Lê Thọ Học
Page 1
TÀI LIỆU GIA CÔNG NHỰA NHIỆT DẺO
Định nghĩa về gia công:
Kỹ thuật gia công Polymer là một ngành kỹ thuật học, nghiên cứu các quá trình và thiết bị dùng để tăng
tính chất của vật liệu polymer và để gia công chúng thành những sản phẩm sử dụng theo yêu cầu. Trong
quá trình gia công, trong nguyên liệu có thể xảy ra các pứ hóa học, các biến dạng và cuối cùng là sự thay
đổi bất thuận nghịch các tính chất vật lí của VL. Có một điểm cần lưu ý là những pứ xảy ra trong quá
trình tổng hợp polymer không lặp lại trong quá trình gia công.
Mục đích của quá trình gia công:
Tạo ra sản phẩm cần thiết từ nguyên liệu.
Tìm ra phương pháp và thiết bị phù hợp để biến nguyên liệu thành sp.
Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp gia công: nguyên liệu, hình dáng kích thước
sp, chất lượng sp và tính kinh tế.
Tính chất lưu biến của Polymer: sự thay đổi độ nhớt của polymer theo ngoại lực tác dụng (po ở trạng
thái nóng chảy. Khi gia công nhựa nhiệt dẻo, dùng nhiệt đưa po từ trạng thái rắn → lỏng sẽ xuất hiện độ
nhớt. Độ nhớt thay đổi theo ứng suất tác dụng lên nó).
Khi gia công po sẽ chảy qua 1 kênh dẫn để đi vào khuôn tạo sp cuối cùng. Dùng áp lực đẩy Po vào các
kênh dẫn để vào khuôn. (Đường cong chảy của Po)
--------: đường đẳng nhớt: ứng vs mỗi đường đứt có giá trị độ nhớt xác định.
(1): áp lực tác dụng lên Po nhỏ độ nhớt của Po ko thay đổi.
(2): độ nhớt của Po ↓ dần. (pp đúc tiêm rơi vào khoảng 2)
(3): nếu ↑ ứng suất lên thì độ nhớt Po sẽ ko thay đổi.
→ khi nén Po qua 1 kênh dẫn, nếu ngoại lực nén bé độ nhớt of Po chảy qua kênh dẫn ko
đổi. Khi tăng ngoại lực lên độ nhớt Po ↓ xuống và đến 1 giá trị nào đó độ nhớt ko đổi.
Lê Thọ Học
Page 2
Khi ứng suất trượt bé độ nhớt gần như ko đổi, khi tăng ứng suất trượt độ nhớt giảm dần và đến 1 giá trị
nào đó độ nhớt gần như ko đổi. Khi ứng suất tác dụng bé Po chảy qua khe hình dạng giữ nguyên, ko thay
đổi nên độ nhớt ko đổi và có độ nhớt max do quá trình chảy chia thành các lớp chảy, Po hình dạng rối sẽ
cuộn rối vào nhau xuất hiện các điểm rối vật lí nên sự chảy bị cản trở nên độ nhớt còn cao. Khi ↑ ngoại
lực tác dụng Po duỗi thẳng các điểm rối vật lí sẽ mất dần nên sự cản trở di chuyển ↓ do đó độ nhớt ↓. Đến
khi ứng xuất đủ lớn, các ptử Po gần như duỗi thẳng hoàn toàn khi chảy nên độ nhớt đạt giá trị ko đổi.
Các loại lưu chất: có 3 loại
Lưu chất Newton: độ nhớt là hằng số không đổi dưới mọi ứng suất tác dụng.
Shear thinning: độ nhớt ↓ khi ứng suất tác dụng ↑.
Shear thickening/dilatant: độ nhớt ↑ khi ứng suất tác dụng ↑.
Sự trương phôi đùn:
Khi nén Po bằng pittong, Po bị đẩy ra khỏi đầu đùn, phôi đùn nở ra lớn hơn đường kính của đầu khuôn.
Kích thước sp ra khỏi đầu đùn bị biến động tùy thuộc vào điều kiện gia công, nhiệt độ, áp lực đẩy.
Khối lượng riêng gộp: hay còn gọi là KLR đổ đầy/ đổ đống/ KLR biểu kiến.
Đối với các máy gia công định lượng nguyên liệu bằng thể tích (nhanh hơn định lượng KL) thông thường
nguyên liệu ở dạng hạt (do dạng bột biến động nhiều về KLR gộp) po ở dạng bột sẽ được tạo hạt để ổn
định KLR gộp.
Hệ số nén ép thay đổi theo điều kiện gia công:
Hệ số nén ép phụ thuộc vào áp suất đẩy nhựa vô khuôn (áp suất qtrình gia công). Áp suất đẩy vào càng
cao thì hệ số nén ép càng cao do V càng nhỏ. Sản phẩm thu được có độ bền càng tốt do sự sắp xếp ptử
càng chặt chẽ, càng đặc khít.
Hệ số nén ép dùng để đánh giá chất lượng sp và để thiết kế khuôn, máy đùn.
Trong quá trình sản xuất, sấy làm bay hơi nước, tách monomer còn thừa, ko sấy 100%, giữ 1 lượng
ẩm trong phạm vi cho phép: vì tiết kiệm được năng lượng của quá trình sản xuất; lượng ẩm bán theo
giá của VL → tính kinh tế.
Cửa nạp liệu: chiều dài tối thiểu bằng 1.5D đường kính trục vít.
Lê Thọ Học
Page 3
Mục đích việc cải tiến từ đứng qua xiên qua tiếp xúc là ↑ lượng liệu nạp vào, ↑ lượng nhựa đi ra → ↑
năng suất quá trình sản xuất.
Đối với kiểu xiên (b): áp lực tác dụng lên thành xi lanh cực lớn. Vì vậy chỉ áp dụng kiểu xiên đối với máy
đùn cao su. Vì vật liệu cao su đi vào mềm, phản lực lên thành xi lanh giảm so với vật liệu cứng. Nếu dùng
vật liệu cứng thì mòn, hỏng thành xi lanh rất nhanh.
Feed throat: phần của xi lanh được làm lạnh được nối với cửa nạp liệu, cửa nạp liệu được nối với phễu
nạp liệu ở phía trên.
Feed throat chế tạo liền với xilanh: ưu điểm quá trình lắp ráp đơn giản.
Nhược điểm feed throat chế tạo liền: chế tạo phức tạp hơn, năng lượng tiêu tốn nhiều trong quá trình vận
hành.
Feed throat chế tạo rời với xilanh: Chế tạo đơn giản hơn và quá trình vận hành tiết kiệm được năng lượng
hơn vì khi lắp ráp, xilanh được gia nhiệt làm nóng, feed throat được làm nguội. Khi chế tạo liền không
thể chèn một lớp cách nhiệt, chế tạo rời ở đoạn nối xilanh với feed throat có thể đưa vào vật liệu cách
nhiệt để ngăn cản sự truyền nhiệt từ phần gia nhiệt qua phần làm nguội nên NL mất mát tổng thể ↓
xuống.
Nhược điểm feed throat chế tạo rời: láp ráp phức tạp, phải điều chỉnh để khít với xilanh và đảm bảo tính
đồng trục với xilanh vì khe hở đỉnh răng vít vs xilanh rất bé.
Trong lòng feed throat sẽ được tạo độ côn và sẻ rãnh dọc:
Đoạn nạp liệu phải được làm lạnh, phần xi lạnh
ngay tại cửa nạp liệu phải làm lạnh giữ cho nhựa
không nóng lên, không mềm ra dính lại. Nếu ko
làm lạnh, nhiệt, ma sát làm nóng nhựa, mềm ra,
dưới áp lực → dính lại hình thành khối, nhựa bị
dính lại tại cửa nạp liệu ko rơi xuống được.
Lê Thọ Học
Page 4
Tạo độ côn: đường kính ở đầu gần phễu nạp liệu là lớn nhất sau đó giảm dần và bằng đường kính của
xilanh, lượng liệu nạp vào càng nhiều càng về phía trước bị nén lại, càng ra nhiều → năng suất sản xuất
tăng lên.
Sẻ rãnh tăng năng suất vận chuyển: vì khi lượng liệu rơi từ phễu nạp vào, trục vít quay, nguyên liệu được
đẩy chạy về phía trước. Nếu lượng nhựa hoàn toàn dính vào trục vít, khi trục vít quay nhựa ko đi về phía
trước. Mục đích sẻ rãnh là tăng ma sát giữa nhựa với xilanh lớn hơn ma sát giữa nhựa với trục vít, khi đó
nhựa sẽ đi về phía trước nhiều hơn là quay theo trục vít và tránh được hiện tượng nhựa quay tròn theo
xilanh khi trục vít quay, nhựa sẽ chuyển động tịnh tiến. Mức độ quay tròn càng thấp thì sự chuyển động
tịnh tiến càng cao. → ↑ năng suất vận chuyển.
Phễu liệu: có bộ phận thổi khí nóng và sàn từ:
Thổi khí nóng: loại bỏ hơi ẩm của vật liệu.
Sàn từ (nam châm điện): loại bỏ kim loại lẫn vào bảo vệ máy. Kim loại lẫn vào đi về phía trước gây ma
sát lớn làm trầy xước xilanh và trục vít, nhựa mắc vào, dính lại, thời gian lưu lớn → nhựa bị phân hủy do
nhiệt cao, nhựa bị phân hủy sẽ lẫn vào sản phẩm và đi ra, xuất hiện vết cháy trên sp làm ↓ ngoại quan sp,
ko đảm bảo đc các tính chất cơ lí.
Trục vít:
Pitch(bước vít): khoảng cách giữa 2 đỉnh của răng vít.
Feed depth: chiều sâu của rãnh vít.
Flight width: chiều rộng của cánh vít.
Outside diameter: đường kính ngoài của trục vít, không thay đổi trong suốt chiều dài
của trục vít. (Đường kính của cán vít thay đổi: Root diameter).
Lê Thọ Học
Page 5
Góc nghiêng cánh vít: ảnh hưởng đến hiệu quả vận chuyển vật liệu. Khi góc nghiêng quá bé =0, =90O
vật liệu ko đc đẩy về phía trước. Góc nghiêng này phụ thuộc vào tính chất lưu biến của nhựa vì nhựa là
chất lỏng phi Newton, tính phi Newton ở mỗi loại nhựa là khác nhau và ảnh hưởng đến hoạt động vận
chuyển vật liệu trong máy đùn.
Feed section (vùng nạp liệu): VL tồn tại ở trạng thái rắn. Trục vít trong vùng này có chức năng đẩy VL
đi về phía trước với lưu lượng lớn nhất có thể.
Transition(vùng chuyển tiếp): VL nằm trong vùng này tồn tại ở 2 trạng thái rắn và lỏng. Trục vít có chức
năng đảo trộn VL để VL nhận nhiệt đồng đều từ ngoài vào trong và từ trong ra ngoài. (gia nhiệt từ ngoài
vào, VL Po dẫn nhiệt kém)/ mỗi vùng mỗi c/năng nên cấu tạo răng vít phải phù hợp.
Metering section(vùng bơm/định lượng): đẩy nhựa đi ra vs lưu lượng ổn định.
Lưu ý: 3 vùng được chia ra rõ ràng nhưng thực tế chiều dài mỗi vùng mang tính tương đối. Không có sự
thay đổi một cách rõ ràng về mặt cấu tạo hay thiết kế khi chuyển từ vùng này sang vùng kia. Sự chuyển
tiếp diễn ra chậm rãi, từ từ. Thứ hai, chiều dài của mỗi vùng phụ thuộc vào điều kiện hoạt động của máy,
phụ thuộc vào chế độ cài đặt để máy hoạt động, quan trọng nhất là gia nhiệt
Vùng nạp liệu: VL hoàn toàn ở trạng thái rắn. VL chuyển động tịnh tiến so với xilanh, giữa các hạt VL
trong rãnh vít ko có sự chuyển động tương đối vs nhau. NL đi vào rãnh vít, rãnh vít quay VL được đẩy
về phía trước với cùng 1 vận tốc giống nhau, ko có sự chuyển động tương đối giữa các hạt VL.
Để VL có thể chuyển động về phía trước, tránh sự quay tròn của VL theo trục vít thì ma sát giữa nhựa vs
trục vít phải nhỏ hơn ma sát giữa nhựa vs xilanh. Nếu ma sát giữa nhựa vs trục vít lớn hơn ma sát giữa
nhựa vs xilanh thì nhựa sẽ bị dính vào trục vít và quay theo trục vít, khi nhựa quay tròn theo trục vít thì
sẽ ko chuyển động về phía trước.
Trục vít phải làm trơn, láng, hệ số ma sát bé.
Vùng nén/ vùng chuyển tiếp/ vùng nóng chảy: VL ở trạng thái vừa rắn vừa lỏng. Chức năng chính ở vùng
này là chuyển nhựa từ trạng thái rắn sang chảy, lỏng.
Vùng bơm: VL hoàn toàn chuyển sang trạng thái chảy, lỏng.
Chuyển động tuân theo quy luật ma sát nhớt, lưu chất có độ nhớt cao.