Tiểu luận vật liệu học KHUÔN TẠO HÌNH CHẤT DẺO.

1. Phương pháp thổi (blowing molding) Là phương pháp trong đó khí nén được thổi vào một “túi” nhựa dẻo để ép nhựa dẻo lên bề mặt của khuôn. Đây là một phương pháp quan trọng để tạo ra những chi tiết, những sản phẩm bằng chất dẻo có thành mỏng như các loại chai, lọ và thùng chứa. Những loại được sản xuất để dùng cho ngành thực phẩm và dược phẩm thì đòi hỏi rất cao về chất lượng. Phương pháp thối có thể chia thành hai bước: + Bước thứ nhất là tạo ra một ống nhựa dẻo, hay thường gọi là parison. + Bước thứ hai là thổi khí nén vào để ép nhựa dẻo lên bề mặt trong của khuôn để tạo thành hình dáng theo mong muốn. Tuỳ theo loại sản phẩm (phụ thuộc vào loại vật liệu nhựa gia công) mà ta có hai phương pháp thổi phương pháp đùn và phương pháp phun.

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

TIỂU LUẬN SỐ 6

KHUÔN TẠO HÌNH CHẤT DẺO

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG NGA

LỚP: 13145CL1

NHÓM: 4

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 12 năm 2014

KHUÔN TẠO HÌNH CHẤT DẺO

Hiện nay trên thế giới sử dụng phổ biến nhất hai phương pháp tạo

ra các loại chai, thùng nhựa đó là phương pháp thổi (blowing molding) và phương pháp quay (rotating molding) Cả hai phương pháp này đều cùng một mục đich là tạo ra một sản phẩm rỗng từ nhựa nhiệt dẻo Tuy nhiên, phương pháp quay có thể tạo được những sản phẩm phong phú hơn so với phương pháp thổi Phương pháp quay có thể tạo những sản phẩm có dung tích từ 5ml đến những thùng lớn khoảng 38m3 Mặc dù hai phương pháp này đều tạo ra một loại sản phẩm nhưng mỗi phương pháp có một vị trí nhất định trong ngành công nghiệp Phương pháp thôi cho những sản phẩm nhỏ, sản xuất hàng loạt còn phương pháp quay thì cho những sản phẩm lớn

1 Phương pháp thổi (blowing molding)

Là phương pháp trong đó khí nén được thổi vào một “túi” nhựa dẻo

để ép nhựa dẻo lên bề mặt của khuôn Đây là một phương pháp quan trọng để tạo ra những chi tiết, những sản phẩm bằng chất dẻo có thành mỏng như các loại chai, lọ và thùng chứa Những loại được sản xuất để dùng cho ngành thực phẩm và dược phẩm thì đòi hỏi rất cao về chất lượng

Phương pháp thối có thể chia thành hai bước:

+ Bước thứ nhất là tạo ra một ống nhựa dẻo, hay thường gọi là

parison

+ Bước thứ hai là thổi khí nén vào để ép nhựa dẻo lên bề mặt trong của khuôn để tạo thành hình dáng theo mong muốn

Tuỳ theo loại sản phẩm (phụ thuộc vào loại vật liệu nhựa gia công)

mà ta có hai phương pháp thổi phương pháp đùn và phương pháp phun

a) Phương pháp đùn – thổi (extrusion blow molding)

Đây là một phương cho năng suất cao Thông thường, nó được tích hợp vào một dây chuyền sản xuất như: Thổi chai sau đó là cho sản phẩm cần đựng (nước có gas hoặc thuốc…) vào và cuối cùng là dán nhãn Nó yêu cầu sản phẩm sau khi thổi phải cứng và độ cứng còn tuỳ thuộc vào tỷ

lệ theo các phương

b) Phương pháp phun – thổi (injection blow molding)

Nguyên lý của phương pháp này được mô tả như sau :

(1) Nhựa dẻo được phun vào xung quanh cần thổi

(2) Khuôn mở ra và cần thổi cùng với nhựa dẻo được di chuyển đặt vào khuôn

(3) Khí nén được đưa vào, làm ép nhựa dẻo vào bề mặt khuôn nhằm đạt được sản phẩm có hình dạng như mong muốn

(4) Khuôn mở ra và sản phẩm được lấy ra ngoài

So với phương pháp đùn, phương pháp này cho năng suất thấp hơn do chu trình dài hơn Điều đó lý giải tại sao phương pháp này ít được sử dụng trong sản xuất

Cả hai bước trên đều có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm

Bước tạo ống nhựa dẻo :

Yêu cầu của ống nhựa dẻo phải có độ dày phù hợp Tùy theo sản phẩm

mà nó có thể có độ dày đều hay lệch một phía nếu như bước này điều chỉnh độ dày của ống nhựa dẻo không hợp lý thì sản phẩm sẽ có chiều dày không đều, thậm chí có chỗ thiếu nhựa sẽ dẫn đến chai bị thủng, hoặc không đạt đúng khối lượng yêu cầu (quá nặng hay quá nhẹ so với đơn đặt hàng)

Bước thổi khí nén vào khuôn:

Đây cũng là một bước hết sức quan trọng Thông thường áp suất khí nén khi thổi vào khuôn là 8 bar Cũng thùy thuộc vào loại sản phẩm mà có

thời gian thổi khí vào lâu hay nhanh Nếu khí thổi vào không đủ thì sản phẩm sẽ không đạt được hình dạng mong muốn, bề mặt sản phẩm bị nhăn, lồi lõm…Đối với những loại sản phẩm lớn (khoảng từ 2 lít trở lên, sau khi thổi trong khuôn xong, người ta còn thổi phụ thêm để tránh

trường hợp nhựa co lại sau khi nguội)

-Ngoài ra cũng còn rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm như: Việc chế tạo khuôn, việc lắp khuôn lên máy không chính xác, khuôn bị nghiêng, Nhựa không sạch…

-Việc xác định chiều dày ống nhựa, thời gian thổi, tốc độ đùn ra ống nhựa dẻo…đều được thực hiện trong quá trình điều chỉnh máy do loại vật liệu nhựa rất khó kiểm soát khi chuyển sang dạng dẻo và khi chuyển từ dạng dẻo sang dạng rắn

c) Vật liệu và sản phẩm của phương pháp thổi:

- Phương pháp thổi bị giới hạn trong loại nhựa nhiệt dẻo (là loại nhựa khi bị gia nhiệt thì nó chuyển từ dạng rắn sang dạng dẻo và khi thôi gia nhiệt thì nó chuyển lại dạng rắn) Polyethylene (PE) là loại nhựa được sử dụng phổ biến nhất trong phương pháp thổi, đặc biệt là PE mật độ cao (HDPE) và PE có khối lượng phân tử cao (HMWPE) So với loại PE mật

độ thấp (LDPE), khi cần độ cứng cao, HDPE và HMWPE cho hiệu quả kinh tế cao hơn do thành của sản phẩm có thể làm mỏng hơn Một số sản phẩm của phương pháp thổi còn dùng các loại chất dẻo như :

polypropylene (PP), polyvinylchloride (PVC), and polyethylene

terephthalate (PET)

-Các loại bao bì, chai nhựa có kích thước nhỏ được sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày là sản phẩm chính của phương pháp thổi Tuy nhiên,

đó không phải là tất cả Trong sinh hoạt và sản xuất, ta còn cần những loại can, thùng có dung tích lớn từ vài lít đến vài nghìn lít như thùng xăng

xe ôtô hoặc vỏ một số loại thuyền nhỏ…

2 Phương pháp quay (rotation molding):

-Phương pháp này sử dụng trọng lực bên trong một bộ khuôn quay để nhận được chi tiết có cấu trúc rỗng Còn được gọi là motomolding, đây là một lựa chọn khác của phương pháp thổi để có được các loại sản phẩm có kích thước lớn Nó sử dụng chủ yếu nhựa nhiệt dẻo nhưng thermosets and elastomers đang trở nên phổ biến Rotomolding có thể tạo được những chi tiết có cấu trúc hình học phức tạp, có kích thước lớn hơn nhưng có chất lượng thấp hơn phương pháp thổi Phương pháp này bao gồm những bước sau:

(1) Một lượng bột nhựa định trước được nạp vào trong khuôn

(2) Khuôn sau đó được gia nhiệt đồng thời quay xung quanh hai trục vuông góc với nhau do đó, bột nhựa được đưa đến tất cả các bề mặt bên trong của khuôn và dần dần chảy ra tạo thành một lớp nhựa dẻo có độ dày bằng nhau trên bề mặt của khuôn

(3) Trong khi quay, khuôn được làm nguội, do đó làm cho nhựa cứng lại

(4) Khuôn mở ra và sản phẩm được lấy ra ngoài

-Tốc độ quay của khuôn tương đối chậm Nó sử dụng trọng lượng của nhựa chứ không phải do ly tâm Điều đó tạo ra một chi tiết có độ dày đều

So với hai phương pháp trên thì khuôn của phương pháp quay đơn giản hơn và rẻ hơn Tuy nhiên, chu kỳ của một sản phẩm lại lâu hơn, có khi lên đến 10 phút mới xong một sản phẩm Để khắc phục hạn chế này, người ta thường tiến hành trên những máy có nhiều trạm

Bộ khuôn thổi

Cấu tạo của đầu đùn nhựa (hình mang tính minh họa, khác so với

thực tế)

Từ hình vẽ ta thấy quá trình tạo ống nhựa là liên tục, khi nào hết nguyên liệu thì lại đổ vào phễu

Việc xác định nhiệt độ để làm dẻo hóa hạt nhựa cũng thùy thuộc vào loại nhựa sau đây là một ví dụ về thiết lập nhiệt độ cho đầu đùn có 5 vòng nhiệt:

Trong giai đoạn này:

- Cần kiểm soát thông số nhiệt độ của đầu đùn nhựa theo từng vùng Nhiệt độ được kiểm soát bằng hệ thống cấp và tản nhiệt được bố trí dọc theo đầu đùn nhựa Theo dõi nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện

- Cần kiểm soát lưu lượng nhựa đùn Lưu lượng nhựa đùn được theo dõi

và kiểm soát bằng tốc độ quay trục vít me (do đường kính ống đùn nhựa không đổi)

Cách xác định hai thông số này:

1) Nhiệt độ: xác định nhiệt độ để làm dẻo hóa hạt nhựa cũng thùy thuộc vào loại nhựa

2) Lưu lượng (đối với dây chuyền sx liên tục) phụ thuộc:

- Thể tích nhựa của vật cần chế tạo

- Tốc độ nâng nhiệt của từng vùng

- Năng suất sản xuất

Thông số cho quá trình đùn thổi cần có bao gồm:

- Thông số vận hành máy : nhiệt độ vùng vít trộn, nhiệt độ đầu đùn, tốc

độ vít đùn, áp lực đầu đùn, Độ hở khe đùn

- Thông số vận hành ở phần khuôn: nhiệt độ khuôn, thời gian kẹp khuôn, thời gian mở khuôn, áp lực kẹp khuôn, thể lích lòng khuôn

- Thông số vận hành phần khí nén: nhiệt độ khí nén, độ ẩm khí nén, áp lực khí nén

- Thông số vật liệu: chỉ số chảy, nhiệt chảy mềm, độ ẩm nhựa, nhiệt kết tinh,tỷ trọng, khối lượng nhựa cho một lần thổi đùn vào khuôn

Kiểm tra sản phẩm:

Thông thường các nhà sản xuất chưa đủ năng lực mua các thiết bị kiểm tra chất lượng sản phẩm thì họ chỉ có thể kiểm tra bằng cảm quan mà thôi

Một chai PET ra khuôn sẽ được kiểm tra bằng cách cắt doc, cắt ngang, cắt bất kỳ chỗ nào cảm thấy nhựa ko đều hay biến sắc bất thường hay nhăn nhúm dù là hơi hơi để kiểm tra xem có bao nhiêu chai như thế và lỗi tại nguyên công nào

Thực ra việc thổi chai PET này ko cần san phẩm phải chuẩn 99% so với thiết kế nên chỉ cần giống giống nguyên mẫu là được, miễn sao chất lượng hình dáng phải đồng đều, ko sai khác quá nhiều với thiết kế là được

Các bước kiểm tra như sau:

1 Công nhân cắt bavia sẽ phát hiện và loại những sản phẩm bị lỗi: bị cháy nhựa, bị thủng, lệch…

2 Cân sản phẩm xem nó có đạt yêu cầu đơn đặt hàng không?

3 Cắt ngang sản phẩm để kiểm tra độ dày của thành chai có đều hay không

4 Đổ nước vào, đóng nắp để một thời gian để kiểm tra xem sp có bị rò rỉ hay không?

5 Kiểm tra các kích thước hình học như chiều cao, rộng…bằng các dụng

cụ như thước kẹp, panme…

Các sản phẩm ở đây được lấy ngẫu nhiên để kiểm tra

Mô hình sản xuất này vừa rẻ, khả năng loại sản phẩm lỗi cao, lại giải quyết được việc làm cho xã hội

Các phương pháp tạo hình vật liệu nhựa

Các phương pháp tạo hình vật liệu nhựa

Ngày nay, có nhiều phương pháp xử lí nhựa theo quy trình công nghiệp,

từ các phương pháp xử lí ta có thể chia ra thành hai phương pháp lớn đó là:

Phương pháp khuôn nhựa

Phương pháp này thường dùng khuôn cho vật liệu nhựa nóng chảy, được biến hình thông qua áp suất và hình dạng sản phẩm theo cùng hình dạng khuôn

Các loại phương pháp này có thể chia ra:

a.Phương pháp đùn ép ( Extrusion Molding Method )

Quy trình này có thể sản xuất ra các sản phẩm dài với tiết diện ngang không đổi như dây điện, và lớp phủ bên ngoài của dây, các ống nhựa cho các thiết bị, các hình dạng rỗng và một vài hình dạng khối khác, vật liệu

là các hạt hay các mảnh nhựa thường được sấy trong một phễu trước khi đến phần cấp liệu của vít Để tiến hành quy trình đùn thì cần sử dụng máy

ép, vật liệu được gia nhiệt ở xi lanh đến trạng thái nóng chảy sau đó được đưa vào lòng khuôn để tạo hình dạng mong muốn, như minh họa ở dưới:

b.Phương pháp phun ép ( Injection Mold )

Quá trình này cũng gia nhiệt các viên hoặc hạt nhựa tới trạng thái nóng chảy Rồi được phun vào khuôn với áp lực cao, và sẽ tạo hình sản phẩm sau khi được làm nguội xong Sau đó khuôn được mở và sản phẩm được đẩy ra, rồi chu kì phun tiếp tục lặp lại

Phương pháp này có nhiều kĩ thuật như ép phun vật liệu nhựa nhiệt xốp, nhiều vật liệu, phun hỗ trợ khí, v.v Máy ép phun dùng cho quy trình này được mô tả ở dưới:

c.Quá trình khuôn thổi ( Blow Molding Process )

Nhựa nhiệt được gia nhiệt đến trạng thái nóng chảy Sau đó nó được đùn qua một đầu khuôn để hình thành nên các ống rỗng được gọi là phôi parison Parison được kéo xuống giữa hai nữa khuôn, và được kẹp lại, bạn có thể xem ý tưởng này ở hình dưới:

Khuôn thổi được chia thành 4 loại:

+Khuôn đùn thổi

+Khuôn ép thổi

+Khuôn kéo thổi

+Gia nhiệt và thổi

d.Khuôn nén ( Compression Molds )

Khuôn ép là phương pháp ép trong đó vật liệu nhựa thường được gia nhiệt trước, được đặt trong một khuôn mở được gia nhiệt, chúng gồm có

4 bước khi nén gồm tác động tải, tác động nén, điều chỉnh độ nén và quá trình đẩy sản phẩm Phần kết cấu chính là Chày ( bên lòng khuôn) và lõi khuôn và hệ thống đẩy

e.Khuôn dùng phản lực ( Reaction Injection Molding (RIM) )

Ý tưởng RIM là hai dung dịch phản ứng được gia nhiệt và trộn vào nhau

ở một áp suất cao Quá trình Rim là một quá trình phản ứng hóa học giữa hai thành phần chất lỏng, được giữ độc lập với nhau, Bồn cấp liệu được điều chỉnh nhiệt độ được gắn thêm bình trữ Từ những bồn này, hai chất isocyanate và polyol được dẫn qua đường dẫn chính đến bộ phận đo sẽ đo chính xác được hai thành phần này, ở áp suất cao sẽ tiến hành trộn chúng

Ưu điểm của RIM là mạnh, linh hoạt, những sản phẩm nhẹ có thể được sơn một cách dễ dàng Chu kì nhanh khi so với phương pháp chân không nhược điểm là chu kì chậm do phải trộn trước khi được tạo hình bởi khuôn

f.Khuôn có bộ phận di trượt ( Transfer Mold )

Là khuôn mà sản phẩm được di chuyển từ lòng khuôn này qua lòng khuôn khác nhằm phun nhiều vật liệu khác nhau, hay tạo vật liệu nhiều màu

Hai lòng khuôn được phun đồng thời, một lòng khuôn tạo lõi tạo điều kiện cho lòng khuôn tiếp theo được phun thành sản phẩm hoàn chỉnh

g.Phương pháp nhiệt định hình

Là quá trình gia công cho các tấm nhựa nhiệt hoặc các màng được gia nhiệt và dùng chân không để hút các tấm vào bề mặt khuôn tạo hình Sản phẩm của phương pháp này là các hộp cho đồ ăn nhanh, các tấm, biển hiệu quảng cáo

h.Pultrusion

Là một quá trình liên tục để sản xuất các vật liệu composite với tiết diện không đổi dùng cho các vật liệu có sợi gia cường được kéo qua nhựa nóng Phương pháp này được dùng để tạo ra các sản phẩm polyester, polyurethane, vinylester and epox

2 Khuôn đúc

Đúc là quá trình sản xuất bằng cách cho chất lỏng nhựa qua một khuôn, cho phép chúng đông đặc trong khuôn, đặc tính của khuôn này là điền đầy khuôn nhờ trọng lực, các loại khuôn đúc bao gồm:

+Vật liệu nhựa lỏng (epoxy)

+Vật liệu được gia nhiệt nóng chảy và rót vào khuôn đúc ( nylon) Đúc loãng cho các sản phẩm thành mỏng ( giày đi tuyết, găng tay, đồ chơi)

Wet spinning –fiber bằng cách cho các dung dịch qua khuôn có nhiều lỗ

+Khuôn quay

Phương pháp này thường được dùng để sản xuất các sản phẩm rỗng được dùng cho các sản phẩm lớn như bồn chứa và bồn trữ Càng ngày càng có nhiều ứng dụng cho công nghệ này

KỸ THUẬT THỔI NHỰA TẠI VIỆT NAM

Giới thiệu sơ lược về một trong những kỹ thuật sản xuất nhựa phổ biến nhất hiện nay

a.Kĩ thuật ép thổi

Quá trình đúc thổi phun (IBM) được sử dụng để sản xuất thủy tinh rỗng và các đối tượng nhựa với số lượng lớn Trong quá trình IBM, polyme được tiêm đúc vào một lõi pin, sau đó các pin chính được quay

đến một trạm được thổi phồng lên và làm mát Đây là được sử dụng ít nhất trong ba quy trình đúc thổi, và thường được sử dụng để làm cho nhỏ phục vụ y tế và các đơn chai Quá trình này được chia thành ba bước: tiêm, thổi và phóng

b.Kĩ thuật thổi nở rộng

-Ưu điểm của khuôn thổi bao gồm: công cụ chi

phí thấp và chết; tỷ lệ sản xuất nhanh, khả năng khuôn phần phức

tạp; sản xuất các bộ phận tái chế

- Nhược điểm của khuôn thổi bao gồm: giới hạn phần rỗng, độ dày tường là khó kiểm soát

Làm khuôn nhựa bằng máy in 3D

Trước đây việc lắp ráp các loại khuôn ép, thổi chai, cao su, cơ khí, các sản phẩm nhựa mất rất nhiều thời gian và công sức Hiện nay quy trình sản xuất khuôn nhựa chủ yếu theo quy trình sau:

1.Gia công các loại khuôn mẫu chính xác trên máy phay CNC 2.Thiết kế – chế tạo các loại khuôn mẫu (khuôn nhựa, đúc, dập, cao

su, khuôn thổi)

3.Gia công, sản xuất, mua bán các sản phẩm về nhựa

4.Gia công ép nhựa theo yêu cầu khách hàng

5 Gia công ép nhựa cho khuôn sẵn

Ngày nay doanh nghiệp có thể tự mình làm hết các khâu trên chỉ với 1 chiếc máy in 3D