CHƢƠNG 2 : NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT
2.7. Giới thiệu một số loại nhựa thông dụng
2.7.3. Nhựa Poly Proplene (PP)
2.7.3.2. Tính chất
- Đƣợc sản xuất ra ở dạng bột hay hạt - Tỷ trọng thấp: 0.9 ÷ 0.92 g/cm3
- Trọng lƣợng phân tử nằm trong khoảng 80.000 ÷ 200.000 đvC
- Loại nhựa có độ kết tinh khoảng 70%, không màu, bán trong. Nhƣng
trong quá trình gia công có thể tạo ra nhiều pha vô định hình làm cho sản phẩm rất trong (nhƣ màng BOPP)
- Tính chất cơ học cao - Độ bóng cao
- Tính chất hoá học tốt
- Kháng nhiệt tốt hơn PE, ở nhiệt độ cao tính chất cơ học tốt hơn PE
- Tính cách điện tốt
- Giống nhƣ PE nhƣng cứng hơn. Độ cứng Shore 90 ÷ 95 - Độ cứng brinel 6 ÷ 6.5 kg/cm2
- Nhiệt độ giòn gãy thấp hơn PE -5 ÷ -150C - Chịu thời tiết kém , dễ bị phá huỷ bởi tia UV - Độkéo đứt 250 ÷ 400 kg/cm2
- Độ giãn dài 300 ÷ 800% - Tính chất gia công ép phun tốt - Không mùi, không vị, không độc - Tính bám dính kém
- Chỉ số chảy 260g/10 phút - Dễ cháy
- Trong phƣơng pháp sản xuất có loại Homo và copolymer
2.7.3.3. Ứng dụng
- Loại thông thƣờng (homo) sản xuất các vật liệu thông thƣờng
- Loại trùng hợp khối sản xuất các vật dụng chất lƣợng cao, chi tiết công nghiêp, các loại van, vỏắc qui, điện gia dụng…
- Loại đặc biệt chhuyên dùng cho các sản phẩm công nghiệp, chi tiết nhựa
trong xe máy, ôto, điện tử, hộp thực phẩm, sản phẩm có kích thƣớc lớn…
- Loại trong có nhiều pha vô định hình dùng cho bao bì y tế, thực phẩm, xylanh tiêm, kệ video, CD, VCD.Sản phẩm loại đặc biệt trong thực phẩm
không mùi có độ bóng bề mặt cao.
2.7.4. Nhựa Poly Styrene (PS) 2.7.4.1. Cấu tạo
Nhựa PS thông thƣờng (GPPS) đƣợc tạo ra bằng cách trùng hợp đơn chất
Styren.
2.7.4.2. Tính chất
- Trong suốt, không màu, dễ tạo màu, dễ gia công(nhiệt độ gia công 180 ÷ 200 0C). Nhƣợc điểm giòn dễ rạn nứt, chịu va đập kếm chịu hoá chất kém, tan trong dung môi benzen, Acetone, MEK
- Tỷ trọng: 1.05 ÷ 1.1 g/cm3 - Chỉ số chảy: 1 ÷ 8g/10 phút - Độ bền kéo đứt: 400 ÷ 450 kg/cm2
- Độ bền va đập thấp - Độ giãn dài thấp 1 ÷ 2% - Cách điện tần số cao tốt
- Độ cứng Brinel 14 ÷ 16 kg/mm2
- Nhiệt độ biến dạng thấp, tạo khí đen (khi cháy Styren thoát ra)
- Vật liệu không phân cực, không hút ẩm
- Nhựa không kết tinh (vô định hình ): trong suốt - Độco rút khi định hình: 0.3 ÷ 0.5%
- Nhựa PS chịu va đập đƣợc sản xuất bằng cách bổ sung thêm vào khoảng 5 ÷ 10% thành phần chất cao su tổng hợp Butadiene, loại này có ƣu điểm là
độ chịu va đập cao nhƣng có hạn chế sản phẩm tính trong kém.
2.7.4.3. Ứng dụng
- GPPS dùng làm các loại sản phẩm gia dụng rẻ tiền có tính trong suốt nhƣ
hộp, cốc, lọ…
- HIPS dùng cho các sản phẩm chịu độva đập cao hơn.
2.8. Hạt màu
Màu đƣợc sử dụng trong quá trình pha trộn nguyên liệu, lƣợng màu sử dung tùy theo nhu cầu và màu sắc của khách hàng. Thƣờng sử dụng các dạng màu sau:
- Trắng: Grade MB 11134-KI - Đen: Grade MB 190826-HP
- Xuất xứ: Thailand, đơn vị nhập khẩu: Công ty TNHH SX-TM Đức An Thịnh.
- Xanh lá: Grade DS 60135-00
- Xuất xứ: Việt Nam, nhà cung cấp: Công ty TNHH CLARIANT. - Nâu: Grade 363023
- Xuất xứ: Việt Nam, nhà cung cấp: Công ty TNHH hóa chất DYVINA.
2.9. Phụ gia
Tùy theo yêu cầu của khách hàng mà các sản phẩm đƣợc bổ sung thêm các
chất phụ gia cần thiết nhƣ:
- Chất tăng cơ lý tính (tăng dai, tăng va đập, tăng dẻo) cho các loại nhựa phổthông nhƣ PE, PP, và các loại nhựa kỹ thuật nhƣ ABS, PC, PS... - Chất tăng khảnăng ngậm màu khi sản xuất hạt màu cao cấp.
- Chất tƣơng hợp, tăng khảnăng liên kết, trộn lẫn các loại nhựa ABS/PC, PP/PE...
- Chất ổn định nhiệt (heat stabilizer), ổn định gia công (processing stabilizer), hạn chế biến màu, cháy màu khi gia công.
- Chất phòng lão (antioxidant): tăng tuổi thọ, giữđƣợc cơ lý tính cho sản phẩm sau gia công và lƣu trữ trong kho trong thời gian dài.
- Chất trợ gia công, chất bôi trơn (Polymer Processing Aid) làm vật liệu nhựa dễ chuyển hóa, giảm nhiệt khi sản xuất, giảm tiêu thụđiện năng.
- Chất kháng UV (UV Stabilizer, UV-Absorber, chất kháng tia cực tím): giữcơ lý tính, chống rạn nứt, hạn chế biến màu đối với các sản phẩm nhựa để ngoài trời (do tiếp xúc thƣờng xuyên với tia cực tím từ ánh nắng mặt trời).
- Chất tạo độ trong cho màng (Nucleating Agent): chất tăng trong cho sản phẩm nhựa PP.
- Chất tăng trắng quang học (Optical Brightener).
- Chất chống ô-xi hoá (AntiOxidant agent): chống lại sự ô-xi hoá của các sản phẩm nhựa dƣới tác động của môi trƣờng.
- Chất chống tĩnh điện (AntiStatic agent) - Chất chống tạo khối (AntiBlocking agent)
- Chất chống vi khuẩn (Anti microbial Masterbatch ) - Chất hỗ trợ gia công (Processing Aid agent)
- Chất trƣợt, chống trƣợt( Slip Additive, Anti Slip Additive Masterbatch ) - Chất chống cháy (Flame Retardant) Antimony Tridioxide
CHƢƠNG 3: CÔNG NGHỆ ĐÙN THỔI 3.1. Công nghệđùn thổi
Công nghệ đùn thổi có thể đƣợc sản xuất từ nhiều phƣơng pháp khác nhau sau đây: Đùn thổi vật thể liên tục, phun thổi vật thể, tạo dáng vật thể từ chuyển động quay chung quanh trục của chính nó, phƣơng pháp kết hợp từ những phƣơng pháp khác, ví dụ phun-nén, ép-hay biến đổi hình dáng. Tuy nhiên quan trọng và hiệu quả kinh tế nhất trong các phƣơng thức tạo dáng vật thể rỗng nói trên vẫn là phƣơng thức đẩy-thổi liên tục. Phạm trù đẩy-thổi vật thể trong công nghiệp nhựa đƣợc hiểu giới hạn trong các họ nhựa nhiệt (Thermoplast ). Nhựa nhão sau khi ra khỏi đầu khuôn có dạng hình ống đƣợc đƣa tiếp tục vào bên trong khuôn thổi, kế đến bộ phận điều khiển đóng mở sẽ đóng kín khuôn lại, cùng lúc khí thổi đƣợc đƣa vào để thổi với áp lực lớn khiến cho ống nhựa phình to ra, áp sát vào thành bên trong của khuôn. Nhƣ thế phƣơng thức này bao gồm hai giai đọan chính: Giai đoạn một gọi là giai đoạn tạo ra ống nhựa bán thành phẩmtƣơng tự nhƣ giây chuyền sản suất ống nhựa từ máy đẩy đã trình bày ở phần trên. Giai đoạn hai cũng gọi là giai đọan gia công đổi dạng. Ống nhựa nhão sau khi ra khỏi đầu khuôn ống đƣợc chuyển hƣớng sang chiều thẳng đứng đi xuống thông qua đầu đổi hƣớng để vào trạm máy thổi đƣợc điều chỉnh tự động theo từng thời khoản nhất định. Trạm thổi bao gồm khuôn thổi, bộ phận đóng mở, máy thổi cùng với đầu thổi…Trạm máy thổi cũng đƣợc chia ra thành nhiều nhóm tuỳ theo công suất và dung tích của vật thổi (chai,
lọ, bình chứa…):
- Vật thể rỗng cho bao bì đóng gói có dung tích to nhất khoảng 5 lít (1). - Bình chứa để chuyên chở có dung tích từ10 đến 200 lít (2).
- Thùng chứa lớn với dung tích từ600 đến 3000 lít (3).
Để sản xuất hai loại vật thể rỗng (1) và (2) ngƣời ta cần những loại máy và khuôn thổi đặc biệt với nhiều góc cạnh có chi tiết phức tạp. Các loại nhựa đƣợc sử dụng thích hợp cho phƣơng pháp thổi nhƣ PE (khoảng 50 %), kế đến là PET với khoảng 40% trong lĩnh vực chai đựng các loại nƣớc giải khác. Cuối cùng là các loại
nhựa nhƣ PVC, PP, PA, PC…Trong quá trình gia công đùn thổi có thể liên tục hoặc gián đoạn. Các yếu tố cần quan tâm là:
- Độ nhớt của polymer nóng chảy ở vận tốc trƣợt cao và thấp.
- Cƣờng lực của polymer nóng chảy (điều này rất quan trọng đối với độ đồng đều bề dày sản phẩm tạo thành).
- Độ hồi phục biến dạng (khối lƣợng phân tử và độ phân tán khối lƣợng phân tử).
- Tốc độ kết tinh (tốc độ thấp thì phù hợp hơn tốc độ cao).
- Tính chất nhiệt (độ khuếch tán nhiệt, độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng …). Ƣu điểm của phƣơng pháp đùn thổi:
- Sử dụng đƣợc cho hầu hết các nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn. - Chi phí đầu tạo hình thấp so với phƣơng pháp ép phun.
- Trộn và phối liệu tốt. - Nhựa hoá hiệu quả.
- Trên nguyên tắc phôi đùn có thể có chiều dài không hạn chế.
Tuy nhiên vẫn còn nhiều khuyết điểm: - Chi phí hoàn tất cao.
- Chi phí máy đùn cao.
- Phế liệu do khâu hoàn tất nhiều.
- Đầu tạo hình có lập trình thay đổi tiết diện chảy phức tạp, do đó giới hạn
đối với phôi đùn có tiết diện thay đổi.
3.2. Các phƣơng pháp đùn thổi
3.2.1. Phƣơng pháp dùng vít chuyển động tịnh tiến
- Vít hoạt động nhƣ trong máy ép phun. Bằng chuyển động tịnh tiến polymer nóng chảy sẽđƣợc đẩy gián đoạn qua đầu tạo hình tạo phôi. - Khi vít quay, vít sẽ lùi và dự trữ phần nhựa lỏng trƣớc đầu vít.
- Sau khi lấy sản phẩm khỏi khuôn, vít sẽ tiến đến đẩy nhựa qua đầu tạo hình tạo phôi đùn mới.
- Trong phƣơng pháp này phải tạo sự đồng bộ giữa lƣợng nhựa dự trữ, tốc độ lấy nhựa của vít và kích thƣớc sản phẩm cùng tốc độ làm nguội của nhựa trong khuôn. Hình 3.1: Phương pháp dùng vít chuyển động tịnh tiến 3.2.2. Phƣơng pháp dùng chảy đùn phụ - Với chảy đùn phụ nhƣ hình vẻ, nhựa lỏng sẽ đƣợc dự trữ trong xylanh phụ, thƣơng lắp song song với máy đùn.
- Phƣơng pháp đƣợc sử dụng để sản xuất các bình chứa lớn, khi đó phôi đùn sẽ bịkéo dãn do chính trong lƣợng của phôi trong quá trình đùn.
- Một bất lợi là nhựa vào trƣớc sẽ ra sau tạo một sự không đồng nhất về
thời gian lƣu trú của nhựa.
3.2.3. Phƣơng pháp dùng đầu dự trữ
- Hệ thống dự trữ nhựa nhƣ trong hình vẽđể khắc phục nhƣợc điểm phôi bị
kéo dãn do trọng lƣợng phôi lớn.
- Nhựa từ máy đùn đƣợc đƣa vô đầu dự trữ nguyên liệu. Đầu dự trữ tác dụng nhƣ là một bộ phận của đầu máy đùn. Nhựa vào trƣớc sẽra trƣớc. - Chảy đùn sẽđẩy nhanh nhựa nóng chảy qua đầu tạo hình với áp suất thấp
và đồng đều, giảm ứng suất tổng cộng.
- Phƣơng pháp này rất lí tƣởng để các bình chứa nặng lớn hơn 10 lít.
Hình 3.3: Phương pháp dùng đầu dự trữ
Thông số cho quá trình đùn thổi cần có bao gồm:
- Thông số vận hành máy: nhiệt độ vùng vít trộn, nhiệt độđầu đùn, tốc độ vít
đùn, áp lực đầu đùn, độ hởkhe đùn.
- Thông số vận hành ở phần khuôn: nhiệt độ khuôn, thời gian kẹp khuôn, thời gian mở khuôn, áp lực kẹp khuôn, thể lích lòng khuôn.
- Thông số vận hành phần khí nén: nhiệt độkhí nén, độẩm khí nén, áp lực khí nén.
- Thông số vật liệu: chỉ số chảy, nhiệt chảy mềm, độẩm nhựa, nhiệt kết tinh, tỷ trọng, khối lƣợng nhựa cho một lần thổi đùn vào khuôn.
3.3. Máy đùn thổi 3.3.1. Cấu tạo
Hình 3.4: Máy đùn thổi nhựa
3.3.2. Bộ phận đẩy nhựa với hệ thống trục vít Các thông số hình học của trục vít Hình 3.6: Cấu tạo trục vít L : chiều dài trục vít L1 : vùng cấp liệu L2 : vùng nén ép L3 : vùng định lƣợng D : đƣờng kính trục vít
h2 và h1: chiều sâu rãnh vít ởđoạn đầu trục và ở cuối đoạn trục e : bề dày cánh vít
t : bƣớc vít
: góc nghiêng cánh vít
Vật liệu làm trục vít phải là thép chịu nhiệt, chịu mài mòn có độ cứng cao lớn hơn 300HB, thấm khí Nitơ ở mặt trục tạo độ cứng và giữ độ dẻo trong lõi trục. Thép làm trục vít xoắn phải có độ cứng nhỏ hơn độ cứng của nòng xylanh.
Các thông số hình học của trục vít cần quan tâm: - L : chiều dài trục vít
- D : đƣờng kính trục vít
- h2 và h1: chiều sâu rãnh vít ởđoạn đầu trục và ở cuối đoạn trục - e : bề dày cánh vít
- t : bƣớc vít
Mối quan hệ giữa các thông số trên :
- Tỉ số L/D: ảnh hƣởng đến năng suất máy, thƣờng (1630) đối với các loại hạt nhựa. Đối với PVC (3040 ), cao su (57).
- Vít xoắn ngắn chất lƣợng trộn kém, năng suất kém, nhựa hoá không ổn
định.
Các nhà sản xuất thƣờng chế tạo các trục vít có đƣờng kính D(mm) = 45; 60; 90; 120; 200; 250 và có chiều dài L = 15D hoặc 30D.
- Bƣớc vít và bề dày cách vít đƣợc xác định thông qua đƣờng kính trục vít t = D và e = 0.1D (cao su e = 0.2D).
- Góc nghiêng cánh vít (): tạo bởi chiều nghiêng cánh vít với mặt cắt ngang trục vít. =t/(.D) - Hƣớng nghiêng thích hợp: 17o30’ - Tỉ số nén ép: là tỉ số giữa thể tích một bƣớc vít phần nhiên liệu ở đầu nạp liệu với thể tích tại đầu của vùng định lƣợng. Đối với nguyên liệu chất dẻo, tỉ số nén ép là (2.55); Cao su (1.31.5) Tỉ sốđƣợc xác định:
- Bƣớc răng không thay đổi và thay đổi chiều sâu của cánh vít (thông dụng) - Chiều sâu cánh vít không thay đổi mà thay đổi giảm dàn bƣớc ví
- Phối hợp vừa thay đổi bƣớc răng vừa thay đổi chiều sâu cánh vít.
Để tăng khả năng đảo trộn (nhựa hóa) tốt hơn cho chất dẻo, ngƣời ta sử dụng các loại trục vítđặc biệt nhƣ hình 3.4:
Hình 3.7: Một vài loại trục vít loại trục vít
Khe hở giữa xylanh và vít xoắn: nhằm làm giảm dòng chảy khe, giảm ma sát của xylanh và vít xoắn. Thƣờng khe hở e = 0.003D.
3.3.3. Xylanh
Xylanh kết hợp với vít xoắn tạo nên cụm nhựa hóa của máy đùn thổi. Nó gồm các yếu tố sau:
Vật liệu: xylanh có hai phần
- Phần nòng xylanh: là thép chịu mòn lý hoá cao, chịu nhiệt, độ cứng cao. Phải cứng hơn thép làm trục vít, thƣờng dày 10-15mm.
- Phần thân xylanh: thép chịu nhiệt cao, chịu ăn mòn hoá học. Thành dày xylanh chịu đƣợc áp lực cao và có tính ổn định nhiệt.
Cung cấp nhiệt: do nhiệt điện trở, thƣờng bố trí theo các vùng nén ép định
lƣợng và phần nội xylanh với cụm định hình, phần cấp nhiệt thƣờng không bố trí nhiệt. Có bộ phận kiểm soát nhiệt và hiệu chỉnh phạm vi từ 20oC đến 300oC. Đểlàm mát xylanh dùng nƣớc làm mát hay khí (quạt gió).
Cửa phiểu nhập liệu: thƣờng có kích thƣớc 1Dx2D và có kèm theo tấm đóng
mở cửa điều chỉnh lƣợng nguyên liệu vào xylanh.
3.3.4. Động cơ truyền động
Dùng động cơ điện một chiều hay động cơ thuỷ lực để truyền động. Giữa động cơ và trục vít bao giờ cũng có hộp giảm tốc, vì số vòng quay của trục vít (25200
vòng/phút) thƣờng nhỏ hơn động cơ rất nhiều.
3.3.5. Bộ phận chuyển hƣớng
3.3.5.1. Bộ phận chuyển hƣớng dòng chảy dạng vòng xoắn
Bộ phận này cũng còn đƣợc gọi với tên đầu Pinolen, thích hợp cho gia công nhựa PE và PP, gồm hai phần. Phần xylanh bên ngoài nối tiếp với đầu xylanh máy
đẩy nhựa, phần trong là lõi có rãnh để chuyển đổi dòng chảy nhựa nhão. Giữa phần ngoài và trong là kênh dẫn nhựa nhão, ngoài ra ngƣời ta cũng có thể tạo nhiều rãnh hình tim vòng quanh thân lõi, có kích thƣớc khác nhau để thích hợp với lƣợng nhựa và độ dày của thành ống. Phƣơng thức điều chỉnhvới đầu Pinole dể thực hiện vì khi di chuyển lõi bên trong xylanh ngƣời ta chỉ cần ứng dụng những phƣơng thức kỹ thuật đơn giản của hệ thống thuỷ lực.
Hình 3.8: Bộ phận chuyển hướng dòng chảy với lõi có rãnh vòng chung
3.3.5.2. Bộ phận chuyển hƣớng dòng chảy dạng chính giữa trục