Cong Nghe Gia Cong Nhua

CHƯƠNG 1: GiỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ

CÔNG NGHỆ GIA CÔNG POLYMER

• Nguyên liệu + Phương pháp sản xuất

I. Nguyên liệu sản xuất:

Polymer

I.1 Khái niệm polymer

• Polymer là những hợp chất mà phân tử của chúng

gồm những nhóm nguyên tử được nối với nhau bằng những liên kết hóa học tạo thành những mạch dài và có khối lượng phân tử lớn.

• Trong mạch chính của polymer những nhóm nguyên

tử này được lặp đi lặp lại nhiều lần.

• Polymer là một hợp chất cao phân tử nhưng hợp

I.2 Phân loại polymer

a. Nhựa nhiệt dẻo

b. Nhựa nhiệt rắn

Nhựa nhiệt dẻo

nguyên liệu

a.Nhựa nhiệt dẻo

• Nhiệt độ thường: ở trạng thái rắn, gia

nhiệt thì chảy lỏng, làm nguội thì trở về

trạng thái rắn.

• Không xảy ra phản ứng hóa học trong

quá trình chuyển trạng thái.

b. Nhựa nhiệt rắn

• Nhiệt độ thường: ở trạng thái lỏng, khi

gia nhiệt và/hoặc có xúc tác thì đóng

rắn và khi đã đóng rắn thì không trở về

trạng thái lỏng được nữa (không tan,

không nóng chảy).

• Có xảy ra phản ứng hóa học trong quá

trình chuyển trạng thái.

Ứng dụng của nhựa nhiệt rắn

Sơn, vecni

Sợi thủy tinh + Nhựa

Ứng dụng của nhựa nhiệt rắn

c. Nhựa đàn hồi (cao su)

• Có các đặc điểm tương tự nhựa nhiệt

Cao su

Sản phẩm sản xuất từ cao su

Găng tay

Núm ti

Bong bóng

Sản phẩm sản xuất từ cao su

Cao su chống thấm lót sàn gỗ

Cao su giảm chấn Vòng đệm cao _{su chịu dầu} Vỏ, ruột xe

Cao su chống rung

Cao su làm chân đế

II. CÔNG NGHỆ GIA CÔNG

• Mỗi loại polymer có một đặc tính khác

nhau nên phương pháp gia công cũng

khác nhau.

II.1 Phương pháp gia công cao su

• Sơ luyện  hỗn luyện  tạo hình 

II.2 Phương pháp gia công nhựa nhiệt rắn

• Sản xuất sơn, vecni, keo dán…

• Sản xuất vật liệu composite: gia công bằng

II.3 Phương pháp gia công nhựa nhiệt dẻo

• Ép phun

• Đùn

• Thổi khuôn

• Thổi màng

II.4 Phương pháp trộn polymer

• Phương pháp trộn kín

• Phương pháp trộn hở

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

2.1 Quan hệ giữa cấu trúc và tính chất của

polymer

2.2 Phân loại nhựa

2.3 Giới thiệu một số loại nhựa thông

dụng

2.4 Mã nhận dạng nhựa

2.1 Quan hệ giữa cấu trúc và

tính chất của polymer

2.1.1 Độ trùng hợp

(DP - Degree Polymerization)

• Độ trùng hợp (DP) biểu thị số mắc xích cơ sở có trong đại phân tử. VD: • M: Trọng lượng phân tử* 1 mạch polymer • m: Trọng lượng phân tử 1 mắc xích cơ sở Độ trùng hợp = n

2.1.2 Cấu trúc mạch polymer

• Mạch thẳng

(linear)

• Mạch nhánh

(branched)

• Mạng lưới không

gian (crosslink)*

• Polymer mạch thẳng có các mạch phân tử

thẳng, khi kết tinh các mạch này sẽ dễ sắp

xếp chặt chẽ, có trật tự nên có độ kết tinh

và tỷ trọng cao hơn polymer mạch nhánh.

 các tính chất cơ học (độ cứng, độ bền uốn,

độ bền kéo đứt) của polymer mạch thẳng

tốt hơn polymer mạch nhánh.

• Polymer mạch không gian

không tan trong

dung môi* và độ bền nhiệt cao.

2.1.3 Thành phần monomer

• Homopolymer (polymer đồng đẳng) : trong thành phần mạch phân tử chỉ chứa 1 loại monomer.

-A-A-A-A-A-A-A-A-

A: là một monomer

• Copolymer (polymer đồng trùng hợp): trong thành phần mạch phân tử chứa trên hai loại momomer.*

-A-A-B-A-B-A-B-B-A-

A, B: là các monomer khác nhau

• Homopolymer mạch phân tử chỉ chứa 1

loại monomer  có tính đồng nhất cao,

dễ sắp xếp đều đặn, trật tự nên có

độ

kết tinh cao

và do đó các

tính chất cơ lý

2.1.4 Các nhóm phân cực

• Khi trong monomer có sự hiện diện của

các nhóm phân cực (NH2, COO, OH,

-Cl, -F,…) thì lực liên kết giữa các phân tử

tăng  tăng độ kết tinh, tăng độ bám

2.1.5 Trạng thái tập hợp và trạng thái

pha

a. Trạng thái tập hợp:

• Về nguyên tắc, tất cả các chất có thể tồn tại ở 3

trạng thái tập hợp: rắn, lỏng, khí.

• Trạng thái tập hợp của 1 chất được xác định bởi

cân bằng giữa năng lượng liên kết E_lk (mang các

nguyên tử lại gần nhau) và năng lượng nhiệt E_nh (đẩy các nguyên tử ra xa nhau)

E_nh = k.T vaø E_lk = const

k: haèng soá Boltzman = 1,382.10-23_J/K

• Khí:

trạng thái mất trật tự hoàn toàn.

• Rắn:

trạng thái trật tự hoàn toàn.

b. Trạng thái pha

• Theo quan điểm cấu tạo, các pha khác

nhau là do

cách sắp xếp của các phân

tử

.

• Có 2 trạng thái pha:

– tinh thể (kết tinh)

– vô định hình.

• Trạng thái pha vô định hình: Các mạch polymer sắp xếp ngẫu nhiên, không có trật tự. Vật liệu có thể ở thể rắn hoặc lỏng*.

• Trạng thái pha tinh thể (kết tinh): Các mạch polymer sắp xếp một cách có trật tự. Vật liệu ở thể rắn.

• Trong thực tế, polymer thường ở trạng thái bán kết tinh là trạng thái trong đó vừa có những vùng pha kết tinh vừa có những vùng pha vô định hình xen kẽ nhau.

Trạng thái bán kết tinh

• Tỷ lệ giữa vùng kết

tinh so với toàn

khối polymer gọi là

• Polymer vô định hình có độ trong suốt cao hơn

polymer kết tinh.

VD: Nhựa PMMA (Poly methyl methacrylate) có độ

trong suốt cao hơn thủy tinh vô cơ.

• Polymer kết tinh có tính chất cơ lý cao hơn polymer

vô định hình.*

• Độ kết tinh phụ thuộc vào tốc độ làm nguội. Làm

nguội chậm thì độ kết tinh cao và ngược lại.

Tg

Traïng thaùi

Thuyû tinh Traïng thaùi Mềm cao Traïng thaùi Chaûy nhôùt

Dao ñoäng

Nguyeân töû Ñoaïn maïch Dao ñoäng Chuyeån ñoäng Phaân töû

T_g: Nhieät ñoä hoaù thuyû tinh T : Nhieät ñoä chaûy nhôùt

Tm

• Các polymer vô định hình tuỳ thuộc vào nhiệt độ có

• Trạng thái thuỷ tinh: đặc trưng bởi sự dao động của các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử trong mạch

phân tử quanh các vị trí cân bằng nào đó.

• Trạng thái mềm cao: đặc trưng bởi sự dao động của các đoạn mạch, do đó mạch polymer có khả năng uốn dẻo.

• Trạng thái chảy nhớt: đặc trưng bởi độ linh động của toàn mạch đại phân tử.

• Nhiệt độ hoá thuỷ tinh (T_g): là nhiệt độ tại đó nhựa bắt đầu chuyển sang trạng thái thủy tinh.*

• Nhiệt độ (T_m): là nhiệt độ tại đó nhựa bắt đầu chuyển sang trạng thái chảy nhớt.*

• Nhiệt độ gia công (T_p) (T_p – Temperature

processing): là nhiệt độ mà làm cả hỗn hợp nhựa chảy dẻo ra, đáp ứng khả năng gia công và cho sản phẩm hoàn hảo nhất.*

• Nhiệt độ gia công lúc nào cũng lớn hơn nhiệt độ

nóng chảy.*

2.2 Phân loại nhựa

• Trong sản xuất nhựa phân thành 4 loại:

–Nhựa thông dụng

–Nhựa kỹ thuật

–Nhựa kỹ thuật chuyên dụng

–Nhựa hỗn hợp

a. Nhựa thông dụng

• Là loại nhựa được sử dụng số lượng

lớn.

• Dùng nhiều trong những vật dụng

thường ngày.

• Giá rẻ

b. Nhựa kỹ thuật

• Là loại nhựa có tính chất cơ lý (độ bền

kéo, bền uốn, va đập,…) trội hơn so với

các loại nhựa thông dụng.

• Ứng dụng để sản xuất các chi tiết yêu

cầu tính năng cao.

Một số loại nhựa kỹ thuật

Tên nhựa

Tên viết tắt

PolyAmide (Nylon)

PA

PolyCarbonate

PC

PolyAcetal

POM

Poly Phenylene Sulfide

PPS

Poly Buthylene

Terephthalate

c. Nhựa kỹ thuật chuyên dụng

• Chỉ dùng với số lượng ít, trong một số

lĩnh vực riêng biệt. Giá rất cao.

Tên nhựa

Tên viết tắt

Poly Phenylene Sulfide

PPS

Poly Ester kết tinh dạng lỏng

LCP

Poly Imide

PI

Poly Tetra Fluoro Ethylene

PTFE

d. Nhựa hỗn hợp

• Phối hợp tính năng ưu việt của các loại

nhựa và hạn chế những tính năng yếu

kém của nó từng loại riêng lẻ.

2.3 Giới thiệu một số loại nhựa

thông dụng

1. Cấu tạo, tính chất, ứng dụng của các

loại nhựa thông dụng (PE, PP, PVC, PS,

ABS, PMMA)

2. Cấu tạo, tính chất, ứng dụng của các

loại nhựa kỹ thuật (PA, PC, POM, PET,

EVA, PTFE (Teflon))

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

2.1 Quan hệ giữa cấu trúc và tính chất của

polymer

2.2 Phân loại nhựa

2.3 Giới thiệu một số loại nhựa thông

dụng

2.4 Mã nhận dạng nhựa

2.4 Mã nhận dạng nhựa

• Mã nhận dạng là kí hiệu đặc biệt để

người sử dụng dễ nhận biết nhựa đó là

gì.

• Mã nhận dạng nhựa có

hình tam giác,

bên trong có số kí hiệu cho loại nhựa.

• Mã nhận dạng nhựa dùng để nhận biết,

phân loại, tái chế và biết cách sử dụng

đạt yêu cầu kỹ thuật.

2.5 Những tính chất kỹ thuật của

polymer

2.5.1 Tỷ trọng

Vật liệu

Tỷ trọng (g/cm

3

)

Kim loại

2,9 – 9,0

Gốm sứ

2,1 – 5,3

Mica

2,0 – 3,8

Sợi thủy tinh

2,54

Oxyt Titan

3,9 – 4,2

Vật liệu Tỷ trọng (g/cm3₎

Poly propylene PP 0,9 High Density PE (HDPE) 0,95 Low Density PE (LDPE) 0,90 Polystyrene (PS) 1,05 PolyMethyl methacrylate (PMMA) 1,14

PVC 1,40

Nylon 1,09 – 1,14

Polycacbonate PC* 1,2

PET 1,34

• Nhựa có tỷ trọng tương đối thấp, dao động

từ 0,9 – 2 g/cm

3

• Nhựa nhẹ bằng ½ nhôm, nhẹ hơn từ 5 – 7

lần so với sắt, thép, đồng, chì.

• Đặc biệt các loại nhựa khi gia công thành

sản phẩm xốp thì có tỷ trọng rất thấp (0,02

– 0,1 g/cm

3

) và có độ truyền nhiệt rất nhỏ.

Tỷ trọng cao ↔ độ kết tinh cao, độ co thể

tích thấp.

2.5.2 Chỉ số chảy (MI – Melt Index)

• Thể hiện tính lưu động

của vật liệu khi gia

công.

• Phương pháp đo lường

chỉ số nóng chảy là

ASTM D1238 hoặc ISO

1133.

• Máy đo chỉ số chảy bao gồm một cái nòng được gia

nhiệt và 1 piston.

• Tải trọng được đặt lên trên những piston để tạo áp

lực lên khối nhựa chảy nhớt ở nhiệt độ cao, dòng nhựa sẽ thoát ra ngoài thông qua một miệng chảy

có kích thước Φ = 2,1mm. Khối lượng nhựa chảy ra trong 10 phút gọi là chỉ số chảy, đơn vị là gam/10 phút.

• Ví dụ: Chỉ số chảy của PE là 3 có nghĩa là với thử

nghiệm trên, ta thu được 3g PE chảy qua lỗ tròn Φ = 2,1 mm trong thời gian 10 phút, trong điều kiện

• Chỉ số chảy càng lớn (trong sản xuất gọi là

Nhựa nhẹ lửa) thể hiện tính lưu động của

vật liệu càng cao.

(vật liệu chảy vào khuôn

nhanh, áp suất đòi hỏi không cao, khuôn lâu

mòn, kích thước và hình dạng sản phẩm

chính xác, chất lượng sản phẩm đồng đều)

• Chỉ số chảy quá cao thì sản phẩm có nhiều

bavia

• Chỉ số chảy càng thấp thể hiện tính lưu

động của vật liệu kém. Cần tăng áp

suất phun, tăng nhiệt độ gia công.

• Trong gia công sản phẩm, tùy theo

phương pháp gia công và yêu cầu của

sản phẩm để chọn vật liệu có chỉ số chảy

thích hợp.

2.5.3 Độ hút ẩm

• Được xác định bằng mức hút nước của

nhựa.

• Phương pháp đo: lấy mẫu nhựa sấy khô

rồi cân trọng lượng của nó. Sau đó

ngâm mẫu nhựa 24 giờ rồi lấy ra cân lại.

Tỷ lệ % tăng trọng lượng là mức hấp thụ

nước.

Loại nhựa

Mức hút ẩm (%)

PE, PP

< 0,01

PS

< 0,04

PVC cứng

0,01 – 0,04

PVC mềm

0,5 – 1,0

PBT, PET

0,1

PC

0,15

POM

0,21

Nylon 6.6

2,8

Nylon 6

3,5

• Nhựa không có nhóm phân cực  Độ

hấp thụ nước thấp.

• Nhựa có nhóm phân cực  Độ hấp thụ

• Hàm lượng ẩm trong nguyên liệu cao

ảnh hưởng đến quá trình gia công (phải

kéo dài thời gian duy trì áp) và chất

lượng sản phẩm (bị cong vênh, bề mặt

sần sùi, long lánh ánh bạc trên bề mặt,

lỗ xốp trong sản phẩm,…)

 phải sấy nhựa trước khi gia công.

• Nhiệt độ và thời gian sấy khác nhau tùy

theo từng loại nhựa.

1

Loại nhựa

Nhiệt độ sấy

(

o

_C)

Thời gian

sấy (giờ)

PE

*

, PP

*

60 – 80

1 - 2

PS

*

70

1 - 2

PC

120

2 – 4

ABS

80 – 100

2 – 4

PET

130

2 – 4

POM

80

1 – 2

2.5.4 Mức thông hơi

• Là mức độ thông hơi khó hay dễ của

màng nhựa (film) hay tấm nhựa (sheet).

• Đây là chỉ tiêu rất quan trọng trong việc

sản xuất bao bì (dạng màng) hoặc chai

lọ (sản phẩm rỗng).

• Tính thông hơi trong không khí của các loại màng nhựa

có độ dày 0,03 mm ở nhiệt độ 24oC.

Tên vật liệu nhựa

Tính thông hơi qua cm3_/m2_/giờ

CO₂ O₂ N₂ PVC 2,12 0,88 0,33 LDPE 1480 – 1700 380 – 470 100 - 133 HDPE 424 – 636 117 – 175 33 – 50 PC 700 114 20 Polyester 4,24 2,34 Nylon 6 2,12 0,88 PP 530 – 740 146 – 234

• Ứng dụng: PA dùng làm bao bì hút chân

không.

• Có thể chế tạo màng đa lớp bằng cách

ghép các màng khác nhau để tăng tính

năng sản phẩm.

2.5.5 Độ co thể tích

• Là % chênh lệch giữa kích thước của sản phẩm sau

khi lấy ra khỏi khuôn được định hình và ổn định kích thước so với kích thước của khuôn.

• Đây là một chỉ số cực kì quan trọng khi thiết kế

khuôn để làm ra những sản phẩm có độ chính xác kích thước cao.

1 Loại nhựa Mức co rút định hình (0,1%cm/cm) VĐH ABS 6,0 AS 5,0 PS 6,0 PC 7,0 Kết tinh POM 15 Nylon 6 15 Nylon 6.6 15 PBT 20 PP 20

• Nhựa kết tinh có độ co rút lớn hơn nhiều lần so với

Độ co thể tích phụ thuộc vào các yếu tố:

• Bản chất của polymer: mỗi loại polymer có giới hạn co thể tích khác nhau. Đối với loại nhựa nhiệt rắn, độ co thể tích còn phụ thuộc vào mật độ nối ngang khi đóng rắn.

• Độ ẩm nguyên liệu: Sự co thể tích do mất ẩm và các chất dễ bay hơi trong quá trình gia công.

• Điều kiện gia công: quan trọng là nhiệt độ gia công và cách thức làm nguội.

• Chất độn: sự hiện diện của các chất độn thường làm giảm độ co thể tích.

Loại nhựa Mức co rút định hình (0,1%cm/cm)

Nhựa thuần Sau khi có 30% sợi thuỷ tinh VĐH ABS 6,0 1,0 AS 5,0 0,5 PS 6,0 0,5 PC 7,0 1,0 Kết tinh POM 15 5,0 Nylon 6 15 3,5 Nylon 6.6 15 4,0 PBT 20 4,0 PP 20 4,0

2.5.6 Nhiệt độ gia công

(t

_p

– Temperature processing)

• Nhiệt độ gia công là nhiệt độ làm cho cả

hỗn hợp nhựa chảy ra, đáp ứng khả năng

gia công và cho sản phẩm hoàn hảo nhất.

• Nhiệt độ gia công của các nguyên liệu khác

nhau thường được xác định bằng thực

nghiệm.

• Khi lựa chọn nhiệt độ gia công cần lưu ý các

đặc điểm: nhiệt độ hóa thủy tinh, nhiệt độ

nóng chảy, nhiệt độ phân hủy.

2.5.7 Khối lượng riêng gộp (⍴

_g

)

• Là tỷ số giữa khối lượng của vật liệu và

thể tích gộp (đổ đống) mà vật liệu chiếm

chỗ.

• Khối lượng riêng gộp khác với khối

lượng riêng thật của vật liệu.

• Thí dụ: khối lượng riêng gộp của cát khô

là 1200 kg/cm

3

, trong khi đó khối lượng

riêng thật là 1500kg/cm

3

_.

• Khối lượng riêng gộp phụ thuộc hình

dạng, kích thước, mức độ xếp chặt của

vật liệu.

• Khối lượng riêng gộp là một số liệu

không thể thiếu khi tính toán thể tích

phần chứa nguyên liệu nguyên liệu của

thiết bị như: thể tích buồng nạp nguyên

liệu của máy ép phun, xilo, …

2.5.8 Hệ số nén ép K

• Là tỷ số giữa khối lượng riêng sản phẩm

( ⍴ ) trên khối lượng riêng gộp ( ) của

nguyên liệu.

• K thể hiện sự biến đổi thể tích của khối

lượng vật liệu khi đưa vào quá trình gia

công.

2.5.9 Thành phần cỡ hạt – kích thước

hạt

• Nguyên liệu có kích thước hạt đồng đều

sẽ thuận lợi hơn khi gia công: trộn lẫn

với các chất khác đều hơn, sự gia nhiệt

dễ đồng nhất hơn.

CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ TRỘN

POLYMER

3.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRỘN POLYMER

3.2 GiỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ TRỘN

3.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ

TRỘN POLYMER

3.1.1 Khái niệm và mục đích trộn

3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình

trộn

3.1.3 Trộn phân bố và trộn phân tán

3.1. 4 Cơ chế quá trình trộn

3.1.1 Khái niệm và mục đích trộn

Khái niệm:

• Trộn là quá trình trong đó các chất phụ

gia được đưa vào và phân tán trong pha

polymer tạo nên một hệ đồng nhất.

Mục đích:

• Trộn đều và phân bố các loại vật liệu khác

nhau trong hỗn hợp (polymer, phụ gia, độn,

màu…)

• Trong khi gia công quá trình trộn hỗ trợ cho

việc truyền nhiệt, giúp cho khối vật liệu có

nhiệt độ đồng đều.

• Nếu hỗn hợp ở dạng past thì quá trình trộn

còn làm nhuyễn và dẻo vật liệu, tạo điều

kiện thuận lợi cho quá trình gia công.

3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá

trình trộn

•

Moãi polimer coù moät nhieät ñoä troän toái

öu: möùc ñoä giaûm caáp thaáp nhaát.

•

Quaù trình troän thöïc hieän bôûi taùc ñoäng cô

Nhieät ñoä T_opt

Aûnh höôûng cuûa cô Aûnh höôûng cuûa nhieät Aûnh höôûng toång coäng

3.1.3 Trộn phân bố và trộn phân tán

• Quá trình trộn được phân biệt thành:

– Trộn phân bố

a. Trộn phân bố

• Trộn phân bố là quá trình phân bố các chất độn vào

khối polymer liên tục.

• Không chú ý đến vấn đề pha phân tán là hạt sơ cấp

hay tập hợp hạt độn. Chỉ chú ý đến sự đồng đều của hạt ở mức độ vĩ mô.

• Trong quá trình trộn yêu cầu độ lớn của lực tác

b. Trộn phân tán

• Các hạt độn phải bị phá vỡ và chất độn phân tán

dưới dạng các hạt sơ cấp.

• Để phân tán hạt độn dưới dạng sơ cấp, lực tác

động phải đủ lớn để thắng lực hút giữa các hạt

sơ cấp.

3.1.4 Cơ chế quá trình trộn

• Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chịu tác dụng của

những lực có hướng khác nhau và chuyển động của hạt chính là hệ quả tác động hỗn hợp của các lực đó.

• Ngoài ra cơ chế trộn còn phụ thuộc vào cấu trúc

Các quá trình cơ bản trong các máy

trộn

Tạo các lớp trượt với nhau theo các

mặt phẳng Trộn cắt

Chuyển dịch một nhóm hạt từ vị trí

nay đến vị trí khác Trộn đối lưu

Thay đổi vị trí của từng hạt riêng lẻ Trộn khuếch tán

Phân tán từng phân tử do va đập

vào thành thiết bị Trộn va đập

Biến dạng và nghiền nhỏ từng bộ

3.2 GiỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ

TRỘN

3.2.1 Máy cán 2 trục (máy trộn hở)

3.2.2 Máy trộn kín

• Hai bánh răng điều chỉnh khe hở giữa hai trục được bố trí hai bên phía thao tác. a. Cấu tạo: Gồm 2 trục rỗng làm bằng thép, quay ngược chiều nhau. Sát mặt trong của trục có bố trí hệ thống đường ống cho nước giải nhiệt chạy qua.

 Ở 2 đầu trục có bộ phận giống như lưỡi gà có thể điều

chỉnh ra vào được, có nhiệm vụ tránh cho lớp vật liệu dồn về 2 đầu trục  khó cắt hoặc điều chỉnh chiều rộng tấm khi xuất tấm.

 Phía dưới là khay hứng nguyên liệu rơi ra.

b. Nguyên lý làm việc

• Máy cán 2 trục làm việc gián đoạn. Cụm chi tiết làm

việc là 2 trục rỗng, đặt song song trên cùng một mặt phẳng nằm ngang.

• Các trục này quay với vận tốc khác nhau và ngược chiều.

• Tỷ số vận tốc dài giữa 2 trục gọi là tỷ tốc (f)

• Tỷ tốc là thông số quan trọng cần lưu ý khi sử dụng

máy cán 2 trục.

Nguyên lý làm việc

• Vật liệu gia công khi đưa vào máy bị các trục quay

ngược chiều kéo vào khoảng giữa 2 trục nhờ lực liên kết nội và lực ma sát của vật liệu với bề mặt trục.

• Lực cắt và lực nén càng gia tăng khi vật liệu càng đi

sâu vào khe trục tương ứng với sự gia tăng của ứng suất trượt và ứng suất nén..

• Các ứng suất này gây biến dạng trong khối vật liệu

và làm vật liệu chảy qua khe trục.

• Các biến dạng tạo nên bề mặt tiếp xúc mới giúp quá

trình phân tán các phụ gia vào khối polymer dễ dàng hơn.

• Các ứng suất phát sinh càng lớn, biến dạng càng

mạnh mẽ khi tỷ tốc càng cao và khe hở trục càng

bé.

• Dưới tác dụng của ma sát nội và ngoại, khối vật liệu

sẽ nóng lên dễ dàng tạo thành một khối đồng nhất và liên tục.

• Ra khỏi khe trục, tấm vật liệu thường bám vào bề

mặt trục trước (có vận tốc dài bé).

• Để đạt được độ đồng nhất và sự mềm dẻo cần

Vận hành và thao tác

• Mở nước giải nhiệt tối đa cho trục quay.

• Mở động cơ vận hành

• Mở cự ly khe trục theo yêu cầu

• Đặt cao su lên trục trước để cao su đi vào khe hở hai

trục.

• Cho cao su đi qua khe hở vài lần để đạt độ dẻo cần thiết.

• Cho các phụ gia vào (phụ gia khó phân tán cho trước, dễ

phân tán cho sau. Phụ gia rắn cho trước, lỏng cho sau)

• Thực hiện cắt đảo, cán đổi đầu, gấp tam giác… để trộn

đều phụ gia.

Các công dụng của máy cán 2 trục

Mục đích Giải thích Tỉ tốc f

Sơ luyện làm mềm cao su trước khi cho phụ gia. 1 – 1,07

Hỗn luyện trộn hệ lưu hóa vào hỗn hợp cao su 1 – 1,07

Xuất tấm 1

Gia nhiệt cho hỗn hợp polymer đến nhiệt độ cần

thiết 1,22 – 1,27

Cán dập nghiền sơ bộ cao su cũ, nhựa hỏng …

trong quá trình tái sinh nguyên liệu 2,42 – 2,55

Cán nghiền nghiền mịn cao su cũ, nhựa cũ, nhựa

nhiệt rắn 2,55 – 4

Cán lọc

loại các vật liệu dạng sợi, các chất bẩn cơ học trong cao su cũ trước khi tiến hành tái sinh.

Trục cán có dạng đặc biệt lớn ở giữa, nhỏ ở hai đầu giống như quả bom.

Nhược điểm:

• Hiệu quả trộn thấp nên thời gian của một chu kì

trộn dài, năng lượng tiêu tốn cho đơn vị khối lượng nguyên liệu lớn hơn so với các thiết bị khác.

• Thao tác nặng nhọc, vất vả.

• An toàn lao động và vệ sinh công nghiệp thấp.

Ưu điểm:

• Có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như

sơ luyện, hỗn luyện, xuất tấm, gia nhiệt… trong đó có những chức năng mà máy trộn kín không thực hiện được (xuất tấm).

Cấu tạo: • Gồm 1 buồng có 2 roto hình quả trám quay ngược chiều nhau. • Thể tích buồng trộn được giới hạn bằng một quả nén có tác dụng nén các nguyên liệu xuống buồng máy và chịu tác dụng của các trục quay.

• Hệ thống nước giải

nhiệt được bố trí xung quanh buồng trộn và cả trong trục roto.

Nguyên lý hoạt động

• Khi roto quay vật liệu bị đảo

trộn, mạnh nhất ở vùng 2 roto gặp nhau.

• Phần vật liệu nằm ở đỉnh roto và vách buồng trên sẽ xuất hiện các ứng suất trượt, gây nên các biến dạng trượt, giúp phân tán các chất được dễ dàng.

• Các ma sát ngoại và nội trong khối vật liệu sẽ làm nóng khối vật liệu tạo thành một khối đồng nhất và liên tục.

• Nhiệt độ của khối vật liệu được

điều chỉnh bằng hệ thống nước giải nhiệt ở vỏ máy và trong trục roto có thể cho nước giải nhiệt hoặc hơi gia nhiệt vào.

• Các phụ gia và polymer được cho vào máy qua cửa nạp liệu. Sau một thời gian trộn nhất định, hỗn hợp được tháo ra ở cửa tháo liệu dưới dạng khối.

• Để thuận tiện cho việc gia công tiếp theo, khối vật liệu thường phải đưa qua máy cán 2 trục để cán thành

Công dụng

:

• Thường dùng hỗn luyện cao su

Ưu điểm:

• Hiệu quả trộn , năng suất trộn cao

• An toàn vệ sinh công nghiệp tốt

Các thông số gia công:

• Hệ số làm đầy

• Nhiệt độ vách buồng trộn

• Vận tốc roto

Phân tán ZnO trong cao su

Nhieät ñoä voû maùy (0_C) Nhieät ñoä cuoái cuøng (0_C) Thôøi gian troän (phuùt) Vaän toác roto (RPM) Naêng löôïng tieâu hao (KWH) Möùc ñoä phaân taùn töông ñoái 50 92.5 3 69 398 1 65 100.0 3 69 380 2 80 107.5 3 69 379 3 50 80.0 4 35 268 3 50 92.5 3 69 398 1 50 105.0 2 137 532 2

a. Máy trộn Ribbon

• Cấu tạo: gồm bồn trộn, dao trộn xoắn và các thành phần truyền động

• Ứng dụng: Máy trộn ribbon thường được sử dụng cho bột có tính nhớt, nhão hoặc dính kết, hạt.

1. Động cơ 2. Thùng trộn 3. Vít

4. Cửa nạp liệu 5. Chân đỡ

6. Cửa tháo liệu 7. Ống khuếch tán 8. Cánh gạt

Nguyên lý làm việc:

• Hỗn hợp được đưa vào máng cấp liệu (4), được phần

dưới của vít trộn (3) nâng lên ống khuếch tán (7) và đảo trộn.

• Khi hỗn hợp đi hết chiều cao của ống khuếch tán, nhờ

lực ly tâm của cánh vít (3), hỗn hợp được đánh văng vào thùng trộn (2) và rơi xuống phần hình côn của thùng.

• Tại đây vật liệu lại được vít trộn nâng lên vào ống

khuếch tán. Quá trình này được thực hiện lặp đi lặp lại nhiều lần.

CHƯƠNG 4

CÔNG NGHỆ ÉP PHUN

4.1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ ÉP PHUN

4.1.1 Sản phẩm ép phun

4.1.2 Nguyên lý chung

4.2 CẤU TẠO MÁY ÉP PHUN

4.2.1 Hệ thống phun

4.2.2 Hệ thống hỗ trợ ép phun

4.2.3 Hệ thống kẹp

4.2.4 Hệ thống điều khiển

4.2.5 Hệ thống khuôn

Chi tiết máy lạnh

Đặc điểm sản phẩm ép phun

• Nguyên liệu thường là

nhựa nhiệt dẻo

.

• Có hình dạng từ đơn giản đến phức tạp.

• Không

gia công được các sản phẩm

Nguyên liệu dạng hạt được cho vào phễu nạp liệu rồi rơi vào rãnh vít. Trục vít quay tròn đưa nguyên liệu tiến về phía trước. Trong quá trình nguyên liệu tiến về phía trước, nó bị nóng chảy dần dần thành dạng lỏng nhờ nguồn nhiệt truyền từ vỏ xylanh và nhiệt nội sinh của nguyên liệu do ma sát. Khi đến đầu trục vít nguyên liệu đã chuyển thành dạng lỏng hoàn toàn. Lúc này trục vít chuyển động tịnh tiến về phía trước tạo nên một áp lực rất lớn ép dòng nhựa lỏng phun vào khuôn.

Sau khi nhựa đã điền đầy vào lòng khuôn, trục vít lui về để tiếp tục lấy nhựa cho chu kì sản phẩm tiếp tiếp theo, còn ở trong khuôn, khi sản phẩm đã được định hình và làm nguội đến nhiệt độ cần thiết thì khuôn mở ra, sản phẩm được lấy ra ngoài.

4.2.1 Hệ thống phun

Nhiệm vụ: đƣa nhựa vào khuôn thông

qua các quá trình:

 cấp nhựa

 làm chảy dẻo nhựa  phun nhựa lỏng vào khuôn.

Hệ thống phun

Phễu cấp liệu

: chứa vật liệu nhựa dạng

Hệ thống phun

Khoang chứa liệu (xylanh):

 Là nơi chứa nhựa. *

• Cấu tạo xylanh gồm 2 lớp: lớp ngoài chịu lực

thường đúc bằng gang hoặc thép, lớp trong thường làm bằng thép không gỉ để chịu tác dụng ăn mòn hóa học và chống mài mòn.

• Bao quanh lớp vỏ bên ngoài xylanh là các băng gia

nhiệt hay còn gọi là các vòng nhiệt. Vòng nhiệt thực ra là các điện trở, khi được đốt nóng, lượng nhiệt này truyền tới xylanh, từ xylanh sẽ truyền qua nhựa làm nhựa nóng chảy. Nhiệm vụ quan trọng của xylanh là tạo bề mặt truyền nhiệt. Nhiệt lượng làm nóng chảy nhựa cung cấp từ 2 nguồn, nguồn thứ nhất do xylanh cấp, nguồn thứ 2 là nhiệt nội sinh do quá trình cắt, xé, đảo trộn nguyên liệu trong khoang trộn.

Các băng gia nhiệt (vòng nhiệt)

• Nhiệm vụ: cung cấp nhiệt cho xylanh.

• Trên một máy ép phun thường có nhiều

Trục vít

• Vai trò: tải nhựa, nén, làm chảy dẻo và tạo áp lực

để đẩy nhựa nóng chảy phun vào khuôn.

• Thông số của trục vít: chiều dài L, đường kính D,

Trục vít

Vùng cấp liệu (Feed zone):

- Chiều sâu cánh vít lớn nhất và hầu nhƣ không đổi.

Trục vít

Vùng nén/ vùng chuyển tiếp (Transition/ compression section): - Đường kính ngoài trục vít không đổi nhưng chiều sâu cánh vít nhỏ dần từ vùng cấp liệu đến cuối vùng định lượng.

 Nhựa bị nén chặt vào thành trong của khoang chứa liệu tạo ra nhiệt ma sát.

Trục vít

Vùng định lượng (Metering section):

Chiều sâu cánh vít bé nhất và hầu như không đổi.

 cung cấp nhiệt để vật liệu chảy dẻo một cách đồng

Trục vít

Để đánh giá được khả năng làm chảy dẻo vật liệu của trục vít cao hay thấp người ta dựa vào hai thông số chính là: L/D và D_f/D_m.

• Tỉ lệ L/D nhỏ nhất là 20:1

Cấu tạo của bộ hồi tự hở: gồm đầu trục vít (tip), đế (seat), giữa đầu trục vít và đế có một phần lõm vào (phần eo), trên eo có vòng chắn (check-ring). Đường kính trong của vòng chắn lớn hơn đường kính của eo để vòng chắn có thể chuyển động tới lui trong khoảng eo này.

Nguyên lý hoạt động: Khi trục vít lùi về thì vòng chắn di chuyển về hướng vòi phun và cho phép nhựa chảy về phía trước đầu trục vít. Còn khi trục vít tiến tới thì vòng chắn sẽ di chuyển về hướng phễu và đóng kín với đến (seat) không cho nhựa chảy ngược về phía sau.

Chức năng: của bộ hồi tự hở giống như 1 cái van tự động, khi thì mở ra cho nhựa từ hướng phễu nạp tiến về phía trước để phun vào khuôn, còn khi trong

khuôn đã điền đầy nhựa thì nó đóng lại để ngăn nhựa trong khuôn bị trào ngược về phía phễu nạp liệu.

Vòi phun (nozzle)

Cuống phun (Sprue)

vòi phun

Cuống

• Vòi phun là chi tiết lấp góc ở đầu phía

trước của xylanh, nó là cầu nối giữa

xylanh và khuôn trong quá trình phun

nhựa vào nòng khuôn.

• Giữa vòi phun và khoảng tạo hình của

khuôn là cuống phun (sprue) và hệ

Cấu tạo vòi phun

• Để đảm bảo nhựa vẫn duy trì trạng thái nóng chảy trước khi đi vào khuôn, bên ngoài vòi phun có đặt vòng nhiệt. Nhiệt độ ở vòi phun nên được cài đặt lớn hơn nhiệt độ chảy của vật liệu.

• Trong quá trình phun nhựa lỏng vào khuôn, vòi phun phải thẳng hàng với bạc cuống phun và đầu vòi phun nên được lắp kín với phần lõm của bạc cuống phun thông qua vòng định vị để đảm bảo nhựa không phun ra ngoài và tránh mất áp.

• Thông thường người ta quan tâm đến một số thông số như:  Đường kính lỗ của vòi phun khoảng 3 - 6mm. Đối với các sản

phẩm có khối lượng lớn đường kính của vòi phun có lỗ khoan lớn hơn 6mm.

 Đường kính lỗ của đầu vòi phun phải nhỏ hơn đường kính lỗ của bạc cuống phun một chút (khoảng 0.125 – 0.75mm) để cuống phun dễ thoát ra ngoài và tránh cản dòng.

 Chiều dài vòi phun nên dài hơn chiều sâu của bạc cuống phun (để tạo dòng ổn định trước khi vào bạc cuống phun).

4.2.2 Hệ thống hỗ trợ ép phun

• Nhiệm vụ:

- Điều khiển các chuyển động tới lui

hoặc quay tròn của trục vít.

- Việc điều khiển chuyển động này có

thể thực hiện bằng

hệ thống thủy lực

,

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống

thủy lực

4.2.3 Hệ thống kẹp (đóng mở khuôn)

Nhiệm vụ:

• Làm bệ đỡ và điều khiển sự di chuyển

các bộ phận của khuôn (đóng, mở

khuôn, kẹp chặt khuôn trong quá trình

phun nhựa vào khuôn, lói sản phẩm).

• Cơ cấu đóng mở khuôn có thể là hệ

thống khóa thủy lực, hệ thống khóa cơ

hoặc kết hợp cả hai.

4.2.4 Hệ thống điều khiển

• Nhiệm vụ: đảm bảo tính thống nhất và

lặp lại trong quá trình vận hành máy.

• Nó kiểm soát và điều khiển các thông số

của quá trình như: nhiệt độ, áp suất, tốc

độ phun, vị trí và tốc độ trục vít, …

CHƯƠNG 4

CÔNG NGHỆ ÉP PHUN

4.1 Giới thiệu công nghệ ép phun

4.2 Cấu tạo máy ép phun

4.3 Chu kz ép phun

4.4 Các thông số kỹ thuật của quá trình ép

phun

4.5 Một số hướng dẫn điều chỉnh khi sản

phẩm có khuyết tật

4

.3 Chu kz ép phun

• Quá trình ép phun có thể chia thành 2

giai đoạn:

–Giai đoạn nhựa hóa

–Giai đoạn đúc.

Giai đoạn nhựa hóa

• Giai đoạn này bắt đầu từ lúc trục vít bắt đầu

chuyển động quay tròn và lùi về phía sau.

Khi trục quay tròn nguyên liệu từ phễu nạp

liệu rơi vào rãnh vít và được chuyển về phía

trước đi vào vùng đốt nóng.

• Do đầu phun kín nên nhựa lỏng ở đầu vít sẽ

đẩy vít về phía sau đến một mức độ nhất

định thì dừng lại.

• Khi hệ thống đóng khuôn đã khép kín hai

nửa khuôn, quá trình bước sang giai đoạn

hai.

Giai đoạn đúc

• Hệ thống thủy lực làm việc đẩy vít tiến về phía

trước, khép kín đầu phun và ống lót rãnh

chính, đồng thời tạo áp suất đẩy nhựa lỏng

thoát qua đầu phun vào rãnh và đến vùng tạo

hình của khuôn.

• Lưu ý: đầu phun chỉ cho nhựa thoát ra khi áp

suất nhựa vào đầu phun đạt đến một giá trị

nhất định nào đó.

• Nhựa lấp đầy vùng tạo hình. Sau khi lấp đầy,

áp suất được duy trì không đổi tương ứng với

đầu trục vít sát đầu phun nhất.

• Đến thời gian cần thiết (thời gian duy trì

áp) vít lùi về phía sau tiến hành nhựa

hóa cho chu kì sau.

• Lưu ý: trước khi vít lùi lại, cụm nhựa hóa

phải lùi ra sau tách rời đầu phun khỏi

ống lót rãnh chính.

• Quá trình kết thúc bằng công đoạn tháo

CHƯƠNG 4

CÔNG NGHỆ ÉP PHUN

4.1 Giới thiệu công nghệ ép phun

4.2 Cấu tạo máy ép phun

4.3 Chu kz ép phun

4.4 Các thông số kỹ thuật của quá trình ép

phun

4.5 Một số hướng dẫn điều chỉnh khi sản

phẩm có khuyết tật

4.4 Các thông số kỹ thuật của quá

trình ép phun

• Nhiệt độ

• Thời gian

• Áp suất

• Hành trình khuôn

• Vận tốc trục vít

4.4.1 Nhiệt độ

• a. Nhiệt độ dòng nhựa trong xylanh

• b. Nhiệt độ khuôn

• c. Hệ thống sấy nhựa

a. Nhiệt độ dòng nhựa trong xylanh

• Nhiệt độ dòng nhựa trong xylanh =

Vỏ

xy lanh cấp + Nội sinh do ma sát

= nhiệt

độ gia công.

• Tmin < T gia công < Tmax

• Tmin = Tnóng chảy + 20

o

_C

• Trên xylanh chia ít nhất 3 (nhiều nhất 7) vùng

nhiệt theo thứ tự:

• Phễu nạp liệu

 Nhiệt thấp  Nhiệt cao 

Nhiệt thấp.

• Vùng gần phễu nạp liệu:

nhiệt thấp để tránh

truyền nhiệt cho phễu làm chảy nhựa ngay

trong phễu.

• Vùng giữa trục vít:

nhiệt cao để nhựa nóng

chảy.

• Vùng đầu trục vít:

nhựa đã chảy lỏng hết, chỉ

cần duy trì nhiệt cho nhựa, tránh nhựa bị quá

nhiệt.

b. Nhiệt độ khuôn

• Nhiệt độ khuôn cao sẽ gây các ảnh hưởng:

– Chậm hóa rắn nhựa, khi lói sản phẩm bị biến

dạng

– Tăng thời gian của một chu kì

• Nhiệt độ khuôn quá thấp sẽ gây các ảnh hưởng:

– Làm tăng nhanh quá trình hóa rắn

– Sản phẩm chưa kịp điền đầy

• Mục đích của quá trình sấy:

làm giảm lượng

ẩm có trong nhựa để tránh hiện tượng ăn

mòn trong xilanh trộn, tránh hiện tượng

vón cục, bọt khí do ẩm gây ra, tránh kết cấu

xốp không bền vững.

• Các thông số cần cho quá trình sấy nhựa là:

– Tốc độ khí

– Độ ẩm của dòng khí

– Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu

– Nhiệt độ dòng khí

– Thời gian sấy

• Nhiệt độ nhựa trong phễu sấy < Nhiệt độ

nóng chảy của nhựa*

• Nhựa dân dụng thường sấy 60 – 80 độ. Nhựa

kỹ thuật thường sấy cao hơn.

• Nhựa nhiệt độ cao dễ bị biến tính thì không

sấy ở nhiệt độ cao. VD: màng co PVC.

d. Hệ thống nước giải nhiệt

• Giải nhiệt cho phễu nạp liệu

• Giải nhiệt cho khuôn

• Giải nhiệt cho dầu thủy lực

• Giải nhiệt cho trục vít (có thể dùng quạt

gió hoặc bằng nước giải nhiệt đi trong

trục vít)

• Cần giải nhiệt cho phễu nạp liệu vì khi nhiệt độ

tại đó tăng bằng nhiệt độ chảy của vật liệu thì

một phần nhựa sẽ bị chảy ra và kết dính lại

ngăn không cho nhựa đi vào khoang trộn dẫn

đến thiếu nhựa trong quá trình phun.

• Cần giải nhiệt cho dầu thủy lực vì khi bơm dầu

thủy lực để thực hiện các chức năng của máy

thì dầu thủy lực nóng lên  độ nhớt giảm làm

ảnh hưởng đến các thông số phun, không điều

chỉnh chính xác các hoạt động của máy.

• Cần giải nhiệt cho khuôn để làm nguội sản

phẩm, rút ngắn thời gian hình thành sản

phẩm, tăng năng suất sản phẩm.

Tháp giải nhiệt hoạt động theo nguyên tắc bốc hơi thu nhiệt của môi trường.

4.4.2 Thời gian

• Thời gian của một chu kì ép phun gồm thời

gian của nhiều chu kì con:

Đóng khuôn, Trộn,

Phun, Giữ, Lùi, Giải nhiệt, Mở khuôn, Lói.

• Ý nghĩa của các chu kì con trong quá trình ép

phun: chu kì con cho phép ta chia nhỏ 1 quá

trình vận hành thành những modun nhỏ, do

đó:

– dễ điều khiển và kiểm soát các thông số.

4.4.3 Áp suất

• Mỗi máy ép phun có một

áp suất tổng

(áp suất tại đầu đẩy của bơm). Từ áp

tổng sẽ phân phối cho các hệ thống để

có những áp nhỏ hơn thông qua các

van, gồm:

– Áp suất phun điều khiển vít xoắn

– Áp suất đóng, mở khuôn

– Áp suất lói

– Áp suất lùi

• Áp suất tổng tính bằng atm. Các áp suất

còn lại tính bằng phần trăm áp suất

tổng.*

• VD: Một máy ép phun có áp suất tổng là

150atm. Cài đặt áp lực lói là 60. Nghĩa là

áp lực cài đặt = 150x60/100 atm.

• Các thông số cài đặt là thông số trung

bình. Nếu áp suất cao thì cài > 50, nếu

thấp cài < 50.

• VD: khi phun cần áp cao thì cài > 50, khi

Lực đóng khuôn

• Lực đóng khuôn là lực giữ cho khuôn không bị bong ra khi phun nhựa. Quá trình giữ này thực hiện nhờ áp lực đóng khuôn của hệ thống xi lanh thủy lực và các hệ thống trục khủy.

• Ảnh hưởng của lực đóng khuôn:

• Nếu lực đóng khuôn thiếu thì khuôn không kín, sản

phẩm bị lỗi hoặc không thể hình thành.

• Nếu lực đóng khuôn quá lớn thì tiêu tốn nhiều năng

lượng.