4.2.1.1 Công nghệ lăn tay
Kỹ thuật lăn tay được thực hiện bằng cách tẩm ướt sợi thủy tinh với nhựa lỏng (có thể đã được pha hoặc chưa pha chất đóng rắn). Sản phẩm làm từ quy trình này là những sản phẩm quá lớn không thể sản xuất từ những phương pháp khác. Kỹ thuật này dùng để sản xuất các sản phẩm với số lượng ít và có đầu tư cho sản xuất tháp. Ví dụ: tàu thuyền, bồn chứa hóa chất, thùng xe tải…
4.2.1.2 Công nghệ súng phun
Kỹ thuật súng phun được sử dụng thay thế cho kỹ thuật lăn tay, mặt dù chúng có một số điểm khác nhau. Kỹ thuật này thường được sử dụng cho khuôn quá lớn không chuẩn bị sợi gia cường vì quá nặng không thể dùng tay được. Với kỹ thuật súng phun sản phẩm được hoàn thành nhanh hơn kỹ thuật đắp tay và có thể dùng kèm theo phương pháp phủ và có thể tự động hóa. Ta cũng có thể dùng kỹ thuật súng phun để sửa chữa hoặc gia cường thùng chứa kim loại ở bên trong hoặc bên ngoài, hồ bơi và các cấu trúc chống ăn mòn. Súng phun còn có thể sản xuất các pano bảo vệ máy, bồn tắm,…
4.2.1.3 Công nghệ pulltrusion
Đây là kỹ thuật dùng để sản xuất các sản phẩm profile composite bằng cách kéo sợi qua bộ phận tẩm ứơt nhựa, định hình và đóng rắn. Nguyên liệu sử dụng là dạng thủy tinh sợi roving kết hợp với nhựa nhiệt rắn ở dạng lỏng như nhựa polyester hay nhựa epoxy. Ngày nay kỹ thuật pultrusion được dùng rộng rãi ở Nhật, Thụy Sĩ, Anh, Đức …Các sản phẩm của phương pháp này thường có dạng ống hay thanh, được dùng trong kỹ thuật điện và chống ăn mòn.
4.2.1.4 Công nghệ đúc nén
Công nghệ này dùng máy dưới áp lực và có gia nhiệt, khuôn gồm 2 nửa đực và cái. Dưới áp lực của lực nén và cùng với gia nhiệt tại khuôn, phản ứng đóng rắn diễn ra làm cho sản phẩm đóng rắn hoàn toàn. Công nghệ này ứng dụng khi sản xuất với số lượng lớn , sử dụng áp lực nén cao phù kợp cho sản xuất các chi tiết lớn theo module và cho sản phẩm nhẵn cả hai mặt, hình dạng chính xác theo khuôn. Ở Việt Nam, công nghệ này dường như chưa được áp dụng do đầu tư thiết bị còn cao.
4.2.1.5 Công nghệ quấn sợi
Sản xuất những thùng chịu áp suất hình trụ, hình cầu. Làm sản phẩm dạng ống, các ống dẫn Oxy, gas và khí khác. Làm vỏ động cơ phản lực, cánh máy bay trực thăng, các bộ phận của tàu vũ trụ. Những thùng chứa rất lớn đặt ngầm dưới đất (để chứa xăng, dầu, muối, acid, kiềm, nước v.v…) . Nâng cấp, thay thế và sửa chữa tất cả các đường ống
trong đô thị, ống bằng vật liệu composite làm việc lâu bền, không bị ăn mòn, giảm sự phá hủy đường ống ngay cả ở áp suất cao.
Trong bài tiểu luận này nhóm em xin được trình bày công nghệ đúc- ép phun phản ứng RRIM.
CHƯƠNG 5. NỘI DUNG CÔNG NGHỆ RRIM 5.1 Khái quát chung
5.1.1.1 Giới thiệu
Ép nhựa phản ứng (phản ứng ép phun gọi RIM), một quá trình đúc công nghiệp. Quá trình hình thành một phản ứng tiêm phương pháp đúc, phương pháp này không được sử dụng trong một loại vật liệu polymer, nhưng với hai hoặc nhiều monomer lỏng hoặc prepolymer, một tỷ lệ phần trăm nhất định của đầu trộn được thêm vào trong trộn dưới áp lực, và ngay lập tức tiêm vào khuôn kín, điền đầy trong khuôn, tạo hình.
RRIM (reaction reinforced injection molading) là phương pháp được cải tiến từ phương pháp RIM.Phương pháp RIM là phương pháp dùng áp suất cao phun hỗn hợp nhựa hai thành phần vào trong khuôn kín. Phương thức cải tiến hơn so với phương pháp RIM ở chổ là có sử dụng thêm sợi gia cường để tăng thêm đặc tính cơ lý của sản phẩm.
RRIM là một sự lựa chọn tuyệt vời khi ổn định thuộc tính các vật liệu là các yêu cầu kỹ thuật lớn. Một phần nhựa có thể khác nhau về kích thước giữa nhiệt độ đông và nóng chảy. Điều này là do các polyme có hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính (CLTE) gần chục lần thép. Điều đó có nghĩa là gắn một phần vào khung thép có thể gây ra warpage không mong muốn như nhựa mở rộng và hợp đồng. Sự thay đổi này cũng có thể nghiêm trọng ảnh hưởng đến chức năng thành phần khi kết thích hợp là một tính năng quan trọng như một bảng điều khiển cửa.
5.2 Đặc điểm
Công nghệ này áp dụng cho nhựa nhiệt rắn như FRP.
Hỗn hợp nguyên liệu ở nhiệt độ thấp, được ép phun vào khuôn gia nhiệt ở nhiệt độ cao. Nhờ có áp lực và nhiệt độ cao ở khuôn, phản ứng đóng rắn thực hiện toàn phần trong khuôn.
Công nghệ này tiến hành đồng thời các thao tác vừa ép phun vừa tạo phản ứng đóng rắn hoàn hảo hơn.
5.3 Nguyên liệu
Phương pháp này yêu cầu sợi gia cường liên tục và hỗn hợp nhựa liên kết với nhau. Yếu tố lựa chọn nguyên liệu dựa vào:
Tính kinh tế
Ảnh hưởng môi trường Khả năng chống ăn mòn
Trọng lượng giới hạn
Độ bền sản phẩm hình thành
5.3.1.1 Một số loại vật liệu gia cường
Vật liệu gia cố làm giảm sự co rút của vật liệu, làm giảm sự nở vì nhiệt của vật liệu và giảm droop và chảy xệ của vật liệu nhựa ở độ cao cao hơn. Chỉ dùng được sợi gia cường rất ngắn, dưới dạng bột, dạng hạt hay sợi ngắn để bảo đảm hổn hợp nhựa sợi không bị nghẹt trong đường đi của hệ thống nên tính cơ lý của sản phẩm trên công nghệ.
Đóng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung vì độn thường có tính chất cơ lý cao hơn nhựa. Người ta đánh giá độn dựa trên các đặc điểm sau:
Tính gia cường cơ học.
Tính kháng hoá chất, môi trường, nhiệt độ. Phân tán vào nhựa tốt.
Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt. Thuận lợi cho quá trình gia công. Giá thành hạ, nhẹ.
5.3.1.2 Một số loại nhựa
Vai trò là chất nền gắn kết mọi thứ lại với nhau, cung cấp một cơ cấu truyền tải giữa sợi. Ngoài ra còn cung cấp độ kháng ăn mòn, bảo vệ cho sợi khỏi bị phá hủy từ bên ngoài, tạo độ dai composite khi va đập bề mặt, cắt, mài mòn hay khi vận chuyển
Nhiều loại nhựa như epoxy, polyeste,và polyurethan đã được phát triển cho các ứng dụng RRIM.
Polyester: Độ bền nhiệt cao, chịu va đập cao, tính chất điện môi cao.
Epoxy: Độ bền tốt nhất, đóng rắn ở nhiệt độ cao, kháng hóa chất tốt, độ nhớt cao, giá thành cao hơn Polyester.
Polyurethane: độ bền tốt, giữ nhiệt tốt, kháng hóa chất tốt, chịu va đập.
5.4 Dụng cụ và thiết bị
Hệ thống gồm các cụm chức năng: - Máy đo lường chất rắn - Máy bơm chân không
- Hệ thống bồn chưá Polyol và Isocyanate (ngăn chứa) - Hệ thống bơm xylanh định lượng (bơm định lượng) - Hệ thống bơm trộn
- Đầu phun trộn
Được điều khiển bằng hệ thống máy tính nên tính tự động hoá cao.Hỗn hợp nguyên liệu được vi định lượng thêm một lần nữa tại đầu trộn.
- Khuôn và hệ thống đóng khuôn.
5.5 Quy trình công nghệ
- Polyol và Isocyanate được bảo quản riêng rẽ trong hai bồn chứa. - Sợi gia cường thường được trộn chung với Polyol.
- Khi bắt đầu phun, van mở trong mixhead và các chất lỏng vào một buồng trong mixhead ở áp suất cao (thường là giữa 1.500 và 3.000 psi) và tốc độ cao. Nhờ hệ thống bơm điều hoà áp lực và bơm định lượng mà lượng nhựa được đưa vào đầu trộn với lượng rất chính xác nhằm đảm bảo tỉ lệ hổn hợp phản ứng.
- Ở đây chúng được trộn bằng với vận tốc cao va đập. Từ buồng trộn, hỗn hợp chất lỏng chảy vào khuôn ở áp suất khí quyển và trải qua một phản ứng hóa học tỏa nhiệt, tạo thành một polymer trong khuôn.
Thời gian phản ứng thường được tính bằng giây. Đối với các bộ phận rất lớn thời gian phản ứng có thể được mở rộng để cho phép điền đúng của khuôn.
Sơ đồ 1. 2 Sơ đồ hệ thống nhựa vào khuôn
Sự lựa chọn hổn hợp nhựa hai thành phần cần phải đáp ứng tuân theo những điều kiện sau:
- Tốc độ phản ứng hay đóng rắn tương đối nhanh.
- Độ nhớt của sản phẩm tạo thành phải tương đối thấp và tăng nhanh theo thời gian.
- Tuân theo các ràng buộc về kinh tế, máy móc thiết bị. - Đạt độ bền cơ lý và tính thẩm mỹ nhất định.
- Chu kỳ sản phẩm tương đối ngắn để sản xuất số lượng nhiều.
5.6 Sự cố và khắc phục
5.6.1.1 Bề mặt bong/không bằng phẳng
Bề mặt bị tách thành phiến , vẩy khi cắt ngang, rất khó nhận dạng bởi bề mặt không bị nứt. Bề mặt bị hư khi ta dùng vật cứng cào nhẹ vào.
Nguyên nhân:
Ứng suất trượt cao hình thành các lớp, sự tương hợp giữa các lớp.
Các chất bẩn không tương hợp với nhựa nhiệt dẻo và master batch tạo màu. Khắc phục
Tăng nhiệt độ chảy, giảm tốc độ phun
Tránh các chất bẩn, dùng master batch thích hợp 5.6.1.2 Bọt khí
Bọt khí trong quá trình ép được hiện hữu trong sản phẩm, các bọt khí này hình thành các lỗ trong sản phẩm.
Nguyên nhân
Trong suốt quá trình được điền đầy khuôn các bọt khí còn giữ lại trong sản phẩm tại những vùng gầm bề mặt sản phẩm.
Kiểm tra thiết kế điều và kiện van thoát khí. Cần thiết thì tối ưu hình dạng của khuôn. Thêm vật liệu gia cường chống tạo bọt. Giảm tốc độ khuấy trộn.
5.6.1.3 Hình thành bong bóng và lỗ
Sự co rút của vật liệu chảy hình thành các bong bóng khí có thể thấy được ( vật liệu trong suốt) hoặc không thấy được các sản phẩm ép.
Nguyên nhân
Lớp võ cứng bên ngoài đã co rút, trong khi lớp lõi bên trong vẫn còn nóng chảy, trong quá trình làm nguội.
Phần nhựa nóng chảy không co rút theo toàn bộ khối sản phẩm nên hình thành lỗ rỗng bên trong sản phẩm.
Khắc phục
Tối ưu hóa thời gian và áp suất giữ Tăng nhiệt độ khuôn
Tăng kích thước cuống phun cổng phun và béc phun Tăng nhiệt độ chảy
Tạo vùng đệm Tăng tốc độ phun
5.6.1.4 Sự co rút
Nguyên nhân
Co rút thường tập trung tại vùng chứa vật liệu nhiều. Tại đây sự co rút tăng lên trong quá trình làm nguội mà không bù lại được bằng áp suất duy trì.
Khắc phục
Tránh các vùng co bề dày khác biệt lớn và tập trung vùng vật liệu ( VD: các gân, bề dày các gân nên bằng 0,5 đến 0,7 lần bề dày của thành chính là tốt nhất).
Kiểm tra nhiệt độ đúng chưa
Tối ưu nhiệt độ khuôn và nhiệt độ ép, cài áp suất duy trì, thời gian giữ và vùng đệm tương đương với kích thước.
Thêm vật liệu gia cường
5.6.1.5 Các vùng có độ bóng mờ khác nhau
Nguyên nhân
Bởi vì có sự khác biệt về bề dày, các gân để điều khiển co rút là nơi có độ bóng cao trên bề mặt kết cấu.
Các vùng mờ thường xuất hiện trên các sản phẩm láng có kết cấu phức tạp( sự tăng bề dày đột ngột, gân), trong cùng một thời gian thì quá trình điền khuôn không đều.
Nhiệt độ khuôn, nhiệt độ chảy, tốc độ phun không thích hợp. Áp suất giữ, và thời gian duy trì áp quá ngắn.
Nhựa chảy không đồng nhất khi tiếp xúc với thành khuôn. Khắc phục
Tránh các vùng dày và sự thay đổi bất ngờ về bề dày, như là sự thay đổi bất ngờ về bề dày thành đồng nhất.
Tối ưu hình dáng sản phẩm và điền khuôn. Tối ưu nhiệt độ gia công
Điều chỉnh đúng áp suất duy trì và thời gian duy trì áp suất. Cải thiện hệ thống van thoát khí
Kiểm tra hệ thống làm nguội của khuôn.
5.7 Ưu điểm
Sử dụng hổn hợp nhựa hai thành phần có độ nhớt tương đối thấp khoảng 100 - 1000 cP. Hệ nhựa thông thường bao gồm 2 thành phần: A (Polyol) và B (Isocyanate), tỷ lệ trộn tùy theo yêu cầu chất lượng của sản phẩm và tỉ lệ thông thường là tỉ lệ 1:1.
Để định lượng tỉ lệ hai thành phần trộn chính xác cần có sự trợ giúp của một thiết bị đặc biệt đó là hệ thống bơm định lượng với độ chính xác cao.
RRIM tạo sản phẩm đẹp, không có đường cắt bavia, láng cả hai mặt và sản phẩm sản xuất ra là sản phẩm cuối cùng và quan trọng là ít gây hại cho môi trường. Công nghệ RRIM là công nghệ của tốc độ, chu kỳ sản phẩm thường là 2 phút nên
rất thích hợp cho các đơn hàng sản xuất với số lượng lớn.
Do phản ứng giữa Polyol và Iso là phản ứng toả nhiều nhiệt giúp trợ giúp tiến trình gia nhiệt ở khuôn.Tuy nhiên vẩn cần cung cấp nhiệt cho khuôn để bảo đảm sự tốc độ nguội giưã bề mặt sản phẩm và lõi khuôn.
Độ tự động hóa của qui trình RRIM rất cao.
5.8 Nhược điểm
Chi phí đầu tư hệ thống máy móc, khuôn cao.
Hạn chế về chủng loại nguyên liệu đầu vào( hổn hợp nhựa hai thành phần) Kích thước sản phẩm có phần bị hạn chế, thường dùng để tạo các sản phẩm có
kích cở trung bình.
Công nghệ RRIM có hạn chế là chỉ dùng được sợi gia cường rất ngắn, dưới dạng bột hay sợi ngắn để bảo đảm hổn hợp nhựa sợi không bị nghẹt trong đường đi của hệ thống nên tính cơ lý của sản phẩm trên công nghệ.
5.9 Ứng dụng
RRIM có thể tạo sản phẩm từ đơn giản đến sản phẩm phức tạp, các sản phẩm có tính năng cao, có kích thước vừa phải và thường được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô, cano…
Phương pháp RRIM là một lựa chọn phù hợp khi cần sản xuất với số lượng sản phẩm lớn trong thời gian ngắn.
Một số sản phẩm công nghệ RRIM
1. Polyimides- A new class of thermally stable polymers, N.A.Adrova, M.I.Bessonov, L.A.Laius, A.P.Rudakov
2. https://sites.google.com/site/tanyenxao7/lowpressmachine 3. https://sites.google.com/site/vietnguyenltd/elastomertheory
4. Oertel, Cẩm nang G. Polyurethane. Ed thứ hai. Munich: Carl Hanser Publishers,1993.
5. Ulrich, H. Hóa học và Công nghệ của Isocyanate New York:. John Wiley & Sons,1996