công nghệ vật liệu nhựa và khuôn mẫu

- Mức độ tinh thể có thể có vùng vô định hình và vùng tinh thể - Đại phân tử của polymer TP có cấu trúc mạch thẳng or mạch nhánh, điều này có nghĩa là trong lúc gia nhiệt nó o có lk ngan

CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU NHỰA VÀ KHUÔN MẪU Câu 1 : Phân tích vai trò của VL nhựa đối với kỹ thuật và cuộc sống ? Các tc củaVL ảh ntn đến

các quá trình công nghệ gc chất dẻo ? Lấy ex minh họa

Trả lời

*

-Trên TG thì ngành nhựa ra đời từ rất sớm(sau thế chiến thứ 2),nhựa thường dùng trong các lĩnh vực : sx bao bì, xây dựng, điện tử, điện gia dụng, vận tải, thiết bị, may mặc, nông nghiệp và các ngành khác hầu hết các ngành công nghiệp đều có use VL nhựa.

-ở nước ta ngành nhựa là 1 ngành KT-kt về gc chất dẻo, hiện chưa có khả năng sx ra

nguyên VL nhựa, gần như toàn bộ nguyên VL sx ra sp nhựa phải nhập từ nước ngoài

+ Nhưng ngành nhựa VN dang chứng tỏ tiềm lực của mình o chỉ ở thị trường trong nước mà cả trên thương trường quốc tế.1995 nước ta trở thành thành viên thứ 7 của tổ chức ASEAN,

2001 nước ta giữ chức chủ tịch hiệp hội nhựa ASEAN đến nay tốc độ đầu tư cũng như quy mô của các dự án phát triển nhanh Ngành giày dép xuất khẩu của VN cũng đang use nhiều nguyên liệu ngành nhựa.Đây là cơ hội để các doanh nghiệp nhựa đầu tư để chuyển qua sx các sp có giá trị KT cao và cung cấp cho thị trường xuất khẩu

*

-Các tc của VL : trọng lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính nhớt

Các yếu tố trên ảh đến qt gc như : khả năng chảy vào khuôn, nhiệt độ nóng chảy, khả năng hoà tan

*

VD : Nhựa PP và PE có :

+ Mật độ : PP=0,9 ; PE=0,941 đến 0,965

+ o

nc

t : PP =1760C ; PE = 1100C

+ o

t làm việc : PP có o

t lv cao hơn

+ Độ cứng : PP có độ cứng cao hơn và điểm brittle cao hơn.

Câu2 : Thế nào là VL polymer? Chất dẻo?plasstic? chúng có đặc điểm gì ?

Trả lời

*Polymer là hợp chất được tạo ra = cách lặp lại nhiều đơn vị or các khối gọi là đơn phân tử -Khi chúng được tạo ra sẵn để cho các công nghệ sx thì được gọi là nhựa.

-Polymersare hiếm khi được tạo ra ở dạng nhất định, thường chúng được tạo ra với dạng tổng hợp với các chất độn khác nhau Và dạng như vậy được gọi là chất dẻo.

-Polymer bao gồm chất dẻo và cao su là các chất mà phân tử của chúng có mạch dài.

*Ưu – nhược điểm của Polymer :

-Ưu điểm :

+ Dễ dàng tạo sp sắc nét.

+ Mật độ thấp, tính dẫn điện và dẫn nhiệt kém.

+ Có tính chịu ăn mòn và hoá chất.

+ Tỷ số của độ bền và KL tốt khi có dùng sợi gia cố.

+ Được dùng rộng rãi trong VL composite.

+ Chất dẻo và polymer có những đặc tính duy nhất và nhiều tc khác vượt trội so với Kloại: như :Giảm tiếng ồn,Có khả năng tạo màu dễ dàng và độ trong suốt cao.

+ Polymer có thể có được hình dạng phức tạp dễ dàng.

+ Nhiều chất dẻo có thể được tạo ra với hình dạng sắc nét mà o cần nguyên công hoàn tất.

+ Nhiệt là cần thiết cho qt tạo sp nhưng nhỏ hơn rất nhiều với qt Kloại.

+ Giá tương đối thấp.

+ Có khả năng tạo các sp xốp hoặc có tính linh hoạt.

+ Mật độ thấp hơn Kloại or gốm

+ Trọng lượng riêng của polymer~ 1,2 (trọng lượng riêng của gốm ~ 2,5, của Kloại ~7) + Hệ số giãn nỡ nhiệt lớn ( thường giá trị lớn gấp 5 lần so với Kloại và 10 lần so với gốm) + o

nc

t thấp Nhiệt dung riêng lớn gấp từ 2 và 4 lần so với Kloại và gốm.

+ Tính dẫn nhiệt thấp hơn 3 lần so với Kloại

+ Tính cách điện tốt.

-Nhược điểm :

+ So với Kloại thì polymer có độ bền, độ cứng thấp hơn.

+ Mô đun đàn hồi thấp.

+ Phạm vi use ở t o thấp.

+ Hệ số giãn nỡ nhiệt cao.

+ Độ ổn định kích thước theo thời gian kém và thường bị dão.

+ Dễ bốc cháy.

+ Khó sửa chữa.

+ Có thể là các sp độc hay nguy hiểm có thể là mùi hoặc khói trong qt hình thành sp.

+ Hút ẩm.

+ Đặc tính nhớt dẻo là giới hạn chịu tải rõ rệt khi use làm các ổ.

+ 1 số loại polymer có thể bị phân huỷ dưới ánh nắng mặt trời hoặc 1 số tia bức xạ.

* Chất dẻo là VL có phân tử lượng lớn = cách tổng hợp.Nó đông đặc để có hình dạng mong muốn hoặc nhờ khuôn.Được nghiên cứu bởi các nhà hoá học, kỹ sư và kỹ thuật viên.

*Plastic là tạo hình dáng hoặc nhờ khuôn.Chất dẻo khi có td của nhiệt thì nó sẽ chuyển sang trạng thái lỏng hoặc trạng thái mềm.

Câu 3 : PL chất dẻo ? SS nhựa TP và TS ? Cách cấu tạo polymer ? Các PP để tổng hợp polymer? Aûh của trọng lượng phân tử đến VL?

Trả lời

* Nhựa nhiệt dẻo ( TP) :

Nhựa nhiệt dẻo có thể ở nhiều dạng khác nhau :

- Hạt, bột (1-100 microns)

- TP có thể được mềm khi gia nhiệt ( khoảng vài trăm độ) Nó sẽ cứng lại khi làm nguội đến

o

t phòng, nó có thể tạo được hình dạng mong muôn dễ dàng do lk phụ yếu cho phép trượt

giữa các mạch polymer TP có thể được định dạng lại lần thứ 2 nhờ nhiệt thành 1 sp khác + Các đặc tính này cho phép nhựa TP có thể tạo dáng dễ dàng và có tính KT khi gc

+ CK gia nhiệt và làm nguội có thể lặp lại nhiều lần mà o có sự phân huỷ nào đáng kể -TP thường được chứa trong các silô or vận chuyển = khí nén.

- Các polymer mạch dài sẽ nóng chảy trong khi gia nhiệt

- Mức độ tinh thể( có thể có vùng vô định hình và vùng tinh thể)

- Đại phân tử của polymer TP có cấu trúc mạch thẳng or mạch nhánh, điều này có nghĩa là trong lúc gia nhiệt nó o có lk ngang.

-Ngược lại polymer TS or các VL đàn hồi sẽ thay đổi tính hoá học khi gia nhiệt do đại phân tử của nó có cấu trúc lk ngang.

* Nhựa nhiệt rắn (TS) :

-Có hình dáng cố định, nó o thể mềm khi gia nhiệt lần thứ 2.

-Mức độ lk ngang cao(còn các VL đàn hồi có lk ngang thấp) Chính có mức độ lk ngang cao mà polymer trở nên cứng hoá học Vì vậy khi pư o thể xảy ra ngược lại, do cấu trúc của

polymer cố định, nếu gia nhiệt lần thứ 2 nó sẽ bị phá huỷ or nị cháy hơn là nóng chảy.

-Có độ cứng và giòn trong khi đó các VL

** TS TP

Ưu điểm : Giá cao Giá cao

Khả năng chịu nhiệt cao Khả năng hoà tan kém

Độ bền cao Độ bền cao

Môđun đàn hồi cao Kém wet-out

Tốt với các sợi wet-out giòn Độ bền cao

Kỹ thuật : Giá thành thấp Giá thành thấp

Tuyệt vời với các sợi wet-out Tiêu chuẩn TP mfg

Độ bền vừa phải Các sợi ngắn

Giòn Độ bền vừa phải, độ bền tốt

**

-Các bước trùng hợp :

.Quá trình hình thành ( or tổng hợp) mạch polymer rất dài được gọi là qt trùng hợp.

+Cơ chế phổ biến nhất của qt trùng hợp là phối hợp ( nghĩa là gấp 2 or gấp 3) các nguyên tử cacbon của monomer có khả năng nối với các monomer láng giềng ( kế cận)

+ Cơ chế ít phổ biến hơn là ngưng tụ-trong TH này mỗi đơn phân tử có thể tham gia để tạo ra nhánh polymer và sp phụ thường là nước, và do vậy cần phải loại trừ sp phụ này khi polymer được đông cứng.

.Qt trùng hợp có thể có nhiều hơn 1 loại đơn phân tử trong chuỗi polymer.

.Hầu hết các đơn phân tử có 2 chức năng Tuy nhiên trong 1 số đơn phân tử phức tạp hơn có 3 chức năng nên phân tử của chúng có lk 2D và 3D, do vậy các polymer này có khuynh hướng chịu tải tốt hơn

** Có 2 PP khác nhau để tổng hợp polymer :

-Quá trình trùng phối : để tạo ra polymers từ

các monomer.

+ o tạo sp phụ.

+ Dạng đơn giản: thường tạo ra mạch thẳng (ex

: PE)

-Pư trùng ngưng :

**

Aûh của trọng lượng phân tử :

- o nc

t , độ bền, độ mềm dẻo : tăng khi trọng lượng phân tử tăng

Câu 3 : Đặc điểm của công nghệ đùn? Để thực hiện công nghệ đùn cần xđ các thông số công

nghệ nào ? Tại sao Các khuyết tật thường xảy ra với công nghệ này, cách khắc phục ?

Trả lời

* Đặc điểm của công nghệ đùn : liên tục, năng suất cao, có td ngang o đổi trên toàn bộ chiều dài , đem về hình dáng – kích thước o cao, thiết bị đầu tư không cao so với công nghệ phun ép , o thích hợp với các sp có hình dáng phức tạp

Hệ thống đùn

*Các thông số công nghệ :

-Thông số thiết kế ( kích thước hình học ) :Là những thông số ta tk ban đầu như :

+ Đường kính xy lanh

+ Bước hoặc góc xoắn trục vít.

+ Chiều sâu rãnh d c

+ Chiều dài xy lanh L

-Các thông số công nghệ : Các thông số này chúng ta có thể xđ để tối ưu hoá quá trình

N : số vòng quay của trục vít

η : độ nhớt của VL đùn

P : áp suất qua khuôn

⇒Các thông số tk sẽ coi như o tăng được khi đã có thiết bị , do vậy chỉ có thể tăng thông số

công nghệ kể trên khi thực hiện quá trình gia công

Lưu lượng tăng khi : + Tăng N

+ Giảm P

+ Tăng η

*Các khuyết tật và cách khắc phục :

-Các vết nứt nóng : sp đùn có bề mặt ráp với các vết nứt ngắn hoặc gồ lên theo hướng đùn hoặc xoắn xung quanh phần vừa đùn ra Đó là do :

+Lực kéo vượt quá giới hạn ưs cắt của VL

+Tạo dòng chảy rối do khuôn o có phần thuôn

+Tạo phần thuôn cho khuôn, tăng t0 nóng chảy, nhựa có M thấp hơn, tăng phần chiều dài W

khuôn (tạo phần chảy tầng nhiều hơn)

-Sp bị sần sùi : bề mặt cuối cùng của sp o nhẵn

-Trộm kém

-Sự phồng khuôn : sự phồng của sp sau khi ra khỏi

khuôn là sự biểu thị của độ nhớt dẻo trong

polymer nóng chảy khi tồn tại trong khuôn đùn

-Dòng chảy o đều và gồ lên :

+Do mặt cắt ngang thay đổi

+Gây ra chiều dày thành sp thay đổi

+∈ vào các chi tiết nó có thể gây ra sự hỏng của sp sớm

-Tạo bong bóng trong sp :

+Tồn tại độ ẩm

+Chứa chất dễ bay hơi

+Có sự hút ẩm nhiều trong quá trình làm việc: PE, PC, Nylon

-Rạn nứt bề mặt : khi ưs cao :

+Polymer ở giữa của kênh tròn thì yên lặng còn VL ở gần thành khuôn thì ở trạng thái cắt cao

+NL dự trữ o đủ lớn để đi ra khỏi khuôn, polymer nứt bề mặt để cố gắng cb ưs.

-Rỗ khí

-Chất lượng kém

Câu 4 : Thế nào là PP nhiệt định hình, khả năng và phạm vi ứng dụng ? Trong nhiệt định hình có những PP nào để tạo hình ? Nêu đặc điểm của từng PP ?

Trả lời

*PP nhiệt định hình :

Nhiệt định hình là 1 PP chế biến nhựa lâu đời và phổ biến nhất.

Tấm hoặc màng được tạo từ công nghệ đùn được gia nhiệt trên nhiệt độ mềm Tg, sau đó được biến dạng bởi lực tạo hình(áp suất chân không, áp suất KK hoặc lực cơ học) ép nó vào khuôn và được làm nguội Cuối cùng sp sẽ có hình dạng của bề mặt khuôn.

*Các đặc tính :

-Biến dạng trong nhiệt định hình được thực hiện trong khi VL ở trạng thái mềm (o nóng chảy) Đó chính là điểm võng xuống.

-Quá trình chủ yếu là biến dạng dài bề mặt tự do, nó tương tự quá trình thổi và thổi màng.

*Ưu-nhược điểm :

-Ưu điểm : -Nhược điểm :

+Giá thành máy thấp +Polymer được gia nhiệt 2 lần.

+t o, áp suất yc thấp +Giá VL cao

+Tạo chi tiết lớn dễ dàng +Phế liệu cao.

+Chu kỳ khuôn nhanh +Độ phức tạp của hình dáng sp bị hạn chế +VL khuôn o yc cao +Sp chỉ được tạo hình bởi 1 phía nhờ khuôn.

+Chiều dày sp o đồng đều.

+Có nội ưs.

*Các PP tạo hình : định lượng nhiệt chân không,áp suất, hỗ trợ nhờ chày,kéo ngược,tự do,chày,cối, chày và cối,cơ

*Đặc điểm từng PP :

1.Định dạng nhiệt nhờ chân không :

-Đây là dạng đơn giản nhất, dùng áp xuất chân o để

kéo tấm vào lòng khuôn.

-Qt bắt đầu khi tấm được gia nhiệt mềm.

-Sau đó áp suất chân o thông qua các lỗ nhỏ ở bên

trong khuôn sẽ đẩy tấm vào sát khuôn nơi mà nó được

hình dạng mong muốn (hình dạng của lòng khuôn)

2.Định dạng nhiệt nhờ kéo ngược :

3.Định dạng nhiệt nhờ bề ngoài của khuôn nhưng ngược :

-Nó là dạng khác của PP trên nó kết hợp ưu điểm của PP kéo ngược và định dạng nhiệt nhờ bề mặt ngoài của khuôn.

-Tấm được gia nhiệt đến t0 mềm và kéo nhanh về phía khuôn.

-Thường dùng cho chi tiết có hình dạng phức tạp.CK tương đối dài nhưng chiều dày sp đồng đều tốt.

chày :

-Chày sẽ hỗ trợ qt hình thành để cải thiện qt định

dạng nhiệt nhờ chân o Việc use chày ép vào tấm ở t0

mềm vào khuôn trước khi có td của chân không.

-Đôi khi người ta có thể use với áp suất dư thay vì

dùng áp suất chân o.

5.Định dạng nhiệt nhờ kéo ngược :

-PP này là dạng khác của PP hỗ trợ của chày.

-Tấm sẽ được gia nhiệt đến t0mềm và thổi nó xa khuôn (kéo VL móng ở tâm của tấm vùng có chiều dày lớn I trong qt định dạng nhiệt nhờ chân o)trước khi dùng chày hỗ trợ.

6.Định dạng nhiệt 2 lớp :

7.Định dạng = áp suất :

8.Định dạng nhiệt tự do :

9.Định dạng nhiệt nhờ lòng và chày khuôn :

Câu 4 : Trong PP nhiệt định hình khi tk sp thường note tỷ số gì ? các thông số công nghệ ?

Trả lời

*Tk sp:

*Thông số công nghệ :

**thiết bị :

Máy định dạng nhiệt 1 trạm thường bao gồm : +Phần gia nhiệt phôi tấm.

+Kẹp tấm.

+Khuôn.

+Di chuyển tấm và khuôn vào phần định dạng.Liên quan với hệ thống chân o và áp suất, và pittông thủy lực để ép vào khuôn.

.Hệ thống vận chuyển Lò và quạt làm nguội.

Câu 5 : Công nghệ Thổi (Khái niệm, tóm tắt quá trình thổi, khả năng công nghệ) ?

Trả lời

*KN :

Là PP mà trong đó phôi rỗng ở t othích

hợp (thấp) được đặt vào giữa 2 nửa

khuôn, khuôn được đóng lại và phôi

được cắt khỏi ống đùn Sau đó qt thổi

được thực hiện và sp có hình dạng rỗng

có dung tích nhỏ.

*Tóm tắt quá trình thổi :

+ Nóng chảy VL.

+ Tạo các phôi (parison) từ nhựa nóng chảy.

+ Đặt parison vào khuôn.

+ Thổi parions ở trong khuôn.

+ Làm nguội sp.

+ Lấy sp ra khỏi khuôn.

+ Lấy bavia.

*Khả năng công nghệ :

+ Tạo các sp rỗng.

+ Các sp khối lập phương hoặc dạng trụ.

+ Các chai lọ, các thùng chứa, bồn chứa, các ống dẫn, các đồ chơi.

+ Cần note khi gc sao cho các góc của sp o quá mỏng.

Câu 6 : Các thông số quan trọng của quá trình đùn thổi?Các xem xét khi tk đùn thổi?

Trả lời

*Các thông số :

+ Sự kéo căng của phôi

+ t ocủa phôi và t o o gian lv.

+ Đặc tính chảy của nhựa nóng chảy.

+ Tốc độ hình thành của phôi.

+ Bản chất tinh thể của polymer.

+ Khả năng nguội của khuôn.

+ Dạng nhựa.

+ Dạng thổi.

+ Aùp suất thổi.

+ Tốc độ nguội của sp.

*Các xem xét khi tk đùn thổi :

+ Các chi tiết rỗng thường có hình dạng lập phương hoặc hình trụ.

+ Sp có tính đx.

+ Chiều dày sp giới hạn 1 cm hoặc nhỏ hơn.

+ Sự thay đổi chiều dày ở đáy của sp do phôi bị võng là 1 khó khăn.

+ Các góc và các cạnh cần phải có bán kính lớn để giảm sự kéo ảh tới xung quanh các góc + Hình dáng của đáy cần phải có dạng lõm để đảm bảo chiều dày ở đáy đồng đều hơn và tạo khả năng ổn định hơn(o bị hiện tượng cứng).

+ Việc mở ra ở đầu chai khi cắt có thể làm thay đổi kích thước của phôi.

+ Thể tích chứa có thể điều chỉnh = cách use các chi tiết insert để giảm thể tích của lòng khuôn và có thể nhìn thấy sự lõm hình tròn trên sp.

+ Các tay cầm của sp có thể tạo ra = cách thổi nhanh ở điểm cắt phôi.

+ Tỷ số thổi thường (1.5 đến 3 common).

Câu 7 : ép thổi ? Khuôn thổi ?

Trả lời Quá trình ép thổi sẽ bắt đầu = cách ép phun parison trong lõi và sau đó đặt nó vào khuôn với phần ren đã được hình thành Với cách này parison được hình thành có chiều dày nhỏ hơn và đồng đều hơn Trước khi thổi parison đặt vào lòng khuôn có thể bị căng cơ học nên các phân tử được định hướng theo hướng trục (ht căng của sp thổi) Quá trình thổi tiếp theo sẽ tạo ra sự định hướng theo hướng tiếp tuyến (theo phương ngang) Như vậy sp được định hướng 2 trục nên có độ trong suốt quang học cao hơn, các đặc tính cơ học tốt hơn (độ bền va đập) và tính thấm thấp hơn Khi use công nghệ ép thổi thì sp cho phép có thể có tiết diện ngang thay đổi nhưng có chiều dày đồng đều so với công nghệ đùn thổi.

* Phân loại : qt ép và thổi của công nghệ ép thổi o xảy ra cùng 1 lúc hoặc cùng 1 vị trí Do vậy công nghệ ép thổi được phân thành 2 loại : liên tục và gián đoạn

** Khuôn thổi : Khuôn thổi khi lv chịu áp suất thấp hơn khuôn khi phun ép, do vậy khuôn thổi o yc có độ bền cao Do vậy thường người ta use hợp kim nhôm là phổ biến, nó có thể được tạo hình = gia công hoặc đúc Cần thoát khí cho khuôn trong quá trình thổi Khuôn thường có tính đx.

+ Để tránh sự nổ của phôi ta có công thức quan hệ giữa độ bền của

VL, áp suất thổi, đường kính và chiều dày t :

t

D p

2

= σ

+ Do vậy ưs cực đại sẽ xảy ra ngay trước khi phôi bị giãn nở đến kích thước của khuôn thổi, giải với pt trên ta có :

m

m D t

p= 2σ.