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 yêu 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.
2.9.1 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
28
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.
Phân loại
- Dựa vào nguồn gốc: polymer thiên nhiên, nhân tạo và polymer tổng hợp. - Dựa vào tính chất cơ lý: Nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn. Đây là cách phân loại phổ biến nhất, liên hệ với cấu trúc và chúng xác định sự thích ứng với u cầu cơng 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, …
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, ngoài ra nhựa nhiệt rắn không tan, không chảy và cũng khơng tái sinh được. Ví dụ: PF, PU, nhựa epoxy, silicone, …
- 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…
29
2.9.2 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…
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 công.
Kết cấu hình dạng sản phẩm…
Thơng 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 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. Nó phép suy luận vật liệu đang ở trạng thái nào khi đứt. Ví dụ: khi
30
vật thể dòn 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.
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
). 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 dãn dài tỷ lệ thuận với ứng suất. Hệ số tỷ lệ chính là modun đàn hồi, ký hiệu là E (N/mm2).
Một số tính chất vật lý của nhựa: tỷ trọng, chỉ số nóng chảy, độ nhớt, co rút, tính cách điện, truyền nhiệt…
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 cơng nghệ gia cơng. Chỉ số nóng chảy càng lớn thể hiện tính lưu động của nhựa càng cao và càng dễ gia cơng.
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.
Chỉ số chảy cao:
- Trọng lượng phân tử thấp, dễ chảy. - Dùng nhiệt độ, áp suất gia công thấp.
31 - Chu kỳ sản xuất ngắn.
- Dễ gia công và sản phẩm đạt chất lượng hơn. Chỉ số chảy thấp:
- Vật liệu khó chảy, sản phẩm dễ bị khuyết tật. - Làm tăng thời gian điền đầy khn.
- Làm tăng thời gian duy trì áp.
- Áp suất cần thiết để điền đầy khn phải cao. - Địi hỏi nhiệt độ gia cơng cao.
32
Chƣơng 3
MƠ PHỎNG – THỰC NGHIỆM