Giáo trình Thiết bị công nghệ polymer

8/12/2019 Giáo trình Thiết bị công nghệ polymer

http://slidepdf.com/reader/full/giao-trinh-thiet-bi-cong-nghe-polymer 1/108

1

Bài gi ảng Thi ế t b ị CN polymer TS. Lê Minh Đứ c

CHƯƠ NG 1

TÍNH CHẤT VÀ ĐẶC TR Ư NG GIA CÔNG

1. Các tính chất của chất dẻo1.1. Độ bền đứt

Đặc tr ưng cho sự chống đối lại lực kéo. Độ bền đứt là tỷ số của lực kéo và

tiết diện ngang nhỏ nhất của mẫu thử lúc chưa kéo, đo bằng N/mm2, ký hiệu

là σk .

1.2. Độ dãn dài do đứt

Là tỷ số giữa độ dãn dài đượ c tại thờ i điểm kéo đứt trong quá trình kiểm tra

kéo vớ i độ dài đo đượ c tr ướ c khi kéo.

1.3. Độ bền nén

Dộ bền nén là tỷ lệ giữa lực nén cần thiết để làm vỡ mẫu thử đặt dướ i nó

trong qua trình chất tải nén, ký hiệu σn (N/mm2).

1.4. Độ bền uốn

Là đặc tr ưng cho sự chống đối của vật liệu vớ i sự tác động phối hợ p của

lực nén và lực kéo, ký hiệu σu,

1.5. Độ dai va đậ p

Hiện tr ạng chống lại tải tr ọng động của chất dẻo thườ ng có thể phân tích

bằng k ết quả kiểm tra độ dai va đậ p. Thực hiện trên thiết bị Charpy – dùng

con lắc dao động (búa) để phá vỡ mẫu thử đượ c k ẹ p chặt hai đầu, xác định

công va đậ p riêng trên một đơ n vị diện tích mẫu thử. Đơ n vị kj/m2

.1.6. Modun đàn hồi

Đặc tr ưng cho độ cứng của vật liệu hoặc đặc tr ưng cho tính chất của vật

liệu, mà dướ i tác dụng của một lực đã cho thì sự biến dạng của mẫu thử xảy ra

đến mức nào. Vật liệu đàn hồi lý tưở ng, trong quá trình chịu tải, cho đến giớ i

hạn chảy thì độ dãn dài tỷ lệ thuận vớ i ứng suất. Hệ số tỷ lệ chính là modun

đàn hồi, ký hiệu là E, đơ n vị N/mm2.

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON



2


1.7. Độ cứng

Cách xác định giống như xác định độ cứng của kim loại. Tính theo phươ ng

pháp Brinell.

1.8.

Các tính chất phụ thuộc vào thờ i gianKhi chất dẻo chịu tải, thể hiện khác biệt vớ i các vật liệu kim loại, gỗ . . .

Có một vài khái niệm chỉ dành riêng cho chất dẻo

1.9. Các tính chất nhiệt học:

Bền nhiệt: xác định thông qua sự biến dạng nhất định của mẫu dướ i tác

dụng của một tải tr ọng cơ học nào đó, ở một nhiệt độ nhất định.

Bền lạnh: xác định bằng nhiệt độ r ạn vỡ .

Dãn nở nhiệt: khả năng dãn nở của vật liệu theo nhiệt độ

Nhiệt dung: Nhiệt lượ ng cần thiết để nâng 1kg chất dẻo lên 1độ (jun/kg.độ)

1.10. Độ bền hoá học

Khả năng chống lại tác dụng của các hoá chất của chất dẻo. Độ bền đượ c

xác định các vị trí có thể tấn công dễ dàng nhất của các mạch plymer.

1.11. Các tính chất lão hoá:

Các sản phẩm chất dẻo biến đổi tính chất khi làm việc ngoài tr ờ i – lão hoá.

Các yếu tố môi tr ườ ng như nhiệt độ , độ ẩm, ánh sáng, các bức xạ năng lượ ng

lớ n làm giảm tuổi thọ của sản phẩm. Đánh giá mức độ lão hoá thông qua thí

nghiệm kiểm tra lão hoá, suy ra từ sự biến đổi các tính chất quang điện, điện.

Quá trình kiểm tra thực hiện trong một khoảng thờ i gian nhất định và quan sát

sự biến đổi các tính chất cần kiểm tra.

2. Các đặc trư ng gia công

2.1. Phân tử lượ ng và độ trùng hợ p

Hai tính chất này phụ thuộc lẫn nhau. Hợ p chất có nhiều thành phần hoá

học như nhau, khi tăng phân tử lượ ng tính chất cơ học cũng đượ c hoàn thiện

hơ n, độ bền hoá học, lão hoá cũng tăng theo. Khi phân tử lượ ng cao, polymer

chảy khó khăn do độ nhớ t tăng.

2.2. Tr ọng lượ ng thể tích và hệ số lèn chặt





3


Các định lượ ng bằng thể tích là đơ n giản và r ẻ. Nhưng thiếu chính xác so

vớ i định lượ ng bằng tr ọng lượ ng. Để định lượ ng thể tích cầ biết khối lượ ng

thể tích của vật liệu, giá tr ị này thườ ng đo bằng g/cm3.

Thực tế, để xác định khoang nạ p liệu, chúng ta cần biết hệ số lèn chặt. Hệ số này đượ c định ngh ĩ a là thể tích một đơ n vị khối lượ ng vật liệu hạt hoặc tơ i

xố p vớ i thể tích của nó sau khi đượ c ép tạo lướ i (hoặc lèn chặt).

2.3. Đặc tr ưng chảy của chất dẻo

Hiện tr ạng chảy của chất dẻo phụ thuộc cấu trúc riêng của đại phân tử (độ

trùng hợ p, hình dạng phân tử). Ngoài ra tr ạng thái chảy của chất dẻo còn phụ

thuộc tốc độ chảy, nhiệt độ dòng vật liệu chảy ra.

2.3.1. Nhự a nhiệt d ẻo

Chỉ số chảy (melt flow index , MIF)

Thử nghiệm xoắn ốc

Giá tr ị K

* Xem l ại trong giáo trình Hoá lý polymer

2.3.2. Nhự a nhiệt cứ ng

Đo độ dài đườ ng chảy

Do thờ i gian chảy

Kiểm tra nhào tr ộn.

* Xem l ại trong giáo trình Hoá lý polymer






1

CHƯƠ NG 2

THIẾT BỊ ĐÙN

1. Giớ i thiệu

Nhiệm vụ chính của thiết bị đùn là tạo nên áp suất đủ lớ n để đẩy vật liệu

qua khuôn. Áp suất này phụ thuộc: cấu trúc hình học của khuôn, tính chất

dòng chảy của vật liệu và tốc độ chảy.

Plastics extrunder (thiết bị đùn nhựa): di chuyển, bơ m nhựa.

Plasticating extrunder (thiết bị đùn gia công): không chỉ vận chuyển nhựa

mà còn làm nhuyễn hoặc nóng chảy vật liệu nhựa. Vật liệu dạng hạt r ắn đượ c

cấ p vào thiết bị và đưa nhựa đã nóng chảy đến khuôn.

Thiết bị đùn nhựa nóng chảy mà không làm chảy nhựa đượ c gọi là melt-fed

extrunder.

2. Cấu trúc máy đùn

A: tr ục vít, B: thân máy đùn (xylanh), C: thiết bị gia nhiệt, D: đầu đo nhiệt






2

E: họng cấ p liệu, F: Phễu cấ p liệu, G: giảm áp lực đẩy, H: giảm tốc bằng

bánh r ăng, I: motor, J:vùng cấ p liệu, K: vùng nén, L: vùng đẩy

3. Các loại thiết bị đùn

3.1. Loại đơ n tr ục vít

Trong công nghiệ p chất dẻo, có 3 loại máy đùn chính: đùn tr ục vít, đùn

pittông, và đùn tr ống hay đĩ a (ít sử dụng hơ n).

3.2. Loại hai tr ục vít:

Loại 2 tr ục, cùng chiều: Hai tr ục đặt cạnh nhau, quay cùng chiều vớ i nhau

(Co-rotating twin screw extrunder). Dùng ở tốc độ cao 200 – 500 vòng/phút

(rpm). Các loại thiết bị mớ i có thể đạt tốc độ 1000 - 1600 rpm.






3

Loại hai tr ục ngượ c chiều (counter-rotating twin screw extrunder): tốc độ

làm việc phụ thuộc vào ứng dụng. Sử dụng chủ yếu để phối tr ộn

(compounding), chạy ở tốc độ 200-500 rpm. Loại tốc độ thấ p hay sử dụng

hơ n, 10 – 40 rpm.

Loại ngượ c chiều có đặc tính vận chuyển tốt hơ n so vớ i loại cùng chiều.

Một đặc tính khác để phân biệt máy đùn là mức độ ăn khớ p vào nhau (screws

intermeshing) của cánh tr ục vít .

Thông thườ ng, các tr ục vít xen vào nhau. Hai tr ục vít không xen k ẻ nhau có

ưu điểm là không có tiế p xúc giữa kim loại-kim loại. Tỷ số L/D đạt đến 100:1

hay cao hơ n. L/D của tr ục vít xen k ẻ nhau thườ ng nhỏ hơ n 60:1. Một nhượ c

điểm của loại hai tr ục không ăn khớ p nhau là khả năng tr ộn bị hạn chế.

Máy đùn kiểu pittông: nhờ pitttông tạo một lực đẩy vật liệu đi qua khuôn

(Fig.5). Loại này có vùng đẩy liệu tốt, tạo đượ c áp suất cao. Nhượ c điểm là

khả năng làm nóng chảy vật liệu thấ p. Thiết bị có thể hoạt động liên tục, tốc

độ dây chuyền r ất thấ p, từ 25-75 cm/h.

3.3. Các thành phần của thiết bị đùn

3.3.1. Tr ục vít

Hình tr ụ dài, có các cánh xoắn xung quanh. Các chức năng của tr ục vít -

vận chuyển, gia nhiệt, nóng chảy và tr ộn vật liệu nhựa. Độ ổn định của quá

trình làm việc, chất lượ ng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào tr ục vít.






4

Các thông số quan tr ọng của tr ục vít

Chiều dài tr ục vít (L) khoảng 15D – 30D; đườ ng kính D; chiều sâu rãnh vít

(h); Bề dày của cánh vít (axial flight width); Bướ c vít (Pitch); Góc nghiên của

cánh vít (Helix angle)






5






6

3.3.2. Thân của máy đ ùn

Có dạng hình tr ụ. Bên trong đượ c phủ vật liệu cứng, chống mài mòn. Trên

thân máy, có các lỗ thông khí đề thoát các chất bay hơ i có trong nhựa - gọi là

quá trình tách khí (devolatilization). Ví dụ như tách lượ ng ẩm trong nhựa hút

ẩm.

3.3.3. C ấ p liệu

Bộ phận cấ p liệu đượ c nối vào thân máy đùn. Họng cấ p liệu (feed throat)

có hệ thống nướ c làm mát tránh hiện tượ ng nóng chảy vật liệu, dính vào thành

thiết bị. Chiều dài của họng khoảng 1,5 lần , r ộng khoảng ¾ đườ ng kính của

thân máy đùn.

Một số máy đùn không có họng cấ p liệu, liệu đượ c đưa tr ực tiế p vào thân

máy đùn. Ư u điểm: chi phí thấ p, ít chi tiết, không khó khăn để bố trí họng cấ p

liệu vớ i thân máy đùn. Nhượ c điểm: r ất khó tạo đượ c cách nhiệt giữa vùng

nhiệt độ cao thân máy vớ i vùng nhịêt độ thấ p họng cấ p liệu, r ất khó làm lạnh

họng cấ p liệu.






7

Phễu nạ p liệu đượ c thiết k ế sao cho đảm bảo dòng vật liệu chảy ổn định.

Có các thiết bị hỗ tr ợ để giúp quá trình nạ p liệu ổn định.






8

3.3.4. Gia nhiệt và làm l ạnh

Các thiết bị gia nhiệt bằng điện đượ c đặt dọc theo thân máy đùn. Các máy

đùn thườ ng có ít nhất 3 vùng nhiệt độ dọc theo chiều dài của thân máy đùn.

Các máy đùn dài hơ n, có trên 8 vùng nhiệt độ. Mỗi vùng có hệ thống gia nhiệt

và làm lạnh riêng, có sensor đo nhiệt độ. Nhiệt độ thườ ng đo bên trong thân

máy. Khuôn có thể có một hay nhiều vùng nhiệt độ phụ thuộc vào độ phức

tạ p của nó. Khuôn thườ ng đượ c gia nhiệt, ít khi phải làm lạnh.

Thân máy đùn phải làm lạnh nếu nhiệt độ của nhựa tăng, tránh làm nhiệt độ

của thân máy đùn tăng quá giớ i hạn cho phép. Điều này cũng xảy ra tươ ng tự

khi đùn nhựa có độ nhớ t cao, tốc độ đùn lớ n. Làm lạnh có thể bằng không khí.

Quạt gió đặt ở phía dướ i máy đùn, mỗi quạt làm lạnh cho mỗi vùng.

Khi cần lấy đi một lượ ng nhiệt lớ n, có thể dùng nướ c. Máy đùn hoạt động

tốt nhất khi tr ục vít cấ p đủ năng lượ ng cho quá trình, gia nhiệt hoặc làm lạnhcũng sẽ ít đi. Do vậy, vớ i máy đùn tr ục vít đơ n, làm lạnh bằng không khí là

đủ. Nướ c làm lạnh quá nhanh sẽ gây khó khăn cho việc khống chế đúng nhiệt

độ.

3.3.5. Đun nóng và làm l ạnh tr ục vít

Tr ục vít đượ c đun nóng hay làm lạnh phía bên trong tr ục vít, chất lỏng trao

đổi nhiệt tuần hoàn bên trong.






9

3.3.6. T ấ m chắ n (breaker plate)

Đượ c đặt ở cuối thân máy đùn, là một tấm kim loại dày, dạng đĩ a, có lỗ.

Mục đích chính: đỡ các lướ i lọc, ngăn cản chuyển động xoáy của nhựa

nóng chảy khi ra khỏi tr ục vít. Tấm chắn hướ ng nhựa chảy theo một đườ ng

thẳng vào khuông. Có thể k ết hợ p bộ phận khuấy đảo vào tấm chắn này. Tấmchắn khuấy đảo này có nhiều rãnh nhỏ dần, sẽ chia nhỏ dòng chảy, kéo dài

dòng chảy.Thiết bị này sẽ cải thiện khuấy đảo phân bố và phân tán.

Lướ i lọc nhiện vụ: giữ lại các tạ p chất. Thông thườ ng, nhiều tấm lọc đượ c

k ết lại vớ i nhau, bắt đầu là tấm lướ i thô, tiế p đến là các tấm lướ i có kích thướ c

nhỏ dần, r ồi một tấm lướ i thô, áp sát vào tấm chắn. Tấm lướ i thô sau cùng chỉ

làm nhiệm vụ đỡ tấm lướ i tinh. Sắ p xế p các lướ i lọc tạo nên hộ p lọc (screen

pack)

3.3.7. H ộ p l ọc (screen pack)






10

Ngoài chức năng lọc các tạ p chất, hộ p lọc còn làm tăng khuấy tr ộn trong

máy đùn. Hộ p lọc thườ ng gồm: lướ i lọc 20 mesh, tiế p đến là 40, 60, 80, lướ i

20 mesh đượ c áp sát vào tấm chắn. (mesh: số dây kim loại đan lướ i trên 1

inch - 25mm, mesh càng cao, lỗ lướ i càng nhỏ).

Micron rate: kích thướ c hạt có thể đi qua lướ i lọc.

So sánh các vật liệu làm lướ i lọc

3.3.8. Đầu t ạo hình (The Extrunsion Die)

Đầu tạo hình đặt ở đầu ra của máy đùn. Tạo ra sản phẩm vớ i hình dạng

mong muốn. Đầu tạo hình dạng vành khuyên (annular die) dùng tạo ống, bọc

dây điện. Đầu tạo hình có khe (slit die) dùng tạo màng mỏng, tấm. Đầu đùn

circular die dùng để tạo sản phẩm dạng sợ i, que. Đầu tạo hình profile để tạo

các sản phẩm có các hình dạng khác. Đầu tạo hình đượ c định danh theo loại

sản phẩm nên ta có thể gọi: đầu tạo hình tấm, màng mỏng . . .






11

Kênh dẫn vào của đầu tạo hình đượ c thiết k ế phù hợ p vớ i đầu ra của máy

đùn. Có 3 thành phần chính của máy đùn: kênh dẫn vào (inlet chanel), mặt đa

diện (manifold) và vùng phẳng (land region). Kênh dẫn vào đượ c thiết k ế sao

cho vận tốc dòng cắt ngang của nhựa nóng chảy là không đổi trong suốt quá

trình di chuyển.






12

Trên hình Fig.17, khi nhựa vào đầu tạo hình, chảy quanh torpedo. Qua các

đầu vòng kiềng (spider legs), nhựa chảy thành dòng đều đặn. Chảy về đỉnh

chóp, sản phẩm dạng ống đượ c tạo ra.

Vì có r ất nhiều biến ảnh hưở ng đến kích thướ c và hình dạng của nhựa đùn

nên r ất khó dự đoán chính xác kích thướ c và hình dạng của nhựa khi ra khỏi

đầu tạo hình. Chính vì điều này, sẽ r ất khó khăn khi tính toán kênh dòng nhựa

chảy trong đầu tạo hình để có đượ c sản phẩm mong muốn. Thườ ng thiết k ế

đầu tạo hình chủ yếu dựa vào kinh nghiệm!!

Trên Fig.18, là một dạng điển hình của đầu tạo hình của máy đùn đồng thờ i

(coextrunsion die) hay sử dụng trong công nghiệ p. Đầu tạo hình này có thể

tạo ra sản phẩm có nhiều lớ p trong một công đoạn. Có hai hệ chính: hệ cấ p

(feed block system) và hệ nhiều lỗ (multimanifold system). Trong hệ cấ p, các

dòng nhựa khác nhau đượ c k ết hợ p và đi vào đầu tạo hình của máy đùn đơ n.






13

Loại nhiều lỗ, các dòng nhựa nóng chảy khác nhau đi vào đầu tạo hình

riêng biệt, mỗi dòng nhựa có một lỗ vào riêng. Các dòng nhựa sẽ k ết hợ p vớ i

nhau ở gần đầu ra để tạo nên sản phẩm có nhiều lớ p.

3.3.9. Động cơ Động cơ điện dùng để kéo quay tr ục vít. Tốc độ quay của động cơ 1800

rpm. Tốc độ quay của tr ục vít thườ ng 100 rpm. Do vậy cần có bộ phận giảm

tốc. Khi gắn tr ực tiế p động cơ và hộ p số - truyền động tr ực tiế p (direct drive).

Nếu truyền động qua dây đai (cu-roa) giữa động cơ và hộ p giảm tốc - truyền

động gián tiế p (indirect drive).

Động cơ DC đượ c sử dụng trong những năm 90, bây giờ thườ ng sử dụngđộng cơ AC.

Screw Speed Variation at Different Screw Speeds






14

Cần phải sử dụng bộ giảm tốc, vì tốc độ của motor lớ n hơ n nhiều so vớ i tốc

độ của tr ục vít. Thườ ng tỷ lệ này là 15:1 đến 20:1; có thể thấ p nhất 5:1 và cao

nhất là 40:1.

Để tạo ra độ ổn định của sản phẩm, bơ m báng r ăng (gear pump) đượ c gắn

thêm vào máy đùn, đặt giữa máy đùn và đầu tạo hình. Vật liệu đi vào vùng

không gian giữa hai bánh r ăng và di chuyển lên phía tr ướ c. Khi hai bánh r ăng

bắt đầu ăn khớ p vào nhau, nhựa nóng chảy bị đẩy ra khỏi bánh r ăng và đi ra

khỏi bơ m.






15

Nhựa trong bánh r ăng đượ c bơ m bánh r ăng đẩy, tạo ra độ ổn định ở đầu ra

tốt hơ n là không có bơ m bánh r ăng. Một thuận lợ i khác là tạo ra một áp lực

hiệu quả cho máy đùn. Bơ m bánh r ăng đượ c sử dụng trong tr ườ ng hợ p: i) đùn

vớ i độ chính xác cao, yêu cầu độ ổn định ở đầu ra nhỏ hơ n 1%, ii) khi máy

đùn không tạo ra đủ áp lực, ví dụ trong máy đùn có thoát khí cần hoạt động ở

áp suất cao.

Tuy nhiên, khi sử dụng bơ m bánh r ăng cần chú ý i) khi trong nhựa có các

hạt độn có tính mài mòn cao, bánh r ăng sẽ bị mài mòn, làm giảm độ chính xác

của bơ m. ii) nhựa nóng chảy sẽ hoạt động như là chất bôi tr ơ n. Nếu nhựa lưu

lại trong bơ m lâu (15 phút hay lâu hơ n), vớ i nhiệt độ cao, nhựa sẽ phân huỷ.






16

4. Một vài dây chuyền sản xuất có sử dụng máy đùn

4.1. Dây chuyền tạo ống

4.2. Dây chuyền tạo màng hay tấm phẳng






17

4.3. Dây chuyền tạo màng bằng cách đúc (cast film)

4.4. Phủ nhựa lên các vật liệu khác






18

4.5. Tạo lớ p

4.6. Thổi màng






19

4.7. Tr ộn bằng máy đùn

4.8. Dây chuyền đùn profile






20

5. Các công đoạn của thiết bị đùn

Các chức năng của máy đùn: vận chuyển chất r ắn, nóng chảy hoặc làm

nhuyễn dẻo, tr ộn, vận chuyển vật liệu dạng nóng chảy, tách khí, định hình sản

phẩm. Các chức năng này có quan hệ qua lại lẫn nhau.

Chức năng của mỗi vùng trong máy đùn phụ thuộc hình dạng máy đùn, đặc

tính của nhựa, điều kiện hoạt động của máy. Ranh giớ i của các phần trên tr ục

vít là cố định nhưng ranh giớ i của các vùng chức năng có thể thay đổi theo

tính chất của nhựa và điều kiện hoạt động của máy đùn.

5.1. Vận chuyển vật liệu r ắn

Vật liệu sẽ di chuyển trong phễu cấ p liệu và dọc theo phươ ng bán kính của

tr ục vít. Trong phễu cấ p liệu, vật liệu di chuyển do tác dụng của tr ọng lực

(gravity induced conveying). Dọc theo tr ục vít, lực ma sát tác động lên nhựa,

cách này đượ c gọi là vận chuyển do lực kéo (drag induced conveying). Trong

vùng vận chuyển vật liệu r ắn, vùng nóng chảy, vùng vận chuyển vật liệu nóng

chảy, vật liệu vận chuyển đượ c cũng theo cơ chế này.

5.1.1. C ơ chế tr ọng l ự c

Dòng chảy khá phức tạ p trong vùng này. Khi vật liệu gồm hạt có kích

thướ c lớ n, nhỏ, hạt nhỏ tách khỏi các hạt lớ n, tạo nên dòng chảy không ổn

định trong phễu. Điều này gây ra độ bất ổn định ở đầu ra của máy đùn.

Vớ i các vật liệu khó thao tác: phân bố kích thướ c hạt trong một vùng r ộng,

mật độ khối thấ p, máy đùn cần phải cải tiến để hoạt động có hiệu quả - đườ ng

kính vùng cấ p liệu lớ n hơ n ở vùng xế p đặt (metering section, vùng đẩy); hoặc

dùng phễu cấ p liệu có vít tải. Trong một số tr ườ ng hợ p có thể dùng vùng cấ pcó rãnh xoắn. Các tính chất khối quan tr ọng: mật độ khối, độ nén, hệ số ma

sát trong, hệ số ma sát ngoài, kích thướ c và phân bố kích thướ c, hình dạng và

phân bố hình dạng hạt.

Mật độ khối là khối lượ ng riêng của vật liêu, k ể cả thể tích khoảng tr ống

giữa các hạt (khối lượ ng/thể tích). Mật độ khối của vật liệu sau khi tạo hạt






21

thườ ng bằng 60% mật độ thông thườ ng. Nếu vật liệu có mật độ khối nhỏ hơ n

30% mật độ thực, việc vận chuyển sẽ gặ p r ắc r ối, cần phải thay thiết bị. Vật

liệu có độ nén cao sẽ khó thao tác, dễ gặ p tr ở ngại trong phễu cấ p liệu.

Hệ số ma sát trong là ma sát giữa các hạt nhựa vớ i nhau. Hệ số ma sát

ngoài là ma sát giữa các hạt nhựa và các bề mặt khác như bề mặt xy lanh máy

đùn. Việc vận chuyển hiệu quả khi cả ma sát trong và ngoài đều nhỏ. Để vận

chuyển dọc máy đùn hiệu quả, ma sát thành máy đùn phải cao, ma sát tr ục vít

nhỏ.

Thiết k ế phễu cấ p liệu ảnh hưỏng lớ n đến dòng chảy trong phễu. Nên tránh

việc đọng lại vật liệu trong phễu. Phễu có tiết diện hình tròn tốt hơ n tiết diện

vuông hoặc chử nhật.

Để đảm bảo dòng chảy trong phễu ổn định, có thể: i)khuấy đảo nhẹ vật

liệu, tách vật liệu ra khỏi thành phễu, có hiệu quả vớ i các vật liệu có độ bám

dính cao, ii) tạo rung động để tránh tắc phễu, phá liên k ết cầu (bridge) giữa

các vật liệu, iii) dùng vít xoắn trong phễu (crammer feeder) để cấ p liệu.






22

Độ mở của họng cấ p liệu cũng ảnh hưở ng đến sự vận chuyển của vật liệu

trong máy đùn. Vớ i loại vật liệu có độ chảy khối thấ p, cần mở r ộng họng tiế p

liệu theo chiều của di chuyển của cánh tr ục vít.

5.1.2. V ận chuyể n do l ự c kéo

Do lực ma sát nhựa sẽ vận chuyển dọc theo chiều dài của tr ục vít. Khi tr ục

vít quay, lực ma sát giữa nhựa và tr ục vít đẩy vật liệu lên phía tr ướ c. Lực ma

sát nào làm cho vật liệu vận chuyển lên phía tr ướ c và lực nào giữ vật liệu lại.

Khi vật liệu chuyển lên phía tr ướ c do tr ục vít quay, dườ ng như lực ma sát

giữa nhựa và tr ục vít làm cho vật liệu tiến lên phía tr ướ c.

Nghe có vẻ hợ p lý, nhưng thực ra không hoàn toàn diễn ra như vậy. Lực

ma sát tại thành máy đùn đã đẩy vật liệu tiến lên phía tr ướ c. Nếu thành máy

đùn không có ma sát, vật liệu sẽ r ơ i vào các rãnh của tr ục vít và chỉ có chuyển

động tròn. Thực vậy, ma sát trên thành máy đùn là điều kiện cần để vận

chuyển vật liệu lên phía tr ướ c. Không có ma sát sẽ không có vận chuyển.

5.1.3. C ấ p nghèo vật liệu (starve feeding)

Vật liệu r ơ i tr ực tiế p vào tr ục vít, không lưu lại ở phễu cấ p. Vật liệu phủ

một lớ p trên rãnh vít chỉ bằng vài lần đườ ng kính tr ục. Khi rãnh tr ục vít

không đầy hoàn toàn, áp suất trên vật liệu nhựa sẽ không tăng, ít nhiệt sinh ra

do ma sát và khuấy tr ộn.






23

Cách cấ p liệu này sẽ giảm chiều dài hiệu quả của máy đùn, có lợ i nếu máy

đùn dài hơ n chiều dài cần thiết trong quá trình gia công. Tuy nhiên, khi chiều

dài tớ i hạn, cách cấ p liệu này sẽ dẫn đến hoạt động kém hiệu quả.

Vớ i máy đùn hai tr ục vít tốc độ cao, cách cấ p liệu này khá phổ biến. Vớ i

máy đùn đơ n tr ục thì ít phổ biến hơ n. Kiểu cấ p liệu này còn giảm tải cho động

cơ của máy đùn, giảm nhiệt độ tạo ra khi nhựa nóng chảy, có thể bổ sung

nhiều thành phần phối tr ộn chỉ cần một cổng cấ p liệu.

Trong công đoạn tr ộn, phối tr ộn cấ p nghèo vật liệu hay đượ c sử dụng vì có

thể loại bỏ đượ c sự vón cục của chất độn.

5.1.4. C ấ p liệu có rãnh xoắ n

Động lực để vận chuyển vật liệu là lực ma sát của bề mặt thành trong của

máy đùn. Lực ma sát có thể bị ảnh hưở ng bở i nhiệt độ thành xy lanh. Tuy

nhiên ảnh hưở ng này không lớ n. Một phươ ng pháp để tăng ma sát thành

xylanh là gia công các rãnh ở bề mặt trong. Việc này sẽ ảnh hưở ng khá lớ n

đến đặc tính cấ p liệu của máy đùn. Rãnh thườ ng chạy dọc theo thân máy,

chiều dài khoảng vài lần đườ ng kính. Phía ngoài các phần có rãnh, thườ ng

đượ c làm lạnh để tránh nhựa nóng chảy tại các vị trí này.

Trên hình Fig.34, các rãnh ở phần cấ p liệu của máy đùn có thể điều chỉnh

đượ c. Có thể thay đổi cách vận chuyển vật liệu phù hợ p vớ i đặc tính của nhựa

và cấu trúc máy đùn. Có thể điều chỉnh trong lúc máy đang vận hành.






24

Nhu vậy, có thể đặt cố định độ sâu của rãnh để có đượ c dao động áp lực là

nhỏ nhất tại đầu ra của máy đùn.

Một vài ưu điểm: 1)năng suất ít phụ thuộc vào áp lực ra nên độ ổn định của

quá trình đùn đượ c cải thiện 2) năng suất cao hơ n 3) có thể đùn loại nhựa có

khối lượ ng phân tử cao

Nhượ c điểm: 1)Phải làm lạnh phần có rãnh để tránh hiện tượ ng nóng chảy

nhựa trong rãnh. Điều này làm giảm hiệu suất năng lượ ng và máy đùn hoạt

động phức tạ p, 2) Xuất hiện ứng lực (stress) cao trong rãnh, gây mài mòn.

Cần quan tâm đến việc lựa chọn vật liệu, 3) Áp suất trong rãnh lớ n, 70 – 140

Mpa. Thành máy đùn phải chịu đượ c áp suất lớ n. 4)Máy đùn loại này đượ c

thiết k ế đặc biệt. Nếu thiết k ế bình thườ ng sẽ gặ p khó khăn như quá nhiệt của

nhựa, lớ p kim loại chống mài mòn 5) Tải tr ọng lớ n cho động cơ , lực xoắn cho

tr ục vít lớ n.

Để tăng hiệu quả vận chuyển, ngoài tăng ma sát của thành máy đùn, còn có

thể giảm ma sát trên tr ục vít. Thực hiện bằng cách: thiết k ế tr ục vít thích hợ p,nhiệt độ tr ục vít, vật liệu làm tr ục vít.






25

Giảm ma sát tr ục vít có thể thực hiện bằng việc đốt nóng bên trong tr ục vít

(dùng dầu để trao đổi nhiệt). Một cách khác, đặt bộ phân gia nhiệt bên trong

tr ục vít. Xử lý hoặc phủ một lớ p kim loại khác lên bề mặt tr ục vít có thể giảm

ma sát bề mặt.

5.2. Nóng chảy

Nóng chảy trong máy đùn xảy ra khi nhựa đạt đên nhiệt độ nóng chảy. Cóhai dạng nóng chảy xảy ra trong máy đùn

5.2.1. Nóng chả y tiế p giáp(contiguous solid melting CSM)

Các hạt r ắn bị nén chặt, quay dọc theo chiều dài của kênh tr ục vít. Một lớ p

nhựa nóng chảy mỏng hình thành giữa các hạt r ắn và thân máy đùn. Nóng

chảy thườ ng xảy ra giữa bề mặt tiế p xúc pha giữa hạt r ắn và màng nhựa nóng

chảy.






26

Nhựa tiế p tục nóng chảy đượ c thu vào trong màng nhựa, nhưng bị đẩy ra,

ép vào cánh tr ục vít đang hoạt động. Kiểu này thườ ng thấy vớ i máy đùn đơ n

tr ục vít.

5.2.2. Nóng chả y phân tán (dispersed solid melting DSM)

Các hạt r ắn phân tán trong một môi tr ườ ng nóng chảy. Chúng giảm kích

thướ c cho đến khi chảy hoàn toàn. Kiểu nóng chảy này thườ ng thấy trong

máy đùn hai tr ục vít, máy đùn đơ n tr ục phối tr ộn. Theo chiều dài của tr ục,

nóng chảy xảy ra ở điểm 1 – 2D. Trong máy đùn đơ n tr ục chiều dài này là 10-15D






27

Đây là điểm khác biệt quan tr ọng của máy đùn đơ n tr ục và hai tr ục vít.

Trong máy đùn đơ n tr ục vít, vùng vận chuyển và nóng chảy của vật liệu

khoảng 15-20D. Điều này có ngh ĩ a trong máy đùn 25L/D, không nhiều

khoảng tr ống cho viêc vận chuyển nóng chảy, tr ộn và tách khí. Nếu tách khí,

chiều dài của máy đùn phải 30-35D. Trong máy đùn hai tr ục vít, vùng vận

chuyển và nóng chảy vật liệu chỉ có thể r ộng đến 5-6D. Nếu máy đùn hai tr ục

vít dài 30D, có ngh ĩ a vẫn còn không gian cho tr ộn, tách khí, phản ứng hoá

học. Do đó máy đùn hai tr ục sủ dụng linh hoạt hơ n máy đùn đơ n tr ục.

Lý thuyết CSM do Tadmor phát triển những năm 60. Chúng ta có thể xác

định sự ảnh hưở ng của tính chất nhựa, điều kiện gia công, cấu trúc của tr ục vít

đến nóng chảy của nhựa.

Có hai nguồn nhiệt cho nóng chảy. Nguồn nhiệt từ bên ngoài thân, qua

màng nhựa nóng chảy r ồi đến lớ p vật liệu. Một nguồn khác là nhiệt nhớ t

(viscous heating) trong màng nhựa nóng chảy. Lượ ng nhiệt nhớ t này xác định

bằng độ nhớ t của vật liệu và tốc đô tr ượ t trên màng nóng chảy.

Cơ chế nóng chảy này đượ c gọi là di chuyể n nóng chả y do kéo (drag

induced melt removal). Vật liệu nóng chảy khi tạo ra thêm vào màng nóng

chảy bị kéo ra khỏi vùng nóng chảy do tr ục vít quay. Do vậy, màng nóng chảy

còn lại r ất mỏng, giớ i hạn duy trì tốc độ nóng chảy cao. Nếu các chất vừa bị

nóng chảy không đượ c đẩy ra, chiều dày màng nóng chảy sẽ tăng dần, hiệu

suất nóng chảy giảm nhanh chóng. Lý do này để giải thích trong máy đùn đơ n

tr ục, hiệu suất nóng chảy cao hơ n nhiều so vớ i máy đùn pittông và cũng là lý

do trong các máy đùn thổi lớ n, thườ ng sử dụng máy đùn tr ục vít hơ n là máyđùn pittông (ram extrunder).

Chiều dày của màng nóng chảy rõ ràng là một thông số quan tr ọng trong

quá trình nóng chảy. Màng nóng chảy mỏng là quan tr ọng để duy trì hiệu suất

nóng chảy cao. Khi màng nóng chảy mỏng, sẽ tạo ra nhiệt nhớ t cao trong

màng nóng chảy và nhiệt từ thành máy đùn truyền đến khối vật liệu r ắn nhanh






28

chóng hơ n. Chiều dày ban đầu của màng nóng chảy là khoảng hở của cánh

tr ục vít (flight clearance). Khoảng hở càng lớ n, màng nóng chảy càng dày.

Tr ục vít hay thành máy đùn bị mòn sẽ làm tăng khoảng hở , sẽ ảnh hưở ng

không tốt đến quá trình nóng chảy của nhựa và hoạt động chung của máy đùn.

Khi tăng nhiệt độ thành xylanh, nhựa đượ c cấ p nhiều nhiệt để nóng chảy.

Nhiệt độ cao, độ nhớ t của màng nhựa nóng chảy, sinh nhiệt nhớ t giảm. Nếu

giảm sinh nhiệt nhớ t nhiều hơ n nhiệt thân máy đùn thì hiệu ứng tổng cộng là

giảm tốc độ nóng chảy. Điều này nghe có vẻ không đúng. Tuy nhiên, khi tốc

độ tr ục vít cao, nhiệt sinh ra chủ yếu là nhiệt nhớ t.

Góc xoắn của cánh tr ục vít ảnh hưở ng lớ n đến hiệu quả nóng chảy. Khi góc

tăng, để nóng chảy hoàn toàn, chiều dài nóng chảy trên tr ục giảm. Hiệu quả

nóng chảy cao nhất khi góc nghiêng 90o. Góc nghiêng này tốt cho việc nóng

chảy





1


CHƯƠ NG 3

ĐÚC PHUN

(INJECTION MOLDING)

Đúc phun là một quá trình đa năng, tạo ra sản phẩm từ vài gam đến 150kg.

Nhựa nóng chảy đượ c đưa vào khuôn đúc, làm lạnh cho đến khi nhựa đóng

r ắn. Sản phẩm lấy ra và quá trình đượ c lậ p lại.

Đúc khuôn: năng suất cao, độ chính xác cao, tạo đượ c sản phẩm có hình

dạng phức tạ p. Vớ i nhựa nhiệt dẻo, 90% sử dụng đúc phun. Đúc phun liên

quan đến 1/3 sản lượ ng nhựa tiêu thụ để gia công nhựa nhiệt dẻo.Công nghệ đúc phun gồm: máy đúc phun, khuôn đúc, thiết bị cấ p liệu và

vận chuyển, sấy, điều chỉnh nhiệt độ, làm lạnh, thiết bị điều khiển tự động.

1. Thiết bị đúc phun (injection molding)

Gồm có 3 phần chính: cụm phun, bàn k ẹ p và hệ thống điều khiển. Thiết bị

phun làm hoá dẻo và phun nhựa. Bàn k ẹ p đỡ , đón, mở khuôn, tháo sản phẩm.Cụm phun đẩy đầu phun tiế p xúc vào rãnh rót của khuôn, nóng chảy nhựa,

phun nhựa nóng chảy vào khuôn, tạo và duy trì áp suất.





2

Trên hình 5.55 là thiết bị đúc phun đơ n cấ p pittông (single stage plunger),

nóng chảy nhựa bằng cách cấ p nhiệt từ thành, đẩy nhựa bằng pittong thuỷ lực.

Loại này có nhượ c điểm: lượ ng nhựa phun nhỏ (<435cm3

) (limited shot size),khó điều chính lượ ng nhựa, nóng chảy và khuấy tr ộn kém, nhiệt nóng chảy

phân bố không đều, thờ i gian lưu dài, phân bố thờ i gian lưu r ộng, tổn thất áp

suất cao. Tuy nhiên thiết bị này vẫn đượ c sử dụng vớ i các sản phẩm r ất nhỏ.

Thiết bị pittong tr ục vít hai giai đoạn (two stage screw plunger machines).

5.56






3

Dùng tr ục vít để nóng chảy nhựa, pittong thủy lực riêng biệt để phun nhựa

vào khuôn. Hai chức năng hoá dẻo và phun đượ c tách biệt có thể cải thiện quá

trình nóng chảy và khuấy tr ộn polymer nóng chảy, lượ ng nhựa phun lớ n, dễ

không chế lượ ng nhựa phun, tổn thất áp suất nhỏ, thờ i gian cho mỗi chu k ỳ

ngắn lại. Loại này áp dụng vớ i: sản phẩm lớ n, có chiều dài chảy dài lớ n (longflow length).

Thiết bị phun tr ục vít chuyển động qua lại một giai đoạn (single stage

reciprocating screw injection units), tr ục vít quay để hoá dẻo (plasticate)

polymer, chuyển động thẳng để phun nhựa nóng chảy. (hình 5.57)






4

Trên hình 5.58, thiết bị phun có hai bộ phận chính: hoá dẻo và tr ượ t

Bộ phận hoá dẻo gồm: phễu, họng cấ p liệu, thân, tr ục vít, động cơ và đầu

phun (nozzle). Khi hoá dẻo nhựa, thiết bị này (tr ục vít chuyển động qua lại

đơ n cấ p) hoạt động như máy đùn. Hạt nhựa r ắn đưa vào phễu, qua họng cấ p

liệu, vào tr ục vít. Tuy nhiên, tr ục vít đúc phun không giống như tr ục vít máy

đùn, đầu cuối là van một chiều (nonreturn valve). Khi nhựa nóng chảy đi qua

valve, nó không quay tr ở lại phía họng cấ p liệu trong pha phun của chu k ỳ

đúc. Đầu phun tiế p xúc vớ i khuôn đúc, đầu phun mở , nhựa đượ c đẩy ra. Vì

vậy, dòng nhựa phun ra đượ c rãnh của bộ phận làm lạnh chặn lại, nhựa bị giữ

lại ở phần giữa van một chiều và đầu phun. Áp suất tạo ra từ nhựa nóng chảy






5

đẩy tr ục vít tr ở lại đến khoảng cách đã định tr ướ c, đến một giớ i hạn nhất định,

động cơ tr ục vit sẽ dừng lại. Một lượ ng nhựa phun đượ c xác định. Trong quá

trình phun, tr ục vít bị đẩy lên phía tr ướ c nhờ pittong thuỷ lực hay động cơ

điện. Nhựa nóng chảy sẽ đượ c đẩy vào khuôn nhờ đầu phun.

Thân máy đúc phun thườ ng ngắn hơ n so vớ i thân máy đùn. L/D thông

thườ ng từ 18:1 đến 24:1, 22:1 đến 26:1 vớ i máy hoạt động nhanh, 28:1 vớ i

máy đúc phun có thoát khí.






6

Hình 5.60 là các dạng van một chiều (nonreturn valve). Van vòng tr ượ t

(slinding ring valve) đượ c đẩy lên phía tr ướ c trong quá trình hoá dẻo, đượ c






7


đẩy ngượ c tr ở lại khi quá trình phun bắt đầu. Loại van này tạo dòng chảy tốt,

phù hợ p vớ i nhiều loại vật liệu, tổn thất áp suất nhỏ. Tuy nhiên quá trình

chuyển động của van gây ra mài mòn, rò vật liệu đặc biệt khi sợ i thuỷ tinh

chèn vào vòng. Loại này sử dụng nhiều vớ i loại vật liệu có độ nhớ t cao, đúc phun có thoát khí.

Van bi, quả cầu bi đượ c đẩy lên phía tr ướ c khi hoá dẻo nhựa, đẩy lui phía

sau khi phun nhựa. Loại này dễ điều khiển lượ ng nhựa phun, nhưng dòng

chảy bị hạn chế nhiều, áp suất tổn thất nhiều, gây mài mòn thành xylanh

nhiều hơ n loại vòng tr ượ t. Sử dụng thích hợ p vớ i vật liệu có độ nhớ t thấ p,

không phối tr ộn.

Khi không sử dụng van một chiều, đầu nhọn bôi tr ơ n đượ c lắ p vào cuối

tr ục vít. Tuy không hạn chế dòng chảy nhưng để cho nhựa chảy ngượ c phía

sau. Đượ c sử dụng vớ i vật liệu có độ nhớ t cao, nhạy nhiệt như PVC cứng.

Đầu phun (nozzle) đưa nhựa vào khuôn đúc vớ i tổn thất áp suất nhỏ nhất.

Có 3 loại đầu phun:

Kênh hở (open chanel): không có van cơ khí đặt giữa thân máy và khuôn

đúc, khoảng cách phun ngắn nhất, dòng nhựa nóng chảy không bị cản tr ở . Vớ i

nhựa có độ linh động lớ n, đầu phun nhỏ hơ n và to dần tr ướ c khi vào đậu rót.

Internally actuated shutoff nozzle: đượ c giữ chặt bở i lò xo. Đượ c mở ra do

áp lực phun nhựa.

Externally actuated shutoff nozzle: hoạt động nhờ piston thuỷ lực.

Tr ục vít của đúc phun quay nhờ động cơ điện đượ c nối vớ i bộ giảm tốc.

Động cơ truyền dẫn cho tr ục vít có thể đặt giữa piston thuỷ lực và tr ục vít.

Cụm phun có thể tr ượ t trên rãnh. Dễ r ửa sạch khi thay loại nhựa khác, hay

loại các tạ p chất bẩn trong máy. Ví trí của cụm phun có thể thay đổi phù hợ p

vớ i vị trí của đậu rót vớ i các loại khuôn và đầu phun khác nhau. Lực tiế p xúc

của cụm phun ngăn nhựa rò r ỉ ở tiế p xúc đầu phun và đậu rót. Bảng dướ i đây,

lực tiế p xúc tăng vớ i kích thướ c của ngàm k ẹ p.





8

Cụm phun đượ c đặc tr ưng bở i: lượ ng nhựa phun (shot size), áp lực phun

cực đại, khả năng hoá dẻo và tốc độ thu hồi, vận tốc phun cực đại . . . Shot

size là khối lượ ng hay thể tích của nhựa có thể phun ra mỗi một lần phun.

Kích thướ c của cụm phun đượ c xác định qua lượ ng nhựa cực đại có thể cấ p

vớ i một lần chuyển động lên phía tr ướ c của tr ục vít máy phun. Ở Mỹ, shot

size đượ c xác định (đơ n vị ounce) theo nhựa polystyrene (general purpose

polystyrene). Ở Châu Âu, dung lượ ng nhựa phun đượ c xác định là thể tích

(cm3) nhựa di chuyển vớ i áp suất phun la 100Mpa.

Áp lực phun cực đại là áp suất lớ n nhất có thể đạt đượ c khi phun. Áp lực

trên nhựa nóng chảy tăng vì đườ ng kính tr ục vít thườ ng nhỏ hơ n đườ ng kính

của xylanh phun. Áp suất phun Pinj đượ c tính như sau

hydinj

hydinj P

A

AP =

Ahyd diện tích của xylanh thuỷ lực, Ainj diện tích mặt cắt của tr ục vít, Phyd áp

suất thuỷ lực.

Dung lượ ng hoá dẻo và tốc độ thu hồi đượ c áp dụng theo tiêu chuẩn của

Hội Công nghiệ p nhựa (The Society of the plastics Industry). Cả hai tiêu chí

đều dựa trên k ết quả thực nghiêm vớ i nhựa Polystyrenen ở mức 50% dung

tích cực đại. Dung tích hoá dẻo là lượ ng nhựa tạo ra tính theo kg/h, tốc độ thu

hồi là thể tích đầu ra tính theo cm3/s. Vận tốc phun cực đại mm/s.






9

Cụn k ẹ p đỡ khuôn, giữ chặt khuôn khi phun, mở đóng khuôn phù hợ p, hỗ

tr ợ tháo sản phẩm, bảo vệ khuôn. Có 4 dạng k ẹ p: thuỷ lực (hydraulic), đòn

khuỷ kích hoạt động bằng thuỷ lực (hydraulically actuated toggle), đòn khuỷ

kich hoạt bằng điện và cơ -thuỷ lực. Hệ thống cụm k ẹ p đượ c mô tả ở các hìnhdướ i đây






10






11

Lực k ẹ p cực đại (maximum clamp force) là lực cần thiết giữ kín khuôn

trong quá trình phun và điền đầy khuôn (packing). Nếu lực k ẹ p khuôn không








13

2. Khuôn

Khuôn phân bố nhựa nóng chảy, tạo hình dạng cho sản phẩm, làm lạnh, lấy

sản phẩm ra. Chịu đựng đượ c: lực phun, lực đẩy sản phẩm ra, chuyển động

tịnh tiến, hướ ng chuyển động cho các bộ phận khác của khuôn.

Hình dướ i đây là cấu tạo của khuôn hai nửa (two plate mold)

Phần A hay còn gọi phần tạo hốc của khuôn (cavity half of the mold), gồm

cả tấm đỉnh của cụm k ẹ p, tấm hốc, đậu rót, vòng định vị, chốt dẫn. Phần B






14

hay còn gọi là phần lõi (core plate) gồm: tấm đỡ , tấm ép đáy, tấm lõi, ống lót

định vị, hệ thống phun.

Khuôn mở ra theo một hướ ng, sản phẩm r ơ i ra do tr ọng lực. Rãnh rót, kênh

dẫn nhựa (runner), và chi tiết dính liền nhau khi đẩy tháo sản phẩm. Loại này

sử dụng đối vớ i nhiều phươ ng pháp đúc mà không có vết phồng lên hay hõm

xuống khi tháo khuôn, sản phẩm có nhiều đặc tính tốt.

Khuông đúc ba tấm (three plate mold) có hai đườ ng phân chia. Các phần

đượ c đóng mở tự động . Không áp dụng đượ c vớ i tất cả các loại vật liệu, vật

liệu dòn sẽ vỡ khi đẩy sản phẩm ra. Hạn chế khi chọn lựa cổng rót nhựa,

nhiều phế phẩm.






15

Loại thứ 3 là khuôn xế p chống (stacked injection mold) sử dụng khi đúc hai

lớ p của sảm phẩm mà không cần tăng lực ép. Loại này có độ sai số chỉ như

loại khuôn hai tấm.

Hệ thống khuôn cũng có thể phân loại dựa vào hệ thống kênh dẫn nhựa

(runner). Vớ i khuôn có kênh dẫn nguội (cold runner mold), rãnh rót và kênh

bị đóng r ắn, bị loại bỏ khi tháo sản phẩm. Mất mát nhiều nguyên liệu.








17

Cả hai loại khuôn này có hạn chế nhất định đối vớ i một vài loại nhựa. Loại

kênh nóng, gặ p khó khăn thay đổi màu. Khuôn đúc còn có thể phân loại dựa

vào số lượ ng khoang đúc (cavity) trong khuôn. Vớ i khuôn gia đình (family

mold), nhiều phần của sản phẩm đượ c đúc đồng thờ i

Các phần cơ bản của khuông đúc đượ c mô tả ở hình dướ i đây.






18

Rãnh rót nhận nhựa từ đầu phun, phân chia và các kênh nhựa (runner).

Chiều dài của các kênh phải nhỏ nhất, áp suất r ơ i và nhiệt độ nhỏ nhất từ rãnh

rót đến khoang (cavity) đúc. Kênh nhựa có nhiều hình dạng nhưng loại tiết

diện tròn là hiệu quả nhất (loại này chi phí chế tạo cao). Đườ ng kính của kênh

nhựa xác định D branch=n1/3.D

vớ i D là đườ ng kính của kênh nhựa, D branch đườ ng kính của nhánh ngượ c

dòng. Nhựa đượ c phân phối đồng thờ i vào các khoang đúc.

Hình dướ i là các cửa nối từ kênh nhựa đến các khoang đúc.






19

3. Quá trình đúc phun

Quá trình đúc phun gồm nhiều bướ c: đóng khuôn, phun, điền đầy khoang

đúc, lưu, làm lạnh, hoá dẻo (plastication), mở khuôn, lấy sản phẩm.

Máy đúc phun hoạt động ở dạng: thao tác bằng tay, bán tự động, tự động.

Khi đầu phun và rãnh rót tiế p xúc nhau, giai đoạn phun bắt đầu. Tr ục vít

chuyển động tịnh tiến, đẩy nhựa vào khuôn qua đầu phun. Khoang đúc đượ c

điền đầy nhựa. Điểm cuối của giai đoạn này đượ c xác định bằng thờ i gian, vị

trí piston hoặc áp suất.






20

Giai đoạn packing: dòng nhựa thêm vào để bù sự co ngót của nhựa khi gặ p

khuôn lạnh.

Giai đoạn lưu: khi điền đầy k ết thúc, tạo áp suất cho đến khi đóng r ắn cổng

khuôn. Giai đoạn điền đầy và lưu, nhựa nóng chảy chuyển động đượ c xácđịnh bằng độ nhớ t và áp lực tác động lên pittong. Thờ i gian lưu đượ c kiểm

tra.

Giai đoạn làm lạnh và dẻo hoá: Thờ i gian của gian đoạn làm lạnh đượ c

kiểm soát. Trong khi làm lạnh, tr ục vít quay và nhựa đượ c dồn lại, chờ cho

lần đúc phun sau. Vì quá trình hoá dẻo cần thực hiện ngay tr ướ c khi k ết thúc

giai đoạn làm lạnh, tr ục vít cần một thờ i gian tr ể nhất định (do vậy tr ục vít

không cần phải quay chậm lại). Nhựa nóng chảy đượ c khuấy đảo thêm nhờ áp

suất ngượ c. Khi đủ lượ ng nhựa cho lần k ế tiế p, tr ục vít chuyển động ngượ c

tr ở lại (gọi là giảm áp hay hút ngượ c), làm giảm áp suất trong nhựa nóng

chảy, tránh đượ c sự rò r ỉ nhựa. Khi làm lạnh k ết thúc, đầu k ẹ p mở ra, sản

phẩm tháo ra.

Các thông số của quá trình: lượ ng nhựa phun (shot size), tốc độ phun, áp

suất phun, thờ i gian phun và các tham số của quá trình điền đầy khoang, lưu.

Nhựa có độ nhớ t cao nên chảy vào khuôn có dạng vòi phun nướ c. Dòng

nhựa nóng chảy chảy vào khoang đúc theo các sóng cơ học. Lớ p nhựa đầu

tiên bị đóng r ắn ở thành. Dòng nhựa sau có nhiệt độ cao hơ n tiế p tục chảy vào

khoang đúc. Chiều dày của lớ p đóng r ắn thay đổi theo nhiệt độ nóng chảy,

nhiệt độ khuôn, tốc độ hay thờ i gian phun.






1


CHƯƠ NG 4

ĐÚC THỔI (BLOW MOLDING)

1. Giớ i thiệu chungĐúc thổi là một quá trình gia công nhựa, nhựa nhiệt dẻo đượ c gia nhiệt đến

nhiệt độ định hình (forming temperature), tại điểm nóng chảy, nhựa đượ c tạo

hình sơ bộ. Sau đó nhựa đượ c đưa vào khuôn đã đượ c làm lạnh. Hai nửa

khuôn đóng chặt lại, không khí đượ c thổi vào trong khối nhựa đã đượ c tạo

hình sơ bộ. Hai nửa khuôn đóng kín nên nhựa sẽ đượ c tạo hình theo hình dạng

bên trong của khuôn kín. Làm lạnh và tháo khí ra. Sản phẩm đượ c lấy ra khi

hai nửa khuôn tách ra.

Đầu những năm 30, các sản phẩm như cellulose acetate, PS đượ c nghiên

cứu và sản xuất do Plax Corp. và Owens-Illinois, thiết bị đượ c tự động hoá

dựa trên nguyên tắc thổi thuỷ tinh. Những năm 40, sản phẩm LDPE (low

density polyethylene) đượ c sản xuất, tính chất bóp nén đượ c đã làm cho sản

phẩm vượ t trôi hơ n sản phẩm thuỷ tinh. Những năm 50, nghiên cứu thành

công loại nhựa HDPE. Cho đến ngày nay, sử dụng đúc thổi các sản phẩm

HDPE là nhiều nhất (loại nhựa chiếm sản lượ ng lớ n nhất trên thế giớ i, trên 1

tỷ pound).

Những năm gần đây, đúc thổi chủ yếu tạo các sản phẩm r ỗng (hollow

object). Hai hình dướ i là các máy thổi phun của Mỹ và Đức





2

2. Các loại nhự a

Hầu hết các loại nhựa nhiệt dẻo đều đượ c tạo sản phẩm bằng đúc thổi.

HDPE sử dụng trên 57% là đúc thổi. Năm 2000, có khoảng 7021 triệu pound

HDPE sản xuất nội địa. PET (polyethylene terephthalate) khoảng 33% dùng

trong đúc phun, năm 2000 khoảng 1720 triệu pound PET ở thị tr ườ ng nội địa.






3

Các loại nhựa khác như PP, PS, PVC, ABS, PC, LDPE . . . chiếm khoảng

10%.

3. Các quá trình đúc thổi

Để tạo các sản phẩm r ỗng, các loại thùng chứa ngườ i ta thườ ng áp dụng các

phươ ng pháp: đúc thổi phun (injection blow molding), đúc thổi đùn

(extrunsion blow molding) và đúc thổi kéo (strtech blow molding).

Đúc thổi phun chỉ vớ i các sản phẩm chai nhỏ (<500ml). Quá trình không

phát sinh nhựa thừa (scrap), có thể điều chỉnh chính xác khối lượ ng và hoàn

thiện sản phẩm ở cổ chai (neck finish). Tuy nhiên khó thao tác vớ i các sản

phẩm có tay cầm, chi phí cao.

Đúc thối đùn là phươ ng pháp thông dụng, có thể áp dụng vớ i các loại chai

lớ n hơ n (>250ml). Thùng chứa đến 1040l, nặng 120kg. Chi phí sản xuất r ẻ

hơ n, có thể sản đúc các sản phẩm có tay cầm, tạo cổ dễ dàng. Tuy nhiên phải

cắt bỏ nhựa thừa (r ẻo) và tái sinh chúng.

Đúc thổi kéo dùng để đúc các loại thùng lớ n từ 2l đến 237l. Các phân tử

định hướ ng hai tr ục (biaxal) nên làm tăng độ cứng, sít chặt, nhẹ.






4

4. Đúc thổi phun (injection blow molding)

Nhựa nóng chảy đượ c đưa vào khoang của phần nhựa đượ c định hình sơ

bộ, bao quanh tr ục lõi (core rod). Duy trì ở nhiệt độ này, toàn bộ đượ c chuyển

vào khoang của khuôn đúc. Thổi không khí vào để phình to phần nhựa định

hình sơ bộ, làm lạnh sản phẩm.

Phươ ng pháp Piotrowski: tr ục quay 180o, vớ i hai bộ tr ục lõi, một bộ tạo

hình sơ bộ và khoang tạo chai. Phươ ng pháp của Farkas, Moslo, Gussoni có

hai bộ tr ục lõi, một bộ tạo hình sơ bộ, hai bộ tạo chai. Khó khăn của các

phươ ng pháp này là khi tháo sản phẩm, các khuôn đúc không hoạt động.

Năm 1961, Gussoni (Ý), phát triển phuơ ng pháp 3 vị trí (3 position). Một

đầu chia nằm ngang 120o vớ i khuôn tạo hình sơ bộ chia nhỏ, khoang tạo chai,






5

3 bộ tr ục lõi. Vớ i cơ cấu này, tháo sản phẩm, tạo hình sơ bộ, đúc chai sẽ diễn

ra đồng thờ i. Nguyên lý này áp dụng cho đến ngày nay (Fig 3.).

Một đặc tr ưng quan tr ọng cần chú ý là thờ i gian vòng sấy (dry cycle time).

Đây là thờ i gian để mở k ẹ p, quay bàn xoay, đưa đến vị trí tiế p, đưa bàn xoay

vào vị trí, đóng k ẹ p hay khuôn. Thông thườ ng vớ i máy đúc 3 vị trí, thờ i gian

này là 2,8s – 3,5s.

Hình dướ i là các khoảng thờ i gian đặc tr ưng máy đúc thỏi phun.

Đúc thổi phun cần có hai khuôn: một để tạo hình sơ bộ (preform hay

parison), và một để đúc chai. Khuôn tạo hình sơ bộ có: khoang tạo hình sơ bộ,

đầu phun, phần đưa cổ chai vào, đưa tr ục lõi. Khuôn thổi gồm khoang tạo

hình chai, vòng cổ chai (neck-ring), chốt đáy (bottom-plug insert).






6






7

5. Đúc thổi đùn

Nhựa nhiệt dẻo đượ c đùn ra có dạng hình ống (gọi là parison). Tiế p tục đưa

vào khuôn hai nửa dạng lỗ. Khi khuôn đóng kín lại, khí thổi vào qua đầu kim

sẽ đẩy nhựa nở ra. Hình dạng ở khuôn đượ c đúc, làm lạnh, thoát khí ra, sản

phẩm đượ c thaos ra ngoài. Khác vớ i đúc thổi phun, quá trình này tạo ra nhựa

thừa, cần phải cắt bỏ.






8

Khi hoạt động liên tục, công đoạn đùn và tạo hình sơ bộ là liên tục. Đùn

liên tục sẽ tạo nên nhựa tạo hình sơ bộ đồng nhất, thờ i gian lưu ngắn nhất.

Các hình dướ i đây mô tả thiết bị và quá trình đúc thổi đùn liên tục








10






11

6. Đúc thổi kéo (stretch blow molding)

Phươ ng pháp này sử dụng chủ yếu vớ i các loại nhựa PET, PVC, PP và

PAN. Dựa vào tính chất k ết tinh của nhựa, parison đượ c lưu ở một nhiệt độ,

sau đo nhanh chóng kéo và làm lạnh. Để cho k ết quả tốt, nhựa cần đượ c lưu

giữ, kéo, định hướ ng chỉ trên nhiệt độ hoá thuỷ tinh Tg.






12

Phươ ng pháp mang lại cho sản phẩm: độ bền cao ở nhiệt độ thấ p, độ trong

suốt, độ bóng bề mặt, độ cứng, kín khí.

Phươ ng pháp 1 bướ c: tạo parison, kéo và thổi xảy ra trong cùng một thiết

bị. Ư u điểm là tiết kiệm năng luợ ng vì parison làm lạnh nhanh đến nhiệt độ

kéo dãn.

Phuơ ng pháp 2 bướ c: tạo parison và kéo, thổi hoạt động tách biệt nhau.Parison làm lạnh ở nhiệt độ phòng sau đó gia nhiệt đến nhiệt độ kéo dãn






1

CHƯƠ NG 5

CÔNG NGHỆ CÁN (CALENDERING)

Cán là một quá trình tạo màng, tấm nhựa. Nhựa nóng chảy dạng bột nhão

(paste) chảy qua hai hay nhiều tr ục cán có tốc độ quay điều chỉnh đượ c, quay

ngượ c chiều nhau, gia nhiệt chính xác, đượ c cuộn lại thành cuộn vớ i chiều

dày và chiều r ộng xác định. Các tr ục cán song song có bề mặt r ất phẳng, quay

cùng tốc độ. Bề mặt đượ c đánh bóng hoặc tạo hìn nổi, cứng hoặc mềm phụ

thuộc vào loại vật liệu. Sau khi hoá dẻo (plasticizing), nhựa nóng chảy dạng

paste đượ c chuyển qua máy cán nhiều tr ục.

Máy cán có thể có tử 2 đến 7 tr ục. Đượ c đăc tr ưng bở i cách bố trí: I, Z, hay

L ngượ c. Thông dụng nhất là kiểu chử L ngượ c có 4 tr ục cán và loại chử Z.

Kiểu chử Z có nhiều thuận lợ i: tấm nhựa mất nhiệt ít (vì chuyển động ngắn),

cấu trúc đơ n giản hơ n.






2

Lực tác dụng lên tr ục cán lớ n, tạo đượ c màng nhựa mỏng. Các lực lớ n có

thể gậ p tr ục cán, tạo nên màng nhựa ở giữa dày hơ n so vớ i hai biên. Điều này

khắc phục bằng: i) đặt các tr ục chéo nhau một ít, vì vậy tăng khoảng hở của

hai đầu tr ục, ii) gậ p tr ục, momen quay gậ p tr ục thực hiện bằng pittong thuỷ

lực. Cán ở nhiệt độ cao, ít sự thay đổi ngang tr ực khi áp suất cao.

Để ép thành màng mỏng, cần một lực lớ n, bất k ỳ một sự thay đổi nào của

lực dọc tr ục cán sẽ làm chiều dày màng thay đổi. Một lý do khiến dao động áp

lực là khoảng hở ổ tr ục lớ n. Cấn điều chỉnh ổ tr ục thích hợ p.

Sau khi định hình, qua nhiều tr ục cán, màng hay tấm đượ c làm nguội bằngcách đi qua các tr ục đượ c làm lạnh ở nhiệt độ nhất định hay tháp làm lạnh.

Luôn có đồng hồ đo chiều dày đặt ở khoang làm lạnh. Chiều dày màng đượ c

điều chỉnh tự động. Sau làm lạnh, nhựa đượ c cắt hai cạnh (5% chiều r ộng) và

cuộn tròn.

Các thiết bị phụ đi kèm vớ i máy cán: ủ, thùng làm mát, trang trí, cắt và nối

nóng, kéo căng định hướ ng màng (một hay hai chiều).






3

Công nghệ cán phát triển qua nhiều thế k ỷ tạo ra các sản phẩm cao su. Bây

giờ về nguyên lý là áp dụng cho nhựa nhiệt dẻo. Sản phẩm chính cán vải bố

lố p xe.






1


CHƯƠ NG 6

CÔNG NGHỆ PHỦ CHẤT DẺO

1. Giớ i thiệu chungCông nghệ phủ chất dẻo đượ c áp dụng r ộng rãi vì chỉ một vài loại vật liệu

là có thể sử dụng mà không cần xử lý bề mặt. Biến tính bề mặt vật liệu thực

hiện bằng phủ lên đó một hay nhiều lớ p vật liệu khác, tính chất của sản phẩm

đượ c cải thiện, có những tính chất đặc biệt. Quá trình phủ đượ c định ngh ĩ a là

thay thế lớ p không khí trên bề mặt bằng một loại vật liệu khác.

Lớ p phủ thông dụng là sơ n. Các lớ p phủ để bảo vệ chống ăn mòn vật liệu,

chống phân huỷ, chống thấm, trang trí. Nhiều ngành công nghiệ p áp dụng

công nghệ phủ như công nghệ cơ khí, điện tử, phim dùng trong y học . . .

Thiết bị phủ

Quá trình đi qua các bướ c

+Chuẩn bị dung dịch hay dung dịch phân tán để phủ

+Tháo vật liệu khỏi tr ục

+Chuyển vào máy phủ

+Tạo lớ p phủ (từ dung dịch, bốc hơ i,

+Sấy lớ p phủ

+Cuộn lại

+Định hình cho sản phẩm (kích thướ c, hình dạng mong muốn)

Các công việc khác như: xử lý bề mặt để tăng độ bám dính, làm sạch bề

mặt, loại bỏ chất bẩn, bóc tách lớ p bảo vệ.

Dựa vào vật liệu nền, thiết bị phủ có các loại: phủ màng (web coater), phủ

tấm (sheet coater) và máy phủ vớ i các bề mặt không phẳng. Loại phủ màng là

thông dụng nhất, phủ một cách liên tục lên vật liệu nền. Băng từ, giấy dán

tườ ng . . . đều sử dụng công nghệ này. Hình dướ i là máy phủ dạng pilot, tấm





2

r ộng 6-24 inches, tốc độ chạy thấ p 10 – 50ft/min. Các máy lớ n hơ n, bề r ộng

dải băng lên đến 5ft, tốc độ 500 – 5000ft/min.

Máy phủ tấm sử dụng để phủ tấm riêng biệt. K ết hợ p thêm máy in, máy

photo. Loại này thườ ng sử dụng trong phòng thí nghiệm để phát triển sản

phẩm mớ i, phủ vớ i lượ ng vật liệu ít. Các phươ ng pháp này sử dụng nhiều loạithiết bị như lưỡ i dao, đầu định hính, tr ục tròn để kéo tấm đồng nhất trên tr ục.

Phủ phun cũng đượ c dùng để phủ tấm. Sản phẩm phủ màng hay tấm đượ c

làm khô trong không khí hay trong lò.

2. Quá trình phủ

Có nhiều phươ ng pháp phủ chất lỏng lên bề mặt vật liệu di động. Các

phươ ng pháp thông dụng: tr ục cán ngượ c (reverse roll), đầu tạo hình khe hẹ p

(slot die), tấm phết (blade), lưỡ i dao trên tr ục (knife over roll), phun (spray) . .

Lựa chọn phươ ng pháp dựa vào: bản chất của nền, lưu biến của chẩt dẻo,

dung môi, khối lượ ng lớ p phủ, độ đồng đều yêu cầu, độ r ộng và tốc độ phủ

mong muốn, số lớ p phủ, chi phí, môi tr ườ ng, phủ liên tục hay gián đoạn.

3. Dao






3

Hai loại này giống nhau trong nhiều tr ườ ng hợ p. Dao thườ ng đặt thẳng

đứng vuông góc vớ i tấm, tấm phết thườ ng đặt nghiêng. Thườ ng tấm phết dày

0,2 – 0,5 mm, cứng hoặc mềm. Dao thườ ng dày hơ n và cứng. Tấm phết

thườ ng ép lên màng, màng đượ c các tr ục su.

Hình dướ i đây là máy phủ dao thông dụng. Loại này đơ n giản, chắc chắn.

Tr ục tạo khoảng hở giữa màng và dao. Tr ục phủ bằng cao su, dao ép thẳng

lên màng. Khối lượ ng phủ xác định bằng lực ép lên dao. Ép càng mạnh, tr ọng

lượ ng màng thấ p.4. Phủ bằng tấm phết

Ở hình dướ i, tấm phết mềm đượ c dùng cho quá trình phủ vớ i tấm vật liệu nền

chuyển động từ trên xuống dướ i và từ dướ i lên trên.






4

(a) Puddle coater; (b) roll applicator blade coater; (c) fountain blade coater.

Tấm phết sử dụng vớ i lớ p phủ pigment, tạo đượ c lớ p phủ cực phẳng. Tr ục

sau đượ c phủ vớ i vật liệu đàn hồi và quay cùng vận tốc vớ i màng, kéo màng

đi qua tấm phết. Độ phủ ướ t (wet coverage) đượ c điều chỉnh bằng độ dày của

tấm phết, góc nghiêng, lực ép lên vật liệu nền.

Có thể dùng hai tấm phết hai bên tấm vật liệu nền để phủ cả hai mặt. Tấm

phết mỏng hơ n, linh động hơ n: Màng phải đạt đượ c một lực căng nhất định. Ở

hình dướ i, một cách khác để phủ màng ở hai bên đồng thờ i.

5. Phủ bằng lưỡ i dao không khí






5

Đượ c áp dụng r ộng rãi. Dao không khí (air knife) đặt phía sau thùng vật

liệu phủ, cố định chiều dày của lớ p phủ đang còn ướ t bằng dòng khí phun

thẳng vào tấm nền. Dung dịch thừa đượ c quay lại thùng chứa.

Ư u điểm: chi phí đầu tư ban đầu thấ p, áp dụng đượ c vớ i nhiều loại vật liệu

nền, vật liệu lớ p phủ, dễ thay đổi và duy trì lớ p phủ, chất lượ ng tốt.

Nhượ c điểm: ồn, bẩn, khối lượ ng lớ p phủ hạn chế, chi phí cao cho hoạt

động của bơ m thổi khí.

6. Phủ dây cáp điện (wire-wound rod hay Mayer rod)

Wire‐wound rod A metal rod wound with a fine wire around its axis to that an

ink or coating can be drawn down evenly and at a given thickness across a

substrate. The thickness or gauge of the wire controls the depth of wet film

applied by the rod.

Sơ đồ nguyên lý đượ c thể hiện ở hình.

7. Thiết bị phủ trục (roll coating)

7.1. Tiế p xúcMàng chuyển qua tr ục cuốn ngay trên mức dung dịch trong thùng chứa,

dung dịch chuyển qua màng. Mức độ phủ quyết định bở i độ nhớ t, tốc độ di

chuyển của màng. Tốc độ phủ chậm 10m/phút vớ i chất lỏng có độ nhớ t thấ p.

Phươ ng pháp này có thể áp dụng vớ i keo dán. Sơ đồ nguyên lý thể hiện ở hình

dướ i.








7

Phươ ng pháp này cho lớ p phủ đồng đều, ít lỗi, chiều dày từ 12 -120µm vớ i

một khoảng r ộng của tốc độ phủ, có thể sử dụng dung dịch phủ có độ nhớ t

thấ p đến r ất cao. Vật liệu phủ bám lên tr ục phủ bằng nhiều cách: nhúng tr ục

quay trong thùng chất lỏng, sử dụng tr ục phun, đầu khe hẹ p. Phần chất lỏng

bám lên màng chuyển động theo chiều ngượ c lại.

7.4. Phủ có hoa văn (gravure coating)

Tạo lớ p phủ có bề dày 1- 25µm, độ nhớ t vật liệu phủ thấ p 10 -5000mPa.s

(cp). Vật liệu tạo lớ p phủ chứa trong các hốc, trên tr ục mạ Cr, có mẫu hoa

văn. Phần vật liệu này sẽ chuyển lên bề mặt màng liên tục (web). Hình dướ imô tả hai dạng thông dụng của thíêt bị phủ có hoa văn. Chất lỏng phủ sẽ bám

tr ực tiế p từ tr ục lên màng. Tr ườ ng hợ p in offset, các hoa văn đượ c tạo trên

tr ục phủ cao su tr ướ c khi đưa lên màng nền. Hai tr ục quay ngượ c chiều nhau

so vớ i hướ ng chuyển động của màng.






8

Các kiểu hoa văn đượ c tạo trên tr ục.






9

Những năm 90, k ỹ thuật tạo vi hoa văn (micro gravure) đượ c giớ i thiệu. Áp

dụng cho các lớ p phủ có khối lượ ng nhỏ, điện tử, đóng gói, nguồn điện một

chiều . . . Sử dụng các tr ục có đườ ng kính nhỏ 20 -50mm. K ết hợ p vớ i phươ ng pháp phủ ngượ c, sản phẩm có chất lượ ng r ất tốt, khối lượ ng lớ p phủ

nhỏ. Hình dướ i là sơ đồ nguyên lý.

7.5. Phủ nhúng (Dip coating)








11

Phươ ng pháp này tạo màng mỏng hay tấm chắn lên một vật liệu nền khác.

Chiều dày của tấm chắn điều khiển bằng tốc độ cấ p liệu và độ mở của khe.

Xuất hiện các bọt khí trên màng phủ do lượ ng ẩm trong không khí. Cần gianhiệt sơ bộ để đuổi hơ i nướ c khỏi nền. Tốc độ của màng có thể 500m/phút.

8. Các phươ ng pháp phủ khác

8.1. Phun (spray)

Phun vật liệu phủ lên nền có hình dạng đặc biệt. Điển hình là sơ n t ĩ nh điện

8.2. Nhúng (dip coating)

Nhúng vật nền vào dung dịch làm lớ p phủ, khi đạt độ phủ nhất định, sản

phẩm mang đi sấy khô.

8.3. Phủ quay (spin coating)

Chất lỏng tạo lớ p phủ (thườ ng ở dạng phân tán keo) đượ c đặt vào trong

mâm quay. Khi mâm quay, lực ly tâm đẩy dung dịch bắn ra ngoài tạo nên lớ p

phủ r ất mỏng, đồng đều. Bằng phươ ng pháp này, có thể tạo ra lớ p phủ có cấu

trúc nhiều lớ p.






12


8.4. Phủ trong chân không

Bằng phươ ng pháp này, một lớ p phủ r ất mỏng có thể tạo nên trên nên bán

dẫn, gốm sứ, thiết bị quang điện . . .

Ở áp suất chân không cao, các kim loại bị nung nóng hay bị các dòng

electron bắn phá sẽ bay hơ i và bám vào vật liệu nền (Al, Au, Cu).





1

CHƯƠ NG 7

ĐÚC ÉP, ĐÚC CHUYỂN

1. Giớ i thiệuĐúc ép và đúc transfer là hai phươ ng pháp chính để đúc nhựa nhiệt dẻo.

Đúc nén là phươ ng pháp gia công chính trong suốt nửa đầu của thế k ỷ vì sự ra

đờ i của nhựa phenolic năm 1909 và nó đượ c sử dụng r ộng rãi. Những năm 40,

gia công nhựa nhiệt dẻo bằng đúc phun và đùn phát triển mạnh. Đúc ép chiếm

70% sản phẩm nhựa, những năm 50 nó chiểm khoang 25% khối lượ ng và bây

giờ là 3%. Điều này không có ngh ĩ a là đúc ép không còn tồn tại, phươ ng pháp

này chưa thể có sản phẩm vớ i giá cả thấ p, đặc biệt khi năng suất cao. Những

năm 1900, nhựa nhiệt dẻo chiếm khoảng 95% khối lượ ng nhựa chung, những

năm 40, giảm xuống 40%, bây giờ là 15%.

Cơ sở của phươ ng pháp đúc ép và transfer: hỗn hợ p đượ c gia nhiệt khoảng

149oC trong khuôn, nhựa mềm ra. Nhựa đượ c giữ nhiệt độ đúc ở áp suất 13,8

– 27,6 Mpa trong thờ i gian thích hợ p để xảy ra quá trình polymer hoá hay tạo

liên k ết ngang (cross-linking) và đóng r ắn. Chi tiết đượ c đưa ra khỏi khuôn.






2

2. Vật liệu

Ở bảng dướ i, trình bày các loại nhựa nhiệt r ắn, tạo sản phẩm bằng phươ ng

pháp đúc và các ứng dụng của nó.

Trong quá trình đúc, nhựa nhiệt r ắn có thể đượ c gia cườ ng bằng sợ i hoặc

các chất độn. Các loại vật liệu độn đượ c thể hiện ở bảng dướ i






3

Đườ ng cong độ nhớ t - thờ i gian là một đặc tính quan tr ọng thườ ng chú ý

trong công nghệ. Ở nhiệt độ thườ ng, vật liệu ở dạng hạt, khi nhiệt độ cao, bắt

nóng chảy và chuyển sang dạng lỏng. Tiế p tục gia nhiệt, liên k ết ngang đượ c

hình thành và nhựa đượ c đóng r ắn. Khi vật liệu đi từ dạng r ắn sang lỏng sang

r ắn, độ nhớ t thay đổi tươ ng ứng. Nói chung, độ nhớ t của nhựa nóng chảy sẽ

nhỏ nhất trong một khoảng thờ i gian đủ để điền vào khuôn tại một áp suất nào

đấy. Nếu nhiệt quá cao hay quá thấ p, quá trình đúc sẽ gặ p khó khăn ngay cả

khi độ nhớ t nhỏ nhất, sản phẩm tạo ra có bề mặt đẹ p, ứng suất nhỏ.

Hầu hết nhựa nhiệt dẻo đượ c gia nhiệt ở 149 -204oC để quá trình đóng r ắn

là tốt nhất. Nhiệt cao quá sẽ gây phân huỷ hoặc gây ra đóng r ắn quá nhanh,

đặc biệt vớ i đúc chuyển, vật liệu đóng r ắn tr ướ c khi đưa vào khuôn. Nhiệt

thấ p hơ n sẽ kéo dài thờ i gian của mỗi chu k ỳ làm việc.

Khuôn đượ c gia nhiệt bằng : điện, hơ i nướ c, chất lỏng tải nhiệt . . .








5


động đượ c tối ưu, nhiệt đượ c chuyển qua bề mặt khuôn, vùng trong của

khuôn phải ổn định, sai số ±1,1oC. Thườ ng sử dụng điện để gia nhiệt cho

khuôn, có các sensor nhiệt độ để khống chế quá trình gia nhiệt.

Có thể dùng hơ i nướ c để gia nhiệt khuôn. Phươ ng pháp này có ưu điểm là

thu hồi nhiệt nhanh vì hơ i nướ c ngưng tụ ở vùng có nhiệt độ thấ p, nhanh

chóng toả nhiệt. Nhưng khó duy trì dạng hơ i trong khuôn. Khi cần nhiệt độ

cao, cần áp suất r ất cao.

Ngượ c lại, dầu tuần hoàn có thể nâng nhiệt độ lên đến 204oC hay cao hơ n.

Tuy nhiên chi phí cao hơ n so vớ i dùng điện. Một số phươ ng pháp đúc khác,

cần duy trì một nhiệt độ khi đóng r ắn nhưng ở nhiệt độ thấ p hơ n khi lấy sản

phẩm. Những khuôn loại này cần có hệ thống gia nhiệt và làm mát, chu k ỳ

đúc sẽ dài hơ n.

3.3. Thoát khí

Các loại nhựa phenolic, urea, melamine tạo khí trong quá trình đóng r ắn,

cần phải thoát khí ra.

Khí thoát ra qua các rãnh ở hai nửa khuôn và qua lỗ kim (ejection pin). Để

đảm bảo khí không bị giữ lại, khi bắt đầu đóng r ắn, khuôn mở ra một ít

khoảng 1-5 mm để thoát khí ra hết (quá trình này còn gọi là breathing hay

bumping). Tốt nhất, nên lậ p lại chu k ỳ này.

Thờ i gian bumping phụ thuộc vào loại vật liệu, kích thướ c của chi tiết.

Thoát khí cũng có thể xảy ra khi các chi tiết đã đượ c đúc lại vớ i nhau. Vớ i

một loại vật liệu nào đấy, điều kiện này có thế kéo dài trong vài tháng, năm.

3.4. Cố định co ngót sản phẩm (shrink fixtures)

Sau khi lấy khỏi khuôn, sản phẩm vẫn còn nóng, chất dẻo chưa hoàn toàn

đóng r ắn. Ứ ng suất trong sẽ gây biến dạng sản phẩm khi làm lạnh. Sản phẩm

có các phần mỏng, cần phải giữ cho đến khi nó đượ c nguội hoàn toàn.





6


4. Xử lý sau khi đúc

Sau khi đúc, nhựa nhiệt r ắn đượ c xử lý nhiệt nhằm nâng cao các đặc tính cơ

học, tính chất nhiệt, ổn định kích thướ c cũng như tách khí. Ngoài ra có thể

giảm ứng suất cho sản phẩm, chống rão (creep).

Xử lý nhiệt thườ ng ở dướ i nhiệt độ đúc thực. Có thể xử lý nhiệt qua nhiều

bướ c. Vớ i chi tiết có độ dày khoảng 3mm, 2h ở 138 oC, 4 h ở 166 oC, 4h ở

191oC. Vớ i chi tiết dày hơ n 3mm, thờ i gian gấ p đôi cho mỗi 1,5 mm dày hơ n.

Thông thườ ng, kéo dài thờ i gian có hiệu quả hơ n là quá trình tăng nhiệt đơ n

thuần.

Vớ i các sản phẩm có gia cườ ng, có chế độ xử lý nhiệt khác nhau. Vớ i gia

cườ ng hữu cơ , xử lý nhiệt thấ p hơ n so vớ i gia cườ ng thuỷ tnh và khoáng. Sản

phẩm có chiều dày không đồng nhất, sẽ cho độ co ngót không đồng nhất. Nó

sẽ ảnh hưở ng đến việc thiết k ế khuôn đúc.

5. Thiết bị đúc ép

Gồm có 3 phần chính : khung tấm ép, truyền động và điều khiển. Các máy

đúc ép, tấm ép di chuyển lên xuống, dễ dàng cho việc đinh vị khuôn đúc. Khi

ép, khuôn và hệ thống giá đỡ phải đủ mạnh, tránh hư sản phẩm.

Động cơ để di chuyển tấm ép và tạo lực k ẹ p thườ ng dùng loại pittong thuỷ

lực. Dùng dầu áp lực cao để đẩy các tấm ép và kéo chúng tách ra. Bơ m điện

cung cấ p dầu áp lực 13,8 – 20,7 Mpa.

Tấm ép có dạng hình vuông, cạnh từ 15 cm đến 2,4m, áp lực k ẹ p từ 6 đến

10000 tấn. Các tấm ép thườ ng chuyển động theo chiều thẳng đứng. Máy có áp

lực nhỏ, tấm trên chuyển động, loại khác thì tấm ép dướ i chuyển động.

6. Thiết bị đúc chuyển (Transfer molding)

Hai nửa khuôn ép lại vớ i nhau dướ i áp lực giống như trong đúc ép. Nguyên

liệu sau đó chuyển vào một cái cốc, r ồi chuyển vào khuôn đúc. Cấu trúc về

cơ bản giống như máy đúc ép. Nhưng có thêm bộ phận di chuyển cốc.





7

Khác vớ i đúc ép, nhựa đượ c gia nhiệt đến điểm hoá dẻo trong cốc tr ướ c khi

đưa vào khuôn kín.

Bảng dướ i đây, so sánh các tính chất của hai quá trình đúc ép và đúc

chuyển








9

7. Khuôn đúc

Hình dạng của khuôn đúc ép thể hiện ở hình dướ i

Khi nạ p vật liệu vào khuôn ép, kích thướ c vật liệu thườ ng ngắn và hẹ p hơ n

nhưng dày hơ n kích thướ c của sản phẩm sau khi đúc. Vật liệu nạ p vào thườ ng

ở chính giữa khuôn.






10






1


CHƯƠ NG 8

THIẾT BỊ PHỤ

1. Chuẩn bị nguyên liệu1.1. Giớ i thiệu

Việc lựa chọn đúng các thiết bị phụ tr ợ trong quá trình thao tác nguyên liệu

mang lại nhiều hiệu quả: i)giảm chi phí nguyên vật liệu, ii) giảm chi phí lao

động, iii)Sử dụng không gian một cách hiệu quả, iiii) Giảm tiêu hao nguyên

vật liệu do r ơ i vãi, bảo quản tốt.

Các yếu tố cần xem xét:-Kích thướ c và hình dạng của nguyên liệu

-Độ cứng hay mềm của vật liệu

-Các chất độn có mặt trong nguyên liệu

-Độ nhạy ẩm

-Lượ ng bụi chứa trong nguyên liệu

-Nguyên liệu đã qua sơ chế hay chưa

-Đặc tính hình dạng, kích thướ c

-Nguyên liệu cần phải nghiền tr ướ c khi đưa vào sản xuất hay không

Ngoài ra, việc lựa chọn các thiết bị phụ tr ợ cần xem xét: năng suất của nhà

máy, mặt bằng sản xuất, phươ ng pháp cấ p nguyên vật liệu, các yếu tố kinh tế.

1.2. Vận chuyển nguyên liệu

Nguyên liệu đượ c chứa trong các thùng chứa khác nhau. Việc chứa đựng

nguyên liệu, vận chuyển ảnh hưở ng khá lớ n đến năng suất, hoạt động của cả

nhà máy.

1.2.1. Bao chứ a

Mỗi bao nguyên liệu nhựa nặng khoảng 25kg, 20 bao đượ c đóng thành một

kiện. Vớ i các nhà máy năng suất nhỏ, sử dụng vớ i lượ ng ít mớ i sử dụng kiểu

chứa nguyên liệu trong bao. Vớ i bao chứa nguyên liệu, cần nhiều công lao





2

động để bốc vác, mặt bằng kho chứa lớ n, phải vận chuyển bằng xe nên dễ gây

r ơ i vãi.

1.2.2. Thùng chứ a Gaylord

Khi cần thiết, nguyên liệu nhựa đượ c chứa trong các thùng giấy caton, chứa

khoảng 1000 lb (500 kg). Phía trong thùng giấy có phủ lớ p polymer để chống

nhiễm bẩn, chống ẩm. Dùng thiết bị Gaylord có thể giảm công lao động

nhưng vẫn phải có mặt bằng lớ n, dùng xe tải để vận chuyển nguyên liệu vào

nhà máy.

Hai thiết bị Gaylord đượ c mô tả ở hình dướ i

1.2.3. V ận chuyể n nguyên liệu bằ ng xe








4








6

1.4. Hệ thống silo tách ẩm

Trong một điều kiện nào đó, ngưng tụ hơ i ẩm trên bề mặt trong của silo xảy

ra. Vớ i vật liệu nhạy ẩm, việc hút ẩm tr ở nên quan tr ọng. Như vậy trong công






7

đoạn sấy vật liệu cần phải chú ý. Cần phải tách ẩm trong silo bằng cách tạo áp

suất dươ ng trên khối vật liệu.

1.5. Thiết bị tạo dòng chảy trong silo

Nguyên liệu trong silo chứa có những tính chất chảy khác nhau. Dạng hạt

thì không cần thiết bị đặc bịêt, nhưng vật liệu mềm như ethylene vinyl acetate

(EVA), polymer biến tính thì phải cần thiết bị đặc biệt. Loại vật liệu dạng bột,

góc nghiêng của phễu phải thật lớ n. Vớ i phế thải chai PET dạng mảnh trong

khi tái chế, cần có thiết bị đặc biệt.Góc nghiêng: 60 – 70o sẽ ngăn cản nguyên liệu tắt lại trong silo

Khuấy đảo: thườ ng vớ i tốc độ thấ p 2-3 vòng/phút bằng tr ục và thanh

khuấy đảo. Không nên khuấy liên tục vì sẽ nghiền nhỏ vật liệu.






8

Phếu có đáy di động (live bottom hopper): đặt ở chóp nón tháo sản phẩm

của silo. Thườ ng bằng 1/3 đườ ng kính silo. Phần thấ p nhất này dao động, phá

vỡ liên k ết bắt cầu, giúp cho việc tháo liệu dễ dàng.

Tr ợ giúp bằng dòng khí: vớ i sự tr ợ giúp của khí thổi, vật liệu ở tr ạng thái

tầng sôi, dòng chảy dễ dàng hơ n.

Tạo dao động cho thùng chứa: phá vỡ liên k ết cầu của nguyên liệu.






9

1.6. Hệ thống lọc

Khi nguyên liệu dạng hạt hay bột thổi vào silo, một lượ ng khí lớ n phải

đượ c thảo ra khỏi silo. Như dạng hạt PE, PP, một lượ ng hạt bui nhỏ, mịn sẽ

đi ra ngoài cùng vớ i dòng khí. Hệ thống lọc là cần thiết.






10

Sử dụng hệ thống lọc cần chú ý: các hạt bụi thườ ng có kích thướ c µ, lượ ng

khí đượ c lọc, các tiêu chuẩn môi tr ườ ng.

1.7. Hệ thống đo lườ ng

Nguyên lý đo lườ ng điện hoá và âm thanh đượ c sử dụng trong việc đo mức

nguyên liệu trong silo. Thể hiện ở hình dướ i








12

1.8. Hệ thống vận chuyển nguyên liệu

1.8.1. V ận chuyể n bằ ng chân không hay áp suấ t cao






13






14

1.8.2. Phố i hợ p các phươ ng pháp






15

1.9. Phân phối nguyên liệu

1.9.1. Xe

1.9.2. Ôtô ray






16

1.10. Hệ thống phối tr ộn

Máy phối tr ộn gồm có các thành phần

-Phễu cấ p liệu riêng biệt các thành phần cần phối tr ộn

-Thiết bị đẩy như tr ục vít, khay rung, thiết bị ổn định dòng nguyên liệu

thành phần

-Phần tr ộn để làm đều nguyên liệu tr ướ c

-Phần điều khiển






17

1.11. Hệ thống nghiền






18

1.12. Phân loại vật liệu






19

1.13. Sấy vật liệu






20WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Documents

Giáo trình Thiết bị công nghệ polymer