Nguyên liệu để s n xu t polypropylen (PP) là propylen. Propylen là ch t khí, ng ng tụ thành ch t l ng - 47.70C và l nh đông -185.50C. nhiệt độ sôi, tỷ trọng c a nó là 0.610 g/cm3
.
Polypropylen đ ợc tổng hợp bằng ph n ng trùng hợp với xúc tác Ziegler- Natta. Nguyên liệu để trùng hợp là hổn hợp propan-propylen, hệ xúc tác là Chlorur Titan và Triethyl Nhôm. Ph ơng pháp này r t kinh tế chỗ không cần ph i tách propan ra kh i propylen vì đó là quá trình r t ph c t p.
Hình 3.2: Ph n ứng trùng hợp polypropylen bằng xúc tác
Quá trình s n xu t gồm 3giai đo n chính là trùng hợp propylen; tách xúc tác và dung môi ra kh i poltmer; t o h t polymer.
So với trùng hợp polyethylen, quá trình tổng hợp polypropylen thì nhiệt độ có nh h ng lớn hơn. nhiệt độ cao, s n phẩm t o thành mềm dẻo nh cao su và có c u trúc không đều đặn. Ch t xúc tác,hình d ng vật lý và m c độ mịn c a nó có nh h ng đến tính ch t c a polypropylen. Do đó, cần điều chế xúc tác trực tiếp ngay nhà máy để phù hợp với yêu cầu.
3.1.4.Ảia công nhựa polypropylen:
Gia công polypropylen thành các vật phẩm bằng các ph ơng pháp sau: đùn liên tục, đúc d ới áp su t, thổi, ép t o thành d ới chân không và các ph ơng pháp khác. Th ng ng i ta dùng h t polymer hình trụ đư nhuộm màu để gia công s n phẩm.
Kỹ thuật t o thành phổ biến nh t c a polypropylen là ép phun, đ ợc sử dụng để s n xu t các vật dụng nh tách, chén, chai, lọ…. các đồ dùng trong gia đình và các bộ phận trong ôtô nh bình ắc quy. Các vật phẩm làm từ polypropylen cũng có thể
sử dụng ph ơng pháp gia công cắt gọt cơ khí. Việc xử lý bề mặt cũng có thể sử dụng cho những chi tiếtbằng polypropylen nhằm gia tăng độ bám c a mực in và sơn.
Polypropylen t ơng đ i khó dán, nếu dùng keo dán polychlorpren thì độ bền hoàn h o. Còn các chi tiết làm bằng polypropylen có thể lắp ghép bằng cách hàn ( 2200C nh luồng không khí hoặc N2 nóng), tán đinh c.
B ng 3.1: Thông s kỹ thỐật của polypropylen
Các đặc tính Giá tr
Kh i l ợng riêng 900kg/cm3
Mođunlus đàn hồi kéo 1.1 – 1.4 GPa
ng su t phá h y kéo ( độ bền kéo) 20 – 30 MPa
Biến d ng phá h y kéo 300%
Độ bền nén 40 – 55MPa
Độ bền va đập (Izod) 0.0025 – 0.1 J/mm
Nhiệt độ u n d ới t i trọng (HDT) (1.8MPa) 50 – 600C
Hệ s giưn n nhiệt 110x 10-6/0C
Độ dẫn nhiệt 0.2W/m/0C
Kh năng hút n ớc (24 gi , 200
C) 0.03%
Ch t l ợng đúc` T t
Kh năng gia công cơ khí T t
Tính quang học Trong su t đến m đục T c độ cháy Chậm Kh năng ch ng l i ch t hóa học T t Độ nhớt 10 (Poise) Nhiệt độ nóng ch y 160 – 1700C Độ bền kéo đ t ) / ( 1200 900 ) / ( 350 300 2 2 cm kg cm kg u k Chỉ s ch y 260gr/10phút Độ giưn dài 300800%
3.1.5. ng dụng c a nhựa polypropylen:
Polypropylen có kh i l ợng phân tử cao dùng để s n xu t ng, màng, dây cách điện, các s n phẩm đ c, sợi.
Polypropylen có kh i l ợng phân tử th p có thể trộn với PS, PE và PVC để gi m độ ch y c a chúng tr ng thái ch y mềm và tăng một vài tính ch t nh chịu nhiệt, độ c ng.
Bằng việc kết hợp với các h t cao su, PP có thể vừa bền vừa dẻo dai ngay c nhiệt độ th p. Điều này cho phép sử dụng polypropylen thay thế cho một s lo i nhựa kỹ thuật nh ABS. Những t m polypropylen r t m ng đ ợc sử dụng làm các ch t điện môi trong những m ch hiệu năng cao và bộ điện dung. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.3: Các s n phẩm được làm từ polypropylen
3.1.6. u và nh ợc điểm c a nhựa PP:
3.1.6.1. u điểm:
Kh năng gia công t t.
có thể tiếp xúc với thực phẩm.
Độ c ng cao.
Có thể sử dụng thích hợp cho t t c các kỹ thuật gia công nhiệt dẻo.
Hệ s ma sát th p.
Cách điện r t t t.
Kh năng chịu m i cao.
Làm việc t t nhiệt độ 1250C.
Ch ng l i tác dụng c a ch t hóa học.
3.1.6.2. Nh ợc điểm:
Bị thoái háo b i tác dụng c a tiacực tím ( tia UV).
Bị cháy nh ng chậm, có thể làm gi m t c độ cháy bằng cách thêm vào PP các ch t hóa học làm chậm quá trình cháy.
Bị tác động b i dung môi ch a chlor và hợp ch t thơm.
T c độ oxy hóa tăng khi lẫn t p với một s kim lo i.
nhiệt độ th p, độ bền va đập c a PP khá th p.
Kh năng kết dính không cao.
3.2. Phân tích thông s kỹ thu t c a m u th :
3.2.1.Các yếu tố nh h ờng trực tiếp đến quá trình Ứp phun:
H t nhựa đ ợc nhà s n xu t cung c p ra thị tr ng tùy thuộc vào từng ng dụng cụ thể sẽ thành phần, tính ch t và màu sắc riêng. Trong quá trình ép phun, h t nhựa đ ợc chuyển đến phểu c p liệu và s y khô. T i đây, h t nhựa đ ợc c p vào hệ th ng phun. Trong giai đo n này, h t nhựa đ ợc gia nhiệt đến nhiệt độ hợp lý và nóng ch y, khi đ t đến nhiệt độ cần gia công, dòng nhựa sẽ đ ợc phun vào bên trong lòng khuôn để t o thành hình dáng mẫu thử, sau đó s n phẩm đ ợc l y ra và làm nguội ngoài không khí. Trong su t quá trình thí nghiệm, không có b t kỳ ph n
Hình 3.4: CấỐ t o cơ b n của máy ép phỐn
Trong toàn bộ quá trình từ h t nhựa nguyên sinh cho đến khi t o hình s n phẩm là một quá trình t ơng đ i ph c t p và bị nh h ng b i các yếu t sau:
3.2.1.1. Áp suất:
Áp su t là một trong những thông s chính trong quá trình ép phun, nó nh h ng đến sự ổn định về mặt kích th ớc và cơ tính c a s n phẩm.
a.Áp suất nén:
Áp su t nén là áp su t đ ợc gia tăng trong khuôn sau khi khuôn đ ợc điền đầy, nh h ng đến tổng l ợng vật liệu đ ợc phun vào trong khuôn.
L ợng nhựa đ ợc nén vào trong khuôn sẽ bù vào sự co ngót trong quá trình làm nguội.
S l ợng s n phẩm sẽ phụ thuộc vào áp su t nén. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b. Áp suất duy trì vƠ th i gian duy trì áp suất:
Áp su t duy trì là áp su t trong giai đo n duy trì áp, sau khi áp su t nén đ t đến sự cần thiết.
Th i gian duy trì áp là kho ng th i gian đ ợc tính từ lúc áp su t nén cực đ i đến khi vật liệu nhựa tới cổng phun đông đặc.
c. Sự thất thoát áp suất trong khuôn:
Áp su t trong khuôn bị th t thoát là do dòng ch y bị giới h n, rưnh dẫn cong vênh và do ma sát.
Do vật liệu bị nguội nhanh làm gi m kh năng ch y.
Sự co ngót không đều.
d. Đ ng cong áp suất:
Dùng đ ng cong áp su t để cài đặt th i gian chuyển sang tr ng thái duy trì áp c a quá trình ép.
Áp su t cực đ i trong khuôn phụ thuộc vào áp su t đ ợc chỉ định trong giai đo n duy trì áp.
3.2.1.2. Nhiệt độ:
Nhiệt độ c a vật liệu phun sẽ thay đổi trong su t quá trình tính từ phễu n p cho đến khi t o thành s n phẩm.
Quá trình thay đổi nhiệt độ là do ma sát, truyền nhiệt và làm nguội.
Nhiệt độ làm vật liệu nóng ch y, độ nhớt sẽ bị thay đổi.
các giai đo n khác nhau, nhiệt độ sẽ nh h ng với m c độ khác nhau. Các giá trị nhiệt độ không phù hợp là nguyên nhân gây ra các khuyết tật trên s nphẩm.
3.2.1.3. Tốc độ phun:
Quyết định kh năng điền đầy vật liệu nóng ch y vào khuôn.
B o đ m tính đồng nh t c a vật liệu t i vị trí đầu tiên đến vị trí sau cùng trong c c khuôn.
Các vùng chịu nh h ợng c a t c độ phun: vùng xung quanh cổng phun, phần giao nhau và phần điền đầy sau cùng.
T c độ phun có thể gay ra các khuyết tật trên s n phẩm nh : màu sắc, rỗ khí….
3.2.2. Tính toán, thiết kếmẫu thử:
Theo tiêu chuẩn ISO 527, mẫu kéo ph i đ ợc thiết phù hợp với tiêu chí cần đo, mẫu thiết kế gồm có 2 phần: phần ngàm kẹp và phần để xác định chiều dài đo tiêu chuẩn.
Hình 3.5: MẫỐ thiết kế đo độ bền kéo theo tiêỐ chỐẩn ISO 527.
Mẫu thử đ ợc chế t o bằng cách ép phun vật liệu nhựa trực tiếp đ ợc pha trộn thêm tỉ lệ thành phần phụ gia để tăng bền vào trong lòng khuôn ép. Vật liệu polypropylen đ ợc chọn do vật liệu này là một trong những vật liệu đ ợc sử dụng rộng rưi nh t trong công nghệ ép phun các s n phẩm dùng trong đ i s ng hằng ngày do tính ch t u việt c a nó.
Qua quá trình tìm hiểu và thí nghiệm thăm dò đúc kết ra ph ơng án cu i cùng để tiến hành thí nghiệm là chọn ph ơng án ép đùn từng mẫu.
u điểm: ép phun trực tiếp một lần ra mẫu thử, h n chế đ ợc các khuyết tật có thể x y ra trên bề mặt s n phẩm.
Nh ợc điểm: giai đo n chế t o khuôn ép khó khăn đồi hổi t n th i gian và kinh phí.
3.3. Phơn tích các thông s trong quá trình ép phun m u1:
3.3.1. Mục tiêu:
Quá trình ép phun cho s n phẩm nhựalà một quá trình ph c t p và bị chi ph i b i nhiều yếu t tác động vào, tr ớc khi chế t o khuôn ép cho s n phẩm, mẫu thử cần đ ợc phân tích trên các phần mềm hổ trợ ( CAE – Computer Aided Enalysis). Phần mềm hổ trợ sau khi đ ợc cung c p các dự liệu từ mẫu thiết kế, thông s c a vật liệu và công su t c a máy ép phun sẽ thực hiện để phân tích dự đoán: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các thông s kỹ thuật c a quá trình ép phun: nhiệt độ, áp su t, vị trí điểm phun t t nh t, th i gian điền đầy…
Dự đoán các khuyết tật trên s n phẩm nh : cong vênh, rỗ khí, co ngót, phân b ng su t d , ba via…..và dự đoán ch t l ợng s n phẩm.
Các phần mềm đ ợc sử dụng phổ biến hiện nay mh : Autodesk Moldflow Plastic Insigh, CADMOULD, Moldex 3D…..
Trong luận văn này, s n phẩm đ ợc phân tích trên phần mềm Mold Flow Plastic Insign 6.
3.3.2. Phân tích thời gian điền đầy s n phẩm:
Th i gian điền đầy phụ thuộc vào các thông s nh : kích th ớc c a hệ th ng kênh dẫn nhựa, kích th ớc điểm phun, nhiệt độ, áp su t….
1Tham kh o Luận văn Cao học: Nghiên c u tăng bền cho vật liệu nhựa và composite trong công nghệ ép phun, Nguyễn Văn Sơn, ĐHSPKT.TPHCM 2011.
Th i gian điền đầy càng ngắn thì năng su t càng tăng, khuyết tật bị kiềm chế.
Kết qu phân tích cho th y th i gian điền đầy t i các vị trí xa nh t trên s n phẩm l 4.333 giây. Th i gian điền đầy và làm nguội dùng để n định th i đóng khuôn sau khi đóng khuôn và phun nhựa.
Hình 3.62: Kết qỐ phân tích thời gian điền đầy s n phẩm
3.3.3.Phân tích ng suất khi phun:
Kết qu phân tích áp su t t i cu ng phun kho ng 127Mpa.
Kết qu phân tích áp su t phun đ ợc sử dụng để thiết lập trên máy ép khi tiến hành thí nghiệm. Áp su t đ a vào sẽ th p hơn kết qu phân tích và tăng dần khi đ t đến kết qu t t nh t.
Áp su t phun sẽ nh h ng đến t c độ dòng ch y nhựa trong khuôn. Áp su t th p sẽ làm tăng th i gian ép, áp su t tăng cao nh h ng tới lực kẹp giử khuôn, áp su t tăng quá giới h n cho phép gây ra kh năng xu t hiện ba via t i mặt phân khuôn và vị trí các điểm có khe h .
3.3.4.Phân tích lực kẹp:
Lực kẹp là lực giữ cho hai nữa khuôn đóng kín phun dòng nhựa nóng vào trong lòng khuôn. Lực kẹp tăng lên đến m c cho phép trong quá trình bưo hòa áp và đ ợc duy trì áp cho đến khi m khuôn l y s n phẩm.
Kết qu phân tích lực kẹp không đ ợc lớn hơn 80% giới h n sử dụng t i đa c a máy, kho ng còn l i dành cho an toàn khi làm việc.
Lực kẹp là một yếu t nh h ng tới công su t máy, tuổi thọ c a khuôn. Khi đóng khuôn, lực kẹp lớn sẽ làm cho bề mặt c a phần phân khuôn bị va ch m m nh nên sẽ gây ra hiện t ợng mẻ, bể, rộp bề mặt.
3.3.5.Phân tích vị trí c a điểm phun tốt nhất:
Vị trí và s l ợng điểm phun nhựa nh h ng r t lớn đến quá trình ép phun. Tùy thuộc vào kết c u, bề dày, hỉnh dáng và kh i l ợng s n phẩm để tìm ra vị trí và s l ợng điểm phun t t nh t.
Có thể gia nhiệt cho khuôn tr ớc khi gia công nh ng nếu nhiệt độ càng tăng thì dẫn đến quá trình làm nguội sẽ kéo dài, th i gia gia công tăng và năng su t gi m. Có thể thiết kế hệ th ng làm nguội s n phẩm, do vậy t c độ làm nguội càng tăng thì kh năng cong vênh càng lớn, nh h ng tới ch t l ợng s n phẩm.
Quá trình m t nhiệt sẽ làm cho dòng ch y bị khô c ng và không thể hòa tan vào nhau, gây ra hiện t ợng đ ng hàn. Lúc đó, có thể gia tăng nhiệt độ gia công nh ng nhiệt độ tăng sẽ làm vật liệu nhanh ch ng bị lưo hóa, nhiệt độ gia công bị giới h n, v ợt quá m c này vật liệu sẽ bị cháy và gây ra các vết cháy xám trên bề mặt.
Vị trí điểm phun t t nh t khi quá trình điền đầy ph i đ m b o đồng đều nh nhau về t t c mọi h ớng. S điểm phun tăng sẽ làm gi m th i gian phun nhựa nh ng làm cho quá trình thiết kế và gia công trơ nên ph c t p hơn, tăng s điểm phun sẽ làm tăng kh năng phát sinh đ ng hàn và gây ra vết t i vị trí phun nhựa trên chi tiết, tính thẩm mỹ c a s n phẩm sẽ gi m đi.
Nếu tăng áp su t trong quá trình ép phun để làm gi m th i gian gia công nh ng khi áp su t tăng sẽ làm tăng nguy cơ phát sinh ba via trên s n phẩm.
Mẫu ép có kh i l ợng nhẹ, dễ t o hình khi phun nên điểm phun nhựa vào t t nh t là đặt t i tâm chi tiết. Khi giới h n nhiệt độ cho phép, vẫn b o đ m quá trình điền đầy chi tiết và h n chế đ ợc các khuyết tật có thể x y ra với s n phẩm.
Kết qu phân tích đ t đ ợc sau khi đư phân tích và tìm đ ợc điểm phun t t nh t.
Hình 3.73: Kết qỐ phân tích tìm được ốị trí điểm phỐn t t nhất (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết qu sau khi phân tích cho th y, vị trí điểm phun đ m b o quá trình ép phun s n phẩm thành công, dòng ch y cân bằng, dự đoán khuyết tật phát sinh trên s n phẩm sau khi ép không xu t hiện.
3.3.6.Phân tích sự phân bố và phát triển dòng nhựa trong khuôn: