3.4.1. Khuôn
Khuôn ựược làm từ nhiều loại vật liệu như kim loại, gỗ, ximăng, thạch cao,Ầ
Tránh vấn ựề khuôn bị biến dạng
Một số loại lổi có thể thường gặp trong sản xuất: Hiện tượng không bằng phẳng hoặc gợn song
Bề mặt xù xì: bề mặt không bóng thắch hợp hoặc bề mặt không chuẩn bị ựúng, các tác chất không ựược áp dụng phù hợp, bề mặt bị bẩn trước khi phun và ựắp
Các vết rạng trong quá trình ựắp: vật liệu ựắp quá cứng, quá mỏng, ứng suất va ựập trong quá trình sử dụng, biến dạng quá mức trong quá trình sử dụng, dùng nêm ựể lấy sản phẩm
Hiện tượng giộp hoặc vỡ ựến lớp ựắp: các lỗ xốp hình thành trong quá trình sản xuất khuôn: do nhựa bị gel hóa quá nhanh ngăn cản quá trình bọt khắ thóat ra, sự tỏa nhiệt quá cao gây ra bong bóng nhựa
Sự cong vênh: quá nhiều lớp ựược ựặt một lần hoặc quá sớm khi lớp trước ựó ựược ựặt lên
3.4.2. Thiết bị trộn và chuẩn bị
Nhiều vấn ựề có thể gây ra do nguyên nhân chắnh là các nhà sản xuất trộn nhựa bằng tay. Trong nhiều trường hợp, tuy nhiên trong gia công cần trộn chất xúc tác, chất xúc tiến, chất ựộn, màu, chất pha lõang và một số tác nhân khác cho hệ ựóng rắn, khi trộn phải tuân theo một số nguyên tắc như sau:
Cân nhựa, ựộn sợi gia cường
Cân chất xúc tác, một số phụ gia khác ựược tổ hợp lại vì chúng ựược sử dụng với một lượng rất nhỏ
Mặc dù quy trình ựắp ở ựây là bằng tay nhưng cũng cần trang bị thêm cho người công nhân một số công cụ như: con lăn có các hình dáng dùng cho mặt phẳng và cong, con lăn sơn, bàn chải, cọ, dao,Ầ
3.5. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Sau khi khuôn ựược làm xong cần ựặt lên giá ựỡ ựể tiện thao tác. Trong trường hợp khuôn có cốc khuôn rất sâu thì nên ựặt khuôn ựứng thẳng
Chuẩn bị khuôn, dùng chất làm kắn, chất tạo bóng, bước tiếp theo dùng chất róc khuôn. Trong công ựoạn này phải cẩn thận không ựược dùng quá nhiều chất róc khuôn vì nhựa dùng trong ựắp tay không bám dắnh tốt làm cho sản phẩm không giữ ựược trong khuôn. Trong từng vùng, diện tắch bề mặt khuôn cần phải ựược ựánh chất róc khuôn ựều ựể sản phẩm khỏi dắnh vào khuôn gây hư hỏng bề mặt
Bước tiếp theo là phun hoặc quét gelcoat lên bề mặt khuôn. Tùy thuộc vào loại khuôn, diện tắch mà gelcoat có thể quét hoặc phun. Hàm lượng chất xúc tiến và xúc tác phù hợp ựóng rắn ở nhiệt ựộ phòng. điều này rất quan
Trang- 41 -
trọng, cần phải ựể cho lớp gelcoat ựược ựóng rắn hòan tòan nhằm ngăn cản sự xâm nhập của styren qua, làm cho lớp gelcoat bị nhắu
Bắt ựầu quá trình ựắp, quét lớp nhựa ựắp lên trên bề mặt gelcoat, sau ựó ựặt lớp sợi gia cường lên, tiếp tục quét nhựa, dùng con lăn khử bọt khắ,ựảm bảo lượng bọt khắ tối thiểu và khả năng thấm ướt tối ựa
Giai ựọan ựóng rắn: có thể cho phép dùng nhiệt hoặc hoặc ựược xúc tiến bằng hơi nóng hoặc ánh sáng mặt trời. Cẩn thận trong việc ựìều khiển nhiệt ựộ, bởi vì nếu nhiệt ựộ cao quá mức thì sẽ gây ra sự sôi, nhanh chóng làm bốc hơi chất pha lõang và các phụ gia lỏng khác. Kết quả là hình thành bong bóng khắ và biến dạng sản phẩm trong khi ựắp. Nếu dùng nhiệt ựộ cho quá trình ựóng rắn thì chỉ cần cho quá trình khơi mào phản ứng trùng hợp, còn sau ựó thì nhiệt ựộ sẽ tăng lên. Cần phải có sự thông gió tốt nhằm mục ựắch loại bỏ các chất bay hơi như styrene vì nó có thể gây cháy và ựộc hại
Khi sản phẩm có ựộ cứng phù hợp, nó ựược lầy ra khỏi khuôn. Có thể dùng nhiều kỹ thuật cho công ựọan quan trọng này nhằm tránh làm hư hỏng bề mặt sản phẩm như là dùng khắ nén hoặc dùng áp lực của nước
Sản phẩm nên ựược di chuyển ựến khu vực hòan tất nhằm mục ựắch tránh bám bẩn
Các dung môi dùng rửa dụng cụ là acetone, metyl isobutyl keton, ethylen chloride
3.6. THUẬN LỢI VÀ HẠN CHẾ CỦA PHƯƠNG PHÁP đẮP TAY
Một số thuận lợi của phương pháp hand lay-up so với các công nghệ gia công chất dẻo gia cường khác là:
Làm ựược các sản phẩm lớn, có kết cấu phức tạp mà không thể gia công bằng phương pháp ép khuôn hoặc phun
độ bền của sản phẩm phụ thuộc vào hàm lượng sợi thủy tinh, ựộ bền cao nhất có thể ựạt ựược ở lượng sợi là 60%. Sợi có thể chọn lựa hướng ựịnh hướng ựể phù hợp với yêu cầu ựộ bền
mã.
Giá thành của khuôn và sản phẩm thấp, dễ thay ựổi kiểu cách và mẫu
Tuy nhiên bên cạnh ựó có một số bất lợi:
Tốc ựộ sản xuất bị giới hạn, giá thành khuôn giảm thì tốn thêm chi phắ nhân công vì dùng nhiều nhân công
Kỹ năng và kinh nghiệm của người nhân công cần phải cao nếu như muốn làm các sản phẩm ựồng nhất giữa nhựa và sợi cũng như ựảm bảo chất lượng
Tắnh chất ựôi khi phải hy sinh cho giá thành. Nếu ta làm sản phẩm có ựộ bền cao thì sợi chiếm tỷ lệ lớn do ựó không cần thiết
3.7. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA SẢN PHẨM đẮP TAY
Các số liệu sau ựây ựược ựo từ mẫu gia công với hàm lượng sợi thủy tinh 30%
Tắnh chất Sợi mát Sợi dạng vải dệt
Tỷ trọng( g/cm3) 1.4-1.8 1.6-2.0
độ bền kéo(psi) 16.000 40.000
độ bền uốn(psi) 24.000 60.000
độ bền nén(psi) 12.000 45.000
Modun ựàn hồi uốn(psi) 1.000.000 3.000.000
Chương 4
CÔNG NGHỆ LÀM KHUÔN
4.1. PHÂN LOẠI KHUÔN
- Theo cách lấy khuôn: khuôn ựơn, khuôn nhiều mảnh
- Theo yêu cầu sản phẩm: khuôn một mặt láng hay hai mặt láng - Theo hình dạng khuôn: khuôn ựực và khuôn cái
4.1.1. Theo cách lấy khuôn4.1.1.1. Khuôn ựơn 4.1.1.1. Khuôn ựơn
Sử dụng khuôn ựơn khi sản phẩm có hình dạng dễ tháo khuôn, tháo khuôn do có ựộ nghiêng tự nhiên. Vắ dụ khuôn ựơn cho sản phẩm một mặt láng hình nón, hoặc sản phẩm một mặt láng dạng tấm phẳng
4.1.1.2. Khuôn nhiều mảnh
Trong một số trường hợp hình dạng của sản phầm có thể ựòi hỏi khuôn nhiều mảnh ựể có thể tách khuôn ra khỏi mô hình sản phẩm khi chép khuôn và tháo sản phẩm ra từ khuôn sau này. Cần xem xét kỹ việc dự kắến các phần của khuôn. Vì phải tháo các chi tiết của khuôn ra nên phải ựảm bảo góc của các chi tiết không lớn hơn 900, nghĩa là vị trắ mở khuôn là phần rộng nhất của khuôn
4.1.2. Theo yêu cầu sản phẩm4.1.2.1. Khuôn một mặt láng 4.1.2.1. Khuôn một mặt láng
Khi sản phẩm không có ựộ nghiêng thóat khuôn tự nhiên, yêu cầu một mặt láng: khuôn sẽ gồm nhiều mảnh khuôn ghép lại, có thể từ 2 ựến 6 mảnh. Vắ dụ sản phẩm dạng cánh quạt, ống hình trụ rỗng,Ầ
4.1.2.2. Khuôn 2 mặt láng
Sản phẩm có ựộ thóat khuôn tự nhiên và ựòi hỏi hai mặt láng, yêu cầu khuôn cần dạng hai mảnh
4.1.3. Theo hình dạng khuôn 4.1.3.1. Khuôn ựực
Khuôn cái và khuôn ựực là hai loại khuôn cơ bản, tuy nhiên, chúng lại khác nhau ựáng kể về cách lấy sản phẩm. Với khuôn ựực thì gia công nhanh hơn, ắt tốn kém hơn bằng cách bắt chước hình dạng của sản phẩm cần tạo hình bằng cách phủ lên bề mặt ngoài của khuôn. Cách làm này thực sự nhanh hơn, sản phẩm lấy ra thường có bề mặt ngoài gồ ghề, cần phải xử lý rất kỹ
Với khuôn ựực, chú ý là phải khuôn nhỏ ựi một chút so với kắch thuớc thật của sản phẩm ựể sản phẩm làm ra sẽ ựạt kắch thước mong muốn vì sản phẩm sẽ bị co ngót trong quá trình ựắp. Khuôn ựực thường dùng cho sản xuất nhỏ từ 5-10 sản phẩm. Nếu sản phẩm nhiều hơn thì dùng khuôn cái sẽ tiết kiệm thời gian nhưng chi phắ khuôn cao hơn
4.1.3.2. Khuôn cái
Khuôn cái thường có chi phắ cao hơn, thường ựược dùng khi sản xuất ựại trà. Thời gian hòan tất sản phẩm sẽ giảm ựáng kể do mỗi sản phẩm ựược ép với bề mặt khuôn trơn láng. Khuôn cái có thể dùng gia công sản phẩm có lõi vì lớp bên ngòai của sản phẩm lúc nào cũng trơn, láng không quan tâm ựến sự không ựồng nhất của các lõi bên trong. Mỗi loại khuôn có thể dùng cho thổi chân không, nhưng khuôn cái thường dễ hàn mà vẫn ựảm bảo tắnh chất bề mặt tốt. Khuôn cái dùng khi cần sản xuất lớn hơn 5-10 sản phẩm với yêu cầu bề mặt trơn láng
4.1.3.3. Khuôn kết hợp (khuôn nén)
Bằng cách sử dụng cả dạng khuôn âm và khuôn dưong, người ta thực hiện khuôn nén. Với khuôn nén, việc hợp khuôn rất quan trọng khi sản xuất các phần chắnh xác. Các khuôn này thường ựược quét nhựa và gia công trước khi ựóng chặt lại. Nhựa dư ựược ép hết ra làm giảm các chỗ trống, sản phẩm sẽ bóng láng ở cả 2 mặt. Khuôn nén có thể biến ựổi ựể dùng bơm hoặc phun nhựa vào khuôn
4.2. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU LÀM NGUỘI4.2.1. Lựa chọn phương pháp 4.2.1. Lựa chọn phương pháp
Trang- 45 -
Trước khi thiết kế khuôn phải xem xét mức ựộ yêu cầu của nó. Việc thiết kế phải cân bằng các yếu tố như tắnh chất của khuôn, chi phắ và thời gian chế tạo khuôn. Việc cân nhắc này sẽ làm giảm các phát sinh có thể có ựối với kết quả cuối cùng
Khi lựa chọn vật liệu và phương pháp làm khuôn, cần phải xem xét các yếu tố như chiều dài của bộ khuôn và chất lượng bề mặt khuôn mong muốn. Thời gian và vật liệu rót vào khuôn lúc bắt ựầu sẽ quyết ựịnh là cần làm mấy phần và chất lượng của các phần này. Một số yếu tố cần xem xét nữa như việc gắn thêm các thiết kế phụ hỗ trợ ựể gia công như hút chân không, ép nén. Với khuôn có cạnh lớn thì việc gắn thêm phần phụ này sẽ dễ dàng hơn. Với khuôn phức tạp có nhiều mảnh ựòi hỏi phải thẳng hang, cần bắt chốt dọc theo cạnh khuôn và phải chú ý việc khuôn sẽ ựược giữ như thế nào trong lúc sử dụng; hoặc sử dụng một cấu trúc dạng khay ựựng trứng( egg-crate structure) ựể hỗ trợ và dễ ựiều khiển
Cách tháo sản phẩm khỏi khuôn cũng có ảnh hưởng ựến việc thiết kế và chế tạo khuôn. Yếu tố ựầu tiên là góc lấy khuôn, là góc tạo ra giữa một cạnh của khuôn với nền của nó. Một khuôn có góc lấy khuôn bằng không nghĩa là cạnh của nó vuông góc với ựáy. Với khuôn có góc lấy khuôn dương, nghĩa là các cạnh rộng ra ở phắa trên hơn là phắa dưới ựáy( hình thang ngược), ựiều này sẽ giúp cho việc lấy khuôn dễ dàng hơn. Với góc lấy khuôn âm( dạng hình thang), việc lấy khuôn sẽ gặp nhiều khó khăn. Các hình dạng cần lấy với góc khuôn âm thì phải làm khuôn nhiều mảnh, lúc này mỗi mảnh có góc lấy khuôn dương ựể dễ tháo khuôn, cho dù khi kết hợp lại chúng lại là dạng lấy khuôn âm
điểm mà các mảnh khuôn ghép lại với nhau ựược gọi là ựường ghép khuôn, ựó là ựường thẳng hay mặt phẳng tưởng tượng chia góc lấy khuôn âm thành hai góc dương. Khuôn có thể có nhiều ựường ghép khuôn tùy theo yêu cầu
đường phân khuôn thường chạy dọc theo cạnh dài nhất hay rộng nhất của mẫu. Khi ựịnh vị ựường này, có thể vẽ thử bằng bút dạ cho ựến khi thấy vừa ý hoặc có thể xem ựường hàn khuôn trên các mẫu ựồ chơi trẻ em ựể bắt chước
Bằng cách này ta chia khuôn thành từng ựoạn trong quá trình chép. Giống như mẫu, các phần be ựược làm bằng vật liệu ắt tốn kém mà vẫn có thể hỗ trợ quá trình ựóng rắn sau này. đất sét, gỗ, ván, tấm kim loại mỏng hay giấy cứng ,.... ựều có thể dùng làm be ựược. Với mẫu có hình ựối xứng ựơn giản, hình dạng của be sẽ ựược làm bằng gỗ và dán lại bằng ựất sét. Với mẫu phức tạp có thể dùng ván mỏng hay tấm carton ựể làm, dùng kéo ựể cắt các ựường viền của be trước sau ựó dán lại
Sản phẩm là khuôn lớn thì khó lấy khuôn, ngay cả khi các mép, rìa của chúng ựã ựược tách ra. Sự dắnh nhẹ giữa khuôn và sản phẩm ở các phần rộng và phẳng góp phần khó lấy khuôn. Trong trường hợp này ựể lấy khuôn dễ người ta khoan lỗ xuyên qua khuôn và gắn chốt khắ vào phắa sau, dùng ựất sét hoặc keo dán kắn lại ựể nhựa không vào làm bắt lỗ trong quá trình gia công. Cẩn thận vì khắ nén rất nguy hiểm có thể làm nứt hoặc bể khuôn. Dùng áp suất thấp ựể hỗ trợ tháo khuôn. Sau khi lấy khuôn xong nhớ tắt khắ nén. Nên ựể các chốt ở những vị trắ sẽ cắt bỏ sau khi lấy khỏi khuôn. Bằng cách này ở những chỗ dán sẽ không cần phải mài và ựánh bóng
Trong việc lựa chọn nhựa và sợi, phải xem vấn ựề là chế tạo khuôn hay tối thiểu chi phắ. Gần như tất cả các vật liệu composite có thể dùng làm khuôn. Với nhiều sản phẩm, khuôn làm từ polyester ựa dụng và sợi mát thủy tinh loại 1.5oz/sq.ft cắt ngắn sẽ có kết quả tốt. để làm giảm biến dạng có thể dùng nhựa loại isophthalic. Gelcoat lọai tốt dùng làm khuôn ựược phun với bề dày chắnh xác sẽ cho bề mặt khuôn tốt. Dùng gelcoat thường khi sản xuất không có yêu cầu cao về bề mặt hoặc khi lượng sản xuất nhỏ
Một số sản phẩm ựòi hỏi khuôn có ựộ cứng cao ựể có kắch thước chắnh xác hoặc ựể sử dụng lâu. Với yêu cầu này, dùng epoxy ựể phủ và quét vì loại
Trang- 47 -
nhựa này ắt co ngót. Không sử dụng mat với epoxy vì chúng không tương hợp. Có thể sử dụng sợi thủy tinh dạng vải dệt, cơ tắnh cao hoặc dùng sợi carbon cho khuôn cần ựộ cứng cao
4.2.2. Vật liệu làm khuôn 4.2.2.1. Thạch cao
Thạch cao là loại phổ biến và rẻ tiền dùng ựể tạo mẫu và làm khuôn. Có nhiều loại thạch cao chịu lực có thể ựáp ứng yêu cầu lúc làm khuôn và gia công. Người ta có thể tăng ựộ cứng của chúng bằng sợi gia cường. Ngoài ra có thể dùng khung và nền kim loại ựể làm giá ựỡ vì loại này có ựộ cứng, ổn ựịnh kắch thước, kháng ẩm cho thạch cao
Có nhiều phương pháp làm khuôn nhưng phương pháp khuôn tấm mỏng( loft template method) ựược sử dụng nhiều. Trong phương pháp này, các mẫu khuôn ựược ghép lại và ghắn chắc vào nền. Kim loại, các vật liệu gia cường, hoặc ựộn ựược ựăt giữa các tấm khuôn mở. Sau ựó, láng hỗn hợp thạch cao lên các tấm mẫu, láng nhiều lớp cho ựến khi ựường mép của mẫu ựạt yêu cầu
Khuôn ựực và khuôn cái có thể ựược chép từ một mô hình sản phẩm. Hỗn hợp ựược rót vào một góc của khung chắn ựể giảm thiểu lượng bọt khắ hoặc các lỗ trống, khi hỗn hợp thạch cao chảy phủ kắn mô hình. Rung mô hình khuôn ựể ựảm bảo sao chép ựầy ựủ, chắnh xác các chi tiết
Mô hình sản phẩm thủ công ựược làm bằng cách tráng lớp thạch cao lên mẫu sản phẩm ựất sét, sáp, gỗ hay khung kim loại. Có thể dùng ựá ựể tạo hình chung tổng quát. Sau khi ựã phủ lớp thạch cao bên ngòai, lớp ựá ựược lấy ựi và thay vào ựó bằng nhựa gia cường hoặc khung kim loại( hình 3) loại này sử dụng rất hiệu quả
Khuôn kắn hoặc khuôn hai mảnh ựược làm bằng cách ựổ khuôn theo nửa phần trên và nửa phần dưới của mẫu, sau ựó xử lý từng mảnh( hình 4)
Polymer (nhựa hay elastomers) ựược dùng như vật liệu làm khuôn, không chỉ dùng cho khuôn rỗng hoặc mà còn sử dụng làm mô hình sản phẩm, khuôn chuyền, lõi khuôn tấm, khuôn kéo,ựồ gá lắp, mẫu thử,Ầ
Khuôn polymer có nhiều thuận lợi như giảm chi phắ, kháng hóa chất, tiết kiệm thời gian, khối lượng thấp, ắt sử dụng máy móc