Ảnh hưởng của rãnh thoát khí trong khuôn ép phun đến độ bền kéo của composite sợi ngắn thủy tinh

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1. Các kết quả nghiên cứu trong nước

1.2.2. Các kết quả nghiên cứu ngoài nước

1.3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

1.3.1. Ý nghĩa khoa học

1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn

1.4. Mục tiêu nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu

1.4.1. Đối tượng nghiên cứu

1.4.2. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn của đề tài

1.4.2.1. Nhiệm vụ của đề tài

1.4.2.2. Giới hạn của đề tài

1.5. Phương pháp nghiên cứu

1.5.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu

1.5.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

1.5.3. Phương pháp thống kê toán học

1.6. Giới thiệu về vật liệu Composite

1.6.1. Thành phần và cấu tạo của vật liệu Composite

1.6.2. Ưu điểm vật liệu composite

1.6.2.1. Vật liệu Composite sợi thuỷ tinh

1.6.2.2. Cơ học vật liệu

1.7. Giới thiệu về công nghệ ép phun

1.7.1. Khái niệm về công nghệ ép phun

1.7.2. Đặc điểm của công nghệ ép phun

1.7.3. Cấu tạo chung của máy ép phun

1.7.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép phun

1.8. Giới thiệu về khuôn ép phun

1.8.1. Khái niệm về khuôn mẫu

1.8.2. Các dạng khuôn chính

1.8.3. Những bộ phận chính của khuôn

1.8.3.1. Cấu tạo của khuôn 2 tấm

1.9. Hệ thống thoát khí trong khuôn

1.9.1. Nguyên lý hoạt động

1.9.2. Yêu cầu kĩ thuật đối với bộ khuôn

1.10. Ưu, nhược điểm

1.11. Phương án chế tạo mẫu thử

1.12. Tiêu chuẩn ISO 527 (TCVN 4501-4:2009)

1.13. Phân tích các thông số của quá trình ép phun mẫu

1.13.1. Phân tích vị trí của điểm phun

1.13.2. Phân tích thời gian điền đầy sản phẩm

1.13.3. Phân tích áp suất phun

2. MÔ TẢ THÍ NGHIỆM

2.1. Thiết kế mẫu thử

2.2. Kết cấu bộ khuôn

2.2.1. Tấm kẹp trên

2.2.2. Tấm kẹp dưới

2.2.3. Tấm khuôn cố định

2.2.4. Tấm khuôn di động

2.2.5. Tấm giữ, ty đẩy và ty hồi

2.2.6. Bộ khuôn hoàn chỉnh

2.3. Thiết bị thí nghiệm

2.3.1. Máy ép nhựa SHINE WELL W-120 B

2.3.2. Máy thử kéo vạn năng kiểu trục cơ Instron Series 3367

2.3.3. Kính hiển vi điện tử quét SEM Jeol 5410 LV

3. THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

3.1. Thành lập các điều kiện tiến hành thí nghiệm

3.2. Xác định số lượng thí nghiệm

3.3. Quy trình tiến hành thí nghiệm

3.4. Kiểm tra độ bền kéo

3.5. Thực hiện thí nghiệm

3.5.1. Điều kiện thí nghiệm

3.5.2. Chuẩn bị thí nghiệm

3.5.3. Tiến hành thí nghiệm

3.6. Kết quả thí nghiệm của mẫu kéo

3.6.1. Số liệu thí nghiệm

3.6.2. Xác định lực kéo Pmax

3.6.3. Xác định ứng suất kéo và mô đun đàn hồi

3.6.4. Phân tích bề mặt sau khi chụp qua kính hiển vi điện tử quét SEM

4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về Vật liệu Composite sợi ngắn thủy tinh và Khuôn ép phun nhựa

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của rãnh thoát khí trong khuôn ép phun đến độ bền kéo của composite sợi ngắn thủy tinh. Vật liệu composite được sử dụng là PA66-30GF và PA6, những vật liệu composite phổ biến trong công nghiệp. Khuôn ép phun được thiết kế là khuôn hai tấm, cho phép kiểm soát chính xác các thông số quá trình. Nghiên cứu này nhấn mạnh vào việc tối ưu hóa thiết kế rãnh thoát khí nhằm cải thiện độ bền kéo của sản phẩm. Quá trình ép phun được thực hiện với các điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của rãnh thoát khí đến chất lượng sản phẩm. Mục tiêu chính là xác định mối quan hệ giữa kích thước và vị trí rãnh thoát khí, áp suất phun, và độ bền kéo của composite sợi ngắn thủy tinh. Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc tối ưu hóa quá trình sản xuất composite và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.1 Đặc điểm Vật liệu Composite sợi ngắn thủy tinh

Luận văn sử dụng hai loại vật liệu composite sợi ngắn thủy tinh chính: PA66-30GF và PA6. Cả hai đều là các loại nhựa kỹ thuật có độ bền cơ học tốt và khả năng chịu nhiệt tốt. PA66-30GF chứa 30% sợi thủy tinh, tăng cường đáng kể độ bền kéo so với PA6 nguyên chất. Hàm lượng sợi thủy tinh và chiều dài sợi thủy tinh ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất cơ học của composite. Phân bố sợi thủy tinh trong ma trận nhựa cũng là yếu tố quan trọng quyết định độ bền kéo. Việc hiểu rõ tính chất cơ học của vật liệu composite là nền tảng cho việc thiết kế và tối ưu hóa khuôn ép phun cũng như quá trình ép phun. Nghiên cứu cần phân tích kỹ độ bền kéo, mô đun đàn hồi, và độ bền uốn của vật liệu để đánh giá hiệu quả của rãnh thoát khí. Phân tích vi cấu trúc vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) giúp hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa cấu trúc và độ bền kéo.

1.2 Khuôn ép phun nhựa và Hệ thống thoát khí

Luận văn sử dụng khuôn ép phun nhựa hai tấm để chế tạo các mẫu thử. Thiết kế khuôn cần đảm bảo độ chính xác cao để tạo ra các mẫu thử có kích thước đồng nhất. Hệ thống thoát khí trong khuôn ép phun là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Rãnh thoát khí giúp loại bỏ khí khỏi khoang khuôn, ngăn ngừa sự hình thành lỗ khí và các khiếm khuyết khác trong sản phẩm. Thiết kế rãnh thoát khí cần được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu quả thoát khí mà không làm ảnh hưởng đến quá trình điền đầy khuôn. Mở rộng rãnh thoát khí có thể cải thiện khả năng thoát khí nhưng cũng có thể làm giảm áp suất trong khuôn, ảnh hưởng đến độ bền kéo của sản phẩm. Nghiên cứu này sẽ tìm hiểu sự ảnh hưởng của chiều sâu rãnh thoát khí và vị trí đặt rãnh thoát khí đến độ bền kéo của sản phẩm. Mô phỏng rãnh thoát khí bằng phần mềm FEA có thể giúp tối ưu hóa thiết kế rãnh thoát khí trước khi chế tạo khuôn.

II. Phương pháp nghiên cứu và Thí nghiệm

Luận văn sử dụng phương pháp thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của rãnh thoát khí đến độ bền kéo. Các mẫu thử được chế tạo bằng khuôn ép phun với các chiều sâu rãnh thoát khí khác nhau. Áp suất phun được điều chỉnh để nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến độ bền kéo. Thí nghiệm kéo composite được thực hiện trên máy thử kéo Instron Series 3367 để đo độ bền kéo, mô đun đàn hồi, và độ giãn dài. Số lượng thí nghiệm được xác định để đảm bảo độ tin cậy của kết quả. Phân tích thống kê được sử dụng để xử lý và phân tích dữ liệu thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm được trình bày dưới dạng biểu đồ và bảng số liệu. Mô hình hóa composite bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEA) có thể được sử dụng để bổ sung cho kết quả thí nghiệm và hiểu rõ hơn về hiện tượng.

2.1 Thiết kế thí nghiệm và chế tạo mẫu thử

Thiết kế thí nghiệm bao gồm việc xác định các thông số thí nghiệm, bao gồm loại vật liệu, kích thước mẫu thử, chiều sâu rãnh thoát khí, và áp suất phun. Các mẫu thử được chế tạo theo tiêu chuẩn ISO 527 (TCVN 4501-4:2009) để đảm bảo tính nhất quán và độ tin cậy của kết quả. Khuôn ép phun được thiết kế và chế tạo sao cho có thể điều chỉnh dễ dàng chiều sâu rãnh thoát khí. Việc kiểm soát chất lượng vật liệu đầu vào và quá trình ép phun là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của kết quả. Số lượng mẫu thử cho mỗi điều kiện thí nghiệm cần được xác định dựa trên phân tích thống kê để đảm bảo độ tin cậy của kết quả. Phân bố sợi thủy tinh trong mẫu cần được kiểm soát để đảm bảo tính đồng nhất của mẫu thử. Kiểm tra hình dạng và kích thước mẫu thử trước khi tiến hành thí nghiệm để loại bỏ các mẫu không đạt yêu cầu.

2.2 Phân tích kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm bao gồm các thông số cơ học của mẫu thử như độ bền kéo, mô đun đàn hồi, và độ giãn dài. Dữ liệu thí nghiệm được phân tích bằng các phương pháp thống kê để xác định mối quan hệ giữa chiều sâu rãnh thoát khí, áp suất phun, và độ bền kéo. Phân tích phương sai (ANOVA) có thể được sử dụng để xác định ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm đến độ bền kéo. Hồi quy tuyến tính hoặc phi tuyến tính có thể được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa các biến. Ảnh chụp SEM được sử dụng để quan sát vi cấu trúc của mẫu thử và xác định các khuyết tật có thể ảnh hưởng đến độ bền kéo. Phân tích hình ảnh SEM giúp hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa cấu trúc vi mô và độ bền kéo của vật liệu. Kết quả được trình bày một cách rõ ràng và dễ hiểu thông qua các biểu đồ và bảng.

III. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Luận văn kết luận về ảnh hưởng của rãnh thoát khí đến độ bền kéo của composite sợi ngắn thủy tinh. Kết quả nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa chiều sâu rãnh thoát khí, áp suất phun, và độ bền kéo. Nghiên cứu này đóng góp vào việc tối ưu hóa thiết kế khuôn ép phun và quá trình sản xuất composite. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thực tiễn để nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Việc tối ưu hóa rãnh thoát khí giúp giảm lỗ khí, giảm trọng lượng composite, và tăng độ bền kéo. Nghiên cứu này có ý nghĩa lớn trong việc phát triển công nghệ sản xuất composite sợi ngắn thủy tinh chất lượng cao.

3.1 Kết luận chính

Nghiên cứu cho thấy chiều sâu rãnh thoát khí có ảnh hưởng đáng kể đến độ bền kéo của composite sợi ngắn thủy tinh. Tăng chiều sâu rãnh thoát khí dẫn đến tăng độ bền kéo, nhưng chỉ đến một mức độ nhất định. Áp suất phun cũng có ảnh hưởng tích cực đến độ bền kéo, nhưng cần được kiểm soát để tránh gây ra các khiếm khuyết khác. Việc kết hợp tối ưu hóa rãnh thoát khí và điều chỉnh áp suất phun hợp lý giúp đạt được độ bền kéo tối ưu cho sản phẩm. Giảm trọng lượng composite và tăng cường độ bền kéo là mục tiêu quan trọng trong ứng dụng thực tiễn. Nghiên cứu cũng chỉ ra tầm quan trọng của việc kiểm soát phân bố sợi thủy tinh trong ma trận nhựa để đạt được hiệu quả tối ưu.

3.2 Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp sử dụng composite sợi ngắn thủy tinh, như ngành ô tô, hàng không, xây dựng. Việc tối ưu hóa thiết kế rãnh thoát khí giúp các nhà sản xuất giảm thiểu lỗ khí, từ đó giảm tỷ lệ phế phẩm và tăng hiệu suất sản xuất. Tăng cường độ bền kéo của sản phẩm giúp cải thiện tuổi thọ và độ tin cậy của sản phẩm. Giảm chi phí sản xuất thông qua việc giảm tỷ lệ phế phẩm và tối ưu hóa quá trình sản xuất. Nghiên cứu này góp phần nâng cao kiểm soát chất lượng trong sản xuất composite sợi ngắn thủy tinh và thúc đẩy ứng dụng rộng rãi của vật liệu này trong các ngành công nghiệp khác nhau.

Nghiên cứu ảnh hưởng của rãnh thoát khí trong khuôn ép phun đến độ bền kéo của vật liệu composite sợi ngắn thủy tinh