Nghiên cứu tìm hiểu về nhiệt độ, áp suất và thời gian hợp lý trong tạo hình tấm nhựa gỗ bằng chân không

TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài “nghiên cứu tìm hiểu về nhiệt độ, áp suất và thời gian hợp lý trong tạo hình tấm nhựa gỗ bằng chân không” bao gồm 4 chương, với các phần chính sau đây:  Tìm hiểu

VŨ VĂN THẮNG

NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ NHIỆT ĐỘ, ÁP SUẤT

VÀ THỜI GIAN HỢP LÝ TRONG TẠO HÌNH TẤM NHỰA GỖ BẰNG CHÂN KHÔNG

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí

M 60 52 01 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lưu Thanh Tùng

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS.Bùi Trung Thành

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS.Nguyễn Hồng Ngân

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày…06… tháng…01….năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 PGS.TS.Phạm Huy Hoàng

2 PGS.TS.Nguyễn Hồng Ngân

3 PGS.TS.Bùi Trung Thành

4 TS.Phan Tấn Tùng

5 TS.Lê Thanh Danh

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Vũ Văn Thắng MSHV: 7140349

Ngày, tháng, năm sinh: 25/05/1987 Nơi sinh: Hưng Yên

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã số: 60.52.01.03

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tìm hiểu về nhiệt độ, áp suất và thời gian hợp lý trong tạo hình tấm nhựa gỗ bằng chân không

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ của luận văn là tìm hiểu các thông số ảnh hưởng đến quá trình gia công vật liệu composite gỗ nhựa là ba thông số: Nhiệt độ, áp suất và thời gian Sau đó tìm ra được các thông số tối ưu để thu được sản phẩm có độ bền uốn là cao nhất Luận văn gồm bốn chương với các phần chính  Tìm hiểu tổng quan về vật liệu gỗ nhựa và các phương pháp gia công  Cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt và biến dạng tấm composite gỗ nhựa  Sử dụng quy hoạch thực nghiệm để xác định các thông số tối ưu  Kết luận và kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17/06/2016

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Lưu Thanh Tùng

Tp HCM, ngày 06 tháng 01 năm 2017

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ (Họ tên và chữ ký)

Nhân dịp hoàn thành luận văn thạc sĩ, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Lưu Thanh Tùng đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi

trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa TPHCM, lãnh đạo phòng Sau đại học, các thầy cô giáo khoa Cơ khí đã quan tâm và tận tình

chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Trường

Tôi xin cảm ơn tất cả quý thầy cô đã tham gia giảng dạy chương trình Kỹ thuật cơ khí khóa 2014-2016 đã trang bị cho tôi những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian theo học tại trường

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp

đã luôn động viên, giúp đỡ và ủng hộ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

TP-HCM, ngày 06 tháng 01 năm 2017

Vũ Văn Thắng

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài “nghiên cứu tìm hiểu về nhiệt độ, áp suất và thời gian hợp lý trong tạo hình tấm nhựa gỗ bằng chân không” bao gồm 4 chương, với các phần chính sau đây:

 Tìm hiểu tổng quan về vật liệu gỗ nhựa và các phương pháp gia công

 Cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt và biến dạng tấm composite gỗ nhựa

 Sử dụng quy hoạch thực nghiệm để xác định các thông số tối ưu

 Kết luận và kiến nghị

Mục đích của luận văn là tìm hiểu các thông số ảnh hưởng đến quá trình gia công vật liệu composite gỗ nhựa cụ thể là ba thông số: Nhiệt độ, áp suất và thời gian Sau đó tìm ra được các thông số tối ưu để thu được sản phẩm có độ bền uốn là cao nhất

Luận văn có sử dụng các phần mềm chuyên dụng để thiết kế các mô hình 2D, 3D như AutoCAD 2013, SolidEdge ST3 Mô phỏng quá trình truyền nhiệt vào tấm sử dụng phần mềm Ansys R16.2, Mô phỏng quá trình tạo hình chi tiết bằng phương pháp hút chân không dùng phần mềm HyperForm V11.0.0.39, tính toán, lập phương trình hồi quy, chọn điểm tối ưu của các yếu tố cho độ bền uốn là lớn nhất bằng chương trình Design-Expert 10.0.3

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-HCM, ngày 06 tháng 01 năm 2017

Vũ Văn Thắng

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ii

LỜI CẢM ƠN iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN v

LỜI CAM ĐOAN vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa 4

1.1.1 Khái niệm và ứng dụng của vật liệu composite gỗ-nhựa 4

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của composite gỗ-nhựa 6

1.1.2.1 Ảnh hưởng của nguyên vật liệu đến tính chất của WPC 6

1.1.2.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nhựa nền/trợ tương hợp/bột gỗ 6

1.1.2.3 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất của vật liêu WPC 7

1.2 Một số phương pháp gia công 8

1.2.1 Tổng quan về phương pháp gia công 8

1.2.2 Phương pháp nhiệt định hình 9

1.2.2.1 Đặc điểm phương pháp 9

1.2.2.2 Các phương pháp gia công 10

1.2.2.3 Các thông số kỹ thuật của quá trình tạo hình chân không 12

1.2.3 Phân loại phương pháp nhiệt định hình 14

1.2.4 Nhận xét chung 19

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20

2.1 Truyền nhiệt 20

2.1.1 Cơ sở lý thuyết quá trình truyền nhiệt 20

2.1.2 Tính toán truyền nhiệt trong tấm composite gỗ nhựa 25

2.1.2.1 Nhiệt độ gia công 25

2.1.2.2 Tính toán và mô phỏng quá trình truyền nhiệt sử dụng phần mềm Ansys 27

2.1.2.3 Thiết bị và phương pháp xác định các thông số nghiên cứu 30

2.1.3 Sử dụng phần mềm HyperForm mô phỏng quá trình tạo hình chi tiết 31

2.1.3.1 Giới thiệu các chức năng của Hyperform 31

2.1.3.2 Các lưu ý khi chạy kết quả phân tích 33

2.1.3.3 Kết quả chạy phân tích 35

2.2 Liên hệ ứng suất - chuyển vị 40

2.2.1 Trạng thái ứng suất 40

2.2.2 Trạng thái biến dạng 42

2.3 Lực dãn, lực tiếp, mômen uốn và mômen xoắn 47

2.4 Phương trình cơ bản xác định uốn tấm 47

Chương 3 QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 51

3.1 Qui hoạch thực nghiệm - bước phát triển của khoa học thực nghiệm 51

3.1.1 Bước phát triển của khoa học thực nghiệm 51

3.1.2 Những khái niệm cơ bản của qui hoạch thực nghiệm 52

3.1.3 Các nguyên tắc cơ bản của qui hoạch thực nghiệm 56

3.1.4 Các bước qui hoạch thực nghiệm cực trị 58

3.2 Ứng dụng qui hoạch thực nghiệm tìm ra các giá trị tối ưu của các thông số 59

3.2.1 Quy hoạch bậc hai hỗn hợp quay đều (box - hunter) 59

3.2.2 Ứng dụng phần mềm Design-Expert 10.0.3 chọn điểm tối ưu của các yếu tố cho độ bền uốn lớn nhất 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

a) Kết luận 70

b) Kiến nghị 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHẦN PHỤ LỤC 72

DANH MỤC HÌNH ẢNH

2.10 ng d ng c a module Increamental Radioss 32

2.12 Chỉnh s a mô hình và chia lư i 34 2.13 Vị trí vật liệu tiếp xúc v i khuôn 34 2.14 Ph n trăm biến m ng khi không c lỗ thoát khí 35

2.16 Ph n trăm biến m ng khi c lỗ thoát khí 37

2.18 Mô hình 3 c a khuôn 38

2.20 Trạng thái ứng suất khối c a ph n tố 39 2.21 Mô hình tính lực cắt và mômen 46

3.10 Sự ph thuộc c a độ bền vào nhiệt độ và thời gian 67

DANH MỤC BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU

Vật liệu composite là vật liệu được chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu thành phần khác nhau, nhằm tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn những vật liệu thành phần ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽ Vì vậy, nó có nhiều tính năng ưu việt nổi trội như nhẹ, bền, đáp ứng được những đòi hỏi khắt khe của kĩ thuật và công nghệ hiện đại Và nhờ những ưu điểm nổi bật đó

mà chúng ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại như ngành chế tạo máy, hàng không, vũ trụ, tên lửa, xây dựng, ô tô, chế tạo tàu thuyền, và trong đời sống Ví dụ tấm composite được ứng dụng trong làm bảng biển, pano trong ngành quảng cáo, trang trí nội thất, ngoại thất trong các công trình xây dựng, ốp mặt nền nhà, làm trần nhà, mái vòm, hay ốp nội thất cho ô tô, tàu thuyền,

Vật liệu phức hợp gỗ nhựa là một loại vật liệu mới kết hợp giữa sợi gỗ và nhựa nhiệt dẻo, sự kết hợp giữa sợi gỗ và nhựa mang lại tính năng ưu việt cho sản phẩm phức hợp gỗ nhựa như: Bền khi sử dụng, tuổi thọ của sản phẩm cao, có bề ngoài mang chất liệu gỗ, có độ cứng cao hơn so với vật liệu nhựa, không có Formaldehyde Có nhiều tính chất tốt ví dụ so với vật liệu gỗ như có kích thước

ổn định hơn, không bị xuất hiện vết rạn nứt, không bị cong vênh, dễ dàng tạo màu sắc cho sản phẩm, có thể gia công lần thứ 2 giống như vật liệu gỗ, dễ dàng cắt gọt, dùng keo để kết dính, có thể dùng đinh hoặc ốc vít để liên kết, cố định, quy cách hình dạng có thể căn cứ vào yêu cầu của người dùng để điều chỉnh, tính linh hoạt cao Có tính nhiệt dẻo của vật liệu nhựa từ đó dễ dàng gia công, tạo hình, thông thường có thể gia công theo mẫu đặt sẵn hoặc có thể gia công theo yêu cầu cụ thể,

có khả năng ứng dụng rộng.Tính năng hóa học tốt, chịu được độ PH, chịu được hóa chất, chịu được nước mặn, có thể sử dụng được ở nhiệt độ thấp, Có thể sử dụng nhiều lần hoặc thu hồi tái sử dụng, có lợi ích trong bảo vệ môi trường

Hiện nay nhu cầu sử dụng vật composite gỗ nhựa trong nước rất lớn, tuy nhiên việc đáp ứng nhu cầu này chủ yếu dựa vào nhập khẩu Còn tình hình sản xuất trong nước còn rất ít, nguyên nhân của việc này xuất phát từ lý do là chưa có nhiều

nghiên cứu về máy móc thiết bị và công nghệ phù hợp với yêu cầu sản xuất trong nước; còn nhập công nghệ và máy móc thiết bị về Việt Nam thì chi phí rất lớn

Để sản xuất trong nước được phát triển thì đòi hỏi việc nghiên cứu về công nghệ, máy móc thiết bị, nguyên vật liệu phù hợp với đặc điểm phát triển ở trong nước là việc rất quan trọng đòi hỏi các nhà nghiên cứu cần giải quyết vấn đề này

Kỹ thuật gia công composite nhựa gỗ là một ngành kỹ thuật, nghiên cứu các quá trình và thiết bị dùng để tăng tính chất của vật liệu composite 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 phản ứng hóa học, các biến dạng và cuối cùng

là sự thay đổi bất thuận nghịch các tính chất vật lý của vật liệu Song có một điểm cần lưu ý là các phản ứng xảy ra trong quá trình tổng hợp composite không lặp lại trong quá trình gia công chúng

Phương pháp gia công có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm, phương pháp gia công bị chi phối bởi tính chất của vật liệu composite cũng như yêu cầu về hình dáng, tính chất của sản phẩm cuối cùng Việc lựa chọn phương pháp gia công thích hợp nói chung là rất phực tạp, phải chú ý đến nhiều khía cạnh như tính chất của vật liệu ban đầu, yêu cầu về chất lượng sản phẩm, yêu cầu về lợi ích kinh tế…Nói chung phải đảm bảo thu được sản phẩm có tính năng tốt và có lợi ích kinh tế Ví dụ đối với composite nhựa nhiệt rắn, phương pháp gia công thích hợp và có lợi hơn cả là phương pháp ép nóng, vì quá trình ép nhanh và có thể đạt năng suất cao, điều kiện nhiệt độ cao thích hợp cho việc đóng rắn vật liệu, khi ép xong không cần phải làm nguội vật liệu trong khuôn Trái lại đối với nhựa nhiệt dẻo thì phương pháp ép nóng nói chung là không thích hợp vì sau khi thành hình phải làm nguội vật liệu trong khuôn, nên quá trình này không thể tiến hành nhanh

vì như thế sẽ tạo ra những ứng suất nội làm giảm chất lượng sản phẩm Để gia công nhựa nhiệt dẻo người ta thường dùng các phương pháp như đùn, đúc dưới áp suất…Tuy nhiên cũng phải tùy theo tính chất của vật liệu mà áp dụng phương pháp gia công Ví dụ PE (polyetylen) và PS (polystyren) thì phương pháp đúc dưới áp suất là thích hợp, còn đối với PVC (polyvinylclorua), do nhiệt độ chảy nhớt của

nhựa gần với nhiệt độ phân hủy nên loại nhựa này thường được gia công bằng phương pháp đùn

Đối với các loại nhựa epoxy, người ta thường gia công bằng phương pháp đổ khuôn (hay đúc không áp suất) Đối với các loại celluloid, phương pháp gia công thường dùng là tạo hình nhiệt ở trạng thái mềm cao

Kích thước, hình dạng và sự ổn định kích thước, hình dạng sản phẩm trong quá trình sử dụng cũng là những yêu cầu quan trọng và chịu ảnh hưởng của phương pháp gia công Mặt khác, tác dụng của nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của sản phẩm, có loại nhựa dưới tác dụng của nhiệt tính chất không đổi, nhưng cũng có loại nhựa không bền nhiệt Do đó, việc chọn phương pháp gia công cần phải đảm bảo chế độ nhiệt thích hợp để tính chất sản phẩm thu được tốt nhất

Khi nghiên cứu về các phương pháp gia công vật liệu composite gỗ nhựa chìa khóa của thành công chính là chế độ gia công như: Nhiệt độ tấm composite, áp suất chân không, thời gian,…Từ đó xây dựng được quy trình sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau ở Viêt Nam sẽ góp phần thúc đẩy sản xuất trong nước phát triển thay thế hàng ngoại nhập

Vì vậy việc gia công nhiều loại sản phẩm khác nhau từ vật liệu composite gỗ nhựa là xu hướng mới được nhiều nước quan tâm nghiên cứu,…Xuất phát từ vấn

đề trên, luận văn với đề tài “NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ NHIỆT ĐỘ, ÁP SUẤT VÀ THỜI GIAN HỢP LÝ TRONG TẠO HÌNH TẤM NHỰA GỖ

BẰNG CHÂN KHÔNG” sẽ góp phần thúc đẩy nghiên cứu tạo ra những sản phẩm

đa dạng từ việc sử dụng những tấm composite gỗ nhựa để tạo ra các sản phẩm phục

vụ nhu cầu tiêu dùng trong nước

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa

1.1.1 Khái niệm và ứng dụng của vật liệu composite gỗ-nhựa

Vật liệu composite gỗ - nhựa là loại vật liệu composite được tổ hợp chủ yếu

từ các loại nhựa nhiệt dẻo PE, PP, PVC , có thể từ nhựa tái sinh hoặc nguyên sinh cùng với cốt là các loại bột gỗ, sợi gỗ hay các loại sợi thực vật khác Ngoài ra, có thể có thêm một số chất phụ gia trợ liên kết khác Sản phẩm WPC có cơ tính tốt, có

độ ổn định kích thước cao và có thể chế tạo ra các loại sản phẩm có hình dạng phức tạp Sản phẩm WPC có thể sản xuất bằng công nghệ ép đùn, ép phun hay ép phằng trong khuôn Gỗ có thể được sử dụng ở dạng bột gỗ, dăm gỗ hay các phế liệu trong chế biến gỗ như mùn cưa, vỏ bào,…Nhựa nhiệt dẻo có thể sử dụng là nhựa tái sinh hoặc nguyên sinh tuỳ vào lĩnh vực và yêu cầu sử dụng của vật liệu

Vật liệu WPC là vật liệu được biết đến sớm vào năm 1900, tuy nhiên vào năm 1983 công ty American Woodstock ở Sheboygan, Wisconsin bắt đầu sản xuất WPC cho nội thất ôtô bằng phương pháp ép đùn sử dụng nhựa nền PP và bột gỗ, từ

đó sản phẩm WPC được phổ biến rộng trên thế giới [1, 4]

Vật liệu WPC hiện nay được sử dụng nhiều trong công nghiệp như làm sàn tàu, khung cửa, ván sàn, ốp tường, ốp trần nhà, làm hàng rào trang trí Nhờ những đặc tính ưu việt mà WPC được dùng để thay thế cho gỗ tự nhiên, ván dăm, ván sợi dùng trong xây dựng, giao thông, các công trình nội thất, ngoại thất, đồ nội thất ô

tô, máy bay,

Vật liệu nền: Nhựa nền nhiệt dẻo sử dụng trong sản xuất tấm WPC trong luận văn là High-Density Polyethylene (HDPE) là một polyme nhiệt dẻo, có độ cứng không cao, không mùi vị, cháy chậm PE là polyme bán tinh thể nên có cả cấu trúc kết tinh và cấu trúc vô định hình, độ kết tinh khác nhau là nguyên nhân gây ra

tỷ trọng khác nhau

Vật liệu cốt: Vật liệu cốt sử dụng để sản xuất tấm WPC là bột gỗ và sợi thực vật Bột gỗ là vật liệu được nghiền mịn từ gỗ hay phế liệu trong chế biến gỗ như mùn cưa, phoi bào, phế liệu gỗ khác của các loại gỗ thông, bạch đàn,…

Hình 1.1 Quá trình gia công và một số sản phẩm composite

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của composite gỗ-nhựa

1.1.2.1 Ảnh hưởng của nguyên vật liệu đến tính chất của WPC

Ảnh hưởng của chủng loại nguyên liêu: Chủng loại nguyên liệu thành phần

có ảnh hưởng rất nhiều đến cơ tính của vật liệu WPC Các nguyên liệu thành phần

có cơ tính tốt thì vật liệu composite cũng có cơ tính tốt và tốt hơn tính chất của từng

nguyên liệu thành phần

Ảnh hưởng của kích thước bột gỗ: Kích thước của bột gỗ có ảnh hưởng lớn đến tính chất của vật liệu Nếu bột gỗ có kích thước quá lớn thì quá trình phối trộn không tốt, khả năng hòa trộn giữa bột gỗ và nhựa không đều gây khuyết tật cho sản phẩm Ngược lại nếu bột gỗ có kích thước nhỏ thì quá trình phối trộn đồng đều hơn

và yêu cầu áp lực ép không cao, do đó trong quá trình gia công mức độ phối trộn nhựa và bột gỗ đều hơn, sản phẩm ít bị khuyết tật Nhưng kích bột gỗ càng nhỏ thì các mạch phân tử của chúng bị cắt đứt càng nhiều làm giảm độ bền của bột gỗ, dễ cháy trong quá trình gia công do đó tính chất của vật liệu giảm Kích thước bột gỗ thích hợp để sản xuất vật liệu WPC khoảng ≤ 1,2mm

Ảnh hưởng của độ ẩm bột gỗ: Trong vật liệu WPC thì bột gỗ là thành phần

có khả năng hút ẩm rất lớn, nước trên bề mặt bột gỗ đóng vai trò giống như nguyên

tử làm phân tách trên bề mặt phân chia pha giữa sợi và nhựa nền Sự xuất hiện của hơi nước trong vật liệu thường làm ảnh hưởng xấu đối với quá trình ép và chất lượng sản phẩm như làm cong vênh, phồng rộp sản phẩm, làm chậm quá trình đóng rắn Do đó độ ẩm của bột gỗ ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất cơ học của vật liệu WPC, cho nên độ ẩm của bột gỗ trước khi gia công khoảng 4% [4, 5, 13]

1.1.2.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nhựa nền/trợ tương hợp/bột gỗ

Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa nền: Nếu nhựa nền quá ít thì bột gỗ nhiều do đó không bao bọc hết cốt và dẫn đến hiện tượng liên kết giữa pha cốt-nền không liên tục làm cho tính chất của vật liệu giảm Ngược lại nếu nhựa nền quá nhiều thì bột gỗ

ít, pha nền bao bọc được toàn bộ cốt, nhưng nếu tỷ lệ cốt ít thì độ bền không cao và giá thành sản phẩm cao; Nếu chọn được tỷ lệ nhựa nền PE và cốt phù hợp thì liên kết cốt nền sẽ tốt nhất, giảm giá thành sản phẩm,…

Ảnh hưởng của tỷ lệ MAPP: Nếu tỷ lệ MAPP quá cáo và quá thấp cũng sẽ ảnh hưởng tới tính chất của vật liệu; nếu chọn tỷ lệ MAPP quá thấp thì cầu nối liên kết hóa học-khuếch tan giữa cốt và nền ít làm cho tính chất của vật liệu giảm; nếu chọn

tỷ lệ MAPP cao thì lớp trung gian nhiều các mạch phân tử MAPP lớn khó tiếp xúc với bề mặt gỗ dẫn đến khó phản ứng được với nhóm OH, khi đưa một lượng lớn MAPP sẽ làm cản trợ sự kết tinh của polyme dẫn đến làm giảm tính chất của vật liệu

1.1.2.3 Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất của vật liêu WPC

Ảnh hưởng của nhiệt độ ép: Khi nhiệt độ gia công quá cao (vượt quá giới hạn trên) thì nhựa có khả năng nóng chảy tốt, tuy nhiên lại ảnh hưởng xấu tới tính chất của bột gỗ và nhựa Bột gỗ và nhựa dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao làm giảm tính chất cơ lý và làm thay đổi màu sắc của sản phẩm Nếu nhiệt độ thấp (dưới giới hạn dưới) thì sản phẩm có kết cấu không chặt chẽ do nhựa chưa chảy hoàn toàn nên ảnh hưởng đến sự trộn đều và khả năng liên kết giữa nhựa và bột gỗ Ngoài ra chúng

còn tạo ra pha bột gỗ, pha nhựa riêng lẻ và gián đoạn nên tính chất cơ lý giảm

Ảnh hưởng của áp suất phun: Đóng vai trò tạo sự tiếp xúc giữa bột gỗ và nhựa, điều chỉnh áp suất phun không tốt sẽ dẫn đến chất lượng sản phẩm không cao Khi ép không nên để áp suất cao vì khi đó nhựa có thể chảy ra ngoài, nên mức độ hòa trộn giữa bột gỗ và nhựa không đồng đều dẫn đến không đều về tính chất của vật liệu trên cùng một sản phẩm Nếu áp suất phun nhỏ thì không đảm bảo tính chất vật lý, cơ học của sản phẩm Ngoài ra áp suất phun cũng ảnh hưởng đến tỷ trọng của sản phẩm, song sự ảnh hưởng này cũng nằm trong giới hạn nhất định Nếu áp suất tăng thì tỷ trọng cũng tăng, nếu áp suất tăng quá cao vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu thì trọng không tăng nữa Nếu tiếp tục tăng áp suất thì kết cấu của vật liệu sẽ bị phá hủy, làm giảm chất lượng sản phẩm

Ảnh hưởng của thời gian ép: Thời gian ép phải được lựa chọn hợp lý trên cả

3 giai đoạn ép (ép định hình, ép sản phẩm và làm nguội) Nếu thời gian ép định hình quá ngắn làm cho nhựa không chảy hết và thấm ướt đều lên bề mặt bột gỗ làm giảm mức độ hòa trộn giữa bột gỗ và nhựa dẫn đến tính chất của vật liệu không đảm bảo Nếu thời gian ép định hình quá dài thì năng suất của máy sẽ thấp, thời gian gia nhiệt

dài dẫn đến bột gỗ dễ bị phân hủy làm giảm tính chất của vật liệu và ảnh hưởng xấu đến màu sắc của sản phẩm Thời gian làm nguội là thời gian đóng rắn của vật liệu,

nó phụ thuộc vào vận tốc đóng rắn của hỗn hợp nhựa-gỗ, thông thường phụ thuộc vào chiều dày sản phẩm Nếu thời gian làm nguội ngắn thì không đủ thời gian nhựa đóng rắn dẫn đến tính chất của sản phẩm không đảm bảo Nếu thời gian làm nguội dài thì sẽ làm giảm năng suất của máy Vì vậy để đảm bảo tính chất của vật liệu khi gia công phải chọn thời gian ép ở cả 3 giai đoạn một cách hợp lý [4, 5, 13]

1.2 Một số phương pháp gia công

1.2.1 Tổng quan về phương pháp gia công

Phương pháp gia công gắn liền với thiết bị dùng để thực hiện quá trình gia công và có liên quan đến sự biến đổi trạng thái của vật liệu trong thiết bị Vì vậy, cho đến nay chưa có cách phân loại nào có thể nêu lên đầy đủ các yếu tố trên được

Trong công nghiệp để dễ nắm bắt các quá trình gia công, người ta tạm thời xếp các quá trình gia công từng nhóm theo nhiệm vụ của quá trình hoặc trạng thái vật lý của nguyên liệu trong quá trình gia công

Các quá trình gia công thường được xếp thành 3 nhóm nhiệm vụ chính là:

 Nhóm các phương pháp tạo hình: Có nhiệm vụ tạo cho vật liệu có hình dạng sản phẩm sử dụng thuộc nhóm này gồm các phương pháp gia công như ép, ép đúc, đúc dưới áp suất, đùn, tạo hình nhiệt, cắt gọt…

 Nhóm các phương pháp lắp ghép: Có nhiệm vụ tạo liên kết giữa các chi tiết của sản phẩm với nhau Trong nhóm này có thể kể đến phương pháp gia công như: hàn và phủ bề mặt (bao gồm dán hoặc phun)

 Nhóm các phương pháp biến tính: Có nhiệm vụ thay đổi cấu trúc polymer bằng phương pháp vật lý hoặc bằng phản ứng hóa học như các phương pháp trộn, hoạt hóa bề mặt, biến tính polymer…

Trong quá trình gia công, dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất, trạng thái vật liệu bị biến đổi Tùy theo trạng thái vật liệu và điều kiện gia công các quá trình gia công polymer cũng được chia thành 5 nhóm chính: [5, 9]

Nhóm 1: Điều kiện nhiệt độ, áp suất cao, vật liệu ở trạng thái chảy nhớt trong quá trình gia công, như: ép, đúc dưới áp suất, đùn…

Nhóm 2: Điều kiện nhiệt độ và áp suất, vật liệu ở trạng thái chảy mềm cao, phổ biến nhất là các phương pháp gia công vật liệu ở dạng tấm

Nhóm 3: Nhiệt độ, áp suất gần như bình thường, vật liệu gia công cũng giữ nguyên các cấu hình ban đầu như quá trình gia công cơ khí

Nhóm 4: Vật liệu ở trạng thái lỏng hoặc mềm cao ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ không cao lắm, như: đúc không áp suất, đúc ly tâm…

Nhóm 5: Bằng cách nấu chảy và đổ vào khuôn, gia công các sản phẩm có kích thước lớn và PE (polyethylene) là loại polymer thường được gia công bằng phương pháp này

Trong luận văn này sẽ trình bày cụ thể về phương pháp gia công sản phẩm bằng phương pháp nhiệt định hình

1.2.2 Phương pháp nhiệt định hình

1.2.2.1 Đặc điểm phương pháp

Đây là phương pháp gia công có thể nói là cổ điển Quá trình gia công được thực hiện với nguyên liệu composite gỗ nhựa ở dạng tấm gồm các giai đoạn:

 Chuẩn bị tấm composite phù hợp với kích thước khuôn

 Gia nhiệt cho tấm tới nhiệt độ thích hợp

 Tạo hình và làm nguội

 Lấy sản phẩm và hoàn tất

Trong phương pháp này vật liệu chỉ được đốt nóng đến trạng thái mềm cao

và quá trình tạo hình là quá trình gây biến dạng tấm vật liệu để đạt đến hình dạng cuối cùng cho nên tác dụng nhỏ hơn các sản phẩm trên

Phương pháp này có những ưu điểm sau:

 Thiết bị đơn giản, đầu tư thấp

 Phù hợp khi sản xuất với sản lượng ít, sản phẩm với kích thước lớn, hình dạng đơn giản Vật liệu khuôn không yêu cầu cao

 Chu kỳ khuôn nhanh

Do những đặc điểm trên mà ngày nay phương pháp nhiệt định hình được áp dụng phổ biến hơn và phương pháp tạo hình chân không ra đời, cho phép sản xuất các sản phẩm có chất lượng cao

1.2.2.2 Các phương pháp gia công

a) Phương pháp dập

Là phương pháp tạo hình nhiệt có lực tác dụng lớn nhất Lực làm biến dạng gây nên bởi chày ép của máy ép được sử dụng để gia công một số sản phẩm composite và nhựa nhiệt rắn dạng tấm như nhựa PE tẩm vải, giấy, nhựa Epoxy

Có 3 loại tạo hình:

 Dập trên khuôn:

Phương pháp này có thể áp dụng cho một số loại composite và tất cả các loại nhựa nhiệt dẻo nhưng thường sử dụng với Cellulose Nitrat vì vật liệu này khó gia công bằng các phương pháp ép và đúc dưới áp suất Với các loại nhựa dẻ khác phương pháp này được sử dụng khi sản phẩm kích thước lớn, đơn giản và sản lượng

ít

Trong quá trình dập, chày dập tiếp xúc với vật liệu trước khi thành hình hoàn toàn nên nó cần phải có nhiệt độ thích hợp để tránh vật liệu nguội lại tại các điểm tiếp xúc gây biến dạng không đều và ứng suất nội gia tăng

Phương pháp này tuy đắt tiền nhưng thường được dùng nhiều

 Dập kéo:

Phương pháp này cũng có thể áp dụng cho một số loại composite và các loại nhựa nhiệt dẻo khác nhau Trong quá trình gia công, sau khi được đốt nóng đến nhiệt độ thích hợp, tấm vật liệu được làm biến dạng dưới tác dụng của chày dập trong khi được kẹp giữ trên kẹp Do đặc tính gia công như vậy nên bề mặt dày sản phẩm không đồng đều và nhỏ hơn bề dày tấm vật liệu ban đầu Phương pháp này áp dụng cho các sản phẩm có bề sâu không quá 1,5 lần đường kính (bề rộng) tấm vật liệu

Để có thể đạt được sự đồng đều hơn về bề dày sản phẩm, người ta dùng bộ phận kẹp sao cho tấm vật liệu trên kẹp khi chày dập tác dụng trong quá trình đóng khuôn (hạ chày), lò xo nén và lực kẹp sẽ tăng dần theo bề sâu được kéo cho đến khi tấm vật liệu bị kẹp chặt lại Khi đó nếu tiếp tục kéo thì sản phẩm sẽ có dấu và mỏng

ở thành

 Dập trên đệm đàn hồi:

Sự tạo hình sản phẩm trong phương pháp này nhở và lực ép của chày dập và tính đàn hồi của cao su Đặc điểm của phương pháp này là cối dập không có hình dáng của sản phẩm mà chày dập có hình dáng của sản phẩm

Trên cối khuôn có đệm một lớp cao su để tạo ra phản lực ép tấm vật liệu sát vào chày dập, lấy hình dáng chi tiết trên chày dập

Trong quá trình gia công, nhờ ma sát của tấm vật liệu và đệm cao su nên tấm vât liệu không bị xê dịch khi dập Giới hạn của phương pháp này là sự lão hóa nhiệt của đệm cao su [5, 13]

b) Phương pháp tạo hình chân không

Kĩ thuật này mở rộng hướng áp dụng của phương pháp tạo hình nhiệt vì yêu cầu cần thiết bị đơn giản, năng suất cao, cho sản phẩm nhiều hình dạng khác nhau

Có nhiều kĩ thuật tạo hình chân không:

 Tạo hình trực tiếp dưới tác dụng của chân không

Dùng chân không để tạo sự sai biệt về áp suất ở 2 bên thành tấm vật liệu Phương pháp này có thể thực hiện trên khuôn khi sản phẩm cần có chi tiết bên ngoài hoặc trên chày khi sản phẩm cần có chi tiết bên trong Việc tạo hình trực tiếp trên chày sẽ có nhiều phế liệu vì phải cắt bỏ các thành bên

Phương pháp này thích hợp với các sản phẩm có tỷ lệ H/W (tỷ lệ kéo) bé, thường dùng để sản xuất các sản phẩm có sự khác biệt hoàn toàn về bán kính cong vênh trên về mặt nhưng khó tránh được các vết trên bề mặt sản phẩm do việc nguội của vật liệu khi tiếp xúc với khuôn trước khi việc tạo hình hoàn tất, ví dụ như sản xuất các bản đồ nổi, mặt búp bê, với các loại nhựa như acrylic, celluloid, vinyl cứng

 Tạo hình chân không kết hợp với chày nóng

Để tránh các vết trên bề mặt sản phẩm so sự làm nguội vật liệu tại các tiếp điểm đầu tiên giữa tấm vật liệu làm khuôn, người ta sử dụng chày nóng để tạo dạng

sơ bộ Phương pháp này cho sản phẩm đều hơn và có thể sử dụng với tỉ lệ kéo cao hơn sản phẩm tạo hình trực tiếp bằng chân không

Trước khi dùng lực chân không, chày ép hạ xuống một đoạn nhất định để tạo hình sơ bộ cho tấm vật liệu

 Tạo hình chân không kết hợp với tấm kéo trên chày

Phương pháp này có thể xem như là kết hợp của dập kéo với chân không, giúp tao được các đường cong ngược và các dạng phức tạp mà phương pháp dập kéo không thực hiện được Tỷ lệ kéo thực hiện được có thể lên đến 1:1

 Tạo hình chân không kết hợp khí nén

Phương pháp này cho phép sản xuất được nhiều sản phẩm có đường viền phức tạp, độ cong không đều nhau Có nhiều cách kết hợp chân không và khí nén nhằm nâng cao độ đồng đều của bề dày sản phẩm và kiểm soát được bề dày này Sau đây là một số kết hợp:

Kéo căng sơ bộ bằng chân không và tạo hình bằng khí nén Phương pháp này phù hợp với các vật liệu có tính đàn hồi cao ở điều kiện gia công (mềm cao ở điều kiện gia công), thường được áp dụng cho nhựa Acrylic, ABS để gia công các hộp chứa trong suốt

Kéo căng sơ bộ bằng khí nén, tạo hình bằng chân không: Phương pháp này tương tự như phương pháp trên, giúp cho sự định hướng tốt

Tạo hình với đệm không khí: Để tránh sự tiếp xúc không đồng đều ban đầu giữa khuôn và tấm vật liệu, gây nên các vết trên bề mặt sản phẩm Phương pháp tạo hình với đệm khí khắc phục được nhược điểm này, trong đó khi gia công, tấm vật liệu được làm biến dạng giữa hai đệm khí

1.2.2.3 Các thông số kỹ thuật của quá trình tạo hình chân không

a) Tỷ số kéo

Biểu diễn tỷ số giữa bề mặt mà tấm vật liệu phải biến dạng và bề rộng cố định của tấm vât liệu ban đầu H/W Tỷ số kéo ảnh hưởng rất nhiều đến độ đồng đều của sản phẩm và là 1 trong những yếu tố quyết định viêc lựa chọn phương pháp tạo hình

Tùy theo phương pháp tạo hình mà độ đồng đều về bề dày sản phẩm chỉ chấp nhận được tỉ số khi kéo nằm dưới 1 giá trị giới hạn nào đó

Ví dụ: Với phương pháp tạo hình chân không trực tiếp nếu tỷ số kéo vượt quá 1:2 thì sự chênh lệch bề dày ở các vị trí khác nhau trên sản phẩm rất lớn, không thể chấp nhận được dù có xử lý bằng bất cứ cách nào Trái lại với phương pháp tạo hình

kết hợp kéo tấm trên chày, tỷ số tới hạn này lên đến 1:1 Phương pháp tạo hình kết hợp với chày đẩy hoặc kéo sơ bộ cũng có giá trị tỷ số kéo là 1:1 còn phương pháp tạo hình với đệm khí thì giá trị này có thể lên đến 1,5:1

Ngoài tỷ dố kéo, độ đồng đều về bề dày sản phẩm còn phụ thuộc vào hình dạng khuôn, các góc cạnh

b) Nhiệt độ tạo hình

Khoảng nhiệt tạo hình bằng phương pháp này đối với vật liệu composite và các loại nhựa nhiệt dẻo tương đối rộng Nhiệt độ thấp nhất là nhiệt độ mà có thể tạo được sản phẩm hộp hình vuông (hình hộp vuông) với các cạnh sắc góc mà không có những khuyết tật nhận thấy được bằng mắt thường và nhiệt độ cao nhất là nhiệt độ

mà tấm vật liệu bắt đầu chảy võng xuống trên kẹp hoặc nhiệt độ mà vật liệu bị biến dạng hoặc chảy do phân hủy Nhiệt độ gia công cũng ảnh hưởng đến bề dày ở các điểm khác nhau trên sản phẩm

Việc lựa chọn chế độ gia công, ngoài yếu tố độ đồng đều về bề dày sản phẩm còn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Nói chung sản phẩm gia công ở nhiệt độ cao sẽ có chất lượng cao hơn sản phẩm gia công ở nhiệt dộ thấp vì giảm được ứng suất nội và ổn định kích thước hơn

Để đạt được sự đồng đều về bề dày sản phẩm, đôi khi người ta sử dụng phương pháp đốt nóng có tính đến hình dạnh sản phẩm, trong đó ở các điểm mà trong quá trình gia công chịu ứng suất lớn thì sẽ được đốt nóng ít hơn nghĩa là nhiệt

độ thấp hơn Tuy nhiên, sản phẩm cũng ít được sử dụng vì phức tạp và tạo các sức căng trên bề mặt sản phẩm làm sản phẩm dễ bị rạng nứt khi sử dụng

Để đốt nóng vật liệu đến nhiệt độ gia công, người ta thường sử dụng phương pháp đốt nóng bề mặt với đèn hồng ngoại đặt cách tấm vật liệu từ 75÷100 mm hoặc đốt nóng bằng điện cao tần Việc đốt nóng bằng điện cao tần sẽ cho sản phẩm có chất lượng tốt, năng suất cao Tuy nhiên phương pháp này hạn chế vật liệu sử dụng

Trong phương pháp tạo hình nhiệt, thời gian đốt nóng chiếm 50÷80 thời gian sản xuất, cho nên việc lựa chọn phương pháp đốt nóng, vận tốc đốt nóng, vận tốc đốt nóng sẽ ảnh hưởng đến năng suất lao động

c) Vận tốc biến dạng

Tính chất vật liệu thay đổi theo nhiệt độ và vận tốc biến dạng Khi tăng nhiệt

độ hoặc giảm vận tốc biến dạng vật liệu sẽ trở nên mềm hơn Trong quá trình tạo hình, thường các vị trí khác nhau trên bề mặt tấm vật liệu chịu tác dụng của ứng suất khác nhau và tốc độ nguội khác nhau Do đó, vận tốc biến dạng sẽ ảnh hưởng đến bề dày sản phẩm

Việc lựa chọn vận tốc thành hình thích hợp phụ thuộc vào nhiệt độ gia công

và cả bề dày tấm vật liệu Nói chung, nếu kéo chậm sẽ gây hiện tượng xấu trên bề mặt do sự làm nguội khi kéo, còn nếu kéo quá nhanh thì các điểm chịu ứng suất lượn như các góc cạnh sẽ bị mỏng do vật liệu không chảy kịp Vật liệu mỏng thì cần kéo nhanh hơn vật liệu dày vì quá trình làm nguội nhanh hơn Thực tế cho thấy vận tốc tạo hình biến thiên từ 7m/phút đối với các loại nhựa polyolefin (PE,PP), lên đến

25 m/phút với loại Celluloid và 30 m/phút cho Polycacbonat

1.2.3 Phân loại phương pháp nhiệt định hình

a) Định dạng nhờ nhiệt kết hợp chân không

 Nguyên lý làm việc:

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 không khí hoặc lực cơ học) ép nó vào khuôn và và được làm nguội Cuối cùng sản phẩm sẽ có hình dạng của bề mặt khuôn

Hình 1.2 Quá trình gia công nhiệt định hình

 Các đặc tính:

Biến dạng trong nhiệt định hình được thực hiện trong khi vật liệu ở trạng thái mềm (không 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 điểm và nhược điểm:

 Ưu điểm

- Giá thành máy thấp

- Nhiệt độ yêu cầu thấp

- Áp suất yêu cầu thấp

- Tạo chi tiết lớn dễ dàng

- Chu kỳ khuôn nhanh

- Vật liệu khuôn không yêu cầu cao

 Nhược điểm

- Polymer bị gia nhiệt hai lần

- Giá vật liệu cao, phế liệu cao

- Độ phức tạp của hình dáng sản phẩm bị hạn chế

- Sản phẩm chỉ được tạo hình bởi một phía nhờ khuôn

- Chiều dầy sản phẩm không đồng đều

b) Định dạng nhờ áp suất

Ưu điểm là chu kỳ khuôn nhanh hơn so với phương pháp trên, tấm được tạo thành với nhiệt độ thấp hơn do áp suất ép cao hơn, kích thước sản phẩm có độ chính xác hơn và sản phẩm có hình dáng sắc nét hơn Áp suất được tác dụng nhanh để ngăn ngừa bị nguội

Hình 1.3 Quá trình định dạng nhờ áp suất

c) Định dạng nhiệt nhờ chân không kết hợp sự hỗ trợ nhờ chày và cối

Phương pháp này được sử dụng khi sản phẩm không có kéo lớn, có ưu điểm

là chất lượng kích thước bề mặt trong và ngoài tốt

Chày sẽ kéo vật liệu vào cối để hỗ trợ sự hình thành sản phẩm Phần trên sẽ được hình thành nhờ chày, cón áp suất chân không sẽ tác dụng để hoàn tất sản phẩm Ưu điểm của phương pháp này là chiều dầy đồng đều hơn đặc biệt là các sản phẩm dạng hộp, giảm sự kéo hoặc sự mỏng của vật liệu trong suốt quá trình định dạng, nhiệt độ của chày thường thấp hơn nhiệt độ của chất dẻo khoảng vài độ để ngăn ngừa sự nguội sớm Chày thường nhỏ hơn lòng khuôn 10% - 20 %

Hầu hết khuôn được làm bằng vật liệu nhôm hoặc gỗ bằng cách gia công hoặc đúc Do áp suất tác động lên khuôn tương đối nhỏ so với các biện pháp khác nên vật liệu cũng đa dạng hơn Có thể được làm bằng các vật liệu như: Gỗ cứng, epoxy đúc, thép

 Gỗ: Sử dụng cho sản xuất chi tiết với số lượng nhỏ từ (50-100) sản phẩm

 Sợi thủy tinh: Dùng tới 50,000 sản phẩm

 Kim loai : Dùng cho sản lượng hàng triệu sản phẩm

 Sứ: Chủ yếu dùng trong mô phỏng và thí nghiệm

 Các loại nhiệt nhựa rắn (epoxy, resin): Độ bền cao, bề mặt sản phẩm tương đối tốt Thường có phủ lớp nhôm để tăng tính chịu nhiệt

 Nhôm: Được sử dụng nhiều nhất do độ cứng bề mặt cao, dẫn nhiệt tốt, tính chống mòn cao

Góc thoát khuôn thường từ 20 đến 70, Các lỗ thoát khí thường được khoan ở phần trên hoặc phần dưới của khuôn để tạo điều kiện thoát khí là tốt nhất

Các yêu cầu đối với khuôn:

 Thành khuôn phải có góc nghiêng giúp cho việc lấy sản phẩm dễ dàng

 Bề mặt khuôn được làm nhám hay nhẵn tùy thuộc vào loại vật liệu được sử dụng

 Bố trí các lỗ thoát khí hợp lý giúp cho việc tạo chân không dễ dàng, định hình tốt hơn, sản phẩm sắc nét, đồng thời ngăn ngừa tạo túi khí trong quá trình định hình

 Khuôn không được quá sâu, nếu không vật liệu sẽ bị dính lại ở các góc, đồng thời cũng ảnh hưởng đến độ dày sản phẩm

Hình 1.4 Nhiệt định hình kết hợp sự hỗ trợ nhờ chày và cối

Hình 1.5 G c thoát khuôn

d) Định dạng nhiệt nhờ kéo ngược

Khuôn

Phương pháp này là dạng khác của phương pháp hỗ trợ của chày Tấm sẽ được gia nhiệt đến nhiệt độ mềm và thổi nó ra xa khuôn (kéo vật liệu mỏng ở tâm của tấm, vùng mà ở đó có chiều dầy lớn nhất trong quá trình dùng định dạng nhiệt nhờ chân không) trước khi dùng chày hỗ trợ

Dùng khi chiều sâu cần thiết của sản phẩm lớn Kích thước của phần thổi lên được gới hạn nhờ cảm biến, khi đạt được giới hạn cho phép thì áp suất sẽ ngừng cung cấp và vật liệu được hút vào trong long khuôn đồng thời kết hợp với chày đi xuống tạo sản phẩm Ưu điểm là chiều dày đồng đều hơn, nhược điểm là chu kỳ lớn

Hình 1.6 Định dạng nhiệt nhờ kéo ngược

e) Định dạng tự do

Việc định dạng sản phẩm không cần khuôn Sản phẩm được phồng lên nhờ

áp suất và sau đó được làm nguội Vòng kẹp thiết kế có thể điều khiển hình dáng bán cầu Ví dụ làm sản phẩm dạng vòm của xe đua Ưu điểm là có độ trong suốt quang học cao Các sản phẩm được thổi không tiếp xúc với bề mặt khuôn nên bề mặt của sản phẩm đạt độ nhẵn bóng cao việc chạm sản phẩm vào bề mặt khuôn sẽ làm cho chất lượng bề mặt của sản phẩm bị thay đổi Nhược điểm là độ phức tạp của sản phẩm bị giới hạn

Hình 1.7 Định dạng nhiệt tự do

1.2.4 Nhận xét chung

Phương pháp gia công có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm, phương

pháp gia công bị chi phối bởi tính chất của vật liệu composite cũng như yêu cầu về hình dáng, tính chất của sản phẩm cuối cùng Việc lựa chọn phương pháp gia công thích hợp nói chung là rất phực tạp, phải chú ý đến nhiều khía cạnh như tính chất của vật liệu ban đầu, yêu cầu về chất lượng sản phẩm, yêu cầu bề lợi ích kinh tế…Nói chung phải đảm bảo thu được sản phẩm có tính năng tốt và có lợi ích kinh

tế

Trong phương pháp nhiệt định hình vật liệu chỉ được đốt nóng đến trạng thái mềm cao và quá trình tạo hình là quá trình gây biến dạng tấm vật liệu để đạt đến hình dạng cuối cùng

Phương pháp này có những ưu điểm sau:

 Thiết bị đơn giản, đầu tư thấp

 Phù hợp khi sản xuất với sản lượng ít, sản phẩm với kích thước lớn, hình dạng đơn giản Vật liệu khuôn không yêu cầu cao

 Chu kỳ khuôn nhanh

Do những đặc điểm trên mà ngày nay phương pháp nhiệt định hình được áp dụng phổ biến hơn và phương pháp tạo hình chân không ra đời, cho phép sản xuất các sản phẩm có chất lượng cao

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Truyền nhiệt

2.1.1 Cơ sở lý thuyết quá trình truyền nhiệt

Tính truyền nhiệt trong môi trường đàn hồi đẳng hướng tuân theo định luật truyền nhiệt Fourier [9]:

j j

Trong đó, c j (j = 1, 2, 3) là các thành phần của vectơ dòng nhiệt, k là hệ số

truyền nhiệt của môi trường, nó phải dương để bảo toàn tốc độ sản entropi dương Quá trình nhiệt đàn hồi là quá trình thuận nghịch, nên phương trình năng lượng có dạng:

Đặt i = j = k trong (2.10) ta đƣợc

Xem rằng Cv, Cp,  cũng như,   , là hằng số của vật liệu không phụ thuộc nhiệt dộ, từ hệ thức của Cv tìm được biểu thức của F0

Phương trình (2.17) được gọi là phương trình truyền nhiệt và là phương trình

cơ bản tham gia trong bài toán biên của lý thuyết đàn hồi nhiệt

Nếu trong phương trình (2.17), ta bỏ qua số hạng  kk

 , thì khi đó phương trình có dạng







trong đó C là nhiệt dung riêng của vật liệu,  là mật độ khối

Mặt khác, lượng nhiệt mất trên một đơn vị thể tích vật thể trong một đơn vị

thời gian là div c, trong đó c là vectơ dòng nhiệt

Giả thiết nguồn nhiệt trong vật thể sinh ra nhiệt C0 trên một đơn vị thể tích

và đơn vị thời gian, và tính đến phương trình (2.1), điều kiện cân bằng nhiệt cung cấp phương trình truyền nhiệt

Nghiệm của (2.20) xác định trường nhiệt độ không dừng Với trường nhiệt

độ dừng, phương trình (2.20) đưa về phương trình Laplace:

Hình 2.1 Truyền nhiệt qua vách phẳng

Ví dụ: Hình 2.1, điều kiện biên là T (0, t) = 2000C, T (L,t) = 300C Với tấm

có bề dày L, dòng nhiệt đều là 50K/m2 từ hai phía của tấm, khi đó ta có:

Trong trường hợp cụ thể C = 0, ta có điều kiện biên đoạn nhiệt cho vật thể

mà được cách ly trao đổi nhiệt bên ngoài

  ,

0

k

T x t n





2.1.2 Tính toán truyền nhiệt trong tấm composite gỗ nhựa

2.1.2.1 Nhiệt độ gia công

Nhiệt độ gia công trước tiên phụ thuộc vào bản chất của composite gỗ nhựa,

các tính chất gia công của polymer, hình dáng và kích thước của sản phấm Nhiệt độ

gia công còn phụ thuộc vào phương pháp được chọn gia công và loại thiết bị dùng

để gia công vật liệu composite

Việc chọn đúng nhiệt độ gia công không những tạo điều kiện thu được sản phẩm chất lượng tốt mà còn có thể làm tăng năng suất thiệt bị Trái lại, khi chọn nhiệt đô gia công không thích hợp sẽ dẫn đến những khuyết tật trên sản phẩm như thiếu hụt kích thước, tính chất cơ lý giảm và trong nhiều trường hợp không thể tiến hành gia công được

Nhiệt độ gia công của các nguyên liệu khác nhau thường được xác định bằng thực nghiệm và được cho bởi các tài liệu kỹ thuật của các nhà chế tạo nguyên liệu Tuy nhiên để có cơ sở cho việc lựa chọn nhiệt độ gia công của nguyên liệu polymer, chúng ta cần lưu ý đối với những điểm sau:

 Đối với các loại nhựa nhiệt rắn và cao su nhiêt độ gia công được lựa chọn trên vận tốc đóng rắn (lưu hóa) phù hợp với điều kiện thiết bị và đặc tính của sản phẩm

 Đối với các loại nhựa nhiệt dẻo, chúng ta cần chú ý đến các thông số nhiệt như nhiệt độ chảy nhớt (Tf), nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) đối với polymer vô định hình, nhiệt độ nóng chảy (Tm) đối với polymer kết tinh và nhiệt độ phân hủy (Tph) Nhiệt độ gia công các vật liệu polymer ở trạng thái chảy nhớt phải bé hơn Tph và lớn hơn Tf (hoặc nhiệt độ nóng chảy) Đối với các phương pháp gia công vật liệu ở trạng thái mềm cao nhiệt độ gia công nằm giữa Tg và Tf Tg còn là một thông số quan trọng xác định nhiệt độ lấy sản phẩm khỏi khuôn Để sản phẩm không bị biến dạng khi lấy khỏi khuôn thì nhiệt độ lấy sản phẩm khỏi khuôn phải bé hơn Tg từ

0 0

2.1.2.2 Tính toán và mô phỏng quá trình truyền nhiệt sử dụng phần mềm Ansys

400

4

Hình 2.2 Mô hình tính toán truyền nhiệt

a) Tính toán truyền nhiệt vào tấm

Các thông số đầu vào:

Giải phương trình vi phân (*) ta tìm được nghiệm:

Giá trị mật độ dòng nhiệt truyền qua tấm:

Theo định luật Fourier biểu thức tính mật độ dòng nhiệt q W 2

Hình 2.4 Thông lượng nhiệt truyền qua tấm

b) Tính toán thời gian tỏa nhiệt của tấm ra môi trường

Các thông số đầu vào:

140 30

0, 6

200 30

m i