Nhóm mẫu
Thành phần M1 M2 M3 M4 M5
PBT (%) 100 95 90 85 0
HDPE (%) 0 5 10 15 100
3.2. Thiết kế mẫu thử:
3.2.1. Tiêu chuẩn thiết kế mẫu:
• Mẫu kéo
Số lượng mẫu thí nghiệm độ bền kéo được thực hiện 5 lần trên mỗi nhóm mẫu, trong thí nghiệm này bao gồm 5 nhóm mẫu 5 tỉ lệ khác nhau vì vậy có tất cả 25 mẫu thí nghiệm ký hiệu riêng biệt khác nhau và được thể hiện cụ thể trong Bảng 3.4.
Mẫu được dùng trong thí nghiệm này là loại IV được đúc và gia cơng theo kích thước mẫu hình 3.2
Trang | 28
Hình 3. 1: Kích thước mẫu thử của tiêu chuẩn ASTM D638 Bảng 3. 2: Kích thước mẫu cho độ dày, T, mm (incl.) Bảng 3. 2: Kích thước mẫu cho độ dày, T, mm (incl.)
7 (0,28) hoặc thấp hơn Trên 7 tới 14 (0,28 tới 0,55), incl 4 (0,16) hoặc thấp hơn Dung sai
Loại I Loại II Loại III Loại IV Loại V
W 13 (0,05) 6 (0,25) 19 (0,75) 6 (0,25) 3,18 (0,125) ±0,5 (±0,02)B,C L 57 (2,25) 57 (2,25) 57 (2,25) 33 (1,30) 9,53 (0,375) ±0,5 (±0,02)C WO 19 (0,75) 19 (0,75) 29 (1,13) 19 (0,75) … +6,4 (+0,25) WO … … … … 9,53 (0,375) +3,18(+0,125) LO 165 (6,5) 183 (7,2) 246 (9,7) 115 (4,5) 63,5 (2,5) No max G 50 (2,00) 50 (2,00) 50 (2,00) … 7,62 (0,300) ±0,25 (±0,010) G … … … 25 (1,00) … ±0,13 (±0,005) D 115 (4,5) 135 (5,3) 115 (4,5) 65 (2,5) 25,4 (1,0) ±5 (±0,2) R 76 (3,00) 76 (3,00) 76 (3,00) 14 (0,56) 12,7 (0,5) ±1 (±0,04)C RO ... … … 25 (1,00) … ±1 (±0,04)
Trang | 29
Hình 3. 2: Kích thước mẫu của phương pháp đo độ bền kéo
Hình 3. 3: Mẫu cho phương pháp kéo Bảng 3. 3: Số lượng các mẫu đo độ bền kéo Bảng 3. 3: Số lượng các mẫu đo độ bền kéo
Nhóm mẫu M1 M2 M3 M4 M5 Số lượng (cái) 5 5 5 5 5 Ký hiệu mẫu M1-1 M1-2 M1-3 M1-4 M1-5 M2-1 M2-2 M2-3 M2-4 M2-5 M3-1 M3-2 M3-3 M3-4 M3-5 M4-1 M4-2 M4-3 M4-4 M4-5 M5-1 M5-2 M5-3 M5-4 M5-5
3.2.2. Thiết kế mẫu bằng phần mềm Creo:
Dựa trên các kích thước tiêu chuẩn, tiến hành thiết kế mẫu thử 3D trên phần mềm
Trang | 30
Hình 3. 4: Thiết kế 3D mẫu thử kéo bằng Creo
Sau đó, dùng phần mềm Moldex3D R17 để mơ phỏng dịng chảy của nhựa trong quá trình ép phun. Thu được các thông số nhiệt độ, áp suất phun và thời gian phun.
Tổng quan về máy ép phun nhựa:
05 hệ thống cơ bản của máy ép nhựa phun mà người vận hành, bảo trì và sửa chữa máy ép nhựa phun cũ cần phải biết khi làm việc với máy:
1- Hệ thống kẹp 2- Hệ thống khuôn 3- Hệ thống phun
4- Hệ thống hỗ trợ ép phun 5- Hệ thống điều khiển.
Hình 3. 5: Máy ép phun nhựa Hệ thống hỗ trợ ép phun có 04 hệ thống chính Hệ thống hỗ trợ ép phun có 04 hệ thống chính
Các phần chính trong hệ thống hỗ trợ ép phun – Thân máy (Frame)
Trang | 31
– Hệ thống điện (ELectrical system) – Hệ thống làm nguội (Cooling system)
Thân máy
Là hệ thống liên kết và gữi các hệ thống và bộ phận máy lại với nhau làm cho máy hoạt hoạt động ổn định và chắc chắn.
Hình 3. 6: Thân máy Hệ thống thủy lực Hệ thống thủy lực
Cung cấp lực để đóng và mở khn tạo ra và duy trì lực kẹp làm cho trục vít quay và chuyển động tới lui tạo lực cho chốt đẩy và sự trượt của lõi mặt bên. Hệ thống này bao gồm: bơm, van, motor, đường ống đẫn và thùng chứa dầu..v
Hình 3. 7: Hệ thống thủy lực Hệ thống điện Hệ thống điện
Cung cấp điện cho Motor điện và hệ thống điều khiển nhiệt cho khoang chứa nhựa thơng qua các vịng nhiệt (heater band) đảm bảo tồn hệ thống hoạt động ổn định thơng qua hệ thống dây dẫn và tủ điều khiển (Electric power cabinet).
Trang | 32
Hình 3. 8: Hệ thống điện Hệ thống làm nguội Hệ thống làm nguội
Cung cấp nước hoặc dung dịch ethyleneglycol để làm nguội khuôn, dầu thủy lực và ngăn khơng cho nhựa thơ ở cuống phễu bị nóng chảy, vì khi nhựa bị nóng chảy thì phần nhựa thơ phía trên khó chạy vào khoang chứa nhựa. Nhiệt trao đổi cho dầu thủy lực vào khoảng 90-120 độ F. bộ điều khiển nhiệt nước (water temperature controller) cung cấp 1 lượng nhiệt, áp suất, dịng chảy thích hợp để làm nguội nhựa nóng trong khn.
Hệ thống phun (press system)
Hệ thống phun làm nhiệm vụ đưa nhựa vào khn thơng qua các q trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy nhựa, phun nhựa lỏng vào khn và định hình sản phẩm. Hệ thống này có các bộ phận sau:
- Phễu cấp nhựa (Hopper)
- Khoang chứa nhựa (Barrel)
- Các vịng gia nhiệt (Heater band)
- Trục vít (Screw)
- Bộ hồi tự hở (non-return Assembly)
- Vòi phun (Nozzle)
a) Phễu cấp nhựa
Chứa vật liệu nhựa dạng viên để cấp vào khoang trộn. b) Khoang chứa nhựa
Chứa nhựa được gia nhiệt nhờ các vòng cấp nhiệt. c) Các vòng gia nhiệt
Trang | 33
Giữ cho nhiệt độ trong khoang chứa nhựa luôn ở trạng thái chảy dẻo. Trên một máy ép nhựa các vòng gia nhiệt được cài đặt với nhiệt độ khác nhau để tạo ra các vùng nhiệt độ phù hợp cho q trình ép phun.
d) Trục vít
Có chức năng nén, làm chảy dẻo và tạo áp lực để đẩy nhựa chảy vào lịng khn. Trục vít có cấu tạo gồm 3 vùng: vùng cấp nhựa, vùng nén và vùng định lượng.
Hình 3. 9: Trục vít
e) Bộ hồi tự hở hay van hồi tự mở
Bộ phận này gồm vịng chắn hình nêm, đầu trục vít và seat. Chức năng tạo ra dịng nhựa bắn vào khn.
Hình 3. 10: Bộ hồi
Khi trục vít lùi về thì vịng chắn hình nêm di chuyển về hướng vịi phun và cho phép nhựa chảy về phía trước đầu trục vít. cịn khi trục vít di chuyển về phía trước thì ngược lại
3.3. Ép mẫu thử 3.3.1. Chuẩn bị mẫu 3.3.1. Chuẩn bị mẫu
Trang | 34
• Địa chỉ mua nhựa: số 20, đường số 3, khu dân cư Vạn Phúc, phường Hiệp Bình Chánh, quận Thủ Đức, TPHCM.
• Liên hệ: 0938345180
Hình 3. 11: Bao chứa nhựa PBT
Hình 3. 12: Bao chứa nhựa HDPE
Trang | 35
PBT: 60000đ/kg HDPE: 45000đ/kg b. Chuẩn bị khn ép:
• Tìm và phân loại khn
Hình 3. 13: Khn mẫu kéo
Hình 3. 14: Khn mẫu va đập
• Vệ sinh khn
Khuôn khi không sử dụng sẽ bị gỉ sét bề mặt ảnh hưởng đến quá trình ép phun.
Trang | 36
Dùng lần lượt giấy nhám thô, bán thô, tinh (P100; P150; P600) để vệ sinh khuôn trong lẫn khn ngồi, khi gá khn vào khơng bị kẹt.
Hình 3. 15: Giấy nhám dùng để làm sạch khuôn 3.3.2. Quy trình ép sản phẩm
• Bước 1: Sấy nhựa PBT và HDPE. Cả hai viên PBTvà HDPE được sấy chân không tại 80 ° C trong 10 giờ trước khi trộn.
Trang | 37
Hình 3. 17: Đồng hồ đo nhiệt độ khi sấy
• Bước 2: Gá khn
Trang | 38
Hình 3. 19: Gá khn vào máy ép
• Bước 3: Sục lịng bằng nhựa HD
• Bước 4: Trộn nhựa theo tỉ lệ
Bảng 3. 4: Bảng tỷ lệ trộn nhựa PBT và HDPE
Mẫu PBT HDPE Tổng khối lượng
nhựa 1 lần ép Khối lượng PBT Khối lượng HDPE M1 100 0 500g 500g 0g M2 95 5 500g 475g 25g M3 90 10 500g 450g 50g M4 85 15 500g 425g 75g M5 0 100 500g 0g 500g • Bước 5: Tiến hành ép sản phẩm
Trang | 39
3.4. Xác định độ bền kéo cho vật liệu nhựa theo tiêu chuẩn ASTM D638: 3.4.1. Các tiêu chuẩn thử kéo cho sản phẩm nhựa: 3.4.1. Các tiêu chuẩn thử kéo cho sản phẩm nhựa:
Thí nghiệm kiểm tra ảnh hưởng của HDPE đến độ bền kéo của PBT được thực hiện tại trung tâm Kiểm nghiệm Cao su và Chất dẻo theo tiêu chuẩn ASTM D638
ASTM là viết tắt của cụm từ “American Society for Testing and Materials”, Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ. ASTM International là tổ chức tiêu chuẩn quốc tế lớn nhất trên thế giới ra đời vào năm 1898. Tổ chức này đặt ra các tiêu chuẩn thống nhất, tự nguyện giữa các nhà sản xuất, khách hàng và người dùng khắp thế giới.
ASTM giống như một giấy thơng hành trong chiến dịch thương mại tồn cầu hóa của một doanh nghiệp. ASTM đều có thể góp phần làm nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp cho dù đó là doanh nghiệp lớn hay nhỏ. Các tiêu chuẩn do ASTM lập ra gồm 6 chủ đề chính, hàng năm tổ chức ASTM đều xuất bản sách tiêu chuẩn ASTM bao gồm 15 lĩnh vực.
Một số phương pháp thử kéo:
● ASTM-D638 - Phương pháp thử tiêu chuẩn đối với các đặc tính của nhựa.
● ASTM-D412 - Phương pháp tiêu chuẩn cho cao su lưu hóa và chất đàn hồi nhiệt dẻo. ● ASTMD882 - Phương pháp thử tiêu chuẩn cho tính chất kéo của tấm nhựa mỏng. ● ISO-1421-- Vải bọc cao su hoặc plastic - Xác định độ bền kéo và độ giãn dài khi nghỉ.
● ISO-37 - Cao su lưu hóa hoặc nhựa nhiệt dẻo - Xác định tính căng thẳng của ứng suất, …
3.4.2. Chuẩn bị mẫu:
Mẫu thử nghiệm đo độ bền kéo được chuẩn bị theo tiêu chuần ASTM D638 và được trộn, ép sử dụng máy phun ép nhựa 2 trục đứng TKC tại công ty TNHH Đồng Nhân Phát với thông số như sau:
Bảng 3. 5: Thông số kỹ thuật của máy phun ép nhựa 2 trục đứng
Trang | 40
Hệ thống phun
Đường kính trục vít mm 26 28 28 30
Áp lực đầu ra kg/cm3 1183 1019 1019 896 Dung lượng đầu ra cm3 55.7 64.6 64.6 74
Hành trình trục vít mm 105 105
Hệ thống khóa
Giới hạn kiểm soát nhiệt độ 2 2
Lực khóa khn tons 15 30
Áp lực lớn nhất kg/cm3 140 140
Công suất động cơ kW/HP 2.2-3HP 3.75/5HP
Tổng lượng điện sử dụng kW 4.2 5.5
Thơng số khác
Kích thước ngồi m 1.35*0.92*0.6 1.4*0.9*2.37
Khối lượng tons 0.85 1
Trang | 41
Hình 3. 21: Khn tạo mẫu thí nghiệm
Hình 3. 22: Mẫu thí nghiệm được tạo ra sau q trình ép
Mẫu sau khi trộn được đổ vào máy để tiến hành ép, với nhiệt độ tại trục là 190- 1930C; nhiệt độ tại đầu khuôn là 203-2120C . Thời gian làm nguội 8 giây. Các mẫu sau khi ép có kích thước như hình 3.6.
Hình 3. 23: Kích thước mẫu của phương pháp đo độ bền kéo
Trang | 42
Theo tiêu chuẩn ASTM D638, để đạt được độ chính xác cao, ta cần kiểm tra ít nhất 5 mẫu cho mỗi nhóm mẫu. Nên tổng số lượng mẫu thử nghiệm là 25 mẫu cho cả 5 nhóm mẫu với ký hiệu và tỷ lệ như bảng 3.6
Bảng 3. 6: Thành phần và số lượng các mẫu đo độ bền kéo
Vật liệu Tên mẫu
M1 M2 TM M4 M5 Số lượng (cái) 5 5 5 5 5 Ký hiệu mẫu M1-1 M1-2 M1-3 M1-4 M1-5 M2-1 M2-2 M2-3 M2-4 M2-5 M3-1 M3-2 M3-3 M3-4 M3-5 M4-1 M4-2 M4-3 M4-4 M4-5 M5-1 M5-2 M5-3 M5-4 M5-5
Xử lý các cạnh, viền của tấm mẫu sao cho mịn đều, không thô. Mẫu kiểm nghiệm phải được làm sạch dầu, mỡ và các tạp chất khác. Sau đó để trong điều kiện mơi trường có nhiêt độ 23 ± 20C, độ ẩm 50 ± 5%, trong ít nhất 40 tiếng trước khi tiến hành kiểm nghiệm.
3.4.3. Dụng cụ thí nghiệm:
Các mẫu thử kéo tại Trung Tâm Kiểm nghiệm Cao su Chất dẻo TP.HCM. Thiết bị được sử dụng trong phương pháp này là máy thử kéo nén vạn năng Autograph AG-X Plus của hãng SHIMADZU.
Sử dụng loại bàn HS với với tốc độ chạy của đầu thử nghiệm là 3000 mm/ph và tốc độ trở lại là 3300 mm/ph nên giảm được thời gian chu kỳ cho mẫu thử nghiệm đặc biệt là các mẫu trải dài như là cao su. Loại khung ngắn (Model SC). Có thể lựa chọn khơng gian thử nghiệm là 700 mm và chiều cao của máy thử nghiệm 1300 mm cho phép lắp đặt trong các phòng với trần nhà thấp. AG- Xplus làm giảm điện năng tiêu thụ ở chế độ chờ, cắt giảm phát thải CO2 và giảm ô nhiễm môi trường. Tiết kiệm năng lượng khoảng 10 đến 25 % là có thể, tùy thuộc vào tải trọng khung máy. Tính năng tự dị các thơng số kiểm sốt trong thời gian thực dựa trên dữ liệu sức căng và độ giãn dài đo được trong quá trình thử nghiệm cũng như so sánh đáng tin cậy của dữ liệu mẫu chưa biết mà chưa có tiền thử nghiệm. Ngồi
Trang | 43
ra, chức năng tự dị dễ dàng cung cấp và kiểm sốt độ giãn dài theo tiêu chuẩn ISO 6892- 2009
Phạm vi ứng dụng:
- Nghành công nghiệp thép: Ngành công nghiệp thép đang nhận được yêu cầu nhiều hơn từ Ngành công nghiệp ô tô để kiểm tra kiểm độ giãn dài và kiểm sốt ứng suất
- Nghành cơng nghiệp nhựa: Trong ngành cơng nghiệp nhựa, kiểm sốt độ giãn dài là điều cần thiết cho việc tính tốn các mơ đun đàn hồi theo tiêu chuẩn JIS mới, bằng cách sử dụng đồ thị giữa ứng suất và độ giãn dài
- Nghành công nghiệp gốm sứ: Trong ngành công nghiệp gốm sứ, việc kiểm sốt chính xác được yêu cầu ngay từ đầu những mẫu vật không đạt yêu cầu sau khi tiến hành thử nghiệm độ giãn dài
Hình 3. 25: Thiết bị Autograph AG-X Plus
Bảng 3. 7: Bảng thông số kỹ thuật máy Autograph AG-X Plus
Tải trọng (lớn nhất) 100 kN
Tốc độ kéo 0,0005 tới 1000 mm/phút ± 0,1%
Khả năng kéo (lớn nhất) 600 mm
Quy trình thí nghiệm
Bước 1 – Đo độ rộng và độ dày của tấm mẫu vật.
Bước 2 – Đo độ dày của các mẫu không cứng tương ứng với các yêu cầu về mặt số
của thước vi kế.
Bước 3 – Đặt các mẫu vật vào hàm kẹp của máy thử nghiệm, cẩn thận căn thẳng hàng
các trục dọc theo mẫu vật và các hàm kẹp bằng một đường ảo nối các điểm trên hàm kẹp với máy.
Trang | 44
Hình 3. 26: Mẫu được gá đặt lên máy Bước 4 – Thực hiện các phép đo tải rồi thu kết quả. Bước 4 – Thực hiện các phép đo tải rồi thu kết quả.
Bước 5 – Đặt tốc độ thử nghiệm ở mức thích hợp 50mm/ phút và khởi động máy
Hình 3. 27: Mẫu đã kéo đứt Bước 6 – Ghi nhận kết quả Bước 6 – Ghi nhận kết quả
3.5. Xác định độ cứng Shore D theo tiêu chuẩn ASTM D2240-05:
Độ cứng shore là đơn vị đo của độ bền vật liệu chống lại lực ấn từ các mũi thử. Trị số càng cao thì độ bền càng cao. Độ cứng Shore sử dụng thang đo Shore A hoặc Shore D, là phương pháp sử dụng cho cao su và vật liệu đàn hồi và cũng thường được sử dụng cho những chất liệu nhựa mềm hơn như là : polyolefins, fluoropolymers, và vinyls. Thang đo Shore A được sử dụng cho những vật liệu bằng cao su mềm, còn thang đo Shore D sử dụng cho vật liệu cứng hơn. Độ cứng Shore A liên quan đến những vật liệu đàn hồi như cao su và nhựa dẻo có thể được xác định với một dụng cụ được gọi là máy đo dộ cứng Shore A. Nếu đầu đo hoàn toàn xuyên qua mẫu thử thì nó đạt giá trị là 0, cịn nếu khơng có sự xun qua thì đạt trị số là 100. Trị số này khơng có thứ ngun.
Trang | 45 3.5.1. Chuẩn bị mẫu:
Các mẫu thử độ cứng được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Số lượng mẫu bao gồm 6 mẫu đại diện (ký hiệu: M1, M2, M3, M4, M5) là hỗn hợp PBT và HDPE được pha trộn với các tỉ lệ khác nhau được nêu trong bảng 3.8
Bảng 3. 8: Bảng số lượng mẫu đo độ cứng Shore D
Tên mẫu M1 M2 M3 M4 M5
Số Lượng (cái) 1 1 1 1 1
Mẫu phải là một ề mặt phẳng, khơng có những gồ ghề nhấp nhơ.
Mẫu có là nguyên khối hoặc được tạo thành tờ các lớp mỏng hơn ghép lại.
Cách xác định độ cứng khô thể được thược hiện trên các bề mặt trịn, khơng đều, thơ.