Mục Lục
Polymer là gì?
Polyme được định nghĩa là chất dẻo, hay còn gọi là nhựa hoặc Polyme, là các chất cao phân tử được dùng làm vật liệu để sản xuất nhiều loại vật dụng trong đời sống hằng ngày cho đến những sản phẩm công nghiệp, gắn với đời sống hiện đại của con người. Chúng là những vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng.
Polymer là vật liệu rất thường thấy trong cuộc sống của con người, một số đồ vật được sản xuất bằng nhựa Polymer như: làm chất liệu để in tiền, làm màng bọc thức ăn, PP, PE, PS, PVC, PET, ABS,..
Hôm nay SHIZU Co., Ltd xin gửi đến các bạn tài liệu kỹ thuật gia công Polymer, bộ tài liệu chuẩn do Giảng Viên Hoàng Hải Hiền biên soạn.
I. Các mối quan hệ trong gia công vật liệu
1. Mối quan hệ gia công
1.1. Quan hệ sản phẩm – vật liệu
Sự lựa chọn vật liệu dù ng để g ia công ph ụ th uộ c:
– Tính chất sử dụng
– Điều kiện sử dụng
– Yếu tố kinh tế: giá cả
– Hình dạng sản phẩm
Tính chất của vật liệu quyết địn h
– Tính chất của sản phẩm
– Điều kiện sử dụng sản phẩm
– Chi phí giá thành sản phẩm
– Tính chất của vật liệu
1.2. Quan hệ sản phẩm – thiết bị gia công
Sự lựa chọn thiết bị gia công phụ thuộc:
√ Hình dáng sản phẩm
√ Yêu cầu độ chính xác kích thước sản phẩm
√ Yếu tố kinh tế: sản lượng, giá cả
√ Phương pháp gia công và điều kiện gia công ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất sản phẩm. Để đạt được một sản phẩm chất lượng cao cần phải có:
- Một phương pháp thích hợp.
- Thiết bị tốt kết hợp.
- Việc lựa chọn các điều kiện gia công tối ưu.
1.3. Quan hệ vật liệu – thiết bị gia công
Tính chất nhiệt và tính chất lưu biến của vật liệu quyết định:
- Việc chọn lựa thiết bị gia công
- Là điều kiện quan tâm khi thiết kế khuôn
- Việc xác định các thông số gia công
Mỗi phương pháp gia công có các đặc trưng riêng biệt chỉ phù hợp với một số loại nguyên liệu. Vì vậy sự lựa chọn nguyên liệu cần chú ý đến phương pháp gia công.
2. Mối quan hệ giữa chất lượng sản phẩm
Tính chất của sản phẩm chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi tính chất của vật liệu đem đi gia công:
- Đối với polime ngoài tính chất của nguyên liệu còn chú ý đến tính chất của phụ gia và công thức pha chế chúng.
- Các thông số gia công như nhiệt độ, áp suất, thời gian ảnh hưởng trực tiếp đến việc gia công polime. Các thông số này có thể diễn tả được các đại lượng như vận tốc, đoạn đường di chuyển.
- Độ nhạy của các thiết bị cảm ứng, sự chính xác của thiết bị gia công đóng vai trò quan trọng trong thành công của một sản phẩm.
II. Các phương pháp đốt nóng nguyên liệu
1. Đốt nóng bề mặt
Đây là phương pháp thường được sử dụng
- Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào diện tích bề mặt vật liệu tiếp xúc với nguồn nhiệt.
- Nhiệt độ bề mặt vật liệu cao hơn bên trong, phụ thuộc tính chất của vật liệu.
2. Đốt nóng nội
a. Đốt nóng bằng dòng điện cao tần
- Áp dụng cho polime phân cực.
- Dưới tác dụng của dòng điện cao tần các lưỡng cực của vật liệu sẽ chuyển động liên tục và do có sự trễ giữa chuyển động của các lưỡng cực này theo sự thay đổi điện trường xoay chiều trong vật liệu sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển thành nhiệt năng làm nóng vật liệu.
b. Đốt nóng bằng siêu âm
- Vật liệu bị tác động bởi sóng siêu âm, biến dạng và hồi phục liên tục.
- Do tính chất của vật liệu có sự đáp ứng trễ đối với tác động cơ học nên vật liệu sẽ hấp thu năng lượng và chuyển thành nhiệt năng làm nóng vật liệu.
c. Đốt nóng bằng ma sát nhớt
- Polime có độ nhớt cao chảy trong các rãnh vit, khuôn tạo ma sát và sinh nhiệt đốt nóng polime
- Chú ý: nhiệt độ này có thể tăng cao quá làm phân hủy vật liệu
III. Đặc tính lưu biến của polime
- Do đặc điểm bất đối xứng hình học của phân tử polime – chiều dài lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng, do đó trong quá trình biến dạng hoặc chảy phân tử polime bị kéo căng theo chiều tác dụng lực, đây là quá trình định hướng phân tử.
- Các phân tử bị kéo căng ở trạng thái năng lượng cao có khuynh hướng hồi phục trở về trạng thái năng lượng thấp gây nên sự co rút vật liệu sau khi gia công.
- Trong khi gia công nhiệt độ cao nên cũng đã phần nào phá vỡ được sự kéo căng này.
- Nhiệt độ càng cao, độ nhớt vật liệu càng cao thì sự định hướng phân tử càng chiếm ưu thế.
- Vì thế cần quan tâm đến các thông số gia công
IV. Những tính chất kỹ thuật chủ yếu của vật liệu polime
1. Khối lượng riêng gộp
- Đặc trưng cho sự đổ đầy vật liệu.
- Phụ thuộc vào sự sắp xếp chặt khít của vật liệu.
- Thông số cần thiết để thiết kế khoang nạp liệu,…
2. Hệ số nén ép (K)
- K thể hiện sự biến đổi thể tích vật liệu khi đưa vào gia công.
- K phụ thuộc vào áp suất nén, độ nén
- K là thông số quan trọng trong thiết kế máy đùn
3. Thành phần cỡ hạt – kích thước hạt
- Đối với vật liệu ở dạng hạt thì thông số này rất quan trọng.
- Kích cỡ hạt được xác định bằng phương pháp rây.
- Kích thước hạt của nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình gia công như pha trộn, gia nhiệt,…
4. Hàm lượng ẩm và các chất dễ bay hơi
Hàm lượng ẩm và các chất dễ bay hơi ảnh hưởng lớn đến quá trình gia công cũng như chất lượng sản phẩm như:
- Tạo bề mặt sần sùi, sản phẩm cong vênh,…
- Kéo dài thời gian gia công, thời gian ép,…
Hàm lượng ẩm được xác định bằng tỷ số khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy.
5. Độ linh động
√ Độ linh động là một đại lượng đặc trưng cho khả năng chảy của vật liệu dưới tác dụng của áp suất và nhiệt độ.
√ Độ linh động phụ thuộc:
- Bản chất, hình dạng, kích thước của phụ gia.
- Bản chất của nhựa.
- Tỷ lệ giữa nhựa và phụ gia.
- Nhiệt độ gia công.
- Hàm lượng chất bốc hơi, chất hóa dẻo, chất bôi trơn.
- Vận tốc chuyển trạng thái.
- Bề mặt khuôn ép.
Các phương pháp xác định độ linh động
a. Phương pháp Rasiga
- Khuôn Rasiga có tiết diện hình elip đầu trên cùng có kích thước 4x6mm, đầu dưới có kích thước 1x4mm chiều cao 250mm.
Cách xá c đị nh :
- Ép vật liệu thành miếng ở nhiệt độ thường, áp suất 500kg/cm2
- Lấy 7,5g vật liệu sau khi ép cho vào khuôn, cho vào khuôn và gia nhiệt đến 150-160oC
- Ép dưới áp suất 300kg/cm2 trong vòng 3 phút
- Chiều cao của thanh thể hiện độ linh động của vật liệu
b. Phương pháp dùng nhớt kế mao quản ở áp suất không đổi
- Là phương pháp đo khối lượng chất dẻo chảy qua mao quản ở áp suất không đổi trong vòng 10 phút
c. Đo bằng dẻo kế
- Sử dụng dẻo kế walace
- Sử dụng nhớt kế Mooney
6. Vận tốc đóng rắn và thời gian đóng rắn
- Thời gian đóng rắn của nhựa hay thời gian lưu hóa của cao su latex hay cao su nitrile là thời gian cần thiết để vật liệu chuyển về trạng thái có tính chất sử dụng tốt nhất.
- Vận tốc đóng rắn phụ thuộc bản chất của vật liệu, độ dày sản phẩm.
- Thời gian đóng rắn được đo bằng nhớt kế canavec, thời gian lưu hóa cao su được đo bằng lưu hóa kế và nhớt kế Mooney
7. Độ co thể tích
Độ co thể tích biển diễn sự giảm thể tích của sản phẩm so với kích thước khuôn sau khi đạt tới nhiệt độ bình thường.
Độ co thể tích có ảnh hưởng trái ngược nhau:
- Gây ra sự thiếu thể tích của sản phẩm
- Gây ra sự cong vênh, rạn nứt của sản phẩm
- Làm dễ dàng lấy sản phẩm ra khỏi khuôn
Nguyên nhân
- Sự giãn nở nhiệt của sản phẩm
- Do phản ứng đóng rắn xảy ra trong nhựa nhiệt rắn làm co rút thể tích
% = 100.(VKh – VSp)/ VKh
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ co thể tích
- Bản chất của polime
- Sự hiện diện của các chất độn thường làm giảm thể tích
- Điều kiện gia công như nhiệt độ, thời gian
- Bản chất vật liệu làm khuôn
- Sự mất ẩm và các chất dễ bay hơi trong quá trình gia công
8. Nhiệt độ gia công
Nhiệt độ gia công phụ thuộc vào:
- Bản chất polime
- Các tính chất gia công của polime
- Hình dáng và kích thước sản phẩm
- Phương pháp và loại thiết bị dùng để gia công
Một số điểm lưu ý khi chọn nhiệt độ gia công
- Đối với nhựa nhiệt rắn và cao su chúng ta chọn trên vận tốc đóng rắn phù hợp với điều kiện thiết bị và đặc tính của sản phẩm.
- Đối với nhựa nhiệt dẻo chúng ta dựa trên các thông số như nhiệt độ chảy nhớt, nhiệt độ thủy tinh hóa, nhiệt độ phân hủy. Nhiệt độ gia công phải lớn hơn nhiệt độ chảy nhớt nhưng bé hơn nhiệt phân hủy, tg còn là thông số quan trọng để lấy sản phẩm ra khỏi khuôn phải bé hơn tg từ 20-30oC
V. Phân loại các phương pháp gia công
1. Phân loại theo chức năng
√ Nhóm tạo hình nhiệt:
- Nhiệm vụ tạo hình sản phẩm,
- Nhóm này bao gồm gần hết các phương pháp gia công như: đúc ép, đùn, ép phun, tạo hình nhiệt, đổ khuôn,…
√ Nhóm biến tính: là các phương pháp làm thay đổi tính chất của vật liệu, sản phẩm như: trộn, kéo căng, xử lý bề mặt
√ Nhóm tạo liên kết: là các phương pháp liên kết các chi tiết để tạo thành sản phẩm như: hàn và dán
2. Phân loại theo điều kiện gia công và trạng thái vật liệu
- Nhóm 1: Vật liệu được gia công ở nhiệt độ cao, áp suất cao và trạng thái chảy nhớt. Ví dụ: đùn, đúc ép, ép phun,…
- Nhóm 2: Vật liệu được gia công ở nhiệt độ trung bình, áp suất trung bình và trạng thái cao su. Ví dụ như tạo hình nhiệt
- Nhóm 3: Vật liệu được gia công ở nhiệt độ thường, áp suất thường và ở trạng thái rắn. Ví dụ: gia công cơ khí
- Nhóm 4: Vật liệu được đốt nóng chảy và rót vào khuôn định hình
- Nhóm 5: Vật liệu ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ thường được rót vào khuôn và đóng rắn nguội. Ví dụ: gia công các loại nhựa epoxy, poliester, PMMA, MMA
