Cơ sở lý thuyết quá trình điền đầy
1.3 Điều khiển áp suất trong quá trình ép phun
1.1 Cơ sở lý thuyết quá trình điền đầy
Dòng chảy điền đầy là quá trình nhựa chảy dẻo được đưa vào khoang tạo hình dưới áp suất ép phun, với nguồn áp suất cao nhất tại vòi phun Khi nhựa chảy, áp suất giảm dần do tổn thất ma sát, dẫn đến áp suất thấp nhất tại đầu dòng (melt front) Sự chênh lệch áp suất giữa vòi phun và đầu dòng là động lực chính giúp nhựa điền vào khoang tạo hình.
Dòng chảy thường hướng về vùng có cản dòng thấp, dẫn đến việc các vùng được điền đầy nhanh chóng Ngược lại, các vùng có tiến dòng chậm lại thường có cản dòng lớn Độ nhớt là một đặc tính quan trọng của dòng vật liệu nhựa dẻo, với độ nhớt cao tương ứng với cản dòng lớn, do đó có thể coi độ nhớt là chỉ số cản dòng Các yếu tố như nhiệt độ, tốc độ truyền nhiệt, tốc độ trượt và bề dày cũng ảnh hưởng đến quá trình này.
KTH là các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhớt Hình 1.1
Aûnh hưởng bởi bề dày Sản phẩm
Vùng bề dày lớn có cản dòng thấp, giúp dòng chảy dễ dàng hơn và giảm thiểu tổn thất năng lượng Do tính dẫn nhiệt kém của vật liệu nhựa, nhiệt độ khó được giải phóng từ các vùng này, dẫn đến việc các vùng dày hơn thường có nhiệt độ cao hơn.
Vùng có bề dày nhỏ thường gặp phải độ cản dòng lớn, khiến cho dòng chảy trở nên khó khăn Hơn nữa, với bề dày nhỏ, nhiệt độ thoát ra nhanh chóng, điều này cản trở dòng nhựa nóng chảy vào những khu vực này.
Nếu nhựa tiếp tục lưu chuyển trong các vùng này, tốc độ trượt cao do bề dày nhỏ sẽ tạo ra hiệu ứng nhiệt nhớt (viscous heating) đáng kể.
Aûnh hưởng bởi tốc độ phun
Tốc độ phun quyết định tốc độ trượt của nhựa dẻo và tốc độ điền đầy của nhựa nóng chảy, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điền đầy trong sản xuất.
Nếu tốc độ phun cao
(hình 1.4a) - dòng chảy được điều khiển bởi lưu lượng (flow control) :
Tốc độ trượt cao dẫn đến hiện tượng shear-thinning, làm giảm độ nhớt khi tốc độ trượt tăng, giúp giảm độ cản dòng Tuy nhiên, hiệu ứng nhiệt nhớt cũng có thể làm giảm bề dày lớp vật liệu đông đặc.
Khi tốc độ phun thấp, dòng chảy được điều khiển bởi sự truyền nhiệt, dẫn đến hiệu ứng shear-thinning thấp và yêu cầu năng lượng cao hơn để điền nhựa vào khuôn Hiệu quả thoát nhiệt tại vùng bề dày lớn tốt hơn so với tốc độ phun cao, với nhiệt độ nhựa thấp hơn và độ nhớt giảm, làm tăng độ cản dòng Đối với vùng bề dày nhỏ, cần có giải pháp hợp lý để đảm bảo nhiệt độ ép phun, trong khi vùng dày hơn sẽ dễ dàng được điền đầy khi tốc độ phun thấp.
1.1.2 Dòng chảy vòi (fountain flow) – đường hàn (welding lines)
Dòng chảy vòi (fountain flow) ở khu vực gần đầu dòng có hình dạng phun tỏa tự nhiên, không có sự trượt dòng theo thành khuôn.
Dòng chảy vòi gây ảnh hưởng đến hướng của các chuỗi phân tử, khiến chúng chủ yếu song song ở đầu dòng Khi hai dòng chảy có đặc tính khác nhau, như thời gian ngưng chảy và trạng thái nhiệt, sẽ xuất hiện vi cấu trúc không bền tại vùng giao đầu dòng.
Hình 1.5 cho thấy các đường nối trên bề mặt sản phẩm, được gọi là đường hàn Những đường hàn này không chỉ gây ảnh hưởng tiêu cực đến tính thẩm mỹ mà còn có thể làm giảm độ bền cơ học của sản phẩm do cấu trúc vi hỗn hợp tại vị trí đường hàn.
Để đảm bảo độ bền của đường hàn, việc áp dụng chế độ gia công phù hợp là rất quan trọng Khi các chuỗi phân tử nhựa dẻo có thể đan xen vào nhau ở nhiệt độ cao, độ bền của cấu trúc vật liệu tại vùng đường hàn sẽ được gia cường Ngược lại, nếu hai dòng chảy gặp nhau khi nhiệt độ đã giảm, độ bền của đường hàn sẽ không được đảm bảo Do đó, cần phân biệt rõ giữa hai loại đường hàn: đường hàn nóng, hình thành trong giai đoạn điền đầy khi dòng chảy bị khối chèn, và đường hàn nguội.
Phân dòng và vật liệu nhựa ở trạng thái nóng chảy cao tạo ra đường hàn nguội khi nhiệt độ giảm Hiện tượng này thường xảy ra vào cuối giai đoạn điền đầy, khi các dòng chảy độc lập gặp nhau.
Dịch chuyển đường hàn xảy ra khi có sự chênh lệch lớn giữa hai dòng chảy, trong đó dòng chảy lớn đẩy dòng chảy nhỏ, dẫn đến việc dịch chuyển vị trí của đường hàn Hiện tượng này thường xảy ra gần vị trí thành của vật liệu nhựa.
Trong quá trình hàn, có 5 đường hàn cố định trên bề mặt sản phẩm, trong khi vật liệu bên trong vẫn ở trạng thái nóng chảy Lúc này, lực đẩy từ dòng chảy lớn có thể làm dịch chuyển vị trí của đường hàn trong vật liệu Hiện tượng này được gọi là dòng chảy trong (internal melt flow) và hiện tượng dịch chuyển này được gọi là dòng chảy ngầm (underflow), có thể làm suy yếu đường hàn.
1.1.3 Định hướng phân tử (molecular chain orientation)
