Nghiên cứu ảnh hưởng của gia nhiệt khuôn phun ép bằng khí nóng đên độ bền sản phẩm nhựa dạng thành mỏng tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRẦN MINH THẾ UYÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GIA NHIỆT KHUÔN PHUN ÉP BẰNG KHÍ NĨNG ĐẾN ĐỘ BỀN SẢN PHẨM NHỰA DẠNG THÀNH MỎNG TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 62520103 MÃ NGÀNH: 9520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2020 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS ĐỖ THÀNH TRUNG Người hướng dẫn khoa học 2: PGS TS PHẠM SƠN MINH Luận án tiến sĩ bảo vệ trước HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN ÁN TIẾN SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Ngày 30 tháng 10 năm 2020 Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan công nghệ phun ép nhựa điều khiển nhiệt độ khn Trong q trình sản xuất sản phẩm nhựa, đầu tiên, hạt nhựa sấy để loại bỏ ẩm, sau đó, hạt nhựa đưa vào phễu cấp liệu máy ép Từ đây, hạt nhựa trục vít vận chuyển tới phận gia nhiệt để gia nhiệt làm cho nhựa từ trạng thái rắn chuyển qua trạng thái lỏng Khi nhựa chảy lỏng hoàn tồn trục vít phun ép qua hệ thống kênh dẫn nhựa vào điền đầy lịng khn Sau lịng khn điền đầy hồn tồn sản phẩm nhựa làm nguội để nhựa từ dạng lỏng chuyển lại dạng rắn ban đầu lấy khỏi khuôn, kết thúc chu kỳ sản xuất sản phẩm nhựa - Vật liệu làm khuôn - Vật liệu gia công khuôn - Phương ph p / công nghệ gia công - Qui tr nh thiết kế khuôn - Phụ thuộc nhiều vào: - Công nghệ luyện kim - Công nghệ CAD/CAM-CNC - Gi m y tăng cao - Chi ph vận hành cao - Môi trường - Chi ph vật liệu sản uất sản lượng lớn - Vitme - p suất - Vận tốc p - Điều khiển - Độ ch nh c cấu - Độ ền: - Kéo -U n i - - Chất phụ gia - Vật liệu Hiệu qu t t o v i c c thông kh c Tối ưu hóa thơng số Qui t nh Giới hạn thiết b , công nghệ VD: Nhiệt độ khuôn < 100 oC i ộng kh công nghệ, khơng tăng qu nhiều chi ph Tối ưu hóa thơng số với v ng thông số công nghệ Nhiệt độ khuôn n t c, p u t ép Th i gian Hình 1.1: C c hướng nghiên cứu ch nh lĩnh vực khuôn phun ép nhựa Trong lĩnh vực khuôn phun ép nhựa, nghiên cứu năm gần chủ yếu tập trung vào 04 hướng h nh 1.1 Ngồi khả nâng cao t nh sản phẩm nhựa, tối ưu hóa q trình điều khiển nhiệt độ khn cách hiệu nhằm nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm nhựa Vì vậy, mục tiêu quan trọng qu tr nh điều khiển nhiệt độ khuôn phun ép là: gia nhiệt cho bề mặt khuôn đến nhiệt độ yêu cầu, đảm bảo thời gian chu kỳ phun ép không dài 1.2 T nh h nh nghiên cứu nư c Trong nghiên cứu này, phương ph p gia nhiệt cảm ứng từ kết hợp với lưu chất giải nhiệt nhằm điều khiển nhiệt độ khuôn Gia nhiệt cảm ứng từ có ưu điểm vượt trội so với c c phương ph p kh c như: - Tốc độ gia nhiệt cao - Thời gian gia nhiệt k o dài đến 20 s - Có thể ứng dụng cho khuôn phun p module đ nh kèm, nghĩa không cần thay đổi kết cấu khn có sẵn Ngồi ra, nhằm đ p ứng yêu cầu gia nhiệt cho bề mặt phức tạp, phương ph p phun kh nóng vào lịng khn (gas heating) nghiên cứu đ nh giá hiệu Qui trình gia nhiệt cho khn phun ép khí nóng tiến hành hình 1.2 Cuối chu kỳ phun ép, hai khuôn mở sản phẩm lấy ngồi (hình 1.2 - Bước 1) Sau đó, khn di động di chuyển đến v trí gia nhiệt (hình 1.2 - Bước 2) Tại bước này, khí nóng phun vào lịng khn Qua q trình truyền nhiệt đối lưu khí nóng bề mặt khn, nhiệt khí nóng làm bề mặt khn tăng nhiệt độ đến giá tr cần thiết Cuối cùng, khí nóng dừng phun, hai khn đóng hồn tồn (hình 1.2 – Bước 3) Tiếp theo, nhựa nóng chảy ép vào lịng khn Với phương ph p này, nhiệt độ bề mặt khn tăng từ 60 oC đến 120 oC thời gian s Tuy nhiên, trình gia nhiệt đạt tới trạng thái bão hòa thời gian gia nhiệt k o dài s Ưu điểm phương ph p “gas heating” tốc độ gia nhiệt cao, thời gian chu kỳ sản phẩm rút ngắn Tuy nhiên, thiết kế khuôn phun ép cần thực lại nhằm tích hợp hệ thống gia nhiệt vào Đường kh vào khuôn Khuôn dương Bước 1: Khuôn mở Đường kh vào khuôn Đường kh vào khn Khn âm Bước 2: Khí nóng phun vào lịng khn Bước 3: Khn đóng lại, nhựa phun vào lịng khn Hình 1.2: Qui trình gia nhiệt khí nóng cho khn phun ép nhựa 1.3 T nh h nh nghiên cứu t ong nư c Lĩnh vực điều khiển nhiệt độ khuôn hiểu thực theo hướng giải nhiệt cho khuôn hạn chế tượng giảm áp suất dòng nhựa q trình chảy vào lịng khn, với mục tiêu quan trọng làm nguội khuôn thời gian ngắn Ngược lại, vấn đề giữ bề mặt khuôn nhiệt độ cao trình ép phun nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, đặc biệt sản phẩm phục vụ ngành điện tử sản phẩm yêu cầu độ ch nh c cao, bắt đầu ý thông qua đề tài nghiên cứu PGS TS Đặng Văn Ngh n Do đó, nh n chung, thực trạng sản xuất sản phẩm nhựa Việt Nam dừng lại nhóm sản phẩm đơn giản, chất lượng trung bình, chủ yếu tập trung vào lĩnh vực hàng tiêu dùng Ngoài ra, khả hạn chế khuyết tật cho sản phẩm nhựa theo phương ph p điều khiển nhiệt độ khuôn chưa xem xét ứng dụng 1.4 n đề khoa học tồn Phương ph p phương ph p gia nhiệt khí nóng cịn hạn chế sau: - Kết cấu khuôn cần thiết kế lại - Với kết cấu khuôn thực tế, kết gia nhiệt cho bề mặt khn chưa tốt Vì vậy, nhằm tăng khả ứng dụng phương ph p gia nhiệt khí nóng cho khn phun ép nhựa, đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh hưởng gia nhiệt khn phun ép khí nóng đến độ bền sản phẩm nhựa thành mỏng” thực Luận án 1.5 T nh c p thiết đề tài Việc nghiên cứu công nghệ chế tạo thiết b phun ép nhựa phục vụ cho trình sản xuất sản phẩm nhựa kỹ thuật yêu cầu độ xác cao hướng đầy tiềm lĩnh vực khn mẫu nói riêng ngành cơng nghiệp xác nói chung Cơng nghệ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, mở rộng khả công nghệ phương ph p phun ép nhựa, tạo tiền đề công nghệ sản xuất sản phẩm nhựa kỹ thuật phát triển nhiều đ a bàn Thành phố Hồ Chí Minh 1.6 Ý nghĩa khoa học Với c c kết luận án, phương ph p gia nhiệt cho bề mặt khn có thêm phương ph p hiệu khả năng: - Điều khiển v ng gia nhiệt - Nâng cao tốc độ gia nhiệt khuôn - Hạn chế tối đa việc thay đổi kết cấu khuôn - Phun ép với sản phẩm dạng thành mỏng với hình dáng phức tạp - Tăng độ bền đường hàn sản phẩm nhựa thành mỏng 1.7 Gi trị thực tiễn Việc nâng cao chất lượng sản phẩm nhựa, việc tìm cơng nghệ nhằm nâng cao chất lượng sản lượng sản phẩm nhựa yêu cầu cấp thiết cho ngành nhựa Việt Nam Do đó, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng gia nhiệt khuôn phun ép khí nóng đến độ bền sản phẩm nhựa dạng thành mỏng” đề xuất nhằm góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm nhựa kỹ thuật, đặc biệt với nhóm sản phẩm sản xuất từ cơng nghệ phun ép 1.8 Mục đ ch nghiên cứu Thông qua phương ph p gia nhiệt cho khuôn phun ép khí nóng từ bên ngồi, đề tài tập trung nghiên cứu mục tiêu sau: • Làm rõ ảnh hưởng c c thông số ch nh đến qu tr nh gia nhiệt kh cho khn • T m đ nh gi phương ph p mơ qu tr nh gia nhiệt khn • Đ nh gi kết gia nhiệt cho lịng khn kh nóng • Ứng dụng phương ph p gia nhiệt cho lịng khn kh nóng việc nâng cao độ bền sản phẩm nhựa dạng thành mỏng 1.9 Đ i tượng nghiên cứu Luận án nghiên cứu mô hình gia nhiệt khí nóng mang tính khả thi cho khn phun ép nhựa với nguồn kh nóng phun từ ngồi khn Từ đó, nghiên cứu ảnh hưởng gia nhiệt phương ph p đến sản phẩm nhựa nhiệt dẻo thành mỏng theo tiêu chuẩn ASTM D638 1.10 Nhiệ vụ nghiên cứu gi i hạn đề tài - Luận án tập trung vào phương ph p nghiên cứu gia nhiệt kh nóng với nguồn kh cấp từ ngồi khn - Qu tr nh gia nhiệt, nhiệt độ trường nhiệt độ khảo s t thông qua thực nghiệm mô phần mềm ANSYS - Qu tr nh phun p nhựa vào lịng khn nghiên cứu thơng qua thực nghiệm mô phần mềm Moldex3D - Nhiệt độ kh nóng thay đổi khoảng 200 oC đến 400 oC - Nghiên cứu ứng dụng cho mô h nh sản phẩm nhựa thành mỏng có chiều dày từ 0,4 mm đến 0,8 mm - Vật liệu nhựa nghiên cứu PA6 PA6+30%GF - Trong giới hạn thời gian kinh phí luận án nên tác giả tập trung nghiên cứu độ bền kéo sản phẩm nhựa - C c thiết b th nghiệm cung cấp phịng th nghiệm khn mẫu thuộc trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM 1.11 Phương ph p nghiên cứu - Thu thập phân t ch liệu - Mô qu tr nh gia nhiệt qu tr nh nhựa điền đầy lịng khn - Thực nghiệm qu tr nh gia nhiệt tạo c c mẫu sản phẩn ứng với c c qui tr nh phun p để khảo s t ảnh hưởng bước gia nhiệt lịng khn đến độ bền kéo sản phẩm nhựa thành mỏng Các phương ph p nghiên cứu thực sở trang thiết b có trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM như: m y phun p nhựa, thiết b đo nhiệt (camera hồng ngoại, cảm biến nhiệt, ) loại khuôn phun ép thông dụng Việt Nam 1.12 B cục lu n n Chương 1: Tổng quan - Trình bày vấn đề liên quan đến hướng nghiên cứu công nghệ phun ép nhựa, vấn đề tồn đưa hướng nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Tập trung làm rõ vấn đề liên quan đến trình gia nhiệt cho lịng khn phun ép nhựa khí nóng phun từ bên ngồi Chương 3: Mơ tả mơ thực nghiệm - Q trình gia nhiệt khn khí nóng bên ngồi khn, q trình nhựa điền đầy lịng khn thiết bị sử dụng cho thực nghiệm mô tả cụ thể Chương 4: Ảnh hưởng thông số gia nhiệt đến phân bố nhiệt độ bề mặt lịng khn - Chương sẽ cho thấy ảnh hưởng của thông số gia nhiệt (gồm bề dày insert khe hở (khoảng cách) giữa đầu phun khí nóng bề mặt lòng khuôn) đến kết gia nhiệt khí nóng Chương 5: Ảnh hưởng phương ph p gia nhiệt kh nóng đến độ bền sản phẩm nhựa dạng thành mỏng - Ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt đến độ bền kéo của sản phẩm nhựa dạng thành mỏng sẽ nghiên cứu mô phỏng thực nghiệm Chương 6: Kết luận Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT Q trình thiết kế thí nghiệm, phân t ch c c kết đề tài tiến hành sở lý thuyết sau: - Qui trình phun ép nhựa - Mơ dịng chảy nhựa khn - Dịng chảy nhựa chi tiết dạng tấm/hộp - Truyền nhiệt đối lưu - Dòng chảy nhựa Fountain Flow - Ảnh hưởng lớp bề mặt “Frozen layer” qu tr nh điền đầy lịng khn nhựa - Độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 2.1 Qui trình phun ép nhựa C c bước quy tr nh phun p tr nh bày hình 2.1 Vật liệu thơ dạng hạt cho vào phễu rơi vào i lanh Trong xi lanh, với chuyển động xoay t nh tiến vít-me, kết hợp với c c điện trở gia nhiệt bên xi lanh, vật liệu nhựa từ dạng hạt gia nhiệt đến trạng thái dẻo nóng chảy thành dạng lỏng nhiệt độ từ 150 °C đến 320 °C Thông qua chuyển động t nh tiến vít-me, nhựa nóng chảy xi lanh ép vào lịng khn thơng qua đầu phun (nozzle) Tại v trí cổng phun, nhựa hồn tồn thể lỏng Sau tồn lịng khn điền đầy, qu tr nh đ nh hình (packing step) tiến hành Trong trình này, nhựa tiếp tục ép vào lịng khn nhằm bù vào phần thể tích b thiếu hụt tượng co ngót vật liệu Qu tr nh đ nh hình kết thúc vật liệu nhựa v trí cổng phun đơng đặc hồn tồn Sau đó, nhiệt độ sản phẩm tiếp tục giảm qua trình giải nhiệt (cooling step) Khi toàn sản phẩm đạt đến nhiệt độ mở khuôn (rejection temperature), khuôn mở sản phẩm lấy ngồi Hình 2.1: Quy trình phun ép nhựa 2.2 Mơ ph ng dịng ch y nhựa t ong khuôn Phân tử nhựa Độ nhớt phi-Newton Độ nhớt Nhiệt độ thấp Nhiệt độ cao Tốc độ trượt V dụ: PE, PP, Độ nhớt = f(cấu trúc,T,p) Ứng suất trượt Độ nhớt Hình 2.2: Cấu trúc phân tử (bên tr i) độ nhớt nhựa (bên phải) Vùng I Vùng II Vùng III Tốc độ trượt Hình 2.3: Đường đặc t nh dẻo nhựa nhiệt dẻo Độ nhớt mối quan hệ cản trở dòng chảy đến chảy lưu chất Độ nhớt lưu chất như: nước, dầu,… thường gi tr không đổi nhiệt độ đ nh C c loại lưu chất tuân theo lý thuyết lưu chất Newton Tuy nhiên, độ nhớt c c nhựa nhiệt dẻo th phức tạp phi Newton [109] Không giống chất dẻo thông thường kh c, độ nhớt c c nhựa nhiệt dẻo phụ thuộc vào cấu trúc ho học, nhiệt độ (T) p suất (p) chúng h nh 2.2 Ứng với cấu trúc công thức ho học cho trước, độ nhớt c c nhựa nhiệt dẻo phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ, tốc độ trượt (shear rate) p suất Để hiểu chất độ nhớt nhựa nhiệt dẻo, cần đ nh nghĩa rõ ứng suất trượt tốc độ trượt h nh 2.3 Thể t ch riêng Nhựa vô đ nh h nh Nhựa b n tinh thể Nhiệt độ Hình 2.4: Sự phụ thuộc thể t ch riêng vào p suất nhiệt độ ứng với nhựa vô đ nh h nh b n kết tinh 2.3 Ảnh hư ng l p ề ặt “f ozen-laye ” đến dòng ch y nhựa Trong q trình nhựa điền đầy lịng khn, ảnh hưởng q trình truyền nhiệt nhựa nóng lịng khn, lớp bề mặt dịng chảy nhựa b nhiệt, giảm nhiệt độ Do đó, bề mặt tiếp xúc nhựa lịng khn hình thành lớp nguội (Frozen layer) Chính tượng đơng đặc nhanh này, dịng chảy nhựa có đặc điểm khơng giống dịng chảy thơng thường Trong lĩnh vực phun ép nhựa, dịng chảy nhựa lịng khn tn thủ theo tính chất dịng chảy Fountain Flow với c c đặc điểm như: Phần nhựa tâm dòng chảy chảy nhanh phần nhựa gần với lịng khn Trong đó, v trí tiếp xúc với lịng khn, nhựa em khơng chảy Nhựa đầu dịng chảy ép phía trước b phía lịng khn (hình 2.5) Kết tường là: trình nhựa điền đầy lịng khn, phần nhựa p vào lịng khn trước tiên b phía lịng khn trước, tượng xảy liên tục đến nhựa điền đầy hồn tồn lịng khn Chapter EFFECTS OF HOT AIR HEATING METHOD ON STRENGTH OF THIN-WALL PLASTIC PRODUCTS In this chapter, the effect of the heating method on the tensile strength of thin-walled plastic products will be studied by simulation and experimentation through the following main contents: - The heating process for the mold cavity will be simulated and tested for the injection molding of thin-walled product molds In this thesis, the mold insert material used is aluminum (Al) to help the heat absorption and heat transfer process better than other common materials in the mold industry - The thin-wall plastic injection molding process is simulated to investigate the effect of the mold temperature on the product's forming pressure - Currently, PA6 and PA6 + 30% GF plastic materials are one of the popular materials in the mold field, so the tensile test of products from these materials is conducted and Results are compared to observe the ability to improve the durability of thin-walled products when the cavity is heated 5.1 Simulation of the heating process for the mold cavity The heating process for the hot air insert plate was conducted through simulation by ANSYS CFX software with the model shown in figure 5.1 Figure 5.1: Modeling simulation process for hot air insert plate Simulation and grid model are shown in Figure 5.2 With this model, the simulation is conducted similar to the model in Chapter with simulation parameters as shown in Table 5.1 However, boundary conditions are set as shown in Figure 5.2 In the tensile injection model injection model, because the heating zone for the mold is small, therefore only the heating efficiency for the mold is assessed by the highest temperature value in the center of the insert Figure 5.4 shows the thermal response of the model at different heating gas flow temperatures (varying 21 from 200 °C to 400 °C) over the same heating period of 20 s These results show that high temperatures are concentrated at the surface of the insert, at the site of creating a mesh texture for plastic products Hot air inlet Hot air volume Hot air inlet Hot air outlet Insert part Inflation mesh Figure 5.2: Meshed model Tkhí = 200 oC Tkhí= 250 oC Tkhí= 350 oC Tkhí= 300 oC Tkhí= 400 oC Figure 5.3: Temperature distribution at insert with heating time of 20s Simulated values of temperature change at the insert surface were collected and compared as shown in Figure 5.4 The simulation results show that corresponding to the temperature values of the hot air, the temperature of the mold cavity surface will increase very rapidly in the first s of the heating process Then, over the next 10 s, the temperature at the mold surface will slowly rise When the temperature of the hot air changes 22 from 200 °C to 400 °C, after 20 s, the temperature of the mold surface will remain stable Hot air 250° C Temperature (oC) Temperature (oC) Hot air 200° C Experiment Simulation Experiment Simulation Heating time (s) Heating time (s) Hot air 350° C Thực nghiệm Experiment Mô Simulation Temperature (oC) Temperature (oC) Hot air 300° C Heating time (s) Experiment Simulation Heating time (s) Temperature (oC) Hot air 400° C Experiment Thực nghiệm Simulation Mô Heating time (s) Figure 5.4: Temperature at center of insert with heating time of 20 s 5.2 Simulate the process of plastic filling the mold cavity with injection molding process using hot air heating In plastic injection processes, the pressure at the holding (or packing pressure) has a great influence on the process of shaping the product, the material properties of the product after injection Therefore, in the simulation process with the pressing parameters unchanged, the thesis will investigate the pressure distribution of the test sample at the cyclone cycle at different mold temperatures from 60 °C to 180 °C for resins PA6 and PA6 + 30% GF 5.2.1 PA6 plastic 23 Pressure (MPa) 180 °C 150 °C 120 °C 90 °C 60 °C Packing time (s) Figure 5.5: Diagram comparing the pressure distribution at the mold cavity with different mold temperatures of 0.4 mm mesh thickness products Pressure (MPa) 180 °C 150 °C 120 °C 90 °C 60 °C Packing time (s) Figure 5.6: Diagram comparing the pressure distribution at the mold cavity with different mold temperatures of 0.6 mm mesh thickness products Pressure (MPa) 180 °C 150 °C 120 °C 90 °C 60 °C Packing time (s) Figure 5.7: Diagram comparing the pressure distribution at the mold cavity with different mold temperatures of 0.8 mm mesh thickness products 24 5.2.2 PA6+30%GF plastic Pressure (MPa) 180 °C 150 °C 120 °C 90 °C 60 °C Packing time (s) Pressure (MPa) Figure 5.8: Diagram comparing the pressure distribution at the mold cavity with different mold temperatures of 0.4 mm mesh thickness products 180 °C 150 °C 120 °C 90 °C 60 °C Packing time (s) Pressure (MPa) Figure 5.9: Diagram comparing the pressure distribution at the mold cavity with different mold temperatures of 0.6 mm mesh thickness products 180 °C 150 °C 120 °C 90 °C 60 °C Packing time (s) Figure 5.10: Diagram comparing the pressure distribution at the mold cavity with different mold temperatures of 0.8 mm mesh thickness products 25 5.2.3 Results and discussions With the same injection conditions, when the temperature value of the insert changes from 60 ˚C to 180 ˚C, the change of the forming pressure over time is investigated through simulation methods using Moldex3D software in 0.1 s to s intervals corresponding to different product thickness cases (varying from 0.4 mm to 0.8 mm) The simulation results are compared with each other and the following conclusions are drawn: With the value of packing pressure presented as in Figure 5.5 to figure 5.10, it can be seen the decrease of holding pressure over time from 0.1 s to s In general, these results show that the higher the mold temperature, the longer the forming pressure will be, allowing more plastic to be pressed into the cavity This can be explained by the solidification phenomenon of plastic when it comes into contact with the mold cavity When the mold temperature is high, solidification tends to take place more slowly, so the resin will stay in a liquid state longer, and as a result the pressure applied at the weldline position is kept high in the range of longer time than in the case of low mold temperature In addition, when the product thickness is smaller, the packing pressure drops faster This is because the plastic flow thickness is thin, the heat transferred out will be faster, and the solidification process will be faster than in the case of products with larger thickness However, when applying a heating step to the cavity, the forming pressure can still be kept high, especially in the case of a 0.4 mm thick product as shown in Figure 5.5 and Figure 5.8 The results of this simulation also show that the method of heating the surface of the mold cavity with hot air has the ability to impact quite well on the change of holding pressure This is one of the important bases for improving the durability of injection molding products 26 5.3 Experiment on the effect of hot air heating method on product durability Insert Weldline Insert Figure 5.11: Mold for the experimental process In this section, to test the simulation results, as well as the results of the product's strength, the mold with the product is the tensile test bar used for the experiment process Figure 5.11 shows a cavity plate with structure for inserting the insert into the mold cavity The experimental process will use the following equipment: - Hot air system - Gas source - Thermal measuring equipment: Thermal couple and infrared camera 5.3.1 Investigate the temperature field of the mold surface during the heating process for the insert Through the infrared camera, the temperature distribution at the mold surface is also collected and presented as shown in Figure 5.12 to Figure 5.16 These results show that the local heating ability of Ex-GMTC method is quite good Specifically, the temperature is concentrated only at the location where the weldline appears, in addition, the temperature is kept low at other locations This is one of the advantages of hot air heating in particular and surface heating in general Because of this feature, after heating and the plastic is filled in the mold cavity, the cooling step for the mold cavity will be carried out easily with a very small high temperature zone compared to the entire mold plate volume In addition, in terms of energy saving, the temperature distribution at the mold surface also shows that nearly all of the heat energy of the heating process is concentrated in the area to be heated, which indicates the efficiency of Ex-GMTC heating method is great 27 Figure 5.12: The mold surface temperature when heated with the gas source 200 oC Figure 5.13: The mold surface temperature when heated with the gas source 250 oC 28 Figure 5.14: The mold surface temperature when heated with the gas source 300 oC Figure 5.15: The mold surface temperature when heated with the gas source 350 oC 29 Figure 5.16: The mold surface temperature when heated with the gas source 400 oC 5.3.2 Test product durability with injection molding processes with different mold temperatures Tensile test results are synthesized and compared through charts as shown in Figure 5.17 and Figure 5.18 This result shows a clear influence of the insert temperature and mesh thickness on the tensile strength of the product + For products made of PA6 plastic: - In the same cavity temperature (Figure 5.17): when the mesh thickness increases, the product's tensile capacity increases At a temperature of 60 ºC, with a mesh thickness of 0.4 mm, the corresponding tensile force is kgf, when the mesh thickness is increased to 0.6 mm, the tensile force increases to 7.5 kgf, an increase of 6.83% However, the degree of tensile strength increase is more and more pronounced, especially in the area where the insert temperature is higher than 120 ºC - In general, when the insert temperature increases from 30 ºC to 150 ºC, the tensile strength of the product improves markedly with all types of product thickness However, the experimental results also show that the smaller the thickness, the higher percentage increase of strength will be + For products made of PA6 + 30% GF: due to the addition of glass fiber in the resin composition, these products have a higher tensile strength 30 than products made of PA6 Considering the same mold temperature of 30 ºC and mesh thickness of 0.4 mm, the tensile strength of product made of PA6 is 1.75 MPa while product sample PA6 + 30% GF is 2.51 MPa The phenomenon of durability of the product increased when injection molding with higher insert temperature also appeared with this composite material Thickness h=0.4 mm σt (MPa) Thickness h=0.6 mm Thickness h=0.8 mm Mold Temperature (°C) Figure 5.17: Tensile strength of thin wall products made of PA6 Thickness h=0,4 mm Thickness h=0,6 mm σt (MPa) Thickness h=0,8 mm Mold Temperature (°C) Figure 5.18: Tensile strength of thin wall products made of PA6 + 30% GF 31 ❖ To find regression equation on the relationship between tensile strength and mold temperature and product thickness by Minitab software of PA6 resin as follows: σt = 2,209 + 0,006T – 1,47h (5.1) With σt: Tensile strength (MPa) T: Mold temperature (ºC) h: Thickness (mm) This regression equation was tested accuracy on Minitab software with the reliability of R-sq (ajd) = 92.95% Therefore, this equation can be used to predict cases of PA6 plastic products with different temperatures and thickness ❖ To find regression equation on the relationship between tensile strength and mold temperature and product thickness by Minitab software of PA6 + 30% GF resin as follows: σt = 3,317 + 0,006T – 2,335h (5.2) This regression equation tests the accuracy on Minitab software with the reliability of R-sq (ajd) = 93.28% Therefore, this equation can be used to predict the case of PA6 + 30% GF plastic products with different temperatures and thickness 5.4 Conclusion - The results of simulating the heating process for the insert shows that high temperatures are concentrated at the surface of the insert, at the position of creating a mesh grid for plastic products - The results of the temperature change at the surface of the insert show that corresponding to the temperature values of the hot air stream, the surface temperature of the mold cavity will increase very rapidly in the first s of the heating process Then, over the next 10 s, the temperature at the mold surface will slow down - The molding plastic filling process was investigated through Moldex3D software Simulation results show the reduction of forming pressure over time from 0.1 s to s - Cases of using the hot air heating step show that the forming pressure can still be kept high, especially in the case of 0.4 mm thick products - The results of the temperature distribution of the mold surface show that the local heating ability of the Ex-GMTC method is quite good - The results of pulling plastic products into thin wall were synthesized and compared with types of plastic, PA6 and PA6 + 30%GF This result shows a clear influence of the insert plate temperature and mesh thickness on the product's tensile capacity 32 Chapter CONCLUSION - Through simulation and experimentation, the results showed: • The thickness of the insert has a great influence on the heating rate, as well as the temperature distribution on the surface of the mold cavity • The gap between the hot air nozzle and the mold surface also has an influence on the speed and temperature distribution • The simulation also shows that the hot air injection method from outside can be analyzed first, in order to choose the optimal parameters depending on the product shape and injection mold structure - With the thin-walled products, the results in the thesis show that high temperatures are concentrated only at the surface of the insert, at the position of creating a mesh grid for plastic products This is also one of the outstanding advantages of the hot air heating method - The heating process shows that the temperature of the surface of the mold will increase very quickly in the first s of the heating process Then, over the next 10 s, the temperature at the mold surface will slow down, and after 20 s, the temperature of the mold surface will remain stable - The case of using hot air heating step shows that the forming pressure can still be kept high, especially in the case of 0.4 mm thick products - The results of the temperature distribution of the mold surface show that the local heating ability of the Ex-GMTC method is quite good - The results of tensile test on thin-walled plastic products show positive effects of mold temperature and mesh thickness on the product's tensile capacity In particular, the experimental results also show that the smaller the thickness, the higher percentage increase of the strength will be 33 APPENDIX: PUBLISHED PAPERS Pham Son Minh, Tran Minh The Uyen, Dang Minh Phung and Thanh Trung Do, A study of temperature control for the pulsed cooling of injection molding process, The 2nd international conference on green technology and sustainable development, 2014, Vol 1, pp 81-85 Trần Minh Thế Uyên, Phạm Sơn Minh, Đỗ Thành Trung, Trần Văn Trọn Phan Thế Nhân, Ảnh hưởng áp suất phun đến chiều dài dòng chảy nhựa lỏng sản phẩm phun ép nhựa, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, 2014, Số 7, tr 60-63 Pham Son Minh and Tran Minh The Uyen, Numerical study on flow length in injection molding process with high-speed injection molding, International Journal of Mechanical Engineering and Applications, 2014, Vol 2, pp 58-63 Huỳnh Đỗ Song Toàn, Trần Minh Thế Uyên, Nguyễn Danh Kiên Lê Hiếu Giang, Nâng cao độ xác kích thước sản phẩm nhựa thành mỏng phương pháp kết hợp mô thực nghiệm, Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật Trường ĐH SPKT TP.HCM, 2015, Số 32, tr 42-45 Phạm Sơn Minh, Đỗ Thành Trung, Lê Tuyên Giáo Trần Minh Thế Uyên, Nghiên cứu trình gia nhiệt khí nóng cho khn phun ép tạo sản phẩm dạng lưới, Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật Trường ĐH SPKT TP HCM, 2015, Số 32, tr 46-51 Huỳnh Đỗ Song Toàn, Trần Minh Thế Uyên, Võ Bá Anh Đại Lê Hiếu Giang, Phân tích gia nhiệt làm nguội nước khuôn ép phun số sản phẩm khác nhau, Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật Trường ĐH SPKT TP HCM, 2015, Số 33, tr 44-50 Phạm Sơn Minh, Đỗ Thành Trung, Trần Minh Thế Uyên Phan Thế Nhân, Ảnh hưởng chiều dày sản phẩm nhiệt độ khuôn đến độ cong vênh sản phẩm nhựa polypropylene dạng tấm, Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Tồn quốc Cơ khí lần thứ IV, TP HCM, 2015, Tập 2, tr 536 – 543 Thanh Trung Do, Pham Son Minh, Tran Minh The Uyen and Pham Hoang The, Numerical study on the flow length in an injection molding process with an external air-heating step, International Journal of Engineering Research and Application, 2017, Vol 7, pp 85-89 Thanh Trung Do, Tran Minh The Uyen and Pham Son Minh, Study on the external gas-assisted mold temperature control for thin wall injection molding, International Journal of Engineering Research and Application, 2017, Vol 7, pp 15-19 34 10 Pham Son Minh, Thanh Trung Do, Tran Minh The Uyen and Phan The Nhan, A study on the welding line strength of composite parts with various venting systems in injection molding process, Key Engineering Materials, 2017, Vol 737, pp 70-76 (SCOPUS) 11 Pham Son Minh and Tran Minh The Uyen, Numerical study on the heliacal cooling channel for injection molding process, International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology, 2018, Vol 5(2), pp 86-91 12 Pham Son Minh, Thanh Trung Do and Tran Minh The Uyen, The feasibility of external gas-assisted mold-temperature control for thinwall injection molding, Advances in Mechanical Engineering, 2018, Vol 10 (10), pp 1-13 (SCIE) 13 Pham Son Minh, Tran Minh The Uyen, Tran Anh Son and Huynh Duc Thuan, Study on the temperature distribution of core plates during injection molding, International Journal of Engineering Inventions, 2018, Vol (10), pp 24 – 29 14 Minh The Uyen Tran, Son Minh Pham and Thanh Trung Do, Experimental study on external air heating for an injection molding process, ICSSE2019, 2019, pp 681-685 15 Tran Minh The Uyen, Le Tuyen Giao, Thanh Trung Do and Pham Son Minh, Numerical study on local heating for thin-walled product by external air heating, Materials Science Forum, 2019, Vol 971, pp 2126 (SCOPUS) 16 Tran Minh The Uyen, Nguyen Truong Giang, Thanh Trung Do, Tran Anh Son and Pham Son Minh, External GasAssisted Mold Temperature Control Improves Weld Line Quality in the Injection Molding Process, Materials, 2020, Vol 13, pp 1-19 (SCIE) 35 ... khả ứng dụng phương ph p gia nhiệt khí nóng cho khn phun ép nhựa, đề tài nghiên cứu ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng gia nhiệt khn phun ép khí nóng đến độ bền sản phẩm nhựa thành mỏng? ?? thực Luận án 1.5 T... lòng khuôn) đến kết gia nhiệt khí nóng Chương 5: Ảnh hưởng phương ph p gia nhiệt kh nóng đến độ bền sản phẩm nhựa dạng thành mỏng - Ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt đến độ bền kéo của sản. .. khn kh nóng • Ứng dụng phương ph p gia nhiệt cho lịng khn kh nóng việc nâng cao độ bền sản phẩm nhựa dạng thành mỏng 1.9 Đ i tượng nghiên cứu Luận án nghiên cứu mơ hình gia nhiệt khí nóng mang