Các ph ơng pháp sử dụng để xác định độ bền kéo c a mẫu thử nghiệm và xác định độ lớn c a độ bền kéo, modul bền kéo và các v n đề liên quan đến tình tr ng c a mẫu kéo theo điều kiện quy định.
Các ph ơng pháp đ ợc chọn lọc một cách phù hợp để sử dụng với những vật liệu sau đây: vật liệu đ ợc tăng c ng hợp ch t phụ gia nh các t m chịu nhiệt và t m film.
Các ph ơng pháp đ ợc áp dụng cho các vật mẫu nh : đúc hoặc là gia công cắt gọt, dập. Trong s tr ng hợp xét mẫu nghiệm đa dụng (xem ISO 3167:1993, Plastics-Preparation and use of multipurpose test specimens).
2.4.2. Mẫu kỨo thử theo tiêu chuẩn ISO 527:
Ch ng 3
PHỂN TệCH V T LI U PHUN VẨ
TÍNH TOÁN, THI T K M U TH
3.1. T ng quan v nhựa Polypropylen (nhựa PP):
3.1.1. Ảiới thiệu:
Polypropylen ( nhựa PP) là một lo i nhựa nhiệt dẻo đ ợc t o thành bằng ph n ng trùng hợp các phân tử propylen ( các đơn vị monomer) thành polymer dài. Polypropylen đ ợc s n xu t bằng ph n ng hóa học và đ ợc ng dụng rộng rưi nh làm vật liệu đóng gói, nguyên liệu ngành dệt ( ví dụ nh dây bện, lớp lót chịu nhiệt, t m th m…), đồ dùng trong văn phòng, dụng cụ trong phòng thí nghiệm, thiết bị cho ngành công nghiệp ôtô và nhiều ng dụng khác. PP có những tính ch t nhiệt, cơ, lý tuyệt v i khi đ ợc dùng cho các s n phẩm sử dụng nhiệt độ phòng. Nó t ơng đ i c ng, có điểm nóng ch y cao, kh i l ợng riêng th p và kh năng ch ng va đập t ơng đ i t t. PP là polymer đ ợc tiêu thụ phổ biến th hai và đ ợc biết đến do độ bền, kh năng ch ng ăn mòn hóa học, tiết kiệm. Mư nhận biếtlo i nhựa c a nó là . Polypropylen đ ợc trùng hợp lần đầu tiên vào ngày 11/03/1954 b i Giulio Natta. Công th c phân tử: ( C3H6)n
3.1.2. Tính chất c a nhựa Polypropylen:
3.1.2.1. Tính chất lý nhiệt:
d ng vô định hình, PP có kh i l ợng riêng kho ng 0.855 g/cm3, còn d ng tinh thể thì kho ng 0.946 g/cm3. Nó có nhiệt độ nóng ch y kho ng 1650
C, nhiệt độ th y tinh hóa (Tg) kho ng - 150C đ ợc xác định bằng DSC ( Differential Scanning Calorimetry)
Polypropylen có c u trúc không gian đều đặn, là s n phẩm c ng, không độc, không mùi, đặc biệt là trong su t và bóng.
Đặc tính quan trọng nh t c a polypropylen là nhiệt độ nóng ch y cao ( 160 đến 1700C). Khi tiếp xúc với các t p ch t kim lo i nh đồng, mangan hoặc các hợp kim ch a kim lo i sẽ nh h ng lớn đến tính chịu nhiệt c a PP. Do đó, cần chú ý khi tổng hợp cũng nh gia công PP.
1550C polypropylen còn thể rắn, nh ng gần đến nhiệt độ nóng ch y nó chuyển sang tr ng thái mềm nh sao su. Khi gi m nhiệt độ từ nóng ch y đến 1200
C, PP bắt đầu kết tinh. Đến 3000
C, nếu polypropylen có ch a ch t ổn định thì sẽ bền oxy hóa và không bị phân h y ngay c khi đun vài gi trong không khí.
T c độ nóng ch y thành dòng MFR ( hoặc MFI) giúp xác định kh năng nóng ch y thành dòng c a vật liệu thô trong su t quá trình gia công. PP có chỉ s MFR cao hơn sẽ điền đầy khuôn dễ dàng hơn trong quá trình gia công s n phẩm bằng ph ơng pháp ép phun hoặc thổi trong khuôn. Tuy nhiên, kh năng nóng ch y thành dòng tăng thì một s tính ch t vật lý nh độ bền va đập sẽ gi m.
3.1.2.2. Độ bền hóa học:
Polypropylen có kh năng ch ng l i tác dụng hóa học c a nhiều lo i dung moi hóa học, acid và bazơ. nhiệt độ th ng, polyporpylen không tan trong các dung môi hữu cơ, ngay c khi tiếp xúc lâu, mà chỉ tr ơng n trong các hyđrocarbon thơm và chior hóa. Nh ng nhiệt độ lớn hơn 800C thì PP bắt đầu tan trong hai lo i hóa ch t trên. Độ bền với dung môi tăng theo độ kết tinh c a polymer. Khi tiếp xúc
lâu với các dung môi có cực, polypropylen không bị thay đổi và không giòn. T t cà các d ng polypropylen đều không hút n ớc.
3.1.2.3. Sự thoái hóa:
Các polymer kể cá polypropylen có thể bị thoái hóa d ới b c x UV khi tiếp xúc với ánh sáng mặt tr i. Đây là lý do chính c a việc ít sử dung chúng làm t m l y ánh sáng thay cho kính. Đ i với những vật dụng dùng bên ngoài có tiếp xúc với ánh sáng mặt tr i, cần sử dụng thêm các ch t h p thụ tia UV. Muội than cũng đ ợc thêm vào ( kho ng 2%) trong quá trình gia công để b o vệ kh i tác động c a tia UV. Polypropylen có thể bị oxy hóa nhiệt độ cao, đây là v n đề gặp ph i trong su t quá trình gia công polymer. Các ch t ch ng oxy hóa th ng đ ợc thêm vào nhựa để ch ng hiện t ợng thoái hóa.
3.1.2.4. Các tính chất khác:
Tính ch t cơ học c a polypropylen phụ thuộc vào kh i l ợng phân tử trung bình, vào độ đồng đều và hàm l ợng polymer sắp xếp không trật tự. Nếu hàm l ợng polymer sắp xếp không trật tự gi m và kh i l ợng phân tử tăng thì tính ch t c a polymer t t hơn.
Polypropylen là lo i polymer nhiệt dẻo có tỷ trọng th p nh t. Độ bền kéo đ t, tính ổn định nhiệt cao hơn Polyethlen (PE),Polystyren (PS) và một s lo i Polyvinylchlorur(PVC). Còn các tính ch t cơ học khác thì gần gi ng nh PVC, PS.
Tính cách điện và th m khí c a polypropylen hơi th p hơn PE, PE l i ít th m n ớc hơn polypropylen. Nh ợc điểm c a polypropylen là chịu l nh th p ( từ - 20 đến – 150C) và dễ bị oxy hóa.
Polypropylen bền và c ng hơn một s nhựa khác, có thể t o các vật trong m khi không pha màu nh ng không dễ dàng để làm trong su t nh polystyren, acrylic và một vài nhựa khác. Polypropylen có kh năng chịu m i t t.
3.1.3. Tồng hợp nhựa polypropylen:
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.
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.
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.