SỬ DỤNG MÁY ĐÙN CHO QUÁ TRÌNH GIA CÔNG NHỰA
1. Giới thiệu sơ lược về máy đùn
1.1 Cấu tạo máy đùn
Máy đùn trục vít có thể phân loại theo số trục vít: Máy một trục vít và máy nhiều trục vít.
Tuy nhiên nói chung máy đùn gồm có các bộ phận chính sau: Phểu nạp liệu, buồng trộn, trục vít, bộ truyền động, bộ phận cung cấp nhiệt, bộ phận làm nguội, ….
Cấu tao trục vít
Thành phần quan trọng nhất của máy đun là trục vít. Trục vít được thiết kế dành riêng cho từng loại vật liệu gia công. Trục bao gồm một hình trụ bằng hợp kim thép 4140 với những rảnh xoắn ốc được thấy như hình dưới
Những đỉnh xoan ốc được tạo thành trong quá trình gia công tạo rảnh được gọi là đỉnh vít, khoảng cách giữa 2 đỉnh được gọi là bước vít, giá trị này thường là hằng số đối với chiều dài trục trong máy đùn một vít, gốc xoắn ốc được gọi là Pitch và thông thường gốc xoắn thường là 17.5o, tuy nhiên nó có thể thay đồi từ 12 đến 20o, đường kính ngoài trục thường nhỏ hơn 1/1000 inch so với ID của buồng trộn. Khoảng hở giữa trục và buồng phải phù hợp để tránh sự tích luỷ quá mức nhựa trong thành buồng trộn và làm tăng cực đại quá trình truyền nhiệt.
Trục có thể đặc hoặc rỗng bên trong. Trục rỗng cho phép giải nhiệt bằng nước , trục này có thể rổng trên toàn bộ trục hoặc chỉ một phần nào đó, phụ thuộc vào đặc trưng sử dụng.
Đỉnh vít thường được làm cứng bởi kỉ tuật tôi nóng hoặc thêm vào hợp kim chống mài mòn.
Các vùng trục vít:
Trục vít được mô tả bởi tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính (L/D) , tỉ số này thường đựơc sử dụng cho máy đùn một trục trong phạm vi từ 15:1 đến 30:1. Tỉ số từ 20:1 đến 24:1 thưòng được dùng cho nhựa nhiệt dẻo, những giá trị thấp hơn sử dụng trong cao su. Trục vít cũng
được mô tả bởi tỉ số nén- tỉ số giữa độ sâu đỉnh vít ở vùng kết thúc nạp liệu và vùng chảy tỉ số nén của máy đùn một trục thường là 2:1 và 5:1.
Trục vít thường chia thành 3 phần: Vùng nạp liệu, vùng làm chảy và vùng bơm. Một trong những thông số cơ bản trong thiết kế trục vít là tỉ số độ dài giữa vùng nạp liệu, vùng chảy và vùng bơm của vít
Vùng nạp liệu nhận vật liệu ở dạng hạt, và chuyển chúng thành trạng thái đặc trước khi chuyển đến vùng làm chảy. Vùng nạp liệu thường có rảnh sâu để cung cấp đủ vật liệu cho vùng làm chảy.
Các dạng rãnh vít của vùng chảy
Vùng làm chảy có nhiệm vụ giữ và làm chảy vật liệu. Độ sâu rảnh vít được thu nhỏ dần trong vùng chảy gây nên tình trạng nén thể tích của các hạt nóng chảy. Chuyển động tương đối của bề mặt trục vít và thành buồng gây nên lực xé. Sự tăng lên của lực xé làm cho quá trình trộn tốt hơn và tạo ra nhiệt do ma sát dẩn đến sự phân bố nhiệt một cách đồng đều.
Polymer cần được làm nóng chảy hoàn toàn khi đi vào vùng cuối trục vít, đựơc biết như vùng bơm. Vai trò vùng bơm là tạo lực lên polymer nóng chảy đến một giá trị cần thiết , tạo dẩn lực đẩy vật liệu ra khỏi đầu tạo hình. Độ sâu rảnh vít trong vùng bơm chỉ bằng 1/ 3 đên 1/5 đối với vùng nạp liệu.
Một số trục vít dành cho máy đùn một trục
Cụm truyền động
Cụm truyền động có vai trò truyền động cho trục vít và điều chỉnh tốc độ trục vít. Giá trị tốc độ của trục vít rất đựơc quan tâm bởi vì nó ảnh hưỏng đến khả năng chảy và gia công của vật liệu.
Nguồn nhiệt
Nhiệt để làm nóng chảy polymer được cung cấp từ nguồn bên ngoài và nhiệt ma sát trong quá trình nén và xé của trục vít lên polymer. Nhiệt ma sát khá quan trọng , trong những máy đùn hiện đại tốc độ cao thì nó hầu như cung cấp toàn bộ nhiệt để quá trình chảy ổn định.
Còn với nguồn nhiệt ngoài chỉ có vai trò cách li vật liệu và không để máy bị kẹt khi bắt đầu chạy trong khi vật liệu còn nguội.
Buồng trộn
Là phần vỏ bọc trục vít có gắn bộ phận gia nhiệt. Thường được chia thành 3 hoặc 4 vùng nhiệt : Nhiệt độ thấp nhất tại vùng nạp liệu và cao nhất ở đầu tạo hình. Nhiệt độ của mổi vùng được kiểm soát cẩn thận bởi cân bằng giữa quá trình gia nhiệt và làm nguội.
Công suất máy đùn
Kích thứơc chuẩn của các máy đùn đơn trục là 11/2, 2, 21/2, 3, 31/2, 41/2, 6, 8 và được chì rõ bên trong đường kính của buồng trộn. Tính toán một cách gần đúng , công suất máy trộn(Qe) có thể tính toán từ kích thước buồng trộn Db(inch) bằng kinh nghiệm:
Qe = 16Db2.2
Một cách tính khác: Năng lượng cần để làm nóng chảy nhựa xuất phát từ hoạt động cơ học, trái lại nguồn nhiệt buồng cung cấp chủ yếu để cách li vật liệu. Nếu chúng ta cho phép một quá trình điền đấy 80% thì công suất máy có thể được tính như sau. Qe (Ib/h)
Qe = 1.9 ×103Hp/Cp∆T
Trong đó Hp là năng lượng cung cấp, Cp nhiệt dung của vật liệu, ∆T là sự tăng nhiệt độ từ khi cho vật liệu vào đến khi đùn ra. ∆T từ phương trình này không được chính xác bởi vì ta đã bỏ qua nhiệt nóng chảy và các ảnh hưởng nhiệt khác. Hai phương trình trên kết hợp cho phép có thể dự đoán ∆T .