4. Cấu trúc luận văn
1.3.2. Chế tạo công nghiệp
a. Phương pháp đùn ép
Trong phƣơng pháp này nhựa polymer dƣới dạng bột hoặc hỗn hợp nhựa polymer và vật liệu gia cƣờng có chiều dài ngắn đƣợc cấp vào trống chứa hỗn hợp vật liệu của máy đùn ép. Trục vít đƣợc sử dụng để đẩy hỗn hợp vật liệu về phía trƣớc của trống, nén hỗn hợp vật liệu đồng thời đẩy không khí chứa trong vật liệu ra ngoài. Trong quá trình hòa trộn ma sát làm tăng nhiệt độ của hỗn hợp, năng lƣợng nhiệt này làm vật liệu chuyển sang trạng thái lỏng trƣớc khi đƣợc chuyển tới buồng phun ép. Do quá trình nén cắt trong trục vít, chiều dài của sợi gia cƣờng giảm. Dƣới lực ép của trục vít, vật liệu đƣợc đùn ép vào khuôn, hệ thống van một chiều đƣợc sử dụng để ngăn vật liệu bị nén ngƣợc lại trống chứa. Khi vật liệu đã đƣợc nén vào trong khuôn, trục vít đƣợc giữ nguyên vị trí để duy trì áp suất trong khuôn. Khi vật liệu đã đông kết trong khuôn, trục vít đƣợc di chuyển theo chiều ngƣợc lại để chuẩn bị cho chu trình đùn ép sản phẩm tiếp theo
.
*Ƣu điểm:
- Nhanh, hiệu quả kinh tế cao
- Tỷ lệ sợi/ nhựa có thể điều chỉnh đƣợc khi sợi đi qua bể nhựa - Gía thành sợi giảm thiểu do không qua công đoạn dệt sợi thành vải - Tính chất của sản phẩm tốt do có thể điều chỉnh phƣơng của sợi phù hợp
* Nhƣợc điểm:
- Hạn chế ở một số dạng sản phẩm nhất định (rỗng, mặt cắt tròn, oval,…) - Khó điều chỉnh chính xác vị trí sợi dọc theo chiều dài sản phẩm
- Gía thành trống đối với những sản phẩm lớn là rất cao
- Yêu cầu nhựa có độ nhớt thấp nên ảnh hƣởng tới tính chất cơ học và vấn đề an toàn sức khỏe
Do các hạn chế nêu trên công nghệ đùn ép hỗn hợp composite thƣờng đƣợc sử dụng chế tạo các sản phẩm có kích thƣớc không lớn với yêu cầu về cơ tính không cao.
b. Phương pháp đúc chuyển nhựa
Phƣơng pháp đúc chuyển nhựa sử dụng khuôn kín, vật liệu gia cƣờng đƣợc đặt trƣớc trong khuôn. Với loạt sản phẩm có số lƣợng không lớn vật liệu gia cƣờng đƣợc cắt thủ công và đặt trên nửa khuôn phía dƣới. Nửa khuôn phía trên đƣợc đóng lại, nhựa polymer đƣợc điền đầy vào khuôn dƣới áp suất cao. Sau khi nhựa polymer đƣợc điền đầy vào khuôn, hỗn hợp nhựa polymer và vật liệu gia cƣờng đƣợc để đông kết trong thời gian xác định. Sau đó sản phẩm đƣợc tháo khuôn để tiến hành sản xuất chi tiết tiếp theo.
Hình 1.15. Sơ đồ công nghệ đúc chuyển nhựa
Trong công nghệ đúc chuyển nhựa cần đảm bảo độ nhớt của nhựa polymer trong giới hạn cho phép để có thể điền đầy nhựa tới các vị trí trong khuôn trong thời gian ngắn nhất. Do đó, cần duy trì nhiệt độ của nhựa và khuôn trong giới hạn hợp lý. Mặt khác, nếu duy trì nhiệt độ nhựa và khuôn quá cao sẽ gây các phản ứng gây đông kết nhựa polymer trong quá trình điền đầy khuôn.
Sử dụng công nghệ đúc chuyển nhựa có:
* Ƣu điểm: - Vật liệu lớp đƣợc tạo thành với tỷ lệ sợi cao, lỗ bọt khí ít - Khống chế đƣợc vấn đề môi trƣờng
- Giảm nhân công
- Hai mặt của sản phẩm đƣợc định dạng theo bề mặt khuôn
- Có thể tạo ra sản phẩm có hình dạng phức tạp và chất lƣợng bề mặt cao, đặc biệt thích hợp cho chế tạo các chi tiết trong công nghiệp ô tô, hàng không.
* Nhƣợc Điểm: - Trang thiết bị đắt tiền
- Phù hợp với sản phẩm kích thƣớc nhỏ
c. Phương pháp đúc chân không
Phƣơng pháp này sử dụng sự chênh lệch áp suất trong khuôn và thiết bị chứa nhựa polymer để điền nhựa vào khuôn. Khác với phƣơng pháp đúc chuyển nhựa truyền thống sử dụng chân không hỗ trợ quá trình điền nhựa vào khuôn dƣới lực ép của thiết bị nén hoặc khí nén, công nghệ đúc chân không hoàn toàn sử dụng lực hút chân không để đƣa nhựa polymer vào khuôn. Nhựa polymer đƣợc chứa trong bình, khi độ chân không trong khuôn đã đạt tới yêu cầu, van dẫn bình chứa mở ra, nhựa
trong bình chứa đƣợc điền vào khuôn theo hệ thống ống dẫn bố trí theo chu vi của khuôn. Tốc độ điền nhựa vào khuôn phụ thuộc vào chi tiết đƣợc chế tạo, tỷ lệ vật liệu gia cƣờng, chủng loại nhựa polymer, và phƣơng án bố trí, thiết kế khuôn.
Hình 1.16. Các thiết bị và vật liệu trong công nghệ đúc chân không
Hình 1.17. Sơ đồ công nghệ đúc chân không
Quy trình công nghệ đƣợc thực hiện nhƣ sau: - Quét phủ lớp chống dính hỗ trợ tháo khuôn: - Quét phủ lớp vật liệu tạo bề mặt (gel-coat); - Đặt các lớp vật liệu gia cƣờng vào khuôn;
- Đặt các lớp hỗ trợ dẫn nhựa polymer lên trên lớp vật liệu gia cƣờng;
- Đặt túi chân không, sử dụng băng làm kín (sealant tape) để làm kín thể tích trong khuôn;
- Hút chân không thể tích trong khuôn;
- Mở van nhựa khi độ chân không đạt yêu cầu để điền nhựa polymer từ thiết bị chứa vào khuôn;
- Tháo khuôn sau khi vật liệu trong khuôn đông kết và định hình.
Hình 1.18. Quá trình điền nhựa polymer vào khuôn trong chế tạo vỏ ôtô
* Ƣu điểm:
- Chế tạo khuôn đơn giản - Chi phí đầu tƣ không cao - Hàm lƣợng lỗ bọt ít - An toàn cho sức khỏe
* Nhƣợc điểm:
- Qúa trình tạo chân không làm tăng giá thành sản phẩm - Đòi hỏi kỹ năng thao tác cao
- Chỉ kiểm soát đƣợc chất lƣợng một bề mặt của chi tiết gia công do sử dụng khuôn một mặt, khó kiểm soát độ đồng đều của chiều dầy chi tiết cũng nhƣ tỷ lệ vật liệu gia cƣờng và nhựa polymer.
Công nghệ đúc chân không đƣợc sử dụng chủ yếu để chế tạo các chi tiết có kích thƣớc lớn, số lƣợng không nhiều nhƣ các kết cấu dàn khoan, xuồng, thân vỏ ô tô, toa xe tàu hỏa, kho đông lạnh. Công nghệ này có thể kết hợp với phƣơng pháp chế tạo sandwich tạo ra sản phẩm có chất lƣợng và yêu cầu cao.
d. Phương pháp quấn sợi
Dùng sản xuất những sản phẩm dạng trụ rỗng, mặt cắt hình tròn hoặc oval. Sợi đi qua bể nhựa đƣợc quấn vào trống (điều chỉnh cơ chế quay, tốc độ quay,..)
Hình 1.19. Sơ đồ quấn sợi
Ƣu điểm:
- Nhanh, hiệu quả kinh tế cao
- Tỷ lệ sợi/nhựa có thể điều chỉnh đƣợc khi sợi đi qua bể nhựa - Giá thành sợi giảm thiểu do không qua công đoạn dệt sợi thành vải - Tính chất của sản phẩm tốt do có thể điều chỉnh phƣơng của sợi phù hợp.
Nhƣợc điểm:
- Hạn chế ở một số dạng sản phẩm nhất định (rỗng, mặt cắt tròn, oval,..) - Khó điều chỉnh chính xác vị trí sợi dọc theo chiều dài sản phẩm - Giá thành trống đối với những sản phẩm lớn là rất cao
- Yêu cầu nhựa có độ nhớt thấp nên ảnh hƣởng tính chất cơ học và vấn đề an toàn sức khoẻ.