(TIỂU LUẬN) TIỂU LUẬN học PHẦN CÔNG NGHỆ CHẤT dẻo đề tài tìm hiểu về phương pháp rotational molding

Trong bài tiểu luận này, nhóm chúng em sẽ tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, bản chấtcủa phương pháp đúc khuôn quay, cùng với đó các yếu tố ảnh hưởng quá trình sảnxuất và ứng dụng cụ thể của p

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

TIỂU LUẬN HỌC PHẦN CÔNG NGHỆ CHẤT DẺO

Đề tài: Tìm hiểu về phương pháp Rotational Molding

Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Minh Đức

MỤC LỤC

I PHẦN MỞ ĐẦU 3

II PHẦN NỘI DUNG 4

1 Giới thiệu phương pháp khuôn đúc quay 4

1.1 Tổng quan về phương pháp khuôn đúc quay 4

1.2 Lịch sử phát triển 4

2 Quy trình công nghệ phương pháp đúc khuôn quay 5

2.1 Nạp nguyên liệu: 6

2.2 Quay khuôn và gia nhiệt 6

2.3 Làm nguội 7

2.4 Tách khuôn và lấy sản phẩm 8

3 Các loại máy dùng trong phương pháp khuôn đúc quay 9

3.1 Máy đúc khuôn quay vỏ sò (Clamshell Machine) 9

3.2 Máy đúc khuôn quay băng chuyền (Carousel Machine) 10

3.3 Máy đúc khuôn quay con thoi (Shuttle Machine) 12

3.4 Máy đúc khuôn quay tay quay (Swing arm machine) 13

3.5 Máy đúc khuôn quay thẳng đứng (Vertical Wheel Machine) 14

3.6 Máy đúc khuôn quay chuyển động lắc và quay (Rock and roll machine) 15

4 Nguyên liệu sử dụng trong phương pháp khuôn đúc quay 16

4.1 Polyme dùng trong phương pháp khuôn đúc quay 16

4.2 Yêu cầu của nguyên liệu và vai trò các chất phụ gia 17

4.2.2 Yêu cầu của nguyên liệu 17

4.2.3 Vai trò của các chất phụ gia 18

5 Khuôn và chất tách khuôn trong phương pháp đúc khuôn quay 18

5.1 Khuôn trong phương pháp đúc khuôn quay 19

5.2 Chất tách khuôn trong phương pháp đúc khuôn quay 21

6 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp đúc khuôn quay 21

7 Ứng dụng của phương pháp đúc khuôn quay 23

8 Một số hãng bán công nghệ 25

III KẾT LUẬN 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

Danh mục hình ảnh tham khảo:

Hình 1: Sơ đồ công nghệ và hình ảnh mô tả phương pháp đúc khuôn quay 6

Hình 2: Mô tả quá trình nạp nguyên liệu 6

Hình 3 : Hình ảnh thực tế mô tả quá trình trong bước quay khuôn và gia nhiệt 7

Hình 4: Hình ảnh thực tế quá trình làm nguội tự nhiên khuôn đúc 8

Hình 5: Hình ảnh thực tế tháo gỡ khuôn sau công đoạn làm nguội 9

Hình 6 : Mô tả máy đúc khuôn quay vỏ sò 10

Hình.7: Mô tả máy đúc khuôn quay băng chuyền 11

Hình 8: Mô tả máy đúc khuôn quay con thoi 12

Hình 9: Mô tả máy đúc khuôn quay tay quay 13

Hình 10 : Mô tả máy đúc khuôn quay thẳng đứng 14

Hình 11 :Máy đúc khuôn quay chuyển động lắc và quay 15

Hình 12: Sản phẩm của phương pháp đúc khuôn quay với nguyên liệu là Polyethylene 16

Hình 13: Sản phẩm của phương pháp đúc khuôn quay với nguyên liệu là polypropylene 17

Hình 14: Sản phẩm bóng đồ chơi được làm từ PVC thông qua phương pháp đúc khuôn quay 17

Hình 15: Khuôn thép không gỉ dùng để chế tạo bể đựng nước trong phương pháp đúc khuôn quay 20

Hình 16: Khuôn nhôm dùng để đúc hai sản phẩm cũng lúc trong phương pháp đúc khuôn quay 20

Hình 17: Thùng chứa dụng cụ và thùng chứa nước được sản xuất bằng phương pháp đúc khuôn quay 23

Hình 18 : Chậu cây được sản xuất bằng phương pháp đúc khuôn quay 24

Hình 19: Hình ảnh thuyền plastic sản xuất bằng phương pháp đúc khuôn quay 24

Hình 20: Mũ bảo hộ được sản xuất bằng phương pháp đúc khuôn quay 25

Hình 21: Đồ chơi trẻ em sản xuất bằng phương pháp đúc khuôn quay 25

Hình 22: Logo của Rôt Dynamics 26

Hình 23: Trụ sở chính công ty Fibertech Plastics 26

Hình 24: Logo của công ty Sherman Roto Tank LLC 26

I PHẦN MỞ ĐẦU

Ngày nay, nhu cầu sử dụng các sản phẩm làm từ nhựa tăng trưởng với tốc độchóng mặt So với các sản phẩm tương tự làm bằng kim loại, nhựa chiếm ưu thếhơn về độ bền, không bị oxy hóa, đảm bảo được vệ sinh Đồng thời, so với các sảnphẩm kim loại, sản phẩm nhựa nhẹ hơn, sản xuất đơn giản do đó tiết kiệm được thờigian và chi phí sản xuất Ngành công ngiệp nhựa phát triển mạnh mẽ dựa trên tiếntrình phát minh và cải tiến không ngừng của các phương pháp sản xuất Trong cácphương pháp sản xuất sản phẩm từ nhựa hiện nay, nổi bật lên một phương pháp đặcbiệt đó là phương pháp khuôn quay

Xuất hiện từ sớm, phương pháp đúc khuôn quay hiện nay được ứng dụng vôcũng phổ biến Sản phẩm được tạo ra dựa trên hương pháp đúc khuôn quay xuấthiện trong nhiều mặt của đời sống hiện nay, như các loại thùng chứa nước lớn,thuyền cano, đồ chơi trẻ em,.v.v cung cấp cho con người những tiện nghi của cuộcsống hiện đại

Trong bài tiểu luận này, nhóm chúng em sẽ tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, bản chấtcủa phương pháp đúc khuôn quay, cùng với đó các yếu tố ảnh hưởng quá trình sảnxuất và ứng dụng cụ thể của phương pháp này trong từng mặt đời sống của chúng tangày nay

II PHẦN NỘI DUNG

1 Giới thiệu phương pháp khuôn đúc quay

1.1 Tổng quan về phương pháp khuôn đúc quay

Nhu cầu sử dụng các sản phẩm làm từ nhựa ngày càng tăng cao, so với các sảnphẩm tương tự làm bằng kim loại, nhựa chiếm ưu thế hơn về độ bền, không bị oxyhóa, đảm bảo được vệ sinh, đồng thời, so với các sản phẩm kim loại, sản phẩm nhựanhẹ hơn, sản xuất đơn giản do đó tiết kiệm được thời gian và chi phí sản xuất.Trong các phương pháp sản xuất sản phẩm từ nhựa hiện nay, nổi bật lên mộtphương pháp đặc biệt đó là phương pháp khuôn quay. (1)

Phương pháp khuôn quay – rotational molding, là một kỹ thuật đúc nhựa được

sử dụng để sản xuất các bộ phận rỗng, liền mạch và có thành đôi Nó sử dụng mộtcông cụ khuôn rỗng trong đó bột nhựa nhiệt dẻo được làm nóng trong khi quay vàlàm lạnh để đông đặc Các bộ phận đúc từ quá trình này thường được đánh giá cao

về độ bền và sức mạnh của chúng

Không giống như các loại quy trình đúc khác, đúc quay không có sự tham giacủa quá trình tạo áp lực, điều này giúp cho máy móc không đòi hỏi cân phải có giáthành quá cao Không có kích thước tối đa của khuôn có thể được sử dụng nhờ vậyphương pháp khuôn quay là phương pháp lý tưởng có thể dùng trong sản xuất các

bộ phận, các sản phẩm có kích thước rất lớn Ngoài ra, đối với quá trình sản xuấtmột sản phẩm dựa trên nhiều chi tiết nhỏ được lắp ghép lại với nhau, do sản xuấtnhững bộ phận nhỏ để lắp ghép yêu cần sự chính xác cao sẽ gây ra khó khăn trongquá trong quá trình sản xuất, làm tăng giá thành sản phẩm; phương pháp khuôn đúcquay cho phép sản phẩm được thiết kế được với hình dạng phức tạp, vì hình dạngsản phẩm sẽ gần như chỉ phụ thuộc vào khuôn ban đầu, chi phí của phương phápkhuôn đúc quay cũng tốt hơn so với các phương pháp khác với cùng loại sản phẩm

1.2 Lịch sử phát triển

Quá trình đúc quay có nguồn gốc từ người Ai Cập cổ đại, những người đã tạo ra

đồ gốm cách đây hàng trăm năm Ứng dụng đầu tiên của quy trình đúc quay tiên

tiến hơn những gì người Ai Cập sử dụng là sản xuất đạn pháo vào năm 1855 vàtrứng rỗng bằng sô cô la của người Thụy Sĩ vào năm 1910 để tạo ra độ dày và mật

độ thành đồng nhất Trong những thời kỳ này, đã có một số bằng sáng chế đượcđăng ký để ghi lại bản chất của quá trình đúc này Tuy nhiên, đây được coi là mộtquá trình chậm và gặp một số thách thức, dẫn đến quá trình này không được phổbiến

Trong những năm 1940, quy trình này được sử dụng để tạo đầu búp bê và các đồchơi nhỏ khác từ nhựa polyvinyl clorua plastisol bằng cách sử dụng nhựa niken-đồng được tạo điện Việc thiết lập chỉ bao gồm động cơ điện và vòi đốt gas và phầnhoàn thiện được làm nguội bằng nước lạnh Phương pháp này đã thu hút nhiềungành công nghiệp áp dụng phương pháp này trong quá trình sản xuất của họ, dẫnđến việc sản xuất nón đường, phao biển và tay vịn

Ngày nay, đúc quay được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, sản xuất các

bộ phận lớn hơn và phức tạp hơn Bản chất của quá trình được hiểu rõ hơn và thiết

kế thiết bị được nâng cao đáng kể Chu kỳ làm nóng và làm mát kéo dài vẫn là mộtđiểm nghẽn lớn đối với một số nhà sản xuất Sự phát triển tập trung vào việc sửa đổithiết bị đúc quay của các nhà phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng (2)

2 Quy trình công nghệ phương pháp đúc khuôn quay

Quy trình công nghệ của phương pháp đúc khuôn quay bao gồm 4 công đoạnchính:(1), (3)

Hình 1: Sơ đồ công nghệ và hình ảnh mô tả phương pháp đúc khuôn quay (1)

Các mục tiếp theo sẽ trình bày kỹ hơn các công đoạn trong quá trình vậnhành phương pháp đúc khuôn quay lần lượt theo thứ tự tiến hành của chúng

2.1 Nạp nguyên liệu:

Cơ chế công đoạn nạp nguyên liệu: Sau khi xác định loại polyme sẽ sử dụng,

một lượng polyme, ở dạng bột nhựa, được đưa vào trong một khuôn rỗng và đượcđảm bảo không thất thoát trong quá trình vận hành phương pháp Bột nhựa đượcdung trong phương pháp phải có kích thước mịn, đồng nhất và được sấy khô để đạtđược độ chảy tốt và ngăn ngừa sự hình thành bong bóng Lượng nhựa được nạp làmột trong những yếu tố chính sẽ quyết định độ dày của sản phẩm tạo ra từ phươngpháp

Hình 2: Mô tả quá trình nạp nguyên liệu

2.2 Quay khuôn và gia nhiệt

Cơ chế công đoạn quay khuôn và gia nhiệt: Nhựa ở dạng bột được nạp ở bước

thứ nhất được gia nhiệt bên trong khuôn rỗng trong khi khuôn quay từ từ cho đếnkhi tất cả nhựa được nấu chảy Khi nhựa nóng chảy, nhựa sẽ bao phủ toàn bộ thànhbên trong của khuôn Hoạt động đồng thời của việc làm nóng và quay đảm bảo sựphân bố đồng đều của nhựa bên trong khuôn Khuôn quay theo hai trục và tốc độquay khuôn thường chậm (dưới 15 vòng/phút)

Hình 3: Hình ảnh thực tế mô tả quá trình trong bước quay khuôn và gia nhiệt

Để đạt được sự phân bố độ dày sản phẩm tốt, phải xác định được tỷ lệ quaythích hợp Giá trị này là số vòng quay mỗi phút (vòng/phút) trên trục hoành so với

số vòng quay mỗi phút trên trục tung Hình cầu hoặc hình khối có thể được đúc theo

tỷ lệ quay 4: 1 Đối với chất rắn không đều, tỷ lệ phải ở mức 1: 8 hoặc 8: 1 Ngoài

ra số vòng quay sẽ phụ thuộc vào cách nhà sản xuất tối ưu hóa yếu tố này để đạtđược sản phẩm tốt nhất dựa trên những yếu tố khác

Thời gian gia nhiệt của polyme rất quan trọng và là một trong những thông sốquyết định chất lượng của sản phẩm đã hoàn thành Thời gian gia nhiệt quá lâu sẽdẫn đến sự phân hủy nhiệt của polyme và sẽ làm giảm các đặc tính cơ học cuốicùng của sản phẩm, chẳng hạn như khả năng chống mài mòn và va đập kém hơn.Ngược lại, thời gian đun nóng không đủ sẽ làm cho polyme nóng chảy không hoàntoàn Hạt nhựa chưa được nấu chảy sẽ không kết hợp với phần nhựa đã nóng chảydẫn đến hình thành bong bóng Những sự đa dạng này có ảnh hưởng xấu đến cácđặc tính cơ học cuối cùng của sản phẩm

2.3 Làm nguội

Cơ chế công đoạn làm nguội: Trong công đoạn này, polyme nóng chảy bên

trong khuôn sẽ cứng lại và đông đặc thành hình dạng mong muốn Bên ngoài củakhuôn quay được làm mát bằng đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức, thường sử dụng

tác nhân làm nguội là không khí Không khí làm nguội có thể được cung cấp chobên trong khuôn để duy trì sự ổn định về kích thước trong quá trình làm nguội.Thiết bị xịt nước làm nguội có thể được sử dụng để giảm thời gian làm mát, nhưngphương pháp này có thể ảnh hưởng đến các đặc tính cơ học và kích thước của chitiết.

Thời gian làm lạnh của polyme cũng quan trọng như thời gian gia nhiệt Vì vậy,tốc độ làm mát thích hợp phải được xác định Việc làm nguội nhanh chóng dẫn đến

sự cong vênh và co ngót không thể kiểm soát của sản phẩm Mặt khác, làm mátchậm khiến cho dòng chảy của nhựa nóng chảy được hình thành dẫn đến độ dày củathành không còn được duy trì như yêu cầu

Hình 4: Hình ảnh thực tế quá trình làm nguội tự nhiên khuôn đúc

2.4 Tách khuôn và lấy sản phẩm

Cơ chế công đoạn làm nguội: Sản phẩm đã được làm nguội được người vận

hành cẩn thận lấy ra khỏi khuôn rỗng Hệ thống khí được xịt có thể giúp nâng bộphận ra khỏi khuôn Sau khi các bộ phận được tháo ra, nó sẽ chuyển sang các quátrình tiếp theo như kiểm tra chất và đóng gói

Hình 5: Hình ảnh thực tế tháo gỡ khuôn sau công đoạn làm nguội

3 Các loại máy dùng trong phương pháp khuôn đúc quay

Trong phương pháp khuôn đúc quay, các bộ phận tiêu chuẩn của máy đúc khuôn quay bao gồm:

- Bộ phận đỡ: Cánh tay hoặc giá đỡ;

Các loại máy khác nhau được sử dụng trong quá trình đúc quay được trình bày trong phần tiếp theo.

3.1 Máy đúc khuôn quay vỏ sò (Clamshell Machine) (4)

Giới thiệu máy đúc khuôn quay vỏ sò

(4), (5)

Máy đúc khuôn quay vỏ sò có lò nhiệt di chuyển theo kiểu vỏ sò Ưu điểmlớn của loại máy này là không gian yêu cầu cho lắp đặt nhỏ, thuận lợi trong thao tácvận hành chế tạo sản phẩm.

Cấu tạo của máy đúc khuôn quay vỏ sò được mô tả trong Hình 6

Hình 6 : Mô tả máy đúc khuôn quay vỏ sò

Cơ chế vận hành

Khuôn được lắp thành cụm trên bàn xoay thông qua trục Khi lò vỏ sò đóng lại,trục quay sẽ di chuyển các khuôn theo chuyển động hình cầu đồng thời cũng quaycác khuôn theo trục của chúng Nhiệt độ cần thiết có được thông qua quá trình gianhiệt và tuần hoàn không khí lưu thông qua máy Đối với chu trình làm mát, khôngkhí đã được làm lạnh được lưu thông và nước cũng được phun ở dạng sương vàomáy Vào cuối chu kỳ, lò mở ra theo cơ chế vỏ sò và khuôn cũng được mở ra để lấythành phẩm; các khuôn được nạp lại nguyên liệu nhựa và chu trình bắt đầu lại từđầu

3.2 Máy đúc khuôn quay băng chuyền (Carousel Machine) (4)

Giới thiệu máy đúc khuôn quay băng chuyền

Máy đúc khuôn quay băng chuyền là loại máy được ứng dụng chủ yếu trongcông nghiệp Loại máy này được phát triển để dùng cho sản xuất với một lượng lớnnguyên liệu, thành phẩm tạo thành có kích thước trung bình.

Ưu điểm của Máy đúc khuôn quay băng chuyền là khả năng hoạt động với đadạng các kích thước khuôn khác nhau và với nhiều yêu cầu của đa dạng các loại vậtliệu Một số ưu điểm khác bao gồm khả năng hoạt động với các loại nguyên liệukhác nhau cũng lúc và khả năng thay đổi khuôn một cách dễ dàng mà không làmảnh hưởng tới quá trình vận hành

Cấu tạo của máy đúc khuôn quay băng chuyền được mô tả trong Hình 7

Hình.7: Mô tả máy đúc khuôn quay băng chuyền

Cơ chế vận hành

Trong máy đúc khuôn quay băng chuyền, mỗi cánh tay giữ khuôn cách nhau

120 độ và được điều khiển bởi một tháp trung tâm (khuôn được găn ở cuối mỗicánh tay) Cả ba cánh tay đều đồng thời quay trong máy, lần lượt các khuôn sẽ đượcquay tới các vị trị theo khác nhau theo quy trình, một nhánh ở khi vực gia nhiệt, một

nhánh ở khu vực làm mát và nhánh còn lại ở khu vực để dỡ khuôn hoặc nạp nguyênliệu mới.

3.3 Máy đúc khuôn quay con thoi (Shuttle Machine) (5)

Giới thiệu máy đúc khuôn quay con thoi

Dòng máy đúc khuôn quay con thoi hoạt động với một lò nhiệt trung tâm, haitrạm làm nguội, nạp nguyên liệu, tháo sản phẩm (kết hợp cả ba) ở hai bên và hai xeđẩy có tay đòn thẳng hoặc lệch Nhờ vào thiết kế như vậy, máy đúc khuôn quay conthoi có thể được thay đổi khuôn quay một cách dễ dàng Loại máy đúc khuôn quaynày cho phép sản xuất các sản phẩm khác nhau thông qua việc sử dụng các khuônkhác nhau cùng một lúc; thời gian đúc quay và thành phần nguyên liệu ở mỗi khuôn

có thể được điều chỉnh khác nhau ở mỗi khuôn

Cấu tạo của máy đúc khuôn con thoi được mô tả trong Hình 8

Hình 8: Mô tả máy đúc khuôn quay con thoi

Cơ chế vận hành

Máy đúc khuôn quay con thoi có các cánh tay độc lập quay theo 2 hướng trục.Nguyên liệu được cho vào khuôn ở vị trí nạp nguyên liệu, khuôn di chuyển đếnbuồng gia nhiệt nằm ở giữa đường ray và tiến hành quá trình quay của chúng Sauthời gian làm việc trong lò nhiệt trung tâm, khuôn trở lại vị trí ban đầu sau khi quá

trình hoàn thành Sản phẩm được lấy ra ở từng khuôn và sau đó quá trình sảm xuất

có thể được tiếp tục với lượng nguyên liệu mới được thêm vào

3.4 Máy đúc khuôn quay tay quay (Swing arm machine) (5)

Giới thiệu máy đúc khuôn quay tay quay:

Máy đúc khuôn quay tay quay có các cánh tay độc lập với nhau Mỗi cánh tayđược gắn trên một góc của lò và quay vào và ra khỏi lò Trên các máy đúc khuôntay quay, mỗi cặp cánh tay được gắn trên cùng một góc, sao cho máy bốn cánh tay

có hai điểm trục Ưu điểm của loại máy này bao gôm việc mỗi cánh tay có thể hoạtđộng độc lập với nhau vì vậy không cần thiết phải vận hành tất cả các cánh tay cùngmột lúc Máy được dùng hiệu quả với các loại vật liệu mà thời gian làm nguội vàtách khuôn yêu cầu lâu hơn so với thời gian gia nhiệt trong lò trung tâm

Cấu tạo của máy đúc khuôn tay quay được mô tả trong Hinh 9

Hình 9: Mô tả máy đúc khuôn quay tay quay

Cơ chế vận hành:

Nguyên liệu được nạp vào khuôn ở vị trí nạp liệu (giống vị trí làm nguội) Cáccánh tay bắt đầu chuyên động để đưa khuôn vào lò gia nhiệt trung tâm và sau đóquá trình đúc khuôn quay bắt đầu Sau thời gian đúc yêu cầu, các cánh tay sẽ di

chuyển lại về vị trí làm nguội, sản phẩm sau cũng được tháo ra để sau đó chuẩn bịcho mẻ nguyên liệu mới.

3.5 Máy đúc khuôn quay thẳng đứng (Vertical Wheel Machine) (5)

Giới thiệu máy đúc khuôn quay thẳng đứng:

Máy đúc khuôn quay thẳng đứng hoạt động giống như thiết kế của vòng đuquay Loại máy này có kích thước khác nhau từ nhỏ đến trung bình so với các loạimáy quay khác Ưu điểm của máy đúc khuôn quay thẳng đứng bao gồm tiết kiệmnăng lượng do sự nhỏ gọn của các buồng làm nóng và làm mát của chúng Nhữngmáy này có khả năng tương tự như máy đúc khuôn quay băng chuyền (đã trình bày

ở trên), nhưng chiếm ít không gian hơn nhiều Máy đúc khuôn quay thẳng đứng dùng để san xuất các sản phẩm có kích thước từ nhỏ đến trung bình

Cấu tạo của máy đúc khuôn quay thẳng đứng được mô tả ở Hình 10 :

Hình 10 : Mô tả máy đúc khuôn quay thẳng đứng

Cơ chế vận hành:

Nguyên liệu được cho vào ở vị trí nạp liệu Các khuôn được đặt trong giá đỡ riêng và được quay theo trục từ vị trí nạp liệu (tháo sản phẩm), tới vị trí gia nhiệt và