bề dày sản phẩm gia công, do thời gian làm nguội

Bảng1-1

Thông số kiểm tra độ linh động hãng ASTM Standar Plastic

Trong quá trình đóng rắn vật liệu, do sự hình thành mạng lưới không gian, độ nhớt của vật liệu sẽ tăng do đó ứng suất trượt sẽ tăng Tuy nhiên đối với một số loại vật liệu bên cạnh quá trình đóng rắn còn quá trình phân huỷ nhiệt độ làm giảm độ nhớt vật liệu

Bảng 1-2

Điều kiện đo một số loại nhựa

Độ co thể tích được biểu hiện bằng công thức:

D : Kích thước của khu vực lòng khuôn ở nhiệt độ thường

M: kích thước của sản phẩm ở nhiệt độ thường

Độ co thể tích phụ thuộc vào nhiều yếu tố: bản chất của nhựa, sự hiện diện của chất độn (Chất độn thường làm giảm độ co thể tích), bản chất vật liệu làm khuôn, điều kiện gia công(nhiệt độ và thời gian làm nguội), sự mất ẩm và chất dễ bay hơi trong quá trình gia công, phương pháp tạo hình sản phẩm nhựa

Khi tăng áp suất ép phun, nhiều vật liệu được đưa vào trong khuôn làm độ co giảm Nếu tăng thời gian thì hiệu quả cũng tương tự Việc duy trì

áp lực khi phun làm cho vật liệu đi vào lòng khuôn nhiều hơn, độ co sẽ giảm Khi nhiệt độ nhựa nóng chảy cao hơn nhiệt độ khuôn, độ nhớt của nhựa sẽ giảm đi, vật liệu đưa vào lòng khuôn nhiều hơn, do đó độ co giảm

Bảng 1-3

Độ co và khối lượng riêng một số loại nhựa

g, Nhiệt độ gia công

Nhiệt độ gia công phụ thuộc vào bản chất của từng loại nhựa, hình dáng, kích thước sản phẩm, phương pháp được chọn để gia công, loại thiết

bị dùng để gia công Việc chọn lựa đúng nhiệt độ gia công không chỉ thu được sản phẩm chất lượng tốt mà còn tăng năng suất gia công Trái lại chọn nhiệt độ gia công không thích hợp sẽ gây ra các khuyết tật như: thiếu kích thước, tính chất cơ lý giảm, trong nhiều trường hợp không tiến hành gia công được Nhiệt độ gia công được xác định bằng thực nghiệm và được cho bởi tài liệu của các nhà sản xuất

9 PC 70 - 115 300 - 350

1.4 Ứng dụng và phương pháp gia công vật liệu nhựa

Phương pháp gia công gắn liền với thiết bị thực hiện quá trình gia công, có liên quan đến sự biến đổi trạng thái vật liệu trong thiết bị Trong công nghiệp để dễ nắm bắt quá trình gia công, phân loại phương pháp gia công vật liệu nhựa theo nhiệm vụ từng quá trình, hoặc trạng thái vật lý của nguyên liệu trong quá trình gia công

1.4.1 Ứng dụng một số loại nhựa thông dụng

a, Một số loại nhựa gia dụng

- PA (Poly Amide): Còn gọi là nylon, có cấu trúc tinh thể, màu từ

trắng đục đến vàng xám, độ bền cao, chống va đập tốt nhưng dễ lão hoá bởi ánh sáng, các loại tia Nhựa PA dùng để chế tạo bánh răng, ổ lăn, ổ trượt, đai ốc… các chi tiết trong máy dệt, ống dẫn xăng, vật liệu trong các sợi dệt, dây cước, độn với cao su làm vỏ xe…

- PC (Poly Cacbonat): Có cấu trúc phân tử, độ cứng cao nên khó

gia công, ổn định kích thước khá cao, lão hoá chậm, độ dãn dài cao và chịu

va đập tốt nhưng chịu tải có chu kỳ yếu, tính cách điện ở nhiệt độ cao tốt Nhựa PC dùng để chế tạo các chi tiết giống như nhựa PA

- PE (Poly Etylen): Không màu, độ cứng không cao, dạng tinh thể,

oxy hoá chậm ở nhiệt độ thấp nhưng tương đối nhanh ở nhiệt độ cao PE bền trong nước, chống thấm khí tốt Do độ bền không cao nên dùng để chế tạo các sản phẩm dạng màng, các sợi, dây bọc dây điện, các ống dẫn nước chịu áp lực không cao, chế tạo các chai lọ bằng phương pháp thổi …

- PP( Poly Propylen): Trong suốt, không màu, dạng tinh thể, độ dai

va đập kém, có độ bền kéo và độ ổn định nhiệt cao, khó dán Nhựa PP dùng làm nắp chai, vỏ bút, chai lọ trong y tế, bao bì, dùng trong ngành dệt, giả

da, bọc dây điện

- PS (Poly Styren): Không màu, dạng vô định hình, có độ cứng khá

tốt, độ dai va đập kém, dễ gia công bằng phương pháp ép phun hoặc đúc áp

lực, chịu ăn mòn hoá học tốt Nhựa PS dùng làm các sản phẩm gia dụng, bàn ghế, ly tách hoặc kết hợp với cao su làm vỏ ruột xe có tính đàn hồi cao…

- PVC (Poly Vinyclorid): Màu trắng, dạng vô định hình, độ bền

thấp, kháng thời tiết tốt, ổn định kích thước, độ bền sử dụng cao, dễ tạo màu sắc Nhựa PVC có thể cán mỏng 0,01 - 0,05 mm, làm ống nước bằng phương pháp đùn liên tục, các sản phẩm dạng tấm, cách điện, có thể cán lên vải …

- PET (Poly Etylen Terephatale): Có cấu trúc tinh thể, trong suốt,

khá bền Thường dùng để tạo màng mỏng, kéo dài thành các sợi có tính co giãn như len, tơ… Nhựa PET chủ yếu dùng trong công nghiệp sản xuất các loại chai, lọ, bình chứa

b, Một số loại nhựa kỹ thuật

- PA6 (Polyamide 6, hay Nylon 6, hay Polycaprolactam): Phân tử

gồm các nhóm amide (CONH), có độ bền, độ cứng cao, chịu nhiệt tốt PA6 được sử dụng làm khung, dầm, các giá đỡ cần độ bền và độ cứng vững cao

- PA 66 (Polyamide hay Nylon 6,6): Có độ bền và độ cứng cao, là

một trong các loại nhựa có nhiệt độ nóng chảy cao nhất, hấp thụ độ ẩm trong quá trình ép phun Thuỷ tinh là chất thêm vào thông dụng nhất để tăng cơ tính vật liệu, ngoài ra còn thêm các chất đàn hồi như: EPDM, SBR

để tăng độ bền PA66 có độ nhớt thấp, dễ dàng chảy vào lòng khuôn, do đó cho phép tạo các vật có thành mỏng Độ co rút từ 1% đến 2% Nhựa PA66 dùng để chế tạo các chi tiết trong xe hơi, dùng làm vỏ các thiết bị máy móc…

- POM (Poly Acetatic): Nhựa Acetals có hai loại Homopolymers và

Copolymers Homopolymer có độ bền kéo tốt, độ bền mỏi cao, cứng nên khó gia công Copolymers ổn định nhiệt tốt, ít bị ảnh hưởng bởi hoá chất,

dễ gia công Cả hai nhựa Homopolymers và Polymers là nhựa tinh thể, hút

ẩm kém Nhựa Acetals có hệ số ma sát thấp và ổn định kích thước tốt, nên thích hợp cho việc chế tạo bánh răng và trục Nhựa Acetals chịu nhiệt tốt, nên được sử dụng chế tạo các chi tiết trong máy bơm, van…

- ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene): Được tạo từ ba đơn phân

tử: acrylonitrile, butadiene, và styrene Mỗi đơn phân tử có tính chất khác nhau như: tính cứng, bền với nhiệt độ và hoá chất là của acrylonnitrile, dễ gia công, độ bền của styrene và độ dẻo độ dai va đập của butadiene Nhựa ABS dùng để chế tạo các chi tiết trong xe hơi (nắp của các ngăn chứa, vỏ bánh xe…), tủ lạnh, các thiết bị trong gia đình (máy sấy tóc, các thiết bị chế biến thực phẩm, bàn phím máy tính, điện thoại bàn, ván trượt tuyết…)

- PMMA (Polymethyl Methacrylate): Có tính chất quang học rất đặc

biệt, có thể truyền ánh sáng trắng cao đến 92%, các chi tiết đúc có thể có tính lưỡng chiết rất thấp, do đó rất lý tưởng để chế tạo các đĩa hát Nhựa PMMA dùng trong xe hơi (các thiết bị báo hiệu, các bảng dụng cụ…), công nghiệp (đĩa hát, các kệ trưng bày …), y tế…

- PBT (Polybutylene Terephthalates): Là một trong những nhựa

nhiệt dẻo kỹ thuật có cơ tính rất cao PBT là một loại nhựa bán tinh thể, có tính kháng hoá chất rất tốt, hút ẩm rất ít, có tính trở nhiệt và trở điện cao,

ổn định dưới các điều kiện môi trường Nhựa PBT dùng để chế tạo các thiết

bị, dụng cụ trong gia đình và công nghiệp (lưỡi trong các thiết bị chế biến thực phẩm, các chi tiết trong máy hút bụi, quạt, máy sấy tóc, cửa, vỏ máy, các chi tiết trong xe hơi …), các thiết bị trong ngành điện (công tắc, vỏ cầu chì, bàn phím máy tính, đầu nối)

1.4.2 Phân loại phương pháp gia công

a, Phân loại theo nhiệm vụ

Các quá trình gia công thường được xếp thành ba nhiệm vụ chính :

- Nhóm phương pháp tạo hình: Nhóm này có nhiệm vụ tạo cho vật

liệu có hình dáng sử dụng Nhóm các phương pháp này bao gồm: ép phun,

ép đùn, thổi, đúc dưới áp suất

- Nhóm các phương pháp lắp ghép: Nhóm này có nhiệm vụ tạo liên

kết giữa chi tiết sản phẩm với nhau Trong nhóm này có thể kể đến như: hàn, phủ bề mặt bao gồm dán và phun

- Nhóm các phương pháp biến tính: Nhóm này có nhiệm vụ thay

đổi cấu trúc, trạng thái của nhựa bằng phương pháp vật lý, phản ứng hoá học như phương pháp trộn, hoạt hoá bề mặt

b, Phân loại theo trạng thái vật liệu và điều kiện gia công

- Nhóm 1: Gồm các phương pháp gia công ở trạng thái nhiệt độ, áp

suất cao, vật liệu ở trạng thái chảy nhớt trong quá trình gia công Thuộc nhóm này cần kể đến như: ép phun, đúc dưới áp suất, ép đùn

- Nhóm 2: Gồm các phương pháp gia công khi vật liệu ở trạng thái

mềm cao, phổ biến là phương pháp gia công vật liệu ở dạng tấm Áp suất tạo hình phụ thuộc vào quá trình nung nóng, độ dày tấm vật liệu

- Nhóm 3: Gồm các phương pháp gia công ở điều kiện nhiệt độ, áp

suất gần như bình thường Vật liệu gia công cũng giữ nguyên cấu trúc ban đầu

- Nhóm 4: Vật liệu gia công ở trạng thái lỏng hoặc mềm ở nhiệt độ

cao, hoặc nhiệt độ không cao lắm(thường được nung nóng sơ bộ) Thuộc nhóm này phải kể đến như công nghệ khuôn quay, đúc không áp suất

-Nhóm 5: Gồm phương pháp hàn và dán, nhằm mục đích liên kết

các sản phẩm Trong quá trình hàn, liên kết tại bề mặt tiếp xúc được tạo ra bởi quá trình khuyếch tán của các mạch phân tử tại bề mặt tiếp xúc nhờ vào

sự hoà tan dung môi ở nhiệt độ thường

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Khái niệm về nhựa? phân loại theo công nghệ và phạm vi sử dụng? Phân loại các phương pháp gia công sản phẩm nhựa?

2 Khái niệm về độ co thể tích? Độ co thể tích phụ thuộc vào những yếu tố nào?

3 Khái niệm về nhiệt độ gia công? Cơ sở để chọn lựa nhiệt độ gia công? Ảnh hưởng của nhiệt độ gia công đến quá trình hình thành sản phẩm trong khuôn?

4 Một số loại nhựa sử dụng trong gia dụng và công nghiệp? ứng dụng cụ thể của từng loại đó?

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH

SẢN PHẨM NHỰA 2.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Công nghệ chuẩn bị vật liệu hay sơ chế là công nghệ cần thiết để điều chế nguyên liệu, đảm bảo định lượng đúng thành phần, độ hạt, độ sạch, độ đồng nhất nguyên liệu Các công nghệ thường dùng:

Nguyên công pha trộn có mục đích trộn đều các thành phần của vật liệu Người ta sử dụng công nghệ trộn đều tuỳ thuộc vào trạng thái, độ nhớt của vật liệu Công nghệ thường dùng là khuấy, trộn lệch tâm, khuấy trục khuỷ, khuáy trộn trục vít, cán

Làm nhuyễn: Trộn và khuấy có thể làm đều vật liệu, đồng thời vật liệu dẻo và nhuyễn

Để cung cấp nguyên liệu công nghiệp người ta đem vật liệu chất dẻo pha sẵn tạo thành vật liệu dạng hạt cung cấp người sử dụng Trong sản xuất hiện đại, các nhà sản xuất chất dẻo đã tạo ra các hạt hoặc bột với các thành phần pha sẵn, theo tiêu chuẩn về nguyên vật liệu Để tiết kiệm nguyên liệu, hạ giá thành sản xuất sản phẩm có thể thêm các vật liệu tái sinh hoặc các chất phụ gia

2.2 Công nghệ ép đùn

2.2.1 Giới thiệu chung

Ép đùn là quá trình nén ép vật liệu chảy qua một lỗ khuôn để tạo ra các sản phẩm dài liên tục Hình dáng mặt cắt ngang của sản phẩm được xác

định bởi hình dáng của lỗ khuôn Vì vậy, hình dáng mặt cắt ngang sẽ không đổi trên toàn bộ sản phẩm Các sản phẩm được đùn theo một quá trình liên

tục, được làm lạnh và cắt theo chiều dài xác định

2.2.2 Vật liệu

Ép đùn là quá trình tạo hình cơ bản với kim loại, gốm và nhựa Ép đùn được sử dụng cho nhựa nhiệt dẻo, cao su để sản xuất hàng loạt các sản phẩm như: các loại ống, thanh kết cấu, các tấm màng mỏng, lớp nhựa bọc dây điện, dây cáp…

Có hai dạng nóng chảy xảy ra trong máy đùn: nóng chảy tiếp giáp, nóng chảy phân tán Nóng chảy tiếp giáp là quá trình các hạt vật liệu rắn bị nén chặt, quay dọc theo chiều dài của trục vít Một lớp nhựa nóng chảy mỏng hình thành giữa các hạt rắn và thân máy đùn Nóng chảy tiếp giáp thường xảy ra giữa bề mặt có sự tiếp xúc giữa hạt rắn và màng nhựa nóng chảy Nhựa tiếp tục nóng chảy được thu vào trong màng nhựa, nhưng bị

đẩy ra, ép vào cánh trục vít đang hoạt động Nóng chảy tiếp giáp thường thấy với máy đùn đơn trục vít

Nóng chảy phân tán là quá trình các hạt vật liệu rắn phân tán trong một môi trường nóng chảy Chúng bị giảm kích thước cho đến khi nóng chảy hoàn toàn Nóng chảy phân tán thường thấy trong máy đùn hai trục vít, máy đùn đơn trục phối trộn Theo chiều dài của trục, nóng chảy phân tán xảy ra ở điểm 1 – 2D Trong máy đùn đơn trục chiều dài này là 10-15D

2.2.4 Thiết bị ép đùn

Hình 2-3 Sơ đồ kết cấu thiết bị ép đùn

1- Phễu liệu, 2- Hạt chất dẻo, 3- Bộ nung nóng, 4- Polymer nóng chảy, 5- Trục vít xoắn, 6- Thân máy đùn, 7- Tấm xé, 8- Lỗ khuôn, 9 – Sản

phẩm

A- Vùng cấp liệu, B- Vùng nén ép, C-Vùng chảy lỏng

Các chức năng của thiết bị đùn bao gồm vận chuyển chất rắn, làm nóng chảy hoặc làm nhuyễn dẻo, trộn, vận chuyển vật liệu dạng nóng chảy, tách khí, định hình sản phẩm Các chức năng này có quan hệ qua lại lẫn nhau Chức năng của mỗi vùng trong thiết bị đùn phụ thuộc hình dạng máy đùn, đặc tính của nhựa, điều kiện hoạt động của máy

Trục vít có nhiều chức năng và được chia làm các phần tương đương với chức năng đó Phần A là đoạn cấp liệu, vật liệu chuyển động từ phễu và được nung nóng sơ bộ Phần B là vùng nén ép, nhựa chuyển sang dạng lỏng Khí sản sinh ra từ vật liệu được hút ra khỏi chất dẻo lỏng, vật

liệu ở trạng thái bị nén ép Phần C là vùng chảy lỏng, vật liệu được đồng nhất hoá và áp suất riêng được tăng lên để phun nhựa lỏng qua lỗ khuôn Ranh giới của các phần trên trục vít là cố định nhưng ranh giới của các vùng chức năng có thể thay đổi theo tính chất của nhựa và điều kiện hoạt động của máy đùn

a, Trục vít

Trục vít có hình trụ dài, có các cánh xoắn xung quanh Các chức năng của trục vít bao gồm 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 kết cấu trục vít

Ngoài sử dụng trục vít còn có loại máy đùn kiểu pittông: nhờ pitttông tạo một lực đẩy vật liệu đi qua khuôn Máy đùn kiểu pittông có vùng đẩy nguyên 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

Trục vít thường sử dụng một số loại như: loại đơn trục vít, loại hai trục vít

Hình 2-4 Trục vít đôi hình trụ Hình 2-5 Trục vít đôi hình côn

1 Loại 2 trục, cùng chiều: Hai trục vít đặt cạnh nhau, quay cùng

chiều với nhau Trục vít thường dùng ở tốc độ cao 200 – 500 vòng/phút Các loại thiết bị mới có thể đạt tốc độ 1000 – 1600 vòng/phút

2 Loại hai trục ngược chiều: Tốc độ làm việc phụ thuộc vào ứng

dụng Sử dụng chủ yếu để phối trộn, chạy ở tốc độ 200-500 vòng/phút Loại tốc độ thấp hay sử dụng hơn, 10 – 40 vòng/phút Loại ngược chiều có đặc tính vận chuyển tốt hơn so với loại cùng chiều

Một đặc tính khác để phân biệt các loại máy đùn là mức độ ăn khớp vào nhau của cánh trục vít Thông thường, các trục vít xen kẽ vào nhau Hai trục vít không xen kẽ nhau có ưu điểm là không có tiếp xúc giữa kim loại-kim loại Tỷ số L/D của trục vít không xen kẽ đạt đến 100:1 hay cao hơn Tỷ số L/D của trục vít xen kẽ nhau thường nhỏ hơn 60:1 Tuy vậy, nhược điểm của loại hai trục không xen kẽ là khả năng trộn bị hạn chế

Có sự khác biệt quan trọng của máy đùn đơn trục và hai trục vít Trong máy đùn đơn trục vít, vùng vận chuyển và nóng chảy của vật liệu khoảng 15-20D Điều này có nghĩa trong loại máy đùn có tỷ số L/D là 25,

sẽ không có nhiều khoảng trống cho viêc vận chuyển nóng chảy, trộn và tách khí Nếu tách khí, chiều dài của máy đùn phải nằm trong khoảng 30-

35D Trong máy đùn hai trục vít, vùng vận chuyển và nóng chảy vật liệu chỉ dài khoảng 5-6D Nếu máy đùn

hai trục vít dài 30D, có nghĩa vẫn còn không gian cho trộn, tách khí, phản ứng hoá học Do đó máy đùn hai trục sử dụng linh hoạt hơn máy đùn đơn trục

Đun nóng và làm lạnh trục vít: trục vít được đun nóng hay làm lạnh phía bên trong trục vít Chất lỏng trao đổi nhiệt tuần hoàn bên trong

b, Thân của máy đùn

Thân máy đùn thực chất là xi lanh, là một ống dày được đặt cố định trên một giá đỡ Giữa thành xi lanh và đầu cánh vít có khe hở, xi lanh không được tiếp xúc với trục vít Bên trong thân máy được phủ vật liệu cứng, chống mài mòn Trên thân máy, có các lỗ thông khí để thoát các chất bay hơi có trong nhựa Đầu xi lanh gắn với đầu đùn, cần có kết cấu hợp lý

để tháo lắp dễ dàng, nhanh chóng và thay lưới lọc nhang trong quá trình sản xuất

Bảng 2-1

Công suất nung và đường kính D, tỷ số L/D Đường kính vít L/D Công suất nung(KW) Số vùng

Một số máy đùn không có họng cấp liệu, vật liệu được đưa trực tiếp vào thân máy đùn Ưu điểm là chi phí thấp, ít chi tiết, không khó khăn để

bố trí họng cấp liệu với thân máy đùn Tuy vậy, nhược điểm là 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

Phễu nạp liệu được thiết kế sao cho đảm bảo dòng vật liệu chảy ổn định Ngoài ra, trên các máy ép đùn, có thêm các thiết bị hỗ trợ để giúp quá trình nạp liệu ổn định

d, Bộ nung nóng và làm lạnh

Các thiết bị gia nhiệt bằng điện được đặt dọc theo thân máy đùn Các máy đùn thường có ít nhất 3 vùng nhiệt độ dọc theo chiều dài của thân máy đùn Các máy đùn dài hơn, có thể có 8 vùng nhiệt độ Mỗi vùng có hệ thống gia nhiệt và làm lạnh riêng, có sensor đo nhiệt độ Nhiệt độ thường

đo bên trong thân máy

Thân máy đùn phải làm lạnh nếu nhiệt độ của nhựa tăng, tránh làm nhiệt độ của thân máy đùn tăng quá giới hạn cho phép Điều này cũng xảy

ra tương tự khi đùn nhựa có độ nhớt cao, tốc độ đùn lớn Làm lạnh có thể bằng không khí Quạt gió đặt ở phía dưới máy đùn, mỗi quạt làm lạnh cho mỗi vùng

Khi cần lấy đi một lượng nhiệt lớn, có thể dùng nước Khi sử dụng nước lạnh, chai thành các vòng làm lạnh Các vòng đó có thể chế tạo trực tiếp trên than xi lanh hoặc chế tạo rời Máy đùn hoạt động tốt nhất khi trục vít cấp đủ năng lượng cho quá trình, gia nhiệt hoặc làm lạnh cũng sẽ ít đi

Do vậy, với máy đùn trục vít đơn, làm lạnh bằng không khí là đủ Nước

làm lạnh quá nhanh sẽ gây khó khăn cho việc khống chế đúng nhiệt độ

Bảng 2-2

Nhiệt độ nung khi gia công của một số vật liệu

Vật liệu Áp lực

nén, (MPA)

Nhiệt độ gia công TB,(0C)

Nhiệt độ vùng cấp liệu

Nhiệt độ vùng nén

Nhiệt độ vùng bơm,

Nhiệt độ sau bộ lọc,

và phân tán dòng chảy của nhựa Nếu dòng chảy không bị nén ép thì nhựa

có thể quay ngược vào trong khoang ép đùn, làm mất định hướng dòng chảy

Lưới lọc có nhiệm vụ giữ lại các tạp chất Thông thường, nhiều tấm lọc được kết lại với nhau, bắt đầu là tấm lưới thô, tiếp đến là các tấm lưới

có kích thước nhỏ dần, rồi một tấm lưới thô, áp sát vào tấm chắn Tấm lưới thô sau cùng chỉ làm nhiệm vụ đỡ tấm lưới tinh Sắp xếp các lưới lọc tạo nên hộp lọc(screenpack)

Hộp lọc: ngoài chức năng lọc các tạp chất, hộp lọc còn làm tăng khuấy trộn trong máy đùn Hộp lọc thường gồm các lưới lọc từ 20 mesh, tiếp đến là 40, 60, 80 Lưới 20 mesh được áp sát vào tấm xé (mesh: số dây kim loại đan lưới trên 1 inch - 25mm, mesh càng cao, lỗ lưới càng nhỏ)

f, Khuôn

Khuôn đặt ở đầu ra của máy đùn Khuôn tạo ra sản phẩm với hình dạng mong muốn Khuôn tạo hình dạng vành khuyên dùng tạo ống, bọc dây điện Khuôn tạo hình có khe dùng tạo màng mỏng, tấm Khuôn đùn tròn dùng để tạo sản phẩm dạng sợi, que Khuôn tạo hình được định danh theo loại sản phẩm nên ta có thể gọi: khuôn tạo hình tấm, màng mỏng…

Những loại máy ép đùn trục vít kép thường được sử dụng cho các loại nhựa PVC cứng, nhựa khó ép đùn, vật liệu đòi hỏi có quá trình phối trộn tốt

Quá trình làm nguội được thực hiện bằng thổi khí, phun tia nước, hoặc để sản phẩm đi qua các bể nước Sản phẩm có khuynh hướng nở ra,

để bù lại sự nở của vật liệu, lỗ khuôn phải làm đủ dài Đối với các hình dáng không tròn, lỗ khuôn được thiết kế với mặt cắt ngang khác với profin theo yêu cầu để tránh phải sửa sai do sự nở vật liệu Do các loại nhựa khác

nhau có độ nở khác nhau, hình dáng profin phụ thuộc vào vật liệu ép đùn

thổi qua đó để duy trì

với thiết bị giới hạn

kích thước ngoài của

Tấm và màng mỏng được ép đùn bằng khuôn khe hở Tấm và màng mỏng có độ dày khác nhau được sản xuất bởi ép đùn truyền thống, sử dụng khe hẹp làm lỗ khuôn Khe hẹp này có thể rộng đến 0,4 m và dài đến 3m Khuôn nhiều đoạn mở rộng ra để nhựa chảy từ từ khi chảy qua khe hẹp Trong quá trình tạo hình, cần đảm bảo sự đồng nhất độ dày trên toàn bộ sản phẩm Để làm lạnh hiệu quả thì trong dây chuyền sử dụng thêm các bể nhúng hoặc sử dụng các con lăn làm lạnh Sử dụng con lăn làm nguội sẽ cho phép độ dày đồng đều hơn, năng suất lên đến 5m/s

Màng mỏng được sử

dụng làm bao gói, phim

dùng để vật liệu che phủ

Trong hình 2-8, nhựa nóng

chảy đi theo hướng 4 Ban

đầu nhựa được đi qua khe

hẹp, tăng áp suất đùn nhựa

Sau đó, nhựa đi qua đoạn

mở rộng 1 và chảy qua khe

hở của khuôn 3 Sản phẩm

cuối cùng là màng mỏng 2 Hình 2-8 Nguyên lý ép đùn tấm và màng mỏng

d, Các dây điện và dây cáp bọc nhựa

Trong quá trình bọc nhựa,

dây trần được kéo qua lỗ khuôn với

tốc độ nhanh Mật độ chân không

nhẹ được thực hiện giữa dây và

nhựa để làm tăng độ dính chặt của

lớp bọc Khi làm nguội, dây được

bọc đi qua nước Sản phẩm là dây

bọc nhựa được quấn vào cuộn dây

lớn, với tốc độ 50m/s Trên hình

2-9, nhựa nóng chảy 6 đi bên trong

xy lanh 2, qua màng lưới 1, tấm xé

3, ống lõi 4 có vai trò dẫn hướng

dây trần 5 đi qua cụm khuôn 7 Xi

chân không 8 tạo lực hút nhựa vào

Hình 2-9 Bọc nhựa cho dây

dây dẫn Sản phẩm cuối cùng là dây được bọc nhựa 9 Quá trình bọc nhựa diễn ra liên tục Đường kính lỗ khuôn phụ thuộc vào đường kính dây cần

bọc Dây trần 5 cần được nắn thẳng trước khi đi vào khuôn

e, Ép đùn màng mỏng thổi

Công nghệ thổi màng mỏng được áp dụng thay cho cán màng mỏng

và đã đem lại hiệu quả cao Phương pháp này cho phép tạo màng mỏng đến 0,01mm Thực chất đây là công nghệ tạo ống Sau đó được thổi phồng bằng khí nén Ống được ép đùn ra, sau đó kéo lên trên ngay khi đang còn chảy Đồng thời, ống được phình ra do không khí được thổi vào Tiếp đó, nhựa nóng chảy được đông đặc Áp suất khí trong ống vẫn được duy trì để đảm bảo độ dày đồng đều của phim Có thể thổi kèm theo chất chống dính để sau này dễ bóc tách

Trên hình 2-10, ống được

làm xẹp nhờ kết cấu khung, và

dịch chuyển vào các con lăn kẹp

Các tấm phẳng nhờ các con lăn

dẫn hướng được đưa đến ống

cuộn Phim được thổi ra có thể rời

khỏi máy dưới dạng màng mỏng

hoặc được cắt rời 2 mép để có 2

tấm phim Chiều dày ban đầu của

phôi màng do khe hở của khuôn

và lõi quyết định Làm nguội

được thực hiện bằng nước hoặc

bằng bằng khí

Hình 2-10 Nguyên lý sản xuất màng

mỏng

2.3 Công nghệ ép phun

2.3.1 Giới thiệu chung

Ép phun là quá trình nhựa được nung nóng đến trạng thái dẻo cao

và được phun dưới áp lực cao vào trong lòng khuôn, rồi đông đặc ở đó Quá trình này sản xuất ra sản phẩm có hình dáng thực cuối cùng Thời gian của một chu kỳ từ một đến vài phút, có thể thực hiện trong nhiều lòng khuôn một lúc Các hình dáng phức tạp thường được thực hiện bằng ép phun

2.3.2 Vật liệu

Ép phun là công nghệ được sử dụng rộng rãi với nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn, cao su Kích thước sản phẩm có thể từ vài chục gram đến các vật lớn Những ưu điểm của công nghệ ép phun có thể kể đến:

- Tạo ra sản phẩm có hình dáng phức tạp tùy ý

- Hình dáng giữa hai mặt trên cùng sản phẩm có thể khác nhau

- Khả năng tự động hóa và chi tiết có tính lặp lại cao

- Sản phẩm sau khi ép có màu sắc phong phú và độ nhẵn bóng bề mặt cao nên không cần gia công lại

- Phù hợp trong cả sản xuất hàng khối và đơn chiếc

Hình 2-11 Một bộ khuôn ép phun Hình 2-12 Sản phẩm công nghệ ép

phun

2.3.3 Quá trình ép phun

a, Giai đoạn kẹp

Ban đầu khuôn được đóng rất nhanh, sau đó chậm dần cho đến khi khuôn được đóng hoàn toàn Giai đoạn này xuất hiện lực kẹp lớn, chống lại

áp cao từ dòng nhựa bắn vào khuôn Điều này rất quan trọng vì nếu lực kẹp không thắng được áp lực phun thì khuôn sẽ bị hư hại và sản phẩm có ép phun được thì cũng gặp nhiều khuyết tật Giai đoạn kẹp kết thúc khi miệng vòi phun tiếp xúc với khuôn(cụ thể là bạc cuống phun)

Hình 2-13 Giai đoạn kẹp

b, Giai đoạn phun

Đầu tiên nhựa sẽ được phun vào khuôn rất nhanh do trục vít tiến về phía trước Nhựa có độ nhớt cao nên chảy vào khuôn có dạng vòi phun nước Dòng nhựa nóng chảy vào lòng khuôn theo các sóng cơ học Lớp nhựa đầu tiên bị đóng rắn ở thành Dòng nhựa sau có nhiệt độ cao hơn tiếp tục chảy vào lòng khuôn Chiều dày của lớp đóng rắn thay đổi theo nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ khuôn, thời gian phun

Sau khi lòng khuôn gần như điền đầy(khoảng 95%) quá trình định hình sản phẩm diễn ra do lòng khuôn nguội hơn Nhựa nóng nguội dần và xảy ra hiện tượng co rút Do đó, một lượng nhựa sẽ được phun để bù trừ sự

co rút đến khi miệng phun đông cứng lại Ta gọi đó là quá trình giữ hay quá trình kìm Quá trình này không chỉ giúp ngăn dòng chảy ngược của nhựa qua miệng phun mà còn giúp sản phẩm được điền đầy hoàn toàn

Hình 2-14 Giai đoạn phun

c, Giai đoạn làm nguội

Khuôn vẫn được đóng, nhựa nóng trong khuôn được làm nguội cho đến khi đủ độ cứng đẩy ra khỏi khuôn Trong suốt giai đoạn này, trục vít vẫn quay và lùi dần lại chuẩn bị cho lần phun kế tiếp Thời gian tiêu tốn trong giai đoạn này phụ thuộc vào vật liệu nhựa, bố trí hệ thống làm nguội

Hình 2-15 Giai đoạn làm nguội

d, Giai đoạn đẩy

Trong giai đoạn này, khuôn được mở ra nhanh chóng, an toàn Lúc đầu khuôn sẽ mở chậm, sau đó nhanh dần cho đến gần cuối hành trình thì

nó chuyển động chậm lại để tránh va đập mạnh Khuôn được mở ra, hệ thống đẩy sẽ đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn Khi sản phẩm rời khỏi khuôn thì chốt hồi sẽ đưa hệ thống đẩy trở về Khuôn được đóng lại và sẵn sàng cho lần phun kế tiếp

Hình 2-16 Giai đoạn đẩy sản phẩm 2.3.4 Công nghệ ép phun nhiều màu

Sản phẩm làm từ nhiều vật liệu được làm thông qua một vài kỹ thuật ép phun tạo hình đặc biệt Các lớp vật liệu hỗn hợp khác nhau được gia nhiệt đến nhiệt độ nóng chảy của chúng, sau đó lần lượt được phun vào một lòng khuôn hoặc nhiều lòng khuôn Nhựa nóng chảy sau đó hóa rắn thành các hình dạng mong muốn từ hình dạng của các lòng khuôn mà chúng nằm trong đó

a, Phương pháp ép phun nhiều thành phần

Sản phẩm được tạo hình bởi ép phun nhiều thành phần là kết quả của quá trình phun đồng thời hai vật liệu vào trong khuôn thông qua cùng một vòi phun hay các vòi phun tách biệt Phương pháp phổ biến nhất là ép phun đồng thời, ép phun theo lớp, ép phun hai lần và ép phun gián đoạn

1 Ép phun hai lần

Ép phun hai lần thực

hiện khi hai loại nhựa khác

nhau được phun đồng thời vào

các vị trí khác nhau trong cùng

một khuôn Khi các dòng vật

liệu vào trong khuôn, chúng sẽ

gặp nhau tại các bề mặt tiếp

xúc Do vậy chất lượng sự liên

kết giữa các lớp vật liệu còn

phụ thuộc vào tính chất tương Hình 2-17 Nguyên lý ép phun hai lần

quan của hai loại vật liệu

Ép phun hai lần khá đơn giản, chỉ được sử dụng để sản xuất các chi tiết đơn giản và không yêu cầu độ chính xác cao Các mặt tiếp xúc thường ở dạng mặt phẳng, mỗi vật liệu được phun bởi đầu phun riêng

2 Ép phun gián đoạn

Ép phun gián đoạn được xem như quá trình phun không liên tục hai vật liệu vào trong khuôn thông qua cùng một vòi phun Kết quả thu được là chi tiết có hai màu giống như đá hoa Trên các sản phẩm tạo hình theo ép phun gián đoạn thường không có sự phân biệt rõ ràng giữa các lớp nhựa

3 Ép phun đồng thời

Nguyên lý ép phun đồng thời khá giống với quá trình ép phun một loại vật liệu, ngoại trừ hai đường ống được nối với một đường dẫn chính và đầu phun Các ống A và B có vai trò chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình ép phun Bên cạnh đó, một hệ thống van để điều khiển vật liệu được phép đi vào lòng khuôn

Hình 2-18 minh họa một trình tự phun đồng thời A-B-A để sản xuất một sản phẩm sắp xếp vỏ-lõi- vỏ đơn giản Quá trình tạo hình sản phẩm như sau:

- Bước 1: Van A mở và van B đóng Điều này cho phép vật liệu vỏ được phun vào Lớp vật liệu này sẽ bao phủ toàn bộ lòng khuôn và thường

có bề dày khá mỏng

- Bước 2: Van A đóng và van B mở Điều này cho phép dòng vật liệu lõi được phun vào trong lòng khuôn và đi xuyên qua lớp vỏ ban đầu Hai vật liệu này không trộn lẫn và lớp lõi không bị phá vỡ kết cấu lớp vỏ

Để có kết quả này, nguyên lý được sử dụng trong quá trình là nguyên lý dòng chảy tầng

- Bước 3: Vật liệu vỏ lại được phun thêm vào như bước đầu tiên

Điều này đảm bảo rằng vật liệu trong lõi hoàn toàn bị che phủ

Đây là phương pháp phổ

biến nhất và có lẽ là hữu ích nhất

của quá trình ép phun nhiều thành

phần Quá trình bao gồm phun hai

dòng nhựa được kiểm soát thông

qua cùng một đầu phun vào trong

lòng khuôn để tạo ra các chi tiết

với sự bố trí vỏ/lõi Ép phun đồng

phẩm, kết cấu thêm phần phức tạp

Nền tảng cơ bản của ép phun nhiều lần là sau mỗi lần phun, lõi khuôn (bao gồm chi tiết đã hoàn tất một phần) được chuyển động đến vị trí tiếp theo để chuẩn bị cho lần phun tiếp theo Lõi khuôn ban đầu kết hợp với lòng khuôn có hình dáng mới để tạo thành hình dáng cuối cùng vật thể Để

có sự thuận tiện đó, chủ yếu nhờ vào các thiết kế đặc biệt trên máy ép phun như tấm quay, tấm phân độ

Ép phun nhiều lần bằng tấm quay