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:
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
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:
Hình 3.84: Sự phát triển của dòng nhựa trong khỐôn
a. Cách đặt miệng phun hợp lý đểcân bằng dòng ch y. b. Dòng ch y cân bằng đ i với s n phẩm mẫu kéo.
3
,4Tham 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.
Kết qu mô ph ng điểm phun trên cho th y t i mỗi điểm phun l ợng nhựa có đồng đều hay không, l ợng nhựa phun vào không đều dẫn đến nhiệt độ thay đổi trong ph m vi lớn và phát sinh các khuyết tật. Hình 3.8 cho th y kết qu t i 4 điểm phun l ợng nhựa phun vào đồng đều hơn.
Sự phân b l u l ợng dòng ch y nhựa l ng qua b n miệng phun là t ơng đ ơng nhau, 25% cho mỗi điểm phun. Do đó, tính ổn định và liên tục c a l u l ợng dòng ch y qua 4 miệng phun đ ợc t t hơn.
3.3.7.Phân tích cong vênh, co rút:
Hình 3.95: Kết qỐ phân tích cong ốênh, co rút
D ới sử nh h ng c a nhiệt độ, áp su t vật liệu biến d ng trong quá trình ép phun, sau quá trình b o áp nhiệt độ trong khuôn gi m dần tới nhiệt độ m khuôn, s n phẩm có xu h ơng bị ngót đi. Nếu l ợng nhựa không đ bù vào cho sự co ngót thì s n phẩm sẽ bị hụt kích th ớc. Để gi m quá trình này, áp su t ép phun ph i tăng lên, đồng th i quá trình làm nguội ph i chậm và đồng đều hơn để l ợng co ngót đồng đều hơn.
Sự cong vênh s n phẩm là do quá trình làm nguội ch a đúng theo yêu cầu, ng su t d làm cho s n phẩm bị u n cong theo các h ớng khác nhau do bề dày s n phẩm khác nhau.
5Tham 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.
Nh vậy, sự cong vênh vẫn nằm trong ph m vi cho phép. Cong vênh và co ngót là không thể tránh kh i do đặc tính c a vật liệu polymer.
3.3.8.Phân tích ng suất d :
Hình 3.106: Phân b ứng sỐất dư trước khi thiết kế hệ th ng làm mát.
Hình 3.117: Phân b ứng sỐất dư saỐ khi thiết kế hệ th ng gi i nhiệt
ng su t d tồn t i bên trong s n phẩm do quá trình ép phun l ợng nhiệt th t thoát vào trong khuôn không đều. Quá trình làm nguội s n phẩm
6
,7 Tham 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.
không cân bằng dẫn đến ng su t d làm cho s n phẩm bị cong vênh hoặc l ợng nhựa đ a vào không đ , d áp sẽ phát sinh ba via.
Dựa vào kết qu phân tích trên cho th y, ng su t d tr ớc khi thiết kế hệ th ng làm mát lớn nh t là: 110MPa ( trên s n phẩm), 117.7 MPa ( trên kênh dẫn). ng su t d cho thép đ i với nhựa PP ( Polypropylen) là: 85 – 130MPa.
Để làm gi m ng su t d , thiết kế kênh làm mát đi ngang qua gần kênh dẫn và s n phẩm để làm nguội đồng đều hơn. Kế qu phân tích sau khi thiết kế hệ th ng làm mát, ng su t trên s n phẩm là 92.06 MPa, trên kênh dẫn là 35.25MPa.
3.3.9. Phân tích đ ờng hàn:
Đ ng hàn xu t hiện do sự gặp nhau c a các dòng ch y. Khi ch y qua các khe, vách hoặc các đ o, dòng ch y phân tán, nh ng do quá trình m t nhiệt nên khi các dòng ch y hòa vào nhau thì không còn tính liên kết.
Đ ng hàn nh h ng x u đến độ bền và tính thẩm mĩ c a s n phẩm. Để h n chế đ ng hàn, có thể tăng nhiệt độ, áp su t phun, m rộng kênh dẫn và điểm phun, thay đổi vị trí các điểm phun để dòng ch y dễ dàng hơn. Mỗi thay đổi đều ph i thực hiện trình tự phân tích từ đầu.
Với thiết kế d ng khuôn 3 t m có kh năng ngắt đuôi keo tự động, kênh dẫn đ ợc xắp theo hình cung để cân bằng dòng ch y. Kết qu phân tích trên hình 3.12 dự đoán đ ng hàn có thể nằm trên các góc c a kênh dẫn, nh vậy với những vị trí này thì không nh h ng đến s n phẩm sau khi ép phun.
Hình 3.128: KếtqỐ phân tích dự đoán đường hàn.
3.3.10.B ng tổng hợp phân tích:
Kết qu đánh giá sau khi tính toán đư đánh giá đ ợc với các thiết kế đề ra phù hợp và có thể gia công thiết kế, s n phẩm sau khi ép phun có d ng và kích th ớc nằm trong ph m vi cho phép c a mẫu thử.
Sau khi phân tích và thay đổi các thông s kỹ thuật, kết qu c a quá trình tổng hợp để đánh giá sơ bộ tình tr ng s n phẩm và tiến hành cài đặt các th ng s ép phun trên máy ép.
B ng tổng hợp đ ợc trình bày chi tiết d ới đây:
B ng 3.2: Tổng hợp kết qỐ phân tích
Ch ng 4
CÔNG TÁC CHU N B THệ NGHI M
4.1. Cấu t o c a v t li u nghiên c u:
*Nguyên ốật liệỐ dùng cho nghiên cứỐ:
Nhựa Polypropylene nguyên sinh có tên th ơng m i là MoplenRP348N đ ợc s nxu tt i Thái Lan b i HMC Polymers Company Limited
Phụ gia Na10MB3A đ ợcs nxu tt iĐ cb i BYKKometraGmbH.
Phụ gia bôi trơn khuôn TLPA 1011
Nhựa Polyproylene
Lo i nhựa polypropylene có tên th ơng m i là Moplen RP348N đ ợc s n xu t t i Thái Lan b i HMC Polymers Company Limited và có các thông s kỹ thuật nh sau:
Tính chất K t qu Tiêu chu n th
T c độ dòng ch y 0,1g/phút
Melt flow rate, dg/min 11
Kh i l ợng thể tích (g/cm3 )
Specific Gravity 0,90
Độ bền kéo (Mpa)
Tensile strength at yield 29
Độ co dưn (%)
(Elongation at yield) 13
Mô dun đàn hổi (Mpa)
Flexural modulus 1050
Độ bền va đập (J/m) 64
Nhiệt độ ch y mềm 455 kPa (0 C)
Deflection temperature, at 455 kPa 86 Nhiệt độ nóng ch y 0
C 170
Chất ph gia:
Ch t phụ gia để tăng bền cho PP có tên th ơng m i là Na10MB3A đ ợc s n xu t t i Đ c b i BYK Kometra GmbH. Có một s đặc tính sau:
Thành phần: Polypropylene, maleic anhdryde
Tính chất: Appearance Melt Index ( 1900C / g/10’) Bulk density Clear pellet Approx. 20 0.93 – 0.4 Nucleating agent content (%)
B ng 4.2: Tính chất của chất trợ tương hợp
Ph gia bôi tr n
Phụ gia bôi trơn đ ợc sử dụng là TLPA-1011 đ ợc s n xu t t i Đ c b i BYK Kometra GmbH. Có một s đặc tính sau:
Thành phần:
Tính ch t: Kh i l ợng thể tích 530kg/m3; hàm l ợng sử dụng 0,25% – 1,5%
4.2.Máy móc trang thi t b ph c v cho quá trình nghiên c u:
* Máy móc, trang thiết bị phục ốụ cho qỐá trình nghiên cứu
Máy ép phun
Khuôn để gia công mẫu thử
Th ớc kẹp, độ chính xác: 0,02mm
Cân điện tử, độ chính xác: 0,01gam và 0,0001gam
Đồng hồ đo th i gian, độ chính xác: giây
Nhiệt độ, áp su t phun đ ợc thể hiện chi tiết trên b ng ma trận thí nghiệm.
Điều chỉnh t c độ quay trục vít nh sau: Vận t c trục vít là 1000 vòng/ phút.
Cho hỗn hợp nguyên liệu bột gỗ và nhựa đư định l ợng vào phễu c p liệu
Sau khi cho nguyên liệu vào phễu c p liệu, nguyên liệu sẽ đ ợc làm nóng ch y và đùn ra nh lực nén c a trục vít qua các lỗ đầu đùn thành d ng sợi
(đ ng kính 3.2 mm). Sợi gỗ nhựa sau khi ra kh i đầu đùn đ ợc làm nguội tự nhiên trong không khí trên băng t i. Giai đo n làm nguội đây khác với giai đo n t o h t nhựa do h t gỗ - nhựa t o ra nếu làm nguội bằng buồng n ớc sẽ làm cho h t gỗ - nhựa hút n ớc, gây khó khăn trong việc xác định các tính ch t. Vì vậy ta chọn ph ơng pháp làm nguội bằng không khí Sau khi sợi gỗ - nhựa đư nguội thì đ ợc cắt nh b i máy băm. Cu i cùng cho ra h t gỗ - nhựa có đ ng kính trong kho ng 2 – 5 mm.
Máy ép phun
Hình 4.1: Máy ép –phỐn ốà khỐôn ép mẫỐ thử
Đ i với những chi tiết có kích th ớc nh , hình dáng ph c t p ta nên dùng ph ơng phápép phun để t o s n phẩm.
Chu kỳ ép phun gồm có 4 giai đo n:
a) Giai đo n kẹp: Lúc đầu cụm kìm đóng khuôn l i r t nhanh nh ng sau đó chậm dần cho đến khi khuôn đóng hoàn toàn. Khi khuôn đư đóng cũng là lúc