nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm

vi TÓM TẮT Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm”.. Các kết quả so sánh giữ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

LÊ VÕ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN

VÀ NHIỆT ĐỘ NHỰA ĐẾN ĐỘ CONG VÊNH

CỦA SẢN PHẨM NHỰA DẠNG TẤM

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014

S K C0 0 4 3 6 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

i

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Ngày, tháng, năm sinh: 28 tháng 4 năm 1982 Nơi sinh: Phú Yên Quê quán: Hòa hiệp trung – Đông hòa – Phú yên Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 479/37/12 – Đường TTH01 – Phường Tân Thới Hiệp – Quận 12, Tp.Hồ Chí Minh

Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0907 918 047

Fax: E-mail: levospkt@yahoo.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệp:

Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …/ đến /…

Nơi học (trường, thành phố):

Ngành học:

2 Đại học:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 9/2001 đến 1/ 2006

Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, Tp.HCM

Ngành học: Kỹ thuật công nghiệp

Tên đồ án: Thiết kế máy dập gạch Terazo

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, tốt nghiệp: 28/12/2014

Người hướng dẫn:

ii

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm

2011 – đến nay Công ty TNHH Nhật Minh Trưởng phòng khuôn nhựa

2008 - 2011 Công ty Kanemaru – Nhật Bản

Nhân viên thiết kế khuôn nhựa, gia công khuôn và chi tiết

2006 – 2008 Công ty TNHH Vĩnh Thạnh Nhân viên thiết kế khuôn

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 19 năm 2014

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

iv

CẢM TẠ

Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho tôi nhiều tri thức quý giá, đồng thời tạo môi trường và điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Với lòng kính trọng và biết ơn, tôi xin chân thành cảm ơn Thầy TS.Phạm Sơn Minh đã nhiệt tình hướng dẫn để tôi hoàn thành nghiên cứu và viết báo cáo

Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến gia đình và những người bạn đã động viên, hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập, làm việc và hoàn thành luận văn

Họ và tên học viên: LÊ VÕ MSHV: 128520103025

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KH Í Khóa: 2012 – 2014

Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt

độ nhựa đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm.Học

viên đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp theo đúng yêu cầu về nội dung và hình thức theo quy định của một luận văn thạc sĩ

Tp Hồ Chí Minh, ngày Tháng 09 năm 2014

Giảng viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

vi

TÓM TẮT

Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của

nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm” Đề tài nghiên cứu mẫu thử nhựa PP dạng tấm mỏng với kích thước 150

mm x 30 mm, với chiều dày từ 1.0 mm đến 2.5 mm, thời gian làm nguội 15 giây, thời gian điền đầy 1 giây, thời gian bão hòa 5 giây và áp suất bão hòa 100%, đã được mô hình hóavà mô phỏng với các giá trị nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30oC đến 90o

C và nhiệt độ nhựa thay đổi từ 200oC đến 280o

C.Từ đó, tôi đã nghiêncứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm và đạt được những kết quả như sau:

 Khi nhiệt độ khuôn tăng từ 30 oC lên 90 oC, độ cong vênh sản phẩm không

bị ảnh hưởng nhiều Kết luận này tương tự cho các chiều dày khác nhau của mẫu thử Do đó, phương pháp tăng nhiệt độ khuôn trong quá trình phun ép hoàn toàn có thể được sử dụng nhằm tăng khả năng điền đầy lòng khuôn trong các trường hợp sản phẩm dạng thành mỏng hoặc sản phẩm phức tạp Tuy nhiên, thông số nhiệt độ khuôn chỉ được thay đổi trong khoảng cho phép của vật liệu nhựa Nếu nhiệt độ khuôn quá cao sẽ dễ dẫn đến khuyết tật về bavia hoặc làm chậm thời gian giải nhiệt cho sản phẩm

 Khi nhiệt độ nhựa tăng từ 200oC đến 280oC, độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm có sự thay đổi đáng kể Kết quả này tương tự cho tất cả các chiều dày của mẫu thử Do đó, phương pháp tăng nhiệt độ nhựa trong quá trình phun ép hoàn toàn có thể được sử dụng nhằm hạn chế độ cong vênh của các sản phẩm nhựa Ngoài ra, với nhiệt độ nhựa cao, khả năng điền đầy lòng khuôn trong các trường hợp sản phẩm dạng thành mỏng hoặc sản phẩm phức tạp cũng được cải thiện đáng kể Tuy nhiên, thông số nhiệt độ nhựa chỉ được thay đổi trong khoảng cho phép của vật liệu nhựa Nếu nhiệt độ nhựa quá cao sẽ dễ dẫn đến khuyết tật về bavia hoặc làm chậm thời gian giải nhiệt cho sản phẩm

vii

 Thông qua nghiên cứu này, chiều dày của sản phẩm có ảnh hưởng lớn đến

độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm Khi tăng chiều dày từ 1.0 mm đến 2.5 mm, độ cong vênh đã giảm từ 1.59 mm xuống 0.27 mm Do đó, chiều dày sản phẩm cũng là một thông số quan trọng, cần được quan tâm trong quá trình thiết kế các sản phẩm nhựa

Thông qua quá trình đo kiểm thực tế, độ chính xác của các kết quả mô phỏng đã được kiểm chứng Các kết quả so sánh giữa thí nghiệm và mô phỏng cho thấy quá trình mô phỏng có thể dự đoán khá chính xác độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm.Do đó, trong quá trình sản xuất, công cụ mô phỏng hoàn toàn có khả năng ứng dụng trong thực tế nhằm dự đoán trước mức độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm, từ đó, nhà sản xuất sẽ có các giải pháp khắc phục

hoặc hạn chế độ cong vênh của sản phẩm

viii

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa

LÝ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN iii

CẢM TẠ iv

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 1

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 1

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước 2

1.2 Mục đích của đề tài 3

1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 3

1.4 Phương pháp nghiên cứu 5

1.4.1 Tiến hành thực hiện mô phỏng trên Moldflow 2010 5

1.4.2 Tiến hành thí nghiệm: 6

Chương 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

2.1 Vật liệu nhựa 7

2.1.1 Phân loại vật liệu nhựa 7

2.1.1.1 Phân loại theo tính chất 7

2.1.1.2 Phân loại theo ứng dụng 7

2.1.1.3 Phân loại theo cấu tạo hóa học 8

2.1.2 Một số loại nhựa thông dụng 8

2.1.3 Các thông số gia công của vật liệu nhựa 14

2.2 Cong vênh 18

2.2.1 Hiện tượng co rút, cong vênh của sản phẩm nhựa 19

2.2.1.1 Lý thuyết 20

2.2.1.2 Thực tế và các ứng dụng 22

2.2.1.3 Thông số phun ép và độ co rút: 23

2.2.2 Công thức tính kích thước khuôn dựa vào độ co rút 27

ix

2.2.3 Nhiệt độ khuôn 30

2.2.4 Áp Suất 30

Chương 3: KỸ THUẬT MÔ PHỎNG CAE 32

3.1 Tổng quan về CAE 32

3.1.1 Khái niệm về thuật ngữ CAE 32

3.1.2 Những ưu điểm và ứng dụng của CAE 32

3.2 Giới thiệu phần mềm CAE Moldflow Plastics Insight 34

3.2.1 Trình tự phân tích, tối ưu hóa thiết kế bằng Moldflow Plastics Insight 36

3.2.2 Phân tích quá trình điền đầy nhựa vào khuôn 36

3.2.3 Tối ưu hóa thời gian làm nguội 38

3.2.4 Tối ưu hóa thời gian định hình (bão áp) 40

3.2.5 Phân tích, dự đoán những khuyết tật có thể có trên sản phẩm 42

3.3 Các quá trình phân tích CAE cơ bản ứng dụng Moldflow Plastics Insight 2010 cho mẫu thử cong vênh 44

3.3.1 Trình tự thao tác trên phần mềm 44

3.3.2 Xác định thông số ép phun 49

3.3.3 Quá trình phân tích kết thúc và xem kết quả phân tích trên phần mềm 50

3.4 Thông số máy ép phun 50

3.5 Đặc tính nhựa ép phun Polypropylene (PP) 51

3.6 Các quá trình phân tích cơ bản 53

3.6.1 Quá trình điền đầy 53

3.6.2 Áp suất phun 55

3.6.3 Nhiệt độ khuôn 56

3.6.4 Thời gian điền đầy hoàn toàn 58

3.6.5 Nhiệt độ dòng nhựa khi đã điền đầy hoàn toàn 59

3.6.6 Nhiệt độ sản phẩm sau khi đã làm nguội trong khuôn 60

3.6.7 Cong vênh 61

3.7 Phương pháp đo sản phẩm sau khi ép mẫu 61

x

Chương 4:ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN VÀ NHIỆT ĐỘ NHỰA

ĐẾN ĐỘ CONG VÊNH CỦA SẢN PHẨM NHỰA DẠNG TẤM 63

4.1 Mô phỏng độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm 63

4.1.1 Khi thay đổi nhiệt độ khuôn từ 30 oC đến 90oC 63

4.1.1.1 Đo Theo chiều rộng 63

4.1.1.2 Đo Theo chiều dài: 65

4.1.2 Khi thay đổi nhiệt độ nhựa từ 200 đến 280oC : 67

4.2 Kết quả thực nghiệm của sản phẩm mẫu thử 72

4.2.1 So sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm của nhiệt độ khuôn 40oC và nhiệt độ nhựa 200oC nhựa PP 72

4.2.1.1 So sánh kết quả cong vênh theo chiều dày (đo theo chiều dài)

72

4.2.1.2 So sánh kết quả cong vênh theo chiều dày(đo theo chiều rộng) 73

4.2.2 So sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm của sản phẩm có bề dày 2.5 mm khi thay đổi nhiệt độ nhựa từ 200oC lên 280oC 75

4.2.2.1 So sánh kết quả cong vênh theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều dài) 75

4.2.2.2 So sánh kết quả cong vênh theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu 2.5mm) 76

4.2.3 So sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiêm của sản phẩm có bề dày 1 mm khi thay đổi nhiệt độ nhựa từ 200oC lên 280oC 78 4.2.3.1 So sánh kết quả cong vênh theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều dài) 78

4.2.3.2 So sánh kết quả cong vênh theo chiều rộng 79

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

PEHD : Polyethylene high density

PELD : Polyethylene low density

PET : Polyethylene terephthalate

PMMA: Polymethyl methacrylate

xii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

HÌNH Trang

Hình 1.1: Kết quả mô phỏng độ cong vênh của sản phẩm dạng tấm 4

Hình 1.2: Đo độ cong vênh của sản phẩm 5

Hình 2.1: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của nhựa PP 9

Hình 2.2: Bình đun nước 10

Hình 2.3: Khay đựng thuốc 11

Hình 2.4: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của nhựa PC 12

Hình 2.5: Cong vênh theo chiều dài của sản phẩm 18

Hình 2.6: Ảnh hưởng của các thông số ép đến độ co rút nhựa 19

Hình 2.7: Mối quan hệ giữa áp suất, nhiệt độ và thể tích của nhựa 20

Hình 2.8: Sản phẩm dạng phẳng có thể bị cong vênh sau quá trình ép phun vì độ dày không đồng đều nhau 25

Hình 2.9: Khuôn của nắp ly cà phê, co rút là điều cần thiết để kéo mấu theo hướng của mũi tên theo một góc thích hợp 26

Hình 2.10: Một số mặt cắt ngang cho thấy sự co rút không đồng đều, kết quả là tạo ra vết lõm và khoảng trống: Mặt cắt A, có cả vết lõm và khoảng trống tại nơi hai thành giao nhau; Mặt cắt B, lõi ở giữa sẽ ngăn được vết lõm và khoảng trống; Mặt cắt C vết lõm tại nơi giao nhau của gân; Mặt cắt D, khoảng trống tại nơi giao nhau của gân; Mặt cắt E, chiều dày gân tăng cứng tỷ lệ với các vết lõm 27

xiii

Hình 2.11: Độ co rút theo trục và theo hướng tâm được thể hiện theo

chiều dòng chảy nhựa 28

Hình 2.12: Để tránh tốn thêm chi phí cho viêc tăng thêm đường kính trục D (hình trái), các nhà thiết kế đã tính toán co rút bằng cách tăng đường kính Dp (hình phải) Vì vậy chỉ cần tính toán sao cho đúng với đường kính trục 29

Hình 2.13: Để đảm bảo khoảng cách giữa các lỗ, thường là các trục hình (a) bằng cách ta mở rộng đường kính lỗ nằm trong vùng hệ số co rút cho phép của vật liệu hình (b) 30

Hình 3.1: Vai trò của CAE trong quy trình thiết kế - chế tạo khuôn ép phun 33

Hình 3.2: Giao diện phần mềm Moldflow 2010 34

Hình 3.3: Kết quả phân tích thời gian phun trong MPI 35

Hình 3.4: Qui trình phân tích tổng quát trong Moldflow Plastic Insight 36 Hình 3.5: Định chế độ công nghệ cho quá trình ép phun 37

Hình 3.6: Phân tích quá trình điền đầy nhựa vào khuôn 38

Hình 3.7: Qui trình tối ưu hóa thời gian làm nguội 39

Hình 3.8: Qui trình tối ưu hóa thời gian bảo áp 41

Hình 3.9: Sơ đồ khắc các phương pháo khắc phục biến dạng, cong vênh 42

Hình 3.10: Khảo sát và khắc phục biến dạng, cong vênh 43

Hình 3.11:Trình tự nhập mô hình phân tích 44

Hình 3.12: Chia lưới tự động mô hình sản phẩm 45

Hình 3.13: Chi tiết sau khi chia lưới 45

Hình 3.14: Chọn phương pháp ép phun 46

xiv

Hình 3.15: Chọn vấn đề phân tích 46

Hình 3.16: Bảng chọn vật liệu nhựa 47

Hình 3.17: Chọn vị trí đặt miệng phun 48

Hình 3.18: Đường nước làm nguội khuôn 48

Hình 3.19: Xác định thông số ép 49

Hình 3.20: Xác định thông số ép 49

Hình 3.21: Một kết quả phân tích trên phần mềm 50

Hình 3.22: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của nhựa PP 53

Hình 3.23: Áp suất điền đầy cần thiết 55

Hình 3.24: Nhiệt độ khuôn 57

Hình 3.25: Thời gian điền đầy hoàn toàn 58

Hình 3.26: Nhiệt độ nhựa khi đã điền đầy 59

Hình 3.27: Nhiệt độ chi tiết tại thời điểm kết thúc quá trình làm nguội trong khuôn 60

Hình 3.28: Kiểm tra cong vênh 61

Hình 3.29: Máy đo 3D CMM 61

Hình 3.30: Đo mẫu thử 62

xv

Hình 4.1: Biểu đồ cong vênh theo bề dày khi thay đổi nhiệt độ khuôn ứng

với chiều rộng 64

Hình 4.2: Độ cong vênh theo bề dày khi thay đổi nhiệt độ khuôn theo chiều dài 65

Hình 4.3: Biểu đồ cong vênh theo bề dày khi thay đổi nhiệt độ nhựa ứng với chiều rộng 67

Hình 4.4: Biểu đồ cong vênh theo bề dày khi thay đổi nhiệt độ nhựa ứng với chiều dài 69

Hình 4.5: Ứng suất dƣ của sản phẩm mẫu thử có bề dày 1.0 mm 70

Hình 4.6: Ứng suất dƣ của sản phẩm mẫu thử có bề dày 1.5mm 70

Hình 4.7: Ứng suất dƣ của sản phẩm mẫu thử có bề dày 2.0 mm 71

Hình 4.8: Ứng suất dƣ của sản phẩm mẫu thử có bề dày 2.5 mm 71

Hình 4.9: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm theo chiều dày (đo theo chiều dài) 72

Hình 4.10: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm theo chiều dày (đo theo chiều rộng) 74

Hình 4.11: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều dài của mẫu 2.5 mm) 75

Hình 4.12: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm với nhiệt độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu 2.5mm) 77

Hình 4.13: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm đo theo chiều dài của mẫu 1 mm 78

Hình 4.14: Biểuđồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu 1 mm) 79

xvi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

BẢNGTrang

Bảng 1.1: Thông số phun ép của nhựa Polypropylene (PP) 4

Bảng 2.1: Thông số vật liệu nhựa PP 8

Bảng 2.3:Thông số vật liệu nhựa PC 11

Bảng 2.5: Nhiệt độ gia công một số chất dẻo 15

Bảng 2.6: Nhiệt độ phá hủy của một số chất dẻo 15

Bảng 2.7: Độ co rút của một số vật liệu 16

Bảng 2.8: Chiều dày thành sản phẩm nhựa 17

Bảng 3.1: Thông số máy phun ép 51

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật nhựa PP trong ép phun 52

Bảng 3.3: Thông số kết quả dữ liệu phân tích quá trình điền đầy 54

Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật của máy đo 3D CMM 62

Bảng 4.1: Kết quả mô phỏng cong vênh theo chiều dày khi thay đổi nhiệt độ khuôn (đo theo chiều rộng) 63

Bảng 4.2: Kết quả mô phỏng cong vênh theo chiều dày khi thay đổi nhiệt độ khuôn (đo theo chiều dài) 65

Bảng 4.3: Kết quả mô phỏng cong vênh theo chiều dày khi thay đổi nhiệt độ nhựa (đo theo chiều rộng) 67

Bảng 4.4: Kết quả mô phỏng cong vênh theo chiều dày, khi thay đổi nhiệt độ nhựa (đo theo chiều dài) 68

xvii

Bảng 4.5: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo chiều

dày (đo theo chiều dài) 72

Bảng 4.6: Kết quả môt phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo chiều

dày (đo theo chiều rộng) 73

Bảng 4.7: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo nhiệt

độ nhựa (đo theo chiều dài của mẫu 2.5 mm) 75

Bảng 4.8: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo nhiệt

độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu 2.5 mm) 76

Bảng 4.9: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh đo theo

chiều dài của mẫu 1 mm 78

Bảng 4.10: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo nhiệt

độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu 1 mm) 79

1

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong

và ngoài nước đã công bố

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Có rất nhiều công trình đã được nghiên cứu ở nước ngoài về biến dạng của sản phẩm nhựa cụ thể như sau:

a Trong nghiên cứu của Shia - Chung Chen , Ying Chang, Tsung-Hai Chang, Rean-Der Chien đã trình bày ảnh hưởng của việc sử dụng xung làm mát khuôn để điều khiển nhiệt độ khuôn cho nhựa điền đầy trên các rãnh nhỏ chính xác

Việc làm mát khuôn bằng xung tuần hoàn nước làm mát, thường được dừng lại trong quá trình điền đầy sản phẩm vào khuôn và thời gian đóng

mở khuôn.Điều này dẫn đến kết quả là,khi gia tăng nhiệt độ bề mặt khuôn thì có thể thay đổi chất lượng điền đầy sản phẩm tạo ra sựtương quan giữa nhiệt độ khuôn và khả năng điền đầy.Như vậy, tác giả đã chứng minh được khả năng điền đầy của sản phẩm càng cao khi tăng nhiệt độ khuôn trong quá trình ép phun

b W B Young, A Chen, Injection-Compression Molded Part Shrinkage Uniformity Comparison between Semicrystalline and Amorphous Plastics, Transactions of the Aeronautical and Astronautical Society of the Republic of China, 34(1)39-44 (2006)

Thông qua phương pháp mô phỏng, Young đã tìm hiểu ảnh hưởng của điều kiện phun ép đến ứng suất dư và quá trình co rút của sản phẩm nhựa sau khi được lấy ra khỏi khuôn.Với nghiên cứu này, Young đã dùng sản phẩm phun ép là thấu kính có chiều dày lớn.Trên kết quả nghiên cứu

2

này, Young kết luận rằng nhiệt độ khuôn là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến độ co rút của thấu kính

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước

Hiện nay, tại các công ty nhựa trên địa bàn TP Hồ Chí Minh – Việt nam, các

kỹ sư đã bắt đầu tiếp cận phương pháp mô phỏng và bước đầu có thể dự đoán trước các khuyết tật của sản phẩm nhựa nhằm có phương án giải quyết thích hợp Một trong số các khuyết tật thường gặp tại Việt Nam là độ cong vênh của sản phẩm vượt quá giới hạn cho phép, để hạn chế cong vênh, các công ty đã bước đầu tiếp cận kỹ thuật mô phỏng dòng chảy và mô phỏng quá trình giải nhiệt của khuôn.Trong nhiều khuôn khổ các đề tài nghiên cứu khoa học gần đây, quá trình giải nhiệt của khuôn thường được quan tâm Tuy nhiên, quá trình co rút và cong vênh sản phẩm nhựa thường bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố phun ép như vật liệu nhựa, chất phụ gia, các thông số về áp suất, thời gian,…thì vẫn chưa được nghiên cứu nhiều

Mặt khác, trong quá trình sản xuất, bước xác định nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa chỉ được hiểu và thực hiện theo các thông số hướng dẫn của nhà sản xuất với

xu hướng chọn nhiệt độ nhựa thật cao để đạt mục tiêu quan trọng nhất là điền đầy càng nhiều lòng khuôn càng tốt, nhằm nâng cao sản lượng Do đó, thực trạng của sản xuất sản phẩm nhựa tại Việt Nam, chỉ dừng lại ở nhóm các sản phẩm đơn giản, chất lượng chưa cao, và chủ yếu tập trung vào lĩnh vực hàng gia dụng Ngược lại, với các quy trình phun ép đang được ứng dụng tại nước ngoài, lựa chọn nhiệt độ nhựa tối ưu là một trong những cách hiệu quả nhất nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm

Nhìn chung, nếu nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa thích hợp, quá trình điền đầy nhựa vào lòng khuôn sẽ được dễ dàng hơn và trong hầu hết các trường hợp, chất lượng bề mặt sản phẩm sẽ được cải thiện đáng kể Tuy nhiên, nếu nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa quá cao, quá trình giải nhiệt của khuôn nhựa sẽ bị kéo dài,

và chu kỳ phun ép sẽ tốn nhiều thời gian,chi phí sản xuất cũng sẽ gia tăng Ngoài ra, vật liệu nhựa có thể bị phân hủy do hiện tượng quá nhiệt Ngược lại, nếu nhiệt độ

và nhiệt độ nhựa.Các kết quả nghiên cứu về quá trình cong vênh sẽ được tổng hợp

và so sánh thông qua phương pháp thí nghiệm và phương pháp mô phỏng với phần mềm Moldflow 2010

1.2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu được sự ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa, đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm thông qua phương pháp mô phỏng và thực nghiệm

1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài

Trong nghiên cứu này, nhựa Polypropylene (PP) sẽ được sử dụng trong quá trình thí nghiệm và mô phỏng với các thông số phun ép được trình bày như Bảng 1.1.Quá trình mô phỏng với phần mềm Moldflow 2010 sẽ được tiến hành thông qua

mô hình mô phỏng có 7658 phần tử.Các kích thước của hệ thống kênh dẫn nhựa được mô hình hóa như tấm khuôn thực.Sau khi quá trình mô phỏng kết thúc, kết quả

về độ cong vênh được thể hiện như Hình 1.1.Các kết quả này sẽ được tổng hợp và

so sánh với thực nghiệm

Hình 1.1:Kết quả mô phỏng độ cong vênh của sản phẩm dạng tấm

Trong quá trình thí nghiệm nhiệt độ khuôn, nhiệt độ nhựa nóng chảy được điều chỉnh ở 200o

C; thời gian điền đầy khuôn: 1 giây, thời gian định hình: 5 giây,

Áp suất phun và áp suất định hình được điều chỉnh ở 100 MPa, và thời gian giải nhiệt là 15 giây Với mục tiêu nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa, các sản phẩm phun ép dạng tấm hình chữ nhật được thiết kế với kích thước 30 mm x 150 mm, và chiều dày thay đổi từ 1.0 mm; 1.5 mm; 2.0 mm; và 2.5mm Ngoài ra, trong quá trình phun ép, với sự hỗ trợ của thiết bị điều khiển nhiệt độ khuôn bằng nước, với mỗi loại chiều dày của sản phẩm, các mức nhiệt độ khuôn sẽ được tiến hành thí nghiệm: 30oC; 40 oC; 50oC; 60 oC;

70oC;80oC; và 90oC Ứng với mỗi trường hợp nhiệt độ khuôn, 20 chu kỳ phun ép sẽ được tiến hành ép thử nhằm đảm bảo hệ thống đạt được trạng thái ổn định Sau đó,

5

10 chukỳ kế tiếp sẽ được tiến hành thu thập các mẫu cho quá trình đo độ cong vênh

Độ cong vênh của sản phẩm được tiến hành đo như Hình 1.2 Ứng với mỗi loại nhiệt độ khuôn và chiều dày sản phẩm, 10 mẫu sẽ được đo, và giá trị trung bình của các lần đo sẽ được sử dụng nhằm so sánh và phân tích với các trường hợp khác

δ (mm)Tấm không cong vênh

Tấm cong vênh sau khi phun ép

(*) δ (mm): Độ cong vênh của tấm

150 (mm)

Hình 1.2: Đo độ cong vênh của sản phẩm

Tương tự, trong quá trình thí nghiệm nhiệt độ nhựa, nhiệt độ khuôn được điều chỉnh ở 40 oC, thời gian điền đầy khuôn là 1s, thời gian định hình là 5s, áp suất phun và áp suất định hình được điều chỉnh ở 100 MPa, và thời gian giải nhiệt là 15s kích thước sản phẩm giống như thí nghiệm về nhiệt độ khuôn Ngoài ra, trong quá trình phun ép, với mỗi loại chiều dày của sản phẩm, các mức nhiệt độ nhựa sau sẽ được tiến hành thí nghiệm: 200 o

C, 220oC, 240 oC, 260 oC và 280 oC Ứng với mỗi trường hợp nhiệt độ nhựa, 20 chu kỳ phun ép sẽ được tiến hành ép thử nhằm đảm bảo hệ thống đạt được trạng thái ổn định Sau đó, 10 chu kỳ kế tiếp sẽ được tiến hành thu thập các mẫu cho quá trình đo độ cong vênh Độ cong vênh của sản phẩm được tiến hành đo như Hình 1.2 Ứng với mỗi loại nhiệt độ nhựa và chiều dày sản phẩm, 10 mẫu sẽ được đo, và giá trị trung bình của các lần đo sẽ được sử dụng nhằm so sánh và phân tích với các trường hợp khác

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Tiến hành thực hiện mô phỏng trên Moldflow 2010

- Tìm hiểu phần mềm

- Nghiên cứu hiện tượng co rút sản phẩm nhựa của quá trình phun ép

- Thực hiện quá trình mô phỏng và đưa ra các kết quả tổng quát

- Tiến hành chuẩn bị các yếu tố cần thiết để chuẩn bị ép

- Chuẩn bị khuôn, vật liệu, số liệu, máy móc,…

- Thực hiện ép sản phẩm mẫu thử, dựa theo các số liệu đã mô phỏng

Vật liệu nhựa được dùng để ép phun rất đa dạng với rất nhiều loại nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn Thành phần của nhựa cũng đa dạng, gồm các chất liên kết như loại nhựa tổng hợp và chất độn: ở dạng bột, sợi tấm, vô cơ, hữu cơ… Ngoài ra còn có thể cho thêm các chất phụ gia

2.1.1 Phân loại vật liệu nhựa

2.1.1.1 Phân loại theo tính chất

- Nhựa nhiệt dẻo : Là loại nhựa khi gia nhiệt thì sẽ hóa dẻo, ví dụ như:

nhựa PP, PE, PVC, PS, PC, PET

- Nhựa nhiệt rắn : Là loại nhựa khi gia nhiệt sẽ rắn cứng, ví dụ như:

nhựa PF, MF,

2.1.1.2 Phân loại theo ứng dụng

- Nhựa thông dụng: là loại nhựa được sử dụng số lượng lớn, giá rẻ,

dùng nhiều trong những vật dụng thường ngày như: nhựa PP, PE, PS, PVC, PET, ABS,

- Nhựa kỹ thuật : là loại nhựa có tính chất cơ lý trội hơn so với các loại

nhựa thông dụng, thường dùng trong các mặt hàng công nghiệp như :

PC, PA,

8

- Nhựa chuyên dụng : Là các loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt

cho từng trường hợp

2.1.1.3 Phân loại theo cấu tạo hóa học

- Chất dẻo mạch cacbon: chất dẻo có mạch chính là các phân tử cacbon

liên kết với nhau

- Polyme dị mạch: polyme trong mạch chính ngoài nguyên tố cacbon

còn có các nguyên tố khác như O, N, S Ví dụ như polyoxymetylen, polyeste, polyuretan, polysiloxan

2.1.2 Một số loại nhựa thông dụng

9

Hình 2.1: Giản đồ quan hệ giữa áp suất–thể tích -nhiệt độ(PVT) của nhựa PP[7].

Polypropylene được đưa vào sử dụng từ cuối thập niên 1950 và tăng trưởng nhanh nhất trong nhựa nhiệt dẻo trên thế giới PP có rất nhiều ứng dụng trong sản xuất như sợi, màng, dụng cụ, ba đờ xốc ô tô.Trong nhiều ứng dụng khác, PP còn thay thế các vật liệu khác, như sợi thủy tinh, quặng gia cường nhiệt dẻo và kim loại

Polypropylene là sản phẩm trùng hợp từ đơn phân propylene với chất xúc tác titan Có ba loại cấu trúc PP : isotactic, syndiotactic, và atactic

 Cấu trúc chính của PP là isotactic semi-crystalline dạng cấu trúc xoắn

ốc Cấu trúc này có cơ tính tốt như cứng, độ bền kéo Các thuộc tính này được tăng lên khi có các chất độn như: talc, CaCO3, hay sợi thủy tinh

 Syndiotactic PP được điều chế bởi nhiều đơn phân được đưa vào lần lượt từ đầu tới cuối Cấu trúc này thì dẻo hơn isotactic nhưng chịu va đập tốt hơn

 Atactic PP là sản phẩm cuối cùng của quá trình sản xuất Sản phẩm này được sử dụng từ hắc ín hay keo dính trong sản xuất giày

Thể

tích

cm3/g

Nhiệt độ (oC)

- PP có tính cách điện tốt và chịu nóng tốt hơn PE

- Sợi PP đàn hồi hơn và không bị dão như PE

- PP sử dụng được nhiều phương pháp gia công như: ép phun, áp lực,

- PP dùng làm màng mỏng để bao gói hoặc bảo quản kim loại ở những

nơi có độ ẩm cao, hay bảo vệ thực phẩm, kéo sợi, băng cho dệt may, làm thảm và các loại vải trong y tế

- PP dùng để bọc dây điện hoặc pha vào len, bông, nylon

- PP dùng để làm thiết bị tự động trong ô tô, ba đờ sốc, cửa chớp, hệ

thống thông gió

Hình 2.2: Bình đun nước[12]

11

- Ngoài ra, PP còn được dùng để làm các sản phẩm vệ sinh,vật dùng gia

đình, khay nhựa dùng trong y tế, lưới lọc, bình chứa, phần cứng điện,

đồ chơi trẻ em, cửa ra vào, va li…

Hình 2.3: Khay đựng thuốc[13]

 Polycarbonate (PC)

Polycarbonate còn có tên là diflon, macrolon, lecsan, penlait, là polyeste

dị mạch vòng có mắt xích thơm và có các thông số như bảng 2.2 sau:

Bảng 2.2:Thông số vật liệu nhựa PC [6]

Tính chất chung của Polycarbonate

Modun kéo 22,78oC (Mpsi) 1.25

Độ bền kéo hiệu suất (Kpsi) 19.0

12

Thời gian khô (giờ) 2.0 -4.0

Điểm hóa dẻo (oC) 150 - 154

Hình 2.4:Giản đồ quan hệ giữa áp suất–thể tích- nhiệt độ(PVT) của nhựa PC.[10]

Polycarbonate được gới thiệu vào năm 1958, PC là chất dẻo có cấu tạo vô định hình với những khác biệt độ bền va đập cao, trong suốt, độ bền nhiệt cao, và kích thước phân tử ổn định

Tốc độ chảy là một trong những thuộc tính quan trọng nhất của Polycarbonate PC được điều chế bởi phản ứng giữa Bisphenol A và carbinyl chloride trong mặt phân giác của quá trình Phản ứng này được thực hiện trong điều kiện cơ bản và có mặt của nước và một pha hữa cơ

Polycarbonate không có điểm tan chảy đúng như các tinh thể polyme, tuy nhiên nó cho nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh ở 148,9oC

Polycarbonate được đặc trung bởi độ bền va đập cao 12-17 ft-lb/in trên 0.125

bề dày PC có độ co rút khuôn thấp, bề mặt khuôn có độ bóng cao Vật liệu này có thể làm hỗn hợp sản xuất nhựa tiệt trùng, chống cháy

Polycarbonate có độ bền điện hóa và tính cách điện cao, cũng như là vật liệu cách điện và độc lập với nhiệt độ

13

Polycarbonate cần phải được sấy khô trước khi sản xuất, nhiệt độ sấy khoảng

121 ÷126oC và từ 2-4 giờ, sấy khô trong ngăn sấy Khi sấy cần chú ý giảm độ ẩm xuống 0.02% cản trở quá trình thủy phân trong khuôn

Polycarbonate yêu cầu nhiệt độ tan chảy cao, từ 221oC÷ 326oC Nhiệt độ khuôn nằm giữa khoảng 79 ÷ 121oC điều khiển bề mặt kết thúc

Polycarbonate là hỗn hợp vật liệu linh hoạt và sử dụng thành phần chất kết dính căn bản để sản xuất ra nhiều hỗn hợp nhựa Ví dụ như polycarbonate và polyester, polycarbonate và ABS,…

 PC hoà tan trong hydrocarbon và khử trùng với clo

 Biểu hiện nứt trong axeton và ăn mòn bởi bazo

 Chống bức xạ tử ngoại của tia cực tím của polycarbonate kém

 Bề dày làm giảm đáng kể độ bền va đập của khuôn

 Kháng nứt kém

 PC có nhiệt độ nóng chảy không rõ ràng

Ứng dụng

 Điện:PC được dùng làm các bộ phận của máy tính, thiết bị ngoại vi, bộ

nối, thiết bị viễn thông, các thiết bị điện, máy lạnh, …

 Thể thao: PC dùng làm mũ bảo hiểm thể thao, kính chắn gió, đèn pha,…

 Thực phẩm: PC còn dùng chế tạo lò vi sóng, bọc khay, chai dựng nước,…

14

 PA (Polyamide)

PA còn gọi là nylon, có cấu trúc tinh thể, màu từ trắng đục đến vàng xám, độ bền cao, chống va đập tốt nhưng dễ bị lão hoá bởi ánh sáng, các loại tia Nhựa PA dùng để chế tạo bánh răng, ổ lăn, ổ trượt, đai ốc,… các chi tiết trong máy dệt, ống dẫn xăng, vật liệu trong các sợi dệt, dây cước, độn với cao su làm vỏ xe…Ngoài ra, PA còn được dung làm linh kiện điện tử, dụng

cụ y tế, bọc dây kim loại,…Dùng các phương pháp đúc áp lực, dập khuôn, ép

đùn, đúc ly tâm để gia công poly amide

 PE (Poly Etylen)

PE không màu, độ cứng không cao, dạng tinh thể, oxy hoá chậm ở nhiệt độ thấp nhưng oxy tương đối nhanh ở nhiệt độ cao.PE bền trong nước, chống thấm khí tốt Do độ bền không cao nên dùng để chế tạo các sản phẩm dạng màng, các sợi, dây bọc dây điện, các ống dẫn nước chịu áp lực không

cao, chế tạo các chai lọ bằng phương pháp thổi, …

 PS (Poly Styren)

PS không màu, dạng vô định hình, có độ cứng khá tốt, độ dai va đập kém, dễ gia công bằng phương pháp ép phun hoặc đúc áp lực,chịu ăn mòn hoá học tốt Nhựa PS dùng làm các sản phẩm gia dụng, bàn ghế, ly tách hoặc

kết hợp với cao su làm vỏ ruột xe có tính đàn hồi cao…

 PET (Poly Etylen Terephatale):

PET có cấu trúc tinh thể, trong suốt, khá bền, thường sử dụng để tạo

màng mỏng, kéo dài thành các sợi có tính co giãn như len, tơ…

2.1.3 Các thông số gia công của vật liệu nhựa

Mỗi loại nhựa có những thông số gia công khác nhau mà các thông số này có ảnh hưởng nhất định đến quá trình ép phun Một số thông số quan trọng như :

 Nhiệt độ gia công (Bảng 2.3 )

 Nhiệt độ phá hủy (Bảng 2.4)

15

 Độ co rút của vật liệu ( Bảng 2.5)

 Chiều dày sản phẩm cho phép (Bảng 2.6)

Bảng 2.3: Nhiệt độ gia công một số chất dẻo [8]

Sản phẩm nhựa dễ bị phá hủy khi ở nhiệt độ cao.Bảng 2.4 thể hiện nhiệt độ

phá hủy của một số chất dẻo nhiệt dẻo

Bảng 2.4: Nhiệt độ phá hủy của một số chất dẻo [2]

16

Ngoài ra, co rút là một đặc tính không thể bỏ qua khi ép sản phẩm, muốn biết chính xác phải dựa theo hồ sơ liên quan đến vật liệu đó Đối với vật liệu nhựa thông dụng, hệ số co rút đƣợc cho trong Bảng 2.5

17

Bảng 2.6: Chiều dày thành sản phẩm nhựa [8]

18

A(đo theo chiều dài)Giữ cố định

B (đo theo chiều rộng)Giữ cố định

2.2 Cong vênh

Hình 2.5:Cong vênh theo chiều dài của sản phẩm

19

 Các nguyên nhân gây ra cong vênh:

- Quá trình giải nhiệt không đồng đều trên toàn bộ sản phẩm

- Một phần nhỏ trên chi tiết co rút nhiều dẫn đến biến dạng trên diện rộng

 Các yếu tố ảnh hưởng đến cong vênh:

- Hệ số co rút của vật liệu nhựa

- Phân bố nhiệt độ khuôn và nhiệt độ sản phẩm

- Áp suất định hình

- Thời gian giải nhiệt

- Độ cứng vững của kết cấu sản phẩm

2.2.1 Hiện tượng co rút, cong vênh của sản phẩm nhựa

Co rút nhựa là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ cong vênh của sản phẩm.Độ

co rút sẽ xuất hiện trong quá trình sản phẩm nhựa nguội từ nhiệt độ nhựa nóng chảy đến nhiệt độ môi trường

Nhìn chung, trong quá trình phun ép nhựa, ảnh hưởng của các thông số ép đến

độ co rút nhựa được tổng hợp như hình 2.6

Hình 2.6: Ảnh hưởng của các thông số ép đến độ co rút nhựa.[6]

20

2.2.1.1 Lýthuyết

Sản phẩm nhựa được sản xuất qua quá trình phun ép nhựa nóng chảy ở áp suất và nhiệt độ cao vào lòng khuôn.Co rút là hiện tượng làm giảm kích thước của sản phẩm trong quá trình nguội của vật liệu nhựa Có 3 đặc điểm cần chú ý khi hiện

tượng co rút xảy ra:

 Đặc điểm 1:

Trong quá trình phun ép, áp suất phun (P), thể tích nhựa (V) và nhiệt độ nhựa (T) luôn có ảnh hưởng với nhau.Ảnh hưởng giữa thông số này luôn thay đổi đối với những loại vật liệu khác nhau.Sự ảnh hưởng của các yếu tố khác như nhiệtđộ khuôn, hoặc thời gian điền đầy,… đều ảnhhưởngđếnđộ co rút của sản phẩm nhựa

Hình 2.7:Mối quan hệ giữa áp suất, nhiệt độ và thể tích của nhựa[6]

Thể

tích V