24
- Giá thành thấp hơn so với khn kênh dẫn nóng. - Ít bị hỏng hơn khn có kênh dẫn nóng.
- Có thể phù hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém.
- Năng suất cao do hệ thống dẫn nhựa tự động tách ra khỏi sản phẩm khi mở khuôn. - Cho khả năng phân phối nhựa tốt hơn và đồng đều hơn do các nhánh kênh dẫn được bố trí cách đều nhau.
Nhược điểm:
- Chu kỳ ép phun tăng và cần áp suất phun lớn để điền đầy do hành trình của của dòng nhựa để đến được lịng khn dài.
- Lãng phí nhiều vật liệu do có thêm tấm stripper plate chứa hệ thống kênh dẫn.
Ứng dụng:
- Khn có nhiều lịng khn.
- Khn có một lịng khn nhưng phức tạp nên cần hơn một vị trí phun nhựa. - Khó khăn trong việc chọn ra một vị trí phun thích hợp khác.
- Vì phải cân bằng dịng nhựa giữa các kênh dẫn khác với nhau nên buộc phải thiết kế kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn.
2.1.3.3. Khuôn nhiều tầng Khái niệm: Khái niệm:
Khuôn nhiều tầng là khuôn ép phun do 2 hay nhiều bộ khuôn ghép lại với nhau, để tăng năng suất (tăng số lượng sản phẩm trong 1 chu kỳ ép).
Khn nhiều tầng có thể dùng hệ thống kênh dẫn nguội hoặc kênh dẫn nóng. Hiện nay, khn nhiều tầng dùng kênh dẫn nóng được sử dụng rộng rãi hơn do chiều dài kênh dẫn trên khn nhiều tầng q dài, khó đảm bảo nhiệt độ và áp suất nếu dùng kênh dẫn nguội.
25
(a) (b)
Hình 2.5: Hình thực tế bộ khn nhiều tầng (hình a) và hệ thống bơm nhựa + hệ thống
gia nhiệt (hình b).
Ưu điểm:
- Do 2 hay nhiều khuôn ghép lại nên năng suất cao. - Thu hồi vốn nhanh.
- Giảm số lượng máy, diện tích nhà xưởng.
Nhược điểm:
- Giá thành cao do kết cấu khuôn phức tạp. - Sử dụng máy ép chuyên dụng, cần lực ép lớn. - Hao tốn vật liệu do kênh dẫn dài.
- Áp suất cao để điền đầy khuôn do kênh dẫn dài.
Ứng dụng:
- Khn có nhiều lịng khn.
- Khn có một lịng khn nhưng phức tạp nên cần hơn một vị trí phun nhựa. - Khó khăn trong việc chọn ra một vị trí phun thích hợp khác.
26
- Vì phải cân bằng dịng nhựa giữa các kênh dẫn khác với nhau nên buộc phải thiết kế kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn.
2.2. Vật liệu nhựa sử dụng trong công nghệ ép phun
Vật liệu nhựa là điều kiện quan trọng quyết định đến tồn bộ q trình thiết kế, gia cơng khn ép phun. Mỗi một sản phẩm hay một chu trình ép phun đều có những tính chất đặc trưng và u cầu kỹ thuật khác nhau, ví dụ: độ dẻo, độ bóng bề mặt, màu sắc, độ cứng,… Vì vậy, cần chọn loại vật liệu nhựa thích hợp để tránh những sai hỏng trong quá trình ép cũng như đảm bảo được yêu cầu về cơ tính và thẩm mỹ của sản phẩm [1].
2.2.1. Polymer
Polymer là những hợp chất mà trong phân tử của chúng gồm những nhóm nguyên tử được nối với nhau bằng những liên kết hóa học tạo thành những mạch dài và có khối lượng phân tử lớn. Trong mạch chính của polymer, những nhóm nguyên tử này được lặp đi lặp lại nhiều lần.
Ví dụ: polyetylen [-CH2-CH2-]n, Acrylonitrin butadien styren (ABS) [C8H8-C4H6- C3H3N]n, …
2.2.2. Phân loại
Dựa vào nguồn gốc: polymer thiên nhiên, nhân tạo và polymer tổng hợp.
Dựa vào tính chất cơ lý: chất dẻo và chất đàn hồi. Đây là cách phân loại phổ biến nhất, liên hệ với cấu trúc và chúng xác định sự thích ứng với yêu cầu công nghiệp.
- Nhựa nhiệt dẻo: là nhóm vật liệu cao phân tử quan trọng nhất trong các polymer tổng hợp, bao gồm các cao phân tử có kích thước nhất định, mạch thẳng hay phân nhánh. Có thể chuyển trạng thái rắn sang trạng thái dẻo bởi sự gia tăng nhiệt độ và quá trình này thuận nghịch, có thể lặp đi lặp lại nhiều lần. Trong quá trình tác dụng nhiệt, nhựa nhiệt dẻo chỉ thay đổi tính chất vật lý mà khơng xảy ra phản ứng hóa học. Do đó, nhựa nhiệt dẻo ta có thể tái sinh (ngoại trừ PTFE, polytetraflouroethylene). Ví dụ: PE, PP, PVC, PS, PMMA,…
27
- Nhựa nhiệt rắn: mật độ nối ngang dày đặc, cao hơn từ 10 đến 1.000 lần so với cao su. Nhựa nhiệt rắn tạo mạng không gian ba chiều thành cao phân tử, có kích thước vơ cùng lớn so với ngun tử, có tính chất rất cao so với nhựa nhiệt dẻo, nhất là khả năng chịu nhiệt, ngồi ra nhựa nhiệt rắn khơng tan, khơng chảy và cũng không tái sinh được. Ví dụ: PF, PU, nhựa epoxy, silicone,…
- Cao su, chất đàn hồi: là những polymer mạch thẳng có lực liên kết thứ cấp rất yếu, vật liệu ở dạng chất lỏng rất nhớt. Để sử dụng, phải tạo liên kết ngang giữa các mạch phân tử để tạo mạng không gian ba chiều. Đặc trưng của cao su là nó có khả năng dãn dài lên đến 1.000% (cao su tự nhiên lưu hóa). Tuy nhiên, do có liên kết ngang nên nó khơng thể tái sinh được.
Dựa vào công dụng:
- Nhựa thông dụng: PE, PP, PVC, PS, ABS, HIPS … - Nhựa kỹ thuật: PA, PC, POM, Teflon …
- Nhựa chuyên dụng: PE khối lượng phân tử cực cao, PTFE, PPS, PPO…
2.2.3. Các tính chất của Polymer
Một số tính chất cơ học quan trọng của vật liệu nhựa: độ bền kéo, độ dãn dài, độ cứng, độ dai va đập, chống mài mòn, modun đàn hồi…
2.2.3.1. Độ bền cơ học
Độ bền cơ học là khả năng chống lại sự phá hoại dưới tác dụng của các lực cơ học. Độ bền của một sản phẩm làm bằng vật liệu polymer phụ thuộc nhiều yếu tố như:
- Chế độ trùng hợp, loại xúc tác, phụ gia… - Phương pháp gia cơng.
- Kết cấu hình dạng sản phẩm…
Thông số cơ bản phản ánh độ bền Polymer: giới hạn bền (𝜎b) là giá trị ứng suất mà mẫu bị phá hoại trong những điều kiện đã cho. Giới hạn bền có thể được xác định theo
28
một số loại biến dạng khác nhau như biến dạng kéo đứt, biến dạng nén, biến dạng uốn,… tương ứng là độ bền kéo đứt, độ bền nén, và độ bền uốn…
Độ bền kéo đứt: là khả năng chịu lực của vật liệu khi bị kéo dãn bằng một lực
xác định ở tốc độ kéo dãn xác định ra cho đến lúc đứt.
Độ bền uốn: là khả năng chịu lực của vật liệu khi chịu uốn. Độ bền nén: là khả năng chịu lực của vật liệu khi bị nén.
Giới hạn bền của polymer phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường thử nghiệm và thời
gian tác dụng của lực nên khi so sánh độ bền các polymer với nhau phải so sánh ở cùng điều kiện thử nghiệm.
Độ biến dạng tương đối (e): là giá trị biến dạng tăng đến cực đại tại thời điểm
đứt.
Độ biến dạng cực đại tương đối: cũng phụ thuộc loại biến dạng, tốc độ biến dạng
và nhiệt độ. Đó là phép suy luận vật liệu đang ở trạng thái nào khi đứt. Ví dụ: khi vật thể dịn bị đứt, độ biến dạng cực đại tương đối không vượt quá vài %, còn trạng thái mềm cao từ hàng trăm phần trăm đến phần ngàn.Trong trường hợp kéo đơn trục, độ biến dạng tương đối cực đại có thể là độ dãn dài khi đứt.
2.2.3.2. Độ dai va đập
Hiện trạng chống lại tải trọng động của chất dẻo thường có thể phân tích bằng kết quả kiểm tra độ dai va đập. Thực hiện trên thiết bị Charpy – dùng con lắc dao động (búa) để phá vỡ mẫu thử được kẹp chặt hai đầu, xác định công va đập riêng trên 1 đơn vị diện tích mẫu thử (kJ/m2).
2.2.3.3. Modun đàn hồi
Đặc trưng cho độ cứng của vật liệu hoặc đặc trưng cho tính chất của vật liệu, mà dưới tác dụng của một lực đã cho thì sự biến dạng của mẫu thử xảy ra đến mức nào. Vật liệu đàn hồi lý tưởng, trong quá trình chịu tải, cho đến giới hạn chảy thì độ giãn dài tỷ lệ thuận với ứng suất. Hệ số tỷ lệ chính là modun đàn hồi, ký hiệu là E (N/mm2).
29
Một số tính chất vật lý của nhựa: tỷ trọng, chỉ số nóng chảy, độ nhớt, co rút, tính cách điện, truyền nhiệt…
2.2.3.4. Tỷ trọng của nhựa
- Tỷ trọng thể hiện một phần tính chất của nguyên liệu nhựa, đơn vị: g/cm3. - Vật liệu nhựa tương đối nhẹ, tỷ trọng dao động từ 0.9 – 2 (g/cm3).
- Tỷ trọng tăng: lực kéo đứt, nhiệt độ biến mềm, độ kháng hóa chất tăng, ngược lại lực va đập và độ nhớt giảm. Tỷ trọng phụ thuộc vào độ kết tinh: độ kết tinh cao thì tỷ trọng cao.
Bảng 2.1: Tỷ trọng một số nguyên liệu nhựa thông dụng.
Loại nhựa Tỷ trọng, g/cm3 Loại nhựa Tỷ trọng, g/cm3
PELD 0.910 – 0.924 PS 1.040 – 1.050
PEMD 0.925 – 0.940 ABS 1.040 – 1.060
PEHD 0.941 – 0.965 PA6, PA66 1.130 – 1.150
PP 0.900 – 0.910 PC 1.190 – 1.200
2.2.3.5. Chỉ số nóng chảy
Là chỉ số thể hiện tính chảy hay khả năng chảy của vật liệu, rất cần thiết trong quá trình chọn lựa nguyên vật liệu và công nghệ gia công. Chỉ số nóng chảy càng lớn thể hiện tính lưu động của nhựa càng cao và càng dễ gia công.
Đơn vị tính: g/10 phút (ở điều kiện áp suất và nhiệt độ nhất định theo tiêu chuẩn đo). Tiêu chuẩn đo chỉ số nóng chảy là ASTM D1238.
2.2.3.6. Độ co rút của nhựa
Là tỷ lệ % chênh lệch kích thước của sản phẩm sau khi đã lấy khỏi khuôn được định hình và ổn định kích thước so với kích thước của khn.
30 Tên vật liệu Độ co rút (%) ABS 0.4 – 0.7 PC 0.6 – 0.8 PP 1.0 – 3.0 PA6 1.0 – 1.5 PA66 1.0 – 2.0 PBT 1.5 – 2.0 PET 1.8 – 2.1 2.2.3.7. Tính cách điện
Đa số các loại nhựa cách điện tốt nên được ứng dụng trong các thiết bị điện gia dụng, thiết bị viễn thơng, vơ tuyến truyền hình,…
2.2.3.8. Một số loại Polymer thường gặp
Nhựa nhiệt dẻo:
Nhựa nhiệt dẻo là loại nhựa chảy mềm thành chất lỏng dưới tác dụng của nhiệt độ cai và đóng rắn lại khi làm nguội. Nhựa nhiệt dẻo gồm nhiều chuỗi phân tử liên kết với nhau bằng các liên kết Van der Waals yếu, liên kết hydro, tương tác giữa các nhóm phân cực và cả sự xếp chồng của các vịng thơm.
Nhựa nhiệt dẻo có hơn 40 loại và đến giữa những năm 1900 thì nhựa nhiệt dẻo được sử dụng rộng rãi.
Một số loại nhựa nhiệt dẻo hay sử dụng:
- PE (polyethylene): bề mặt bóng, mềm, dẻo, chống thấm tốt (nước, hơi nước), có tính giữ nhiệt. Được dùng bọc dây điện, bọc hàng, làm chai lọ, màng lọc …
- PP (polypropylene): dẻo, mềm, có tính chất cơ học tốt (bền kéo), khá cứng vững, có thể kéo sợi. Dùng làm các loại xơ, thùng, các loại bao bì, bạt che mưa nắng,…
31
- PET (poly ethylene terephthalate – còn được gọi là PETE, PETP hay PET-P): trong suốt, độ bền cơ học cao, có khả năng chịu lực kéo và lực va chạm, độ cứng vững và chịu mài mòn tốt. Được dùng để thổi chai nhựa đựng nước giải khát (chai nước suối, nước ngọt…)
- ABS (acrylonitrile butadiene styrene): độ dai cao, khả năng chịu va đập, ổn định dưới tải trọng tốt. Dùng làm các chi tiết chịu tải, chịu va đập…
- Ngồi ra cịn có một số loại nhựa nhiệt dẻo khác như PA (polu amid), PS (poly styrene - nylon), POM (poly oxymethylene – acetal) …
Nhựa nhiệt rắn:
Loại nhựa mềm đi khi chịu nhiệt nhưng không tan chảy, nhưng khi đã cứng lại thì sẽ khơng mềm như cũ cho dù được nung nóng và có thể bị phá hủy. Nhựa nhiệt rắn đóng cứng chậm hơn do có phản ứng hóa học bời sự gia tăng nhiệt độ và không thể tái sinh.
Một số loại nhựa nhiệt rắn thông dụng:
- Nhựa epoxy: sau khi đóng rắn có mật độ liên kết ngang khơng cao nên vẫn cịn tính mềm dẻo, khơng tạo bọt khí và rỗ khí, bám dính tốt, chịu hóa chất, chịu được ẩm, có độ bền nhiệt, bến cơ học, độ cứng tương đối cao. Được dùng làm sơn (sơn lót và sơn phủ), keo dán, làm chất cách điện bảo bệ thiết bị điện và điện tử…
- Polyester khơng no: có khả năng đóng rắn ở dạng lỏng hoặc ở dạng rắn nếu có điều kiện thích hợp, được sử dụng rộng rãi trong cơng nghệ composite, nhẹ, khi đóng rắn rất cứng và có khả năng kháng hóa chất. Dùng làm thuyền, thùng, ống và mũ bảo hiểm…
- Vinyester: chống thấm nước rất tốt, dai hơn sau khi đóng rắn. Thường được dùng làm ống dẫn và bồn nước hóa chất, dùng làm lớp phủ bên ngồi cho các sản phẩm ngập nước như vỏ tàu, thuyền…
2.2.4. Nhựa sử dụng làm thí nghiệm:
32
Thơng tin khái quát. Polypropylen là một loại polymer là sản phẩm của phản ứng trùng hợp Propylen.
Danh pháp IUPAC: poly(1-methylethylene)