Trong các phần trước, ta đã xét các phương trình đặc tuyến của vít đùn và đầu tạo hình. Điểm hoạt động của máy đùn sẽ là giao điểm của 2 đặc tuyến này, xác định lưu lượng Q và áp suất P của nhựa lỏng. Tuy nhiên, chế độ hoạt động này chỉ được chấp nhận khi thoả mãn được các yêu cầu cơ bản của thực tế sản xuất, nếu không chúng ta cần phải thay đổi các thông số điều hành như vận tốc quay N, trở lực đầu tạo hình, trở lực của các bộ phận cần dùng, chế độ cấp và thải nhiệt ở vít và đầu tạo hình... để có được điểm hoạt động thoả mãn các yêu cầu sau:
1, Polymer đuợc gia công ở nhiệt độ thích hợp: Nếu nhiệt độ quá thấp, tính chất cơ lý của sản phẩm sẽ thấp, tồn tại những ứng suất dư trong sản phẩm. Nếu nhiệt độ quá cao thì sản phẩm sẽ bị phân huỷ nhiệt, Oxy hoá cắt mạch. Giới hạn dưới của nhiệt độ ít quan trọng, nhất là trong trường hợp sử dụng vít đùn để chuẩn bị nguyên liệu (trộn, tạo hạt). Trái lại, giới hạn trên của nhiệt độ rất quan trọngtrong quá trình gia công sản phẩm bằng phương pháp đùn, vì ngoài lý do vật liệu bị giảm tính chất do oxy hoá, cắt mạch, phân huỷ còn nhiều lý do khác như dòng chảy mất ổn định, không kiểm soát được dòng chảy do độ nhớt quá bé... cho nên rất hiếm trường hợp chấp nhận nhiệt độ nhựa lỏng quá cao, chỉ trong một số trường hợp khi thời gian lưu trú của nhựa trong đầu tạo hình ở nhiệt độ ngắn và vật liệu
2, Sản phẩm phải đồng nhất, nghĩa là phải được làm chảy đồng đều và các cấu tử của nguyên liệu phải phân bố đồng đều sau khi gia công.
3, Lưu lượng phải càng cao càng tốt, không được bé hơn giá trị năng suất tối thiểu (nếu dưới giới hạn này thì không kinh tế).
4, Lưu lượng (sản lượng phải ổn định trong các điều kiện cho phép của sản phẩm cuối cùng.
Các yêu cầu này đôi khi mâu thuẩn nhau và cần phải được dung hoà để đạt được một lưu lượng tối đa, đồng thời đạt yêu cầu về chất lượng.
Đứng về mặt yêu cầu chất lượng sản phẩm và kinh tế, vùng hoạt động chấp nhận được của máy đùn được giới hạn bởi 4 đặc tuyến trên giản đồ Q−∆P sau đây:
1: Tmax: Đường giới hạn trên của nhiệt độ cho phép
2: Tmin: Đường giới hạn dưới của nhiệt độ có thể chấp nhận được
3: QKt: Đường giới hạn lưu lượng (xuất lượng) thấp nhất mà việc sử dụng máy để gia công còn kinh tế
4: Qu: Đường phẩm chất hay là đường trộn lẫn. Đường này chia mặt phẳng thành 2 vùng. Vùng bên trái tương ứng với sự trộn lẫn chưa đầy đủ, chất lượng sản phẩm không đồng nhất và vùng bên phải tương ứng với chất lượng sản phẩm đồng nhất.
S1: đặc tuyến của vít quay với vận tốc N1 S2: đặc tuyến của vít quay với vận tốc N2 > N1 K1: đặc tuyến của đầu tạo hình có trở lực ω1 K2: đặc tuyến của đầu tạo hình có trở lực ω2 >ω1
Thường vùng hoạt động chấp nhận được của máy đùn là một hình ∆ hỗn tạp, xác định bởi các đặc tuyến Tmax, QKy và ÷u, đặc tuyến Tmin thường nằm ngoài vùng này.
K1 ∆P ∆P B C A Tmin K2 Q Qu Nmax S1 S2 QKT Tmax
Ngoài ra, từ giản đồ Q−∆P trên ta còn có thể thấy rằng:
1, Khoảng hoạt động chấp nhận được của máy đùn thay đổi theo vận tốc vít. Vùng vận tốc cao, thường khoảng này nhỏ, dẫn đến dễ có rủi ro về chất lượng sản phẩm mặc dù xuất tốc cao, thường khoảng này nhỏ, dẫn đến dễ có rủi ro về chất lượng sản phẩm mặc dù xuất lượng cao. Cho nên ta không nên hoạt động ở chế độ tương ứng với các điểm nằm cận các đường biên và một sự lựa chọn thích hợp về áp suất trong điều kiện chạy máy nào đó có thể gia tăng năng suất mà còn đồng thời cải thiện được tính chất sản phẩm.
2, Có 1 giá trị Nmax trên đó chúng ta không thể tránh được sự quá nhiệt dù sử dụng bất kỳ đầu tạo hình nào. Giá trị Nmax này có thể được nâng cao bằng chế độ giải nhiệt độ tốt hơn kỳ đầu tạo hình nào. Giá trị Nmax này có thể được nâng cao bằng chế độ giải nhiệt độ tốt hơn nữa ở các máy thông thường. Tuy nhiên, cũng còn lưu ý sức bền của vật liệu chế tạo vít cũng có ảnh hưởng đến Nmax và thường yếu tố này quan trọng hơn, nghĩa là khi gia tăng vận tốc quay của vít thì trục vít sẽ bị gãy trước khi tìm được một đầu tạo hình thích hợp. Thường ta không chủ ý đến Nmax gây quá nhiệt ngoại trừ khi chạy máy trong điều kiện đoạn nhiệt độ.
3, Thường khi tăng vận tốc quay của vít thì đối với đầu tạo hình có trở lực nhỏ. Chất lượng sản phẩm sẽ bị vi phạm trước (đặc tuyến đầu tạo hình cắt Qu trước) còn đối với đầu lượng sản phẩm sẽ bị vi phạm trước (đặc tuyến đầu tạo hình cắt Qu trước) còn đối với đầu tạo hình có trở lực lớn thì giới hạn của nhiệt độ bị vi phạm trước (đặc tuyến của đầu tạo hình cắt Tmax trước).
Chương V GIA CÔNG SẢN PHẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP ÉP TRỰC TIẾP
I. Đặc điểm
Phương pháp gia công bằng cách ép khuôn đã có từ lâu, trước các phương pháp gia công khác. Phương pháp này có thể áp dụng được cho cả nhựa nhiệt rắn và nhiệt dẻo. Nhưng ngày nay do có các phương pháp khác dùng để gia công nhựa nhiệt dẻo có lợi hơn và chất lượng cao hơn như phương pháp đúc dưới áp suất. Vì vậy, phương pháp này chủ yếu chỉ để gia công các loại nhựa nhiệt rắn và hỗn hợp cao su.
Các loại nhựa nhiệt rắn thường được gia công bằng phương pháp này là PF, UF, Melamin (dùng các sợi độn tăng cường). Các loại nhựa nhiệt độ dẻo thường được gia công bằng phương pháp này là các loại Celluloid như: Cellulose acetat, Cellulose acetat butirat, etyl Cellulose, Acrylic, PS, PE, PA...
Phương pháp này có những đặc điểm quan trọng sau: 1, Sản phẩm được định hình trong khuôn theo 3 chiều
2, Vùng định hình của khuôn được định bởi chày ép và cối khuôn, được định hình dần dần trong quá trình ép.
3, Sản phẩm được hình thành gián đoạn theo từng chu kỳ từ 10 ÷ 50 phút hay lâu hơn, tuỳ theo tính chất của nguyên liệu và kích thước sản phẩm.
4, Thiết bị tạo áp suất giúp nhựa biến dạng theo hình của khuôn là máy ép, thường là loại thủy lực.
5, Trong quá trình gia công, ở giai đoạn thành hình, nguyên liệu ở trạngt hái chảy nhớt. Đặc điểm này chỉ là tương đối. Đối với sản phẩm ép nguội, đặc điểm này không có.
Trong quá trình gia công, việc tạo hình sản phẩm có thể chia làm 2 giai đoạn: - Giai đoạn thành hình:
Dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất, nguyên liệu trong khuôn sẽ chuyển dần từ trạng thái rắn sang trạng thái chảy nhớt và lấp đầy vùng tạo hình của khuôn.
- Giai đoạn định hình:
Để có thể lấy sản phẩm ra khỏi khuôn mà không bị biến dạng và đặt đến dạng sử dụng cuối cùng của sản phẩm, nguyên liệu trong vùng tạo hình phải được chuyển qua trạng thái rắn. Đối với nhựa nhiệt rắn, quá trình chuyển trạng thái này đượcthực hiện nhờ các phản ứng hoá học xảy ra ở nhiệt độ gia công để tạo thành mạng lưới không gian. Đối với nhựa nhiệt dẻo thì quá trình chuyển trạng thái này xảy ra do quá trình làm nguội đến nhiệt độ dưới Tg của nhựa.
Tuỳ theo nhiệt độ của giai đoạn thành hình, người ta chia phương pháp ép trực tiếp thành 2 loại:
- Ép nóng: Nhiệt độ giai đoạn thành hình cao: 120 ÷ 1800C - Ép nguội: Nhiệt độ giai đoạn thành hình là nhiệt độ thường
Phương pháp ép nóng thích hợp cho gia công nhựa nhiệt rắn vì nhiệt độ cao thuận lợi cho phản ứng đóng rắn xảy ra và khi lấy sản phẩm ra không cần phải làm nguội khuôn. Do đo, rút ngắn được chu kỳ, tiết kiệm được năng lượng.
Nói chung, phương pháp ép trực tiếp có nhiều thuận lợi hơn so với các phương pháp gia công khác khi gia công nhựa nhiệt rắn và khi kích thước sản phẩm lớn (như mâm, khung, má...). tuy nhiên, đối với nhựa nhiệt dẻo thì dùng phương pháp này không kinh tế so với các phương pháp khác. Ngoài ra, do đặc điểm vùng tạo hình được hình thành dần trong quá trình ép nên kích thước sản phẩm không chính xác (nhất là ở vùng giáp khuôn và trường hợp khuôn nhiều lỗ khuôn), và đối với sản phẩm có hình dạng phức tạp (với kết cấu khuôn phức tạp gồm nhiều đường gồ, lõi tạo hình... thì khi vận chuyển khuôn sẽ dễ gây biến dạng hoặc làm gãy các bộ phận của khuôn.