giáo trình Công nghệ chất dẻo phần 4

Chia sẻ: Thái Duy Ái Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

295
lượt xem 131
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

51 7. Nhựa chịu nhiệt có cấu trúc kết mạng rất bền, không thể có hiện tượng biến thể chảy mềm. Chúng chỉ có thể biến thể mềm rất ít khi còn ở dưới nhiệt độ phân hủy, giữ nguyên trạng thái cho đến hoàn bị phân hủy khi đạt đến nhiệt độ phân hủy. Sau đây là một vài chương có liên quan đến thuộc tính vật lý của chất dẻo chưa được nhắc đến trong bài giới thiệu này Biểu hiện đốt cháy của chất ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: giáo trình Công nghệ chất dẻo phần 4

51 7. Nhựa chịu nhiệt có cấu trúc kết mạng rất bền, không thể có hiện tượng biến thể chảy mềm. Chúng chỉ có thể biến thể mềm rất ít khi còn ở dưới nhiệt độ phân hủy, giữ nguyên trạng thái cho đến hoàn bị phân hủy khi đạt đến nhiệt độ phân hủy. Sau đây là một vài chương có liên quan đến thuộc tính vật lý của chất dẻo chưa được nhắc đến trong bài giới thiệu này Biểu hiện đốt cháy của chất dẻo DIN 53459 Xác định độ phát sáng DIN 4102 Khả năng chịu lửa và chịu nhiệt của các vật liệu ( tính đối kháng ). Trị số nhiệt của chất dẻo. DIN 52612 Xác định khả năng dẫn nhiệt của chất dẻo DIN 52614 Thí nghiệm khả năng cách nhiệt của chất dẻo ( trị số cách nhiệt của tấm lót sàn nhà ). DIN 7722E Xếp hạng các chất cao phân tử dựa trên những biểu tượng cơ nhiệt của chúng. Khả năng bền ở nhiệt độ thấp DIN 53372 Thí nghiệm cho các phim nhựa. Xác định độ bền ở nhiệt độ thấp của phim-PVC. DIN 53545 Xác định biểu hiện của cao su tổng hợp và chất dẻo đàn hồi ở nhiệt độ thấp. Thuộc tính điện của nhựa. DIN 53482 Thí nghiệm các chất ngăn cách. Xác định trị số điện trở . DIN 53481 Xác định điện thế và độ bền đố i với tần số cao. DIN 53480 Xác định độ bền dẫn điện trong điều kiện vận hành dưới 1 KV ( Kilo Volt ) DIN 53483 Xác định thuộc tính điện môi ( hằng số điện môi và thông số tổn thất điện môi ) DIN 53486 Đánh giá những biểu tượng t ĩnh điện của chất dẻo và so sánh với những chất cách khác. DIN 53489 Đánh giá tác dụng rỉ mòn trong điện giải đố i với chất dẻo. Thuộc tính quang học DIN 53491 Xác định trị số khúc xạ và tán xạ của ánh sáng. DIN 53490 Xác định sự mờ đục của lớp nhựa trong suốt. Thuộc tính âm học DIN 18164 Nhựa xốp được ứng dụng làm chất cách âm trong ngành xây dựng DIN 4109 Cách âm trong ngành xây dựng. DIN 52210 Hãm thanh trong không khí DIN 52211 Trị số cách âm và định mức cách âm tiêu chuẩn. Các ảnh hưởng khác : Ánh sáng, thời tiết, lão hóa DIN 50010-50019 Tác động của thời tiết DIN 53388 Xác định độ bền đố i với ánh sáng ( tia cực tím và hồng ngoại ) DIN 54004 Xác định của ánh sáng đối với chất dẻo trộn mầu, in ấn lên bề mặt của chúng. Còn tiếp tục : - Những thuộc tính vật lý của chất dẻo ở trạng thái lỏ ng - Độ nhờn và hiện tượng dòng chảy của chất dẻo Ghi chú: Tất cả tài liệu và hình ảnh trong bài viết này được trích dẫn từ các web site sau đây: - http://www.weka.de - http://www.peterlutz.ch - http://www.fbv.fh-frankfurt.de/mhwww/KUT/indexkut.htm - W. Laeis, Einführung in die Werkstoffkunde der Kunststoffe Trương Ngọc Giao K.S. Biến chế chất dẻo PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
1 Công nghệ chất dẻo ( Kunststofftechnologie ) phần 2 3. Các phương pháp chế biến chất dẻo Phương pháp chế biến chất dẻo hay còn gọi với tên khác là quy trình gia công chất dẻo. Các phương pháp này rất đa dạng, chúng tập hợp nhiều tiến trình tùy theo những yếu tố sau đây: . Thuộc tính khác nhau của mổi loại chất dẻo: ứng nhiệt ( Thermopaste ), chịu nhiệt ( Duroplaste), đàn hồi hay cao-su tổng hợp ( Elastomere ). . Phạm vi ứng dụng: gia dụng, tiêu dùng, kỹ nghệ cơ khí, điện khí, điện tử, xây dựng..vv. . Chức năng sản phẩ m: chịu nhiệt, chịu lực ( nén, hay ma sát ), cách điện, cách nhiệt, cơ phận bằng chất dẻo (nhẹ) thay cho cơ phậ n kim loạ i (nặng), đóng gói, lót, chèn, chứa đựng..vv… . Hình thể sản phẩ m: hình khối đơn giản, phức tạp, rổng, đặc hay hình trụ sang đến dạng tấm, màn hay bao bì, tấm chèn xốp..vv.. Từ những yếu tố kể trên người ta có rất nhiều phương pháp chế biến cùng với máy móc thiết bị, quy trình sản xuất khác nhau. Tựu chung hiện nay có những phương pháp chế biến chất dẻo thường gặp như sau: Đẩy liên tục ( Extrusion ), ép ( Pressen ), đúc (Giessen), đúc phun (Spritzgiessen), hút chân không (Vakuum) đông bọt ( Verschaeumung ), kết hợp phản ứng kết mạng với các loại sợi phụ gia như vải, nhựa, thủy tinh .vv.. ( Glasfaserverstaerkung ) 3.1 Phương pháp đẩy liên tục ( Extrusion ) Đẩy liên tục là một phương pháp chế biến được ứng dụng rộng rãi trước tiên cho các loại chất dẻo ứng nhiệt ( Thermoplast ), -đàn hồi và cao su tổng hợp ( Elastomere ). Đây là một quy trình nấu chảy và đẩy nhựa liên tục, chủ yếu để sản xuất đại trà các sản phẩm bằng chất dẻo có hình thể : ống, thanh, sợi, tấm, màng, phim, bao bì hay vỏ bọc dây dẫn điện..vv… Để sản xuất những sản phẩ m kể trên người ta cần phải có một dây chuyền tập hợp nhiều máy móc có chức năng riêng biệt lại với nhau gọi chung là dây chuyền thiết bị máy đẩy nhựa . hình 1 : Sơ đồ một dây chuyền thiết bị máy đẩy sản xuất ống dẫn nước 1: Máy đẩy nhựa 5: Bồn nước làm nguội 2: Khuôn tạo dáng ống 6: Hệ thống kéo và định dạng 3: Hệ thống điều chỉnh kích thước 7: Máy cắt 4: Kênh dẫn nước để làm nguội 8: Ống nhựa 3.1.1 Máy đẩy nhự a Máy đẩy nhựa là bộ phận quan trọng nhất trong dây chuyền thiết bị máy đẩy, có nhiệm vụ nấu chảy hạt nhựa từ trạng thái rắn sang trạng thái nhão lỏng thông qua các vòng băng đốt nóng được điều chỉnh nhiệt độ từ thấp đến cao. Dưới tác dụng của nhiệt bên ngoài và áp suất bên trong của xi-lanh (ống hình trụ ), hạt nhựa nóng chảy dầ n cùng lúc được đẩy ra phía trước bởi trục trôn ốc, cho đến phần cuối xi-lanh, nhựa hoàn toàn chảy lỏng và được đẩy tiếp vào khuôn tạo dáng xuyên qua lưới lọc và bộ vỉ phân luồng. PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
2 III II I hình 2 : Hình dáng bên ngoài của một máy đẩy nhự a Hình dáng máy đẩy nhựa rất đa dạng, thay đổi tùy theo nhà sản xuất, công suất và sản phẩm. Tựu chung nhìn từ bên ngoài chúng ta có thể tạm chia máy đẩy nhựa gồm có 3 phần I . Đuôi máy : bao gồm bồn hình phễu, chứa hạt nhựa trước đó đã được sấy khô. Hạt nhựa được cho vào bồn bằng tay hay bằng hệ thống điều khiển tự động thông qua ống dẫn từ trung tâm chứa hạt nhựa. Hệ thống truyền lực nối liền động cơ điện và trục trôn ốc. II .Thân máy: bao gồm trục trôn ốc nằ m bên trong một xi-lanh, bên ngoài xi-lanh được bọc bởi những vòng băng điện trở để đốt nóng, xen kẽ giữa xi-lanh và vòng băng điện trở là hệ thống làm nguội xi-lanh. III . Đầu máy: bao gồm phần đầu của trục trôn ốc, tấm vỉ lọc, cùng với cơ phận tiếp giáp với khuôn. hình 3 : Máy đẩy nhự a với các cơ phận bên trong a. trục trôn ốc g. hệ thống vòng bi đỡ trục trôn ốc b. cơ phận truyền lực trục trôn ốc h. hệ thống truyền lực c. xi-lanh (ống hình trụ ) i. động cơ điện d. vòng băng điện trở k. khung máy e. hệ thống làm nguội ( không khí ) cho xi-lanh l. miệng thông với bồn chứa hạt nhựa f. hệ thống làm nguội ( nước ) cho trục trôn ốc m. bộ phận nối vào khung máy PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
3 hình 4 : Cơ sở sản xuất ống dẫn nước với một phần của dây chuyền máy đẩy nhựa liên tục Thông thường có 4 loại máy đẩy nhựa được ứng dụng cho các dây chuyền sản xuất 1. Máy đẩy một trục trôn ốc 3 vùng với vùng đưa vào đơn giản 2. Máy đẩy một trục trôn ốc 3 vùng với vùng đưa vào trang bị thêm ống lót có rãnh 3. Máy đẩy hai trục trôn ốc quay cùng chiều 4. Máy đẩy hai trục trôn ốc quay nghịch chiều Hình 5 : Cấu trúc cơ bản của máy đẩy và tên gọi các vùng của trục trôn ốc PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
4 Hình 6: Bảng kê khai số liệu của một vài loại máy đẩy một trục trôn ốc của công ty Berstorff, Hannover Công suất của máy đẩy nhựa lệ thuộc vào những yếu tố sau đây: - Loại và hình thể khác nhau của trục trôn ốc, vùng đẩy phẳng hay vùng đẩy có cải tiến với ống lót. - Chỉ số vòng quay ( số vòng quay trong 1 phút, Upm ) của trục trôn ốc - Thuộc tính nhờn-đàn hồi và bám dính của nhựa nóng chả y. - Hình thể phần tiếp giáp thông với khuôn và áp suất tạo nên bởi đầu trục trôn ốc. - Nhiệt độ truyền bên trong xi-lanh và bên trong trục trôn ốc. 3.1.1.1 Máy đẩy nhự a một trục trôn ốc Người ta phân biệt cơ bản hai loại máy đẩy: Máy đẩy nấu chảy và máy đẩy nấu dẻo. Tiến trình cơ bản của hai loại máy đẩy này giống nhau và những tiến trình đó là : Điều khiển, lực kéo, tuyền lực..vv.. Tùy theo đòi hỏi khác nhau của mổi chủng loại nhựa ( chảy lỏng, hạt nhựa ) mà người ta sử dụng những loại máy đẩy thích hợp, máy đẩy nấu chảy và máy đẩy nấu dẻo, cùng với hình thể đặc biệt của trục trôn ốc. Do bởi chức năng của máy đẩy một trục giới hạn trong việc nấu chảy lỏng ( biến thể thuầ n nhất ) cho nên loại máy đẩy này không được sử dụng rộng rãi so với loại máy đẩy nấu dẻo. Máy đẩy thường được chia loại dựa theo đường kính và chiều dài của trục trôn ốc. Thí dụ: 50 mm/25 D có nghĩa là chiều dài trục trôn ốc là 50 mm x 25 = 1250 mm. Nhiệm vụ của một máy đẩy nấu dẻo ( trong hình 5 và 7 ) được tóm gọn như sau: Sự di chuyển về phía trước của nhựa trong máy đẩy là do tác động quay và đẩy tịnh tiến của trục trôn ốc cùng với thuộc tính bám vào thành bên trong xi-lanh của nhựa nhão, cả hai hiện tượng này diễn ra đồng thời và tác động lẫn nhau. Hiện tượng cơ động này gọi là „ sự vận chuyển kéo lê „ cũng còn gọi là cuộn sóng nhào nặn Gs, chịu tác động bởi cuộn sóng áp suất Gp, và có trị số âm hay dương tùy theo phương thức máy đẩy lựa chọn. Ngoài ra một trị số khác là cuộn sóng khe hở GL, được tạo ra bởi khoả ng cách giữa vòng xoắn của trục trôn ốc và thành xi-lanh. Nhựa di chuyển bên trong xi-lanh, giữa những rãnh của trục trôn ốc và khe hở của trục trôn ốc và thành xi-lanh sẽ bị nhào nặn và cọ sát nhiều lần với cường độ rất mạnh, tạo ra ba loại hình cuộn sóng được tả trong hình 8. Hình 7 : Sơ đồ tiến trình tạo áp suất của máy đẩy một trục trôn ốc PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
5 Đồ họa diễn tả sự vận chuyển chồng lên nhau của cuộn sóng áp suất và cuộn sóng kéo lê trong máy đẩy một trục ( thông thường và gia tăng công hiệu ) đã được diễn tả trong hình 8. Những phần tiếp theo dưới đây cũng chỉ để giải thích chi tiết tính toán bổ xung cho hiện tượng đã trình bài ở phần trên. Hình 8 : Vùng vận tốc trong máy đẩy thông thường và máy đẩy tăng công hiệu, định nghĩa hình thể trục trôn ốc Những ký hiệu được ứng dụng D đường kính W khoả ng cách giữa 2 vòng xoắn Gs cuộn sóng kéo lê φ độ dốc vòng xoắn e bề ngang vòng xoắn Gp cuộn sóng áp suất h bề sâu vòng xoắ n δ khe hở giữa trục trôn ốc và thành xi-lanh GL cuộn sóng khe hở Công suất vận chuyển được tính theo công thức: G = Gs - Gp - GL Hay trong trường hợp bỏ qua cuộn sóng khe hở G = Gs – Gp Mặt khác trị số G cũng lệ thuộc vào hình thể của trục trôn ốc và chỉ số vòng quay n theo công thức Gs = Ks.h.n Ks = ½ . D². sinφ.cosφ Như thế trị số gần đúng của cuộn sóng kéo lê Gs ~ h . n . D² Mối liên hệ này phát xuất từ “mô hình hai tấ m ván”. Một mô hình được ứng dụng để diễn tả thuộc tính chả y của nhựa lỏng ( nóng chả y ), đã đựợc nhắc đến trong phần vật lý nhựa. Trường hợp này tương ứng với bề mặt chuyển động quay của trục trôn ốc với chuyển động của hai tấm ván trong mô hình nói trên. Cuộn sóng áp suất được tính bởi công thức Gp = Kp (p . h³) / (η . L) p : Áp suất n : Số vòng quay trục trôn ốc η : Độ nhờn L : Chiều dài trục trôn ốc Kp = ½ D . sin²φ Như thế Gp ~ (p . h³ . D) / (η . L ) PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
6 3.1.1.2 Trục trôn ốc Hình 9 : hình thể cơ bản và tên gọi các phần của trục trôn ốc Trục trôn ốc là trái tim của máy đẩy nhựa. Hình 8 đã diễn giải những đặc điểm kích thước của trục trôn ốc. Kế đến do lệ thuộc vào nhiều nhiệm vụ khác nhau ( đưa hạt nhựa vào, vận chuyển, nấu nhão, nấu chảy lỏng ) nên chiều dài của trục trôn ốc cũng thay đổi khác nhau tùy theo vật liệu nhựa. Hình 10 cho thấy các loại trục trôn ốc khác nhau. Trục trôn ốc trong máy đẩy chỉ quay chung quanh trục của nó, lực quay này được tạo ra bởi động cơ điện và thông qua hệ thống truyền lực. Trục trôn ốc thường có 3 vùng: Vùng đưa vào : Vùng này có nhiệm vụ kéo hạt nhựa từ trong bồn chứa hình hình phễu xuống và đưa tiếp tục ra phía trước hướng vào vùng nén. Vùng nén : Nơi đây, do cấu trúc bề sâu của các rãnh giữa các vòng trôn ốc cạn dần, nên nhựa chảy nhão bị nén với áp suất rất lớn để thoát qua rãnh ( có kích thước cạn dần ) giữa trục trôn ốc và thành xi-lanh. Vùng thoát ra : Nơi đây nhựa chảy lỏng được nâng lên nhiệt độ yêu cầu, và tạo nên áp suất chuẩn định để được nén vào khuôn xuyên qua vỉ chắn. Đây cũng là tiến trình chuẩn định của máy đẩy . Hình 10 : Các loại trục trôn ốc thông thường cho máy đẩy nhựa PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
7 3.1.1.3 Kích thước thông thường của trục trôn ốc. Những ký hiệu thông thường: Chiều dài (L) và đường kính (D) tạo nên tỷ lệ L/D, chiều sâu bước trôn ốc ở vùng đưa vào và vùng đẩy ra ( h1, h2 ), chiều dài mổi vùng với chiều sâu bước trôn ốc khác nhau ( L1, L2, L3), chiều ngang vòng trôn ốc ( e ), bước trôn ốc ( t ), góc nâng (φ), khoảng cách giữa hai vòng trôn ốc ( w ). Tỉ lệ L/D được dùng để xác định độ lớn và năng suất của một trục trôn ốc. Ngoài ra như đã nói ở phần trên, đường kính của trục trôn ốc được xác định bởi nhà chế tạo máy. Hình 11: Ký hiệu nhữ ng kích thước thông thường của một trục trôn ốc Những kích thước thông thường cho đường kính: 45, 60, 90, 120, 150, 200, 250 mm và chiều dài từ 20 đến 30 D . Chiều sâu bước trôn ốc h1 và h2 xác định tỉ lệ áp suất của một trục trôn ốc và độ nhớt ( đậm đặc ) của lượng nhựa lỏng ở vùng đẩy ra của trục trôn ốc. Tỉ lệ giữa hai chiều sâu này thường là 1:2 đến 1:3. Kích thước cho bước trôn ốc ( t ) và chiều ngang của vòng trôn ốc ( e ) cũng phải tương xứng với độ lớn của trục trôn ốc và được xác định theo quy tắc t = D và e = 0,1 D. Mổi trục trôn ốc thường có 3 vùng: Vùng đưa vào (L1), vùng nén (L2), vùng đẩy ra (L3). Kích thước chiều dài của mổi vùng sẽ thay đổi khác nhau tùy theo đặc tính của từng loại nhựa và điều kiện chế biến. Ví dụ: Trục trôn ốc với vùng nén ngắn thích hợp cho các loại nhựa có vùng nóng chảy ngắ n, và trục trôn ốc thoát khí hích hợp cho điều kiện chế biến cần phải nén và giải nén áp suất nhiều lần để cho hơi nước và bọt khí bên trong có điều kiện thoát ra ngoài trước khi nhựa lỏng được đẩy vào khuôn. Tùy theo đòi hỏi thích hợp với phạ m vi ứng dụng cũng như lợi ích kinh tế, người ta có thể trộn thêm chất phụ gia vào nguyên liệu nhựa. Tuy nhiên bên cạnh đó còn có thêm những trục trôn ốc có hình thể đặc biệt để thích nghi cho mỗi trường hợp ứng dụng chế biến đặc biệt. Nhựa nhiệt kết tinh thể thường thích nghi với trục trôn ốc có vùng nén ngắ n, bởi vì khoảng cách ngắn ( vùng nén ) của sự thay đổi chiều sâu ( giả m đi ) giữa các rãnh từ vùng đưa vào sang vùng đẩy tạo ra nhiều ưu thế cho loại nhựa này. Đối với nhựa PVC phải cần đến những trục trôn ốc đặc biệt gọi là “trục tôn ốc vùng nén dài “. Khi thiết kế trục trôn ốc người ta cần phải lưu ý đến mối tương quan giữ độ dốc h của vòng trôn ốc, đường kính trục trôn ốc D và góc nâng của vòng trôn ốc. Kích thước và hình dáng trục trôn ốc, vòng trôn ốc ảnh hưởng rất lớn đến năng suất của máy đẩy nhựa.cũng như cường độ trộn vật liệu và tạo áp suất bên trong xi-lanh. Để thích nghi cho mục đích ứng dụng và tốc độ dòng chảy đòi hỏi đường kính của trục trôn ốc thay đổi từ D = 19 mm đến D = 300 mm. Chiều dài thay đổi từ 6 x D ( chế biến cao su tổng hợp ) cho đến khoảng 25 D ( cho các máy đẩy nấu chảy thông thường ). Các loại máy đẩy nhựa thông thường bên cạnh các loại trục trôn ốc có chiều dài đặc biệt 30 x D còn có thêm hình thể đặc biệt cho thoát khí để thích hợp cho sản xuất nhựa xốp (với chiều dài khoảng 32 đến 35 D). Các loại trục trôc ốc cổ điển bên cạnh những đòi hỏi về đường kính, chiều dài và sự phân chia hợp lý các vùng còn có thêm đòi hỏi cho tỉ lệ thích nghi về chiều sâu các rãnh của vùng đẩy ra h1 đối với vùng đưa vào h2 . Tỉ lệ nén phải như thế nào để trục trôn ốc hoàn toàn thỏa được tỉ lệ của lượng hột nhựa trong vùng đưa vào với lượng nhựa chảy lỏng trong vùng đẩy ra. Trong hình 9 cũng trình bày trục trôn ốc thoát khí, loại trục này được ứng dụng cho máy đẩy nhựa thoát khí. Loại máy đẩy này được thiết kế trên thân máy, ngay tại vùng rãnh nông một miệng thoát thông với bên ngoài để cho bọt khí của nhựa chảy nhão thoát ra, và hình thể thay đổi đột ngột của đường kính cũng tạo nên hiện tượng giả m áp suất đột ngột, nó không làm cho lượng nhựa bên trong thoát ngoài nhưng nó tạo ra khoảng chân không giúp cho các thành phần khí khác cũng được hút ra ngoài khỏi thân máy. Người ta cũng thiết kế các loại trục trôn ốc có cấu trúc đặc biệt để thích nghi cho máy đẩy thoát khí, thường được gọi là trục trôn ốc có thêm bộ phận trộn hay cắt. PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
8 Hình 12 : Hình thể một vài trục trôn ốc đặc biệt có thêm bộ phận trộn và cắt Hình dáng đầu trục trôn ốc cũng rất đa dạng (Hình 13) và đóng vai trò quan trọng trong quá trình đẩy nhựa lỏng vào khuôn. Các dạng đầu thường gặp : cụt ngang, hình nón cụt, hình nón, hình nón lượn, hình cầu, hình bán cầu, hình nón ngắn, hình nón dài có trôn ốc, hình tù hay những hình đặc biệt theo yêu cầu. Vật liệu dùng để chế tạo trục trôn ốc thường là những hợp kim đặc biệt, v/d : 42 CrMo 4, DIN 92237480, được tôi để chịu đựng áp suất cao. Ngoài ra trục trôn ốc phải thỏa mãn các yêu cầu: - Chịu uốn và chịu xoắn tốt - Chịu được nhiệt độ cao - Bề mặt được mạ lớp kền (Ni) hay chrom (Cr) để gia tăng độ cứng - Bề mặt phải được mài nhẵn ở mức độ cao để hạ n chế bám dính. Hình 13 : Mô tả một vài hình dáng đầu trục trôn ốc 3.1.1.4 Xi-lanh Thuộc phầ n thân máy, có hình dáng của một ống hình trụ. Bên ngoài được bao bọc bởi các vòng đốt nóng, bên trong chứa trục trôn ốc. Xi-lanh và trục trôn ốc được gọi chung là bộ phận biến nhão nhựa. Điểm lưu ý ở đây là giữa trục trôn ốc và thành bên trong xi-lanh không được chạ m nhau, với điều kiện thiết kế chính xác rất cao, khoảng cách khe hở này (δ = 4 mm ) giúp cho trục trôn ốc khi hoạt động giống như đang bơi trong bồn chứa nhựa nhão. Tùy theo điều kiện chế biến xi-lanh có thể được cấu tạo từ một ống trụ nguyên hay từ hai hay nhiều phầ n lắp ghép lạ i với nhau. Xi-lanh đơn phần thích hợp cho phơng pháp biến chế các loại nhựa PVC mềm, các loại xi-lanh thoát khí cho nhựa PS, SB, ABS và PMMA xi-lanh hai phần lắp ghép cũng được ứng dụng cho các loại nhựa như PE,PP..vv.. được hổ trợ với ống lót có rãnh ở phần đưa vào. 3.1.1.5 Động cơ điện Bộ phận chính để khởi động trục trôn ốc chính là động cơ điện. Người ta áp dụng động cơ lớn nhỏ tùy theo yêu cầu của khối lượng và độ đậm đặc của lượng nhựa bên trong xi-lanh và tùy theo độ lớn của đường kính trục trôn ốc mà năng suất của động cơ được áp dụng. Thí dụ từ 10 kW cho 45 mm đến 500 kW cho 250 mm. Máy đẩy phải thích hợp với loại nhựa ứng dụng và khuôn tạo dáng cùng với vận tốc gia công khác nhau. Do đó các loại động cơ tự động thay đổi vậ n tốc vòng quay rất có lợi thế trong điều kiện nói trên. Các loại đọộg cơ vơớ dòng điện một chiều và xoay chiều đều có thể được áp dụng trong điều kiện nói trên. 3.1.2 Máy đẩy một trục theo tập quán thông thường Loại máy đẩy này được thiết kế và mang ra ứng dụng từ những thời kỳ đầu tiên của máy đẩy nhựa, với trục trôn ốc có 3 vùng cơ bản như đã trình bày ở phần trên. Với nguyên tắc này, vùng thoát ra giữ nhiệm PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
9 vụ cuối cùng của trục trôn ốc, tạo ra áp suất để nén lượng nhựa lỏng vào vỉ chắn trước khi vào khuôn tạo dán thành phẩ m. Hình 14 diễn tả quá trình của áp suất dọc theo chiều dài và hình thể của trục trôn ốc. Hình 14 : Quá trình tạo nên áp suất của trục trôn ốc bên trong máy đẩy thông thường. Hình 15 : Sơ đồ quá trình áp suất và dòng chảy /áp suất đối với khuôn của máy đẩy một trục Trong vùng đẩy ra ( hình 7 ), diễn tả hiện tượng nhào nặn của cuộn sóng kéo lê và cuộn sóng nén. Do hiện tượng cọ sát, bám dính của nhựa lên bề mặt và bị cản trở bởi hình thể của trục trôn ốc tạo nên cuộn sóng kéo lê và cuộn sóng áp suất ngược lại. Do đó với hình thể phẳng của vùng đưa vào và vùng đẩy ra sẽ tạo ra cuộn sóng áp suất thấp hơn so với vùng nén, xem hình 15 . Hiện tượng vận chuyển của hạt nhựa trong vùng đưa vào được gọi là hiện tượng cọ sát Coulom. Sự cọ sát sinh ra giữa thành xi-lanh và hạtt nhựa cũng như giữa những hạt nhựa với nhau. Để cho trị số cọ sát này rất nhỏ và việc vậ n chuyển được dể dàng nên vùng đưa vào phải luôn được làm nguội để hạtt nhựa không bị chảy. Máy đẩy thông thường có nhiều bất lợi vì lệ thuộc rất nhiều vào áp suất ngược lại do dòng chảy tạo ra. Để cải tiến nhược điểm này người ta thiết kế ra máy đẩy nhựa có trang bị thêm ống chêm có rãnh. 3.1.3 Máy đẩy cải tiến với ống lót có rãnh bên trong Nhằ m mục đích cải tiến để gia tăng áp suất cao nhất ngay ở vùng đưa vào người ta thiết kế thêm ống lót có rãnh, qua đó hột nhựa, luôn được làm nguội, có thêm cơ hội trộn đều hơn, cọ sát lẫn nhau nhiều hơn, nhờ vào cấu trúc các rãnh cùng với chuyển động quay của trục trôn ốc. Như thế ngay tại vùng đưa vào đã có dược áp suất cần thiết cho các vùng kế tiếp. Hình 11 trình bài thiết kế ống chêm có 4 rãnh và hình 12 với nhiều rãnh vuông góc được bào theo hình nón dọc theo ống. PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
10 a b Hình 16 : a : Quá trình tạo áp suất của máy đẩy cải tiến b) So sánh công suất của hai loại máy đẩy Hình 17 : Tiết diện ống lót 4 rãnh Thành bên trong của ống lót thường được mạ kền ( Ni ) hay được tráng lớp hợp kim đặc biệt để chống hiện tượng mài mòn, thành bên ngoài ống lót được đốt nóng bởi vòng băng điện trở. Trong trường hợp cần thiết bên cạnh đó cũng có các kênh dẫn nước hay không khí để làm nguội. Đối với một vài loại ống lót chỉ thích nghi với nước để điều hòa nhiệt độ ( v/d máy đẩy cho nhựa đàn hồi và nhựa xốp ) Hình 18 : Tiết diện ống lót nhiều rãnh ( 6, 8 …) PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
11 Một chi tiết cần lưu ý ở đây là các kênh dẫ n nước rất quan trọng, chúng có nhiệm vụ làm nguội ống lót để giúp cho hạt nhựa bên trong không bị chảy trong khi cọ sát. Thông qua hình thể của các rãnh trong ống lót, chiều cao của vùng đưa vào được nâng lên đáng kể, nó tạo nên áp suất trong hình 16, diễn tả hiện tượng trộn nhào của cuộn sóng kéo lê và cuộn sóng áp suất. 3.1.4 Hiện tượng nấu nhão Nhiệt lượng cần thết để làm chảy hạt nhựa được tạo ra bởi hai yếu tố. Trước tiên, nhiệt được tạo ra bởi hiện tượng cọ sát bên trong và bên ngoài giữa những hạt nhựa với nhau. Nhiệt tự phát này thông thường không đạt đủ yêu cầu để làm chảy nhựa nên cạnh đó cần thêm nguồn nhiệt từ bên ngoài được tạo bởi các vòng băng điện trở bao quanh xi-lanh, nhiệt tạo ra từ các vòng điện trở phải được điều chỉnh sao cho thích hợp với từng loại nhựa và thứ tự từ thấp đến cao dần. 3.1.5 Hiện tượng nhự a nhão bám vào bề mặt trục trôn ốc và thành xi-lanh Hột nhựa trong các rãnh bắt đầu bị nấu nhão ở vùng sát thành xi-lanh trước tiên, tạo nên một lớp nhựa nhão mỏng cho đến khi đạt đến lượng nhão nhất định chúng sẽ bám vào bề mặt trước và sau của vòng trôn ốc ( cánh chủ động và cánh thụ động ). Do cuộn sóng được tạo ra bởi khe hở giữa vòng trôn ốc và thành xi-lanh khiến cho khối nhựa nhão trong vùng trước cánh trước vòng trôn ốc chuyển động cuộn vòng chung quanh khối hột nhựa. Trong vùng nén, lượng nhựa nhão sẽ hình thành áp suất giữa những hột nhựa, làm cho chúng vẫn giữ nguyên dạng hột ở thể rắn ( Hình 19 ). Hình 19 : Mô tả hiện tượng nhự a chảy nhão vòng bên ngoài cùng với hạt nhự a đóng lại ở phần chính giữa các rãnh của trục trôn ốc Hiện tượng này lại tiếp diễn trong vùng đẩy ra của trục trôn ốc, do đó khi được vận chuyển đến phần đầu nơi tiếp giáp với khuôn lượng nhựa nhão đôi khi vùng chính giữa bên trong vẫ n chưa chảy lỏng hoàn toàn tạo nên những bất lợi cho giai đoạn kế tiếp. Thông thường trước khi được đẩy vào khuôn, nhựa nhão được cho qua một bộ phận gọi là bộ chắn ( Hình 20 ) a b Hình 20 : a) Tiết diện bộ chắn gồm vỉ phân luồn và lưới lọc b) Hình chụp chính diện bộ chắn PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
12 Bộ chắn được cấu tạo gồm hai phầ n, lưới lọc và vỉ phân luồng. Lưới lọc có nhiệm vụ lọc và giữ lại những phần rắn của hột nhựa chưa kịp chảy lỏng hoàn toàn hay sạn lẫn trong nhựa lỏng. Lưới lọc được gắn liền với một bộ phận khác gọi chung là vỉ lưới, có thể dể dàng kéo ra ngoài để thay lưới lọc mới trong trường hợp bị nghẹt hay đã sử dụng nhiều lầ n. Hình 21 : Mô tả hình dáng các lổ khoang trên mặt vỉ phân luồng Nhựa lỏng được đẩy từ vùng đẩy ra của xi-lanh đi xuyên qua lưới lọc và vỉ phân luồng nhờ các lổ koang. Vỉ phân luồn có nhiệm vụ giúp cho lượng nhựa chảy điều khắp bề mặt trước khi vào khuôn. 3.1.6 Máy đẩy nhự a hai trục trôn ốc Như đã trình bày ở phần trên ( Hình 17 ), các phần nhựa nằm bên trong không hội đủ điều kiện để hoàn toàn chảy lỏng trước khi được đẩy tiếp vào khuôn, kết lại thành những thành phần nhỏ ở thể rắn nằ m lẫn lộn trong nhựa lỏng không có lợi cho tiến trình chảy lỏng. Để khắc phục nhược điểm này người ta sử dụng thêm một trục trôn ốc thứ hai được thiết kế sao cho cả hai trục trôn ốc vừa vặn nằ m sát với nhau, và hoạt động trong 2 kênh xi-lanh thông nhau. Các rãnh và vòng trôn ốc nằ m xen kẽ, đóng vai trò như hai trục có thể vừa cán và đẩy nhựa tịnh tiến về phía trước.Trong trường hợp này người ta phân biệt hai trường hợp 3.1.6.1 Máy đẩy nhự a hai trục trôn ốc quay cùng chiều Với máy đẩy này ( Hình 21 ), mổi trục trôn ốc khi quay sẽ cán, trộn và dẩy nhựa nhão từ xi-lanh này sang xi-lanh kế bên xuyên qua các rãnh giữa hai trục trôn ốc. “ Lực kéo lê “ trong trường hợp này tương tự như trong máy đẩy một trục. Nhựa nhão được trộn với cường độ cao hơn nhờ vào điều kiện của thiết kế dày đặc xen kẽ giữa các vòng và rãnh trôn ốc tránh được hiện tượng hạt nhựa kết lại thành những hạt nhỏ ở chính gìữa ( hình 17) như trong điều kiện hoạt động của máy đẩy một trục trôn ốc. Hiện nay loạ i máy đẩy 2 trục trôn ốc quay cùng chiều này rất thông dụng trong các quy trình chế biến ống dẫn nước, tấm và màng nhựa. Hình 22 : Mô tả hai trục trôn ốc ( cấu trúc đơn giản ) quay cùng chiều và nhịch chiều 3.1.6.2 Máy đẩy nhự a hai trục trôn ốc quay nhịch chiều. Trái lại với nguyên tắc hoạt động của máy đẩy với hai trục quay cùng chiều, nhựa nhão được trộn và cán trong mổi xi-lanh riêng biệt cùng lúc được đẩy dần ra phía trước, chứ không được đẩy từ xi-lanh này sang xi-lanh khác. Nói cách khác mổi trục trôn ốc tự tạo cho nó một phòng kín, trong đó nhựa nhão được trộn, cán trong suốt quá trình từ lúc được đưa vào từ bồn chứa đến lúc được đẩy ra khỏi xi-lanh để đi vào khuôn. Lực kéo lê trong trường hợp này không cầ n thiết, qua đó nhiệt tiêu tán đi cũng rất ít. Đây chính là lợi thế của nguyên tắc hai trục trôn ốc quay nghịch chiều. Nhiệt lượng được tạo ra bởi vòng băng điện trở bao quanh xi-lanh đạt được hiệu quả chính xác trong việc đốt nóng xi-lanh, nhiệt lượng này có thể kiểm soát được nên rất có lợi trong trường hợp gia công với các loại nhựa nhạy cả m. Các khe rãnh giữa hai trục PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
13 trôn ốc khi quay nghịch chiều tạo nên “ dạng-C “ giữa các cuộn vòng trôn ốc trong phòng kín. Lượng nhựa nhão được trộn và nhào nặn tượng tự như nguyên tắc vo thành viên, qua đó tạo nên cuôn sóng nhựa nhão rất lớn giữa các rãnh xen kẽ của trục trôn ốc, đồng thời tạo ra áp lực rất lớn từ nguyên tắc quay nghịch chiều này. Lượng nhựa nhão được trộn và nhào nhặn rất lâu, tránh được hiện tượng hạt nhựa đọng lại ở phần chínhh giữa ( hình 18 ). Với nguyên tắc này lượng nhựa sẽ hoàn toàn chảy lỏng ở phần cuối xi- lanh trước khi được dẩy vào khuôn. Loại máy đẩy này được áp dụng phổ biến với nhựa PVC-cứng cho các quy trình sản xuất ống dẫn nước, thanh nhựa. Hình 23: Mô tả cuộn sóng và chiều vận chuyển của nhự a nhão trong hai trường hợp : a) Hai trục trôn ốc quay cùng chiều b) Hai trục trôn ốc quay nghịch chiều và hiện tượng tạo áp suất Giá thành của một máy đẩy với 2 trục trôn ốc thông thường rất đắt, bởi vì nó lệ thuộc vào những yếu tố: * Thiết bị chính xác cao, điều kiện thiết kế rất phức tạp và tốn kém ( v/d kích thước khoả ng cách giữa 2 trục trôn ốc ). * Hệ thống truyền lực cho hai trục trôn ốc phải hoạt động đồng bộ và liên tục. * Xi-lanh với “dạng đặc biệt “ của hai lổ khoang phải chính xác và vừa vặn với kích thước của hai trục. * Vật liệu (được đúc từ hợp kim cao cấp, v/d 42 CrMo 4, cộng với gia công phụ mài bóng cho bề mặt ). Hình 24: Cấu trúc hai trục trôn ốc quay nghịch chiều có thêm nhữ ng vùng đặc biệt Hình 22: Tiến trình tạo áp suất của trục trôn ốc có nhiều vùng khác nhau và vùng thoát khí PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
14 Hình 25: Máy đẩy hai trục trôn ốc ( hãng: Reifenhaeuser ) Hình 26: Trục trôn ốc đôi có cấu trúc phức tạp cùng với các bộ phận lắp ghép xi-lanh 3.1.7 Hệ thống đốt nóng Xi-lanh được đốt nóng bởi các vòng băng điện trở bao bọc chung quanh thành bên ngoài, thông qua các công-tắc, được điều chỉnh sao cho thích nghi với nhiệt độ chảy của nhựa bên trong xi-lanh. Qua đó người ta chia thân xi-lanh ra làm nhiều phầ n đều nhau gọi là vùng nhiệt độ, vòng băng điện trở bọc quanh xi- lanh ở mổi vùng nhiệt độ cũng được đều chỉnh với nhiệt độ khác nhau. Hiện nay có nhiều hệ thống đốt nóng khác nhau được ứng dụng. . Hệ thống đốt nóng thông qua các vòng băng điện trở bằng nhôm với những bộ phận dẫ n nhiệt cùng với các kênh dẫn nước làm nguội bao bọc chung quanh thành ngoài của xi-lanh, trong trường hợp đặc biệt người ta cũng sử dụng không khí lạnh thổi qua cách kênh làm nguội thay nước. . Hệ thống đốt và làm nguội thông qua một môi trường dẫn nhiệt ( dầu, hơi nước nóng, nước áp suất ), tác dụng trực tiếp với thành bên ngoài của xi-lanh. PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de