Nghiên Cứu Nâng Cao Độ Điền Đầy Trong Chế Tạo Bộ Khuôn Silicone Với Sự Hỗ Trợ Của Rung Siêu Âm

Nghiên cứu nâng cao độ điền đầy trong chế tạo bộ khuôn silicone bằng rung siêu âm, tối ưu hóa quy trình sản xuất và chất lượng sản phẩm.

• Tác giả: Trần Thị Ngân
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Anh Sơn
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Nâng Cao Độ Điền Đầy Trong Chế Tạo Bộ Khuôn Silicone Với Sự Hỗ Trợ Của Rung Siêu Âm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.7. Bố cục luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lịch sử phát triển khuôn silicone
• 2.2. Vật liệu silicone
• 2.2.1. Tính chất chung của silicone
• 2.2.2. Phản ứng đóng rắn của silicone
• 2.2.3. Các chất phụ gia trong silicone
• 2.2.4. Các loại silicone trong gia công khuôn
• 2.3. Ứng dụng của cao su silicone
• 2.3.1. Quá trình tạo khuôn silicone
• 2.3.2. Cấu tạo khuôn silicone
• 2.3.3. Ưu nhược điểm của khuôn silicone
• 2.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2.5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ điền đầy khuôn silicone
• 2.6. Rung siêu âm
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 3.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm
• 3.2. Mô hình và thiết bị thực nghiệm
• 3.2.1. Thiết kế và chế tạo nguyên mẫu
• 3.2.2. Thiết kế khuôn silicone
• 3.2.3. Thiết kế mô hình truyền rung siêu âm
• 3.2.4. Nguyên liệu dùng trong thực nghiệm
• 3.2.5. Các thiết bị khác dùng trong thực nghiệm
• 3.3. Quy trình thực hiện thí nghiệm
• 3.4. Quy hoạch và tổ chức thực nghiệm
• 3.4.1. Xác định các thông số thực nghiệm
• 3.4.2. Phương pháp thực nghiệm
• 3.5. Phương pháp kiểm tra độ điền đầy
• 3.6. Kết quả thực nghiệm và nhận xét
• 3.6.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ chất đóng rắn đến độ điền đầy khuôn silicone
• 3.6.2. Ảnh hưởng của thời gian rung siêu âm đến độ điền đầy khuôn silicone
• 3.6.3. Ảnh hưởng của tần số rung siêu âm đến độ điền đầy khuôn silicone
• 3.7. Tối ưu hóa các thông số thực nghiệm
• 3.7.1. Lựa chọn thuật toán tối ưu
• 3.7.2. Kết quả tối ưu
• 3.7.3. Đánh giá tác động
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Cách Nâng Cao Độ Điền Đầy Khuôn Silicone Bằng Rung Siêu Âm

Khuôn silicone là một trong những công nghệ sản xuất hiện đại, giúp tạo ra các sản phẩm với độ chính xác cao. Tuy nhiên, độ điền đầy của khuôn silicone vẫn là một thách thức lớn trong quá trình sản xuất. Nghiên cứu này sẽ trình bày các phương pháp nâng cao độ điền đầy khuôn silicone thông qua việc sử dụng công nghệ rung siêu âm. Công nghệ này không chỉ cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu thời gian sản xuất.

1.1. Ảnh Hưởng Của Rung Siêu Âm Đến Độ Điền Đầy Khuôn Silicone

Rung siêu âm có khả năng làm giảm độ nhớt của silicone, từ đó cải thiện khả năng điền đầy khuôn. Nghiên cứu cho thấy rằng tần số và thời gian rung siêu âm có ảnh hưởng lớn đến độ điền đầy của khuôn silicone.

1.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Chất Lượng Khuôn Silicone

Chất lượng khuôn silicone phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỉ lệ chất đóng rắn, thời gian và nhiệt độ đóng rắn. Việc tối ưu hóa các yếu tố này sẽ giúp nâng cao độ điền đầy và chất lượng bề mặt khuôn.

II. Phương Pháp Nghiên Cứu Nâng Cao Độ Điền Đầy Khuôn Silicone

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thực nghiệm để xác định các thông số tối ưu cho quá trình sản xuất khuôn silicone. Các thí nghiệm được thực hiện với nhiều tần số và thời gian rung siêu âm khác nhau để tìm ra điều kiện tối ưu nhất cho độ điền đầy.

2.1. Thiết Kế Thí Nghiệm Để Nâng Cao Độ Điền Đầy

Thiết kế thí nghiệm bao gồm việc xác định các thông số rung siêu âm và chất liệu silicone. Các mẫu thử nghiệm sẽ được kiểm tra để đánh giá độ điền đầy và chất lượng bề mặt.

2.2. Phân Tích Kết Quả Thí Nghiệm

Kết quả thí nghiệm sẽ được phân tích để xác định mối quan hệ giữa các thông số rung siêu âm và độ điền đầy khuôn silicone. Phân tích này sẽ giúp đưa ra các khuyến nghị cho quy trình sản xuất.

III. Ứng Dụng Rung Siêu Âm Trong Sản Xuất Khuôn Silicone

Công nghệ rung siêu âm đã được áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất khuôn silicone. Việc ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất.

3.1. Lợi Ích Của Việc Sử Dụng Rung Siêu Âm

Rung siêu âm giúp cải thiện độ điền đầy khuôn silicone, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, công nghệ này còn giúp giảm thiểu thời gian sản xuất và chi phí.

3.2. Các Ứng Dụng Thực Tế Của Khuôn Silicone

Khuôn silicone được sử dụng rộng rãi trong sản xuất đồ nội thất, bao bì và các sản phẩm tiêu dùng khác. Việc nâng cao độ điền đầy sẽ giúp cải thiện chất lượng và tính cạnh tranh của sản phẩm.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Về Độ Điền Đầy Khuôn Silicone

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng rung siêu âm đã nâng cao đáng kể độ điền đầy của khuôn silicone. Các thông số tối ưu đã được xác định, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thiểu sai lệch thể tích.

4.1. Đánh Giá Chất Lượng Khuôn Silicone Sau Nghiên Cứu

Chất lượng khuôn silicone được đánh giá dựa trên độ điền đầy và bề mặt sản phẩm. Kết quả cho thấy sự cải thiện rõ rệt so với các phương pháp truyền thống.

4.2. Tương Lai Của Công Nghệ Khuôn Silicone

Công nghệ khuôn silicone có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng rung siêu âm sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành sản xuất.

V. Kết Luận Về Nâng Cao Độ Điền Đầy Khuôn Silicone

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng rung siêu âm là một giải pháp hiệu quả để nâng cao độ điền đầy khuôn silicone. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn tạo ra những bước tiến mới trong ngành sản xuất khuôn.

5.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng rung siêu âm đã nâng cao đáng kể độ điền đầy khuôn silicone, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm.

5.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa các thông số rung siêu âm và mở rộng ứng dụng của công nghệ này trong sản xuất khuôn silicone.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Kỹ thuật chế tạo khuôn silicone đã trở thành một công nghệ quan trọng trong sản xuất công nghiệp hiện đại, đặc biệt trong việc tạo ra các sản phẩm có độ phức tạp cao với chi phí hợp lý và chất lượng đảm bảo. Theo ước tính, kỹ thuật khuôn silicone được ứng dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia châu Âu và Nhật Bản từ những năm 1960-1980, góp phần nâng cao năng lực sản xuất hàng loạt nhỏ với chất lượng tốt. Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ này còn khá hạn chế, chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu và giải pháp tối ưu cho các vấn đề kỹ thuật như độ điền đầy khuôn silicone.

Đề tài nghiên cứu nhằm mục tiêu nâng cao độ điền đầy trong chế tạo bộ khuôn silicone với sự hỗ trợ của rung siêu âm, tập trung vào việc xác định các thông số công nghệ rung siêu âm và đặc tính vật liệu silicone ảnh hưởng đến khả năng điền đầy khuôn. Phạm vi nghiên cứu bao gồm nguyên liệu chế tạo khuôn silicone RTV-2822, rung siêu âm theo phương Z với tần số tối đa 25 kHz, thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM trong giai đoạn từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2022.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn, góp phần phát triển công nghệ khuôn silicone tại Việt Nam, đồng thời cung cấp cơ sở dữ liệu và giải pháp tối ưu cho việc nâng cao chất lượng khuôn silicone, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm đúc và hiệu quả sản xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về vật liệu silicone và rung siêu âm trong quá trình đúc khuôn. Hai khung lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết về đặc tính vật liệu silicone: Silicone là một polyme polysiloxane với cấu trúc chuỗi Si-O-Si ổn định, có tính chịu nhiệt cao, độ nhớt biến đổi theo trọng lượng phân tử và nhiệt độ, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dòng chảy và điền đầy khuôn. Silicone được phân loại thành HTV (High Temperature Vulcanization) và RTV (Room Temperature Vulcanization), với các phương pháp đóng rắn khác nhau như đóng rắn bằng peroxide, ngưng tụ và hydrosilyl. Các chất phụ gia như chất độn, chất ổn định và chất ức chế cũng ảnh hưởng đến tính chất vật lý và hóa học của silicone.

2. Lý thuyết về rung siêu âm và ảnh hưởng đến dòng chảy vật liệu: Rung siêu âm với tần số cao (đến 25 kHz) tạo ra các dao động cơ học có thể làm giảm độ nhớt hiệu quả của silicone trong quá trình đúc, từ đó nâng cao khả năng điền đầy khuôn. Các đặc trưng vật lý và sinh lý của sóng âm, cùng với mô hình truyền rung siêu âm, được sử dụng để phân tích và tối ưu hóa quá trình đúc.

Các khái niệm chính bao gồm: độ nhớt silicone, tần số rung siêu âm, thời gian rung siêu âm, độ điền đầy khuôn silicone, và sai lệch thể tích khuôn so với nguyên mẫu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm đúc khuôn silicone với sự hỗ trợ của rung siêu âm, sử dụng nguyên liệu silicone RTV-2822 và thiết bị rung siêu âm với tần số tối đa 25 kHz. Các thông số như tỉ lệ chất đóng rắn, thời gian và tần số rung siêu âm được điều chỉnh và ghi nhận.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng máy scan 3D HSCAN771 để đo đạc thể tích khuôn và so sánh với nguyên mẫu, phân tích sai lệch thể tích. Phân tích thống kê và tối ưu hóa hàm mục tiêu được thực hiện trên phần mềm Minitab, áp dụng phương pháp hồi quy và phân tích phương sai (ANOVA) để xác định ảnh hưởng của các thông số rung siêu âm đến độ điền đầy khuôn.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2022, bao gồm giai đoạn thiết kế mô hình, chế tạo khuôn, thực hiện thí nghiệm và phân tích kết quả.

Cỡ mẫu thí nghiệm được lựa chọn phù hợp để đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả, với các mẫu khuôn silicone được chế tạo và kiểm tra kỹ lưỡng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của tỉ lệ chất đóng rắn đến độ điền đầy khuôn: Khi tỉ lệ chất đóng rắn tăng từ khoảng 1,5% đến 2%, độ điền đầy khuôn silicone được cải thiện rõ rệt, sai lệch thể tích khuôn so với nguyên mẫu giảm từ ±0.05 đến ±0.01, cho thấy tỉ lệ chất đóng rắn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng điền đầy.

2. Ảnh hưởng của thời gian rung siêu âm: Thời gian rung siêu âm kéo dài từ 1 đến 5 phút làm tăng độ điền đầy khuôn, với sai lệch thể tích giảm từ ±0.04 xuống gần ±0, đạt hiệu quả tối ưu ở khoảng 5 phút rung. Thời gian rung quá dài không mang lại cải thiện đáng kể.

3. Ảnh hưởng của tần số rung siêu âm: Tần số rung siêu âm trong khoảng 15 kHz đến 25 kHz có tác động tích cực đến độ điền đầy khuôn. Tần số 20 kHz được xác định là mức tối ưu, giúp giảm sai lệch thể tích khuôn xuống ±0, đồng thời cải thiện chất lượng bề mặt khuôn.

4. Tối ưu hóa thông số rung siêu âm: Qua phân tích đa biến và tối ưu hóa hàm mục tiêu trên phần mềm Minitab, bộ thông số tối ưu gồm tỉ lệ chất đóng rắn 1,75%, thời gian rung 5 phút và tần số rung 20 kHz, đạt hiệu quả cao nhất về độ điền đầy khuôn silicone với sai lệch thể tích đạt ±0.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy rung siêu âm có tác dụng làm giảm độ nhớt hiệu quả của silicone trong quá trình đúc, giúp silicone dễ dàng chảy và điền đầy các khoang khuôn phức tạp. Thời gian và tần số rung siêu âm là các thông số quan trọng cần được kiểm soát để đạt hiệu quả tối ưu. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này khẳng định vai trò của rung siêu âm trong nâng cao chất lượng khuôn silicone, đồng thời cung cấp dữ liệu thực nghiệm cụ thể cho việc ứng dụng công nghệ tại Việt Nam.

Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa sai lệch thể tích khuôn với các thông số tỉ lệ chất đóng rắn, thời gian và tần số rung siêu âm minh họa rõ ràng xu hướng cải thiện độ điền đầy khi các thông số được tối ưu. Bảng phân tích phương sai (ANOVA) xác nhận mức ý nghĩa thống kê của các yếu tố này.

Kết quả nghiên cứu không chỉ nâng cao chất lượng khuôn silicone mà còn góp phần giảm thiểu sai số kích thước sản phẩm, tăng tính đồng nhất và độ bền khuôn, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng rung siêu âm với tần số 20 kHz và thời gian 5 phút trong quy trình đúc khuôn silicone nhằm nâng cao độ điền đầy và chất lượng khuôn, giúp giảm sai lệch thể tích xuống ±0, cải thiện độ chính xác sản phẩm. Thời gian thực hiện: ngay trong các quy trình sản xuất hiện tại. Chủ thể thực hiện: các nhà sản xuất khuôn và doanh nghiệp công nghiệp.

2. Kiểm soát tỉ lệ chất đóng rắn silicone ở mức khoảng 1,75% để đảm bảo độ nhớt phù hợp, giúp silicone dễ dàng chảy đầy khuôn mà không làm giảm tính cơ học của khuôn. Thời gian thực hiện: trong giai đoạn chuẩn bị vật liệu. Chủ thể thực hiện: bộ phận kỹ thuật vật liệu và sản xuất.

3. Đầu tư trang thiết bị rung siêu âm hiện đại, có khả năng điều chỉnh tần số và thời gian rung chính xác để tối ưu hóa quy trình đúc khuôn silicone, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Thời gian thực hiện: trong vòng 6-12 tháng. Chủ thể thực hiện: các doanh nghiệp sản xuất và trung tâm nghiên cứu.

4. Đào tạo kỹ thuật viên và cán bộ vận hành về công nghệ rung siêu âm và quy trình đúc khuôn silicone nhằm nâng cao năng lực vận hành, đảm bảo quy trình được thực hiện đúng kỹ thuật và hiệu quả. Thời gian thực hiện: liên tục, ưu tiên trong 3 tháng đầu sau khi trang bị thiết bị. Chủ thể thực hiện: các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Vật liệu và Công nghệ sản xuất: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về vật liệu silicone, rung siêu âm và quy trình đúc khuôn, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất khuôn và sản phẩm đúc silicone: Tham khảo để áp dụng các giải pháp nâng cao độ điền đầy khuôn, cải thiện chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

3. Các trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ vật liệu: Sử dụng kết quả nghiên cứu làm cơ sở để phát triển các công nghệ đúc khuôn tiên tiến, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất hàng loạt nhỏ.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách công nghiệp: Tham khảo để xây dựng các chương trình hỗ trợ phát triển công nghệ sản xuất tiên tiến, thúc đẩy ứng dụng khoa học kỹ thuật trong công nghiệp Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Rung siêu âm ảnh hưởng như thế nào đến quá trình đúc khuôn silicone?
   Rung siêu âm tạo ra dao động cơ học giúp giảm độ nhớt của silicone, làm tăng khả năng chảy và điền đầy khuôn, từ đó nâng cao chất lượng khuôn và sản phẩm đúc. Ví dụ, tần số 20 kHz và thời gian rung 5 phút được xác định là tối ưu trong nghiên cứu.

2. Tại sao tỉ lệ chất đóng rắn lại quan trọng trong chế tạo khuôn silicone?
   Tỉ lệ chất đóng rắn ảnh hưởng đến độ nhớt và khả năng đóng rắn của silicone. Tỉ lệ phù hợp giúp silicone chảy tốt trong khuôn và đảm bảo độ bền cơ học của khuôn sau khi đóng rắn, tránh sai lệch kích thước sản phẩm.

3. Phương pháp nào được sử dụng để đo độ điền đầy khuôn trong nghiên cứu?
   Nghiên cứu sử dụng máy scan 3D để đo thể tích khuôn và so sánh với nguyên mẫu, từ đó xác định sai lệch thể tích và đánh giá độ điền đầy khuôn một cách chính xác.

4. Có thể áp dụng công nghệ rung siêu âm cho các loại silicone khác không?
   Công nghệ rung siêu âm có thể áp dụng cho nhiều loại silicone, tuy nhiên cần điều chỉnh thông số rung phù hợp với đặc tính vật liệu cụ thể để đạt hiệu quả tối ưu.

5. Lợi ích kinh tế khi áp dụng rung siêu âm trong chế tạo khuôn silicone là gì?
   Áp dụng rung siêu âm giúp giảm sai lệch kích thước, nâng cao chất lượng khuôn và sản phẩm, giảm tỷ lệ phế phẩm, từ đó tiết kiệm chi phí sản xuất và tăng năng suất, đồng thời rút ngắn thời gian sản xuất.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định được các thông số rung siêu âm và tỉ lệ chất đóng rắn ảnh hưởng trực tiếp đến độ điền đầy khuôn silicone.
• Bộ thông số tối ưu gồm tỉ lệ chất đóng rắn 1,75%, tần số rung 20 kHz và thời gian rung 5 phút giúp đạt sai lệch thể tích khuôn ±0.
• Kết quả thực nghiệm và phân tích thống kê trên phần mềm Minitab khẳng định hiệu quả của rung siêu âm trong nâng cao chất lượng khuôn silicone.
• Nghiên cứu tạo tiền đề cho việc ứng dụng công nghệ đúc khuôn silicone hiện đại tại Việt Nam, góp phần phát triển ngành công nghiệp sản xuất khuôn và sản phẩm đúc.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng công nghệ trong sản xuất thực tế, đào tạo nhân lực và nghiên cứu mở rộng cho các loại vật liệu silicone khác.

Hành động ngay hôm nay để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất bằng công nghệ rung siêu âm hỗ trợ đúc khuôn silicone!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm. Chương 4: Kết luận.

HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 4 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2.1 Lịch sử phát triển khuôn silicone Kỹ thuật khuôn chân không sử dụng silicone được bắt nguồn ở Châu Âu vào khoảng những năm 1960, tại các trường đại học kỹ thuật Dresden và Cottbus thuộc Cộng hòa Dân chủ Đức cũ với mong muốn khắc phục những hạn chế của khuôn cứng. Các khuôn mềm dẻo như cao su cũng được các nhà phục chế và điêu khắc sử dụng để tạo ra các tác phẩm điêu khắc với khuôn được thiết kế tự động và tạo ra các đối tượng có hình học và cấu trúc phức tạp mà không làm hỏng chúng và có thể thu hồi khuôn.1 Khuôn silicone và sản phẩm Medusa [1] Vào khoảng những năm 70 của thế kỉ XX, người Nhật đã mua kỹ thuật này và đã ứng dụng nó vào sản xuất công nghiệp các bộ phận ô tô. Vài năm sau đó, công nghệ này đã được giới thiệu lại ở Châu Âu và nó được sử dụng rộng rãi trên khắp lục địa. Năm 1980 là năm ra đời của nhựa nhiệt rắn vào quy trình khuôn chân không.

Những loại nhựa này có thể bắt chước một cách hoàn hảo các đặc tính và thể hiện việc sử dụng vật liệu trong sản xuất hàng loạt. Kể từ đó, nhiều cải tiến hơn đã đạt được, kết hợp thêm việc sử dụng CAD (Computer Aids Design) hiện đại đã cho phép khuôn chân không được thực hiện nhanh hơn, rẻ hơn và chính xác hơn. HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 5 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình 2.2 Khuôn Silicone và sản phẩm được chế tạo từ khuôn silicone [1] Hiện nay ở hầu hết các quốc gia châu Âu, công nghệ này được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu và phát triển năng lực công nghiệp nhằm cung cấp sản xuất hàng loạt với sản phẩm được yêu cầu chất lượng tốt.2 Vật liệu silicone Silicone được sử dụng làm khuôn để sản xuất các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp như nhựa, cao su, thạch cao và hợp kim nhiệt độ thấp. Silicone là một dạng elastome của silicon, là những hợp chất có chứa silic, cacbon, hydro, oxy và các loại nguyên tử khác nên có nhiều tính chất vật lý và hóa học rất khác nhau.

Tuỳ vào tính chất ứng dụng của silicone mà nghiên cứu cho ra tỉ lệ các thành phần trong hợp chất của silicone cũng sẽ khác nhau. Một số dạng phổ biến của silicone thường thấy bao gồm dầu silicone, mỡ silicone, cao su silicone, nhựa silicone và keo silicone. Dưới chiếu xạ gamma, silicone có ba loại được chia theo dạng liên kết phân tử, bao gồm: chuỗi tuyến tính của polysiloxan, chất đàn hồi polysiloxane liên kết chéo và siloxan tuần hoàn. [2] Tùy thuộc vào loại monomer được sử dụng, các hợp chất cao su silicone được biết đến rộng rãi trong sản xuất như methyl silicone, vinyl methyl silicone, phenyl methyl silicone, fluoroankeyl methyl silicone.

HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 6 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình 2.3 Cấu trúc phân tử các hợp chất silicone 2.1 Tính chất chung của silicone v Tính chất hóa học: [3] [4] −𝑆𝑖 − 𝑂 − 𝑆𝑖 − 𝑂 − 𝑆𝑖 − Silicone hoặc polysiloxanee là một polyme được tạo thành từ siloxane (− R2Si − O − SiR2 –, trong đó R = nhóm hữu cơ). Chúng thường là dầu không màu hoặc các chất giống như cao su. Chính xác hơn khi gọi là siloxane polyme hóa hoặc polysiloxanee, silicone bao gồm chuỗi xương sống silicone – oxy vô cơ (⋯ −Si − O − Si − O − Si − O− ⋯) với hai nhóm hữu cơ gắn vào mỗi tâm silicone, thường là metyl. Bằng cách thay đổi độ dài chuỗi −Si – O−, nhóm bên và liên kết chéo, silicone có thể được tổng hợp với nhiều đặc tính và thành phần khác nhau.

Chúng có thể thay đổi về độ đặc từ lỏng sang gel, cao su đến nhựa cứng. Siloxane phổ biến nhất là polydimethylsiloxane tuyến tính (PDMS), một loại dầu silicone. Nhóm vật liệu silicone lớn thứ hai dựa trên nhựa silicone, được hình thành bởi các oligosiloxane dạng lồng và phân nhánh. HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 7 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình 2.4 Octamaleamic acid-POSS [4] Các liên kết siloxanee tạo thành mạch chính của Silicone rất ổn định.

Năng lượng liên kết của Si – O cao hơn năng lượng liên kết C – C (355 kJ/mol).1 So sánh liên kết Si – O và liên kết C – C [3] Si – O C–C Độ dài liên kết (nm) 0.153 Năng lượng liên kết (kJ/mol) 444 355 Cấu trúc polymer có thể được mô tả bằng cách sử dụng các chữ cái M, D, T và Q để chỉ định các đơn vị monome. Chất lỏng silicone tuyến tính được cấu tạo chủ yếu từ các đơn vị D. Các polyme cơ bản cho chất đàn hồi silicone hoặc cao su silicone bao gồm các đơn vị là các nhóm liên kết ngang. Đặc điểm cấu trúc chính của nhựa silicone phân nhánh cao là các đơn vị T, thường được kết hợp với các đơn vị D để làm cho nhựa linh hoạt hơn.

Nhựa silicon cũng có thể chứa các đơn vị Q và M. [5] HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 8 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình 2.5 Nguồn gốc, chức năng, lĩnh vực ứng dụng của các đơn vị cấu trúc silicone [5] Vì silicone có mạch chính là một chuỗi các nguyên tử Si và O sắp xếp xen kẽ luân phiên nhau, thay vì liên kết C-C như các loại cao su khác. Điều này tạo nên những tính chất đặc trưng riêng biệt cho silicone. Do đó, khi so sánh với polymer hữu cơ thông thường thì silicone có tính chịu nhiệt cao hơn, ổn định hóa học hơn và cách điện tốt hơn.

v Đặc trưng vật lý [4] [6] Độ nhớt cao: Độ nhớt của silicone phụ thuộc vào trọng lượng phân tử của hợp chất silicone. Mức độ trùng hợp càng lớn, trọng lượng phân tử càng cao và trọng lượng phân tử càng cao, polymer càng dài. Polyme càng dài thì độ nhớt càng cao và độ nhớt càng cao, polymer sẽ chảy càng chậm. Vật liệu silicone thể hiện các hành vi lưu biến Newton khi chúng có trọng lượng phân tử thấp và chúng không phụ thuộc vào tốc độ cắt được áp dụng trong quá trình xử lý.

Độ nhớt có ảnh hưởng tương đối nhỏ đến tính chất hóa học của cao su silicon, nhưng nó ảnh hưởng đến đặc tính dòng chảy và độ hòa tan. Sự gia tăng nhiệt độ của các silicon đó tạo ra hai hiệu ứng khác nhau về độ nhớt: Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm, nhưng khi phản ứng đóng rắn bắt đầu, độ nhớt HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 9 LUẬN VĂN THẠC SĨ trở nên cao hơn do sự gia tăng trọng lượng phân tử của silicone, được tạo ra bởi các liên kết chéo. Do đó, khi quá trình đóng rắn diễn ra, độ nhớt silicone cũng bắt đầu tăng lên gây cản trở dòng chảy silicone. Một minh họa về cách các tính chất vật lý thay đổi theo độ nhớt và trọng lượng phân tử được đưa ra trong Bảng 2.2 đối với chất lỏng methylpolysiloxane Bảng 2.2 Tính chất vật lý gần đúng ở 25 ° C của chất lỏng methylpolysiloxane Hệ số Sức Độ nhớt Trọng Điểm Áp suất Hệ số giãn nở căng bề ở 25°C, lượng đóng hơi ở nhớt/nhiệt từ 25 mặt ở cSt riêng ở rắn, 200 °C, độ đến 25°C, (mm2/s) 25°C °C mbar 100°C mN/m 0.10-2 600,000 - Tính ổn định cao với nhiệt độ: Silicone có tính ổn định của các đặc tính trong phạm vi nhiệt độ rộng từ −100°C đến 250°C (duy trì mức 200°C trong vòng 10000 giờ).

- Khả năng chống chịu thời tiết và bức xạ: silicone có tính chịu thời tiết rất đặc biệt. Hầu hết các loại cao su hữu cơ thông thường đều nhanh chóng bị làm HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ hỏng bởi Ozone nhưng lại không ảnh hưởng đến silicone. Silicone không chứa các liên kết đôi trong mạch chính nên nó có tính kháng lão hóa rất tốt với các yếu tố môi trường nhớt. Có thể tiếp xúc trực tiếp với gió mưa, ánh sáng và tia UV trong thời gian dài mà hầu như không thay đổi tính chất vật lý của nó.6 Khả năng chịu nhiệt của các loại silicone ở điều kiện nhiệt độ cao và thấp [6] Bảng 2.3 Kết quả kiểm tra phơi nhiễm ngoài trời dài hạn nhiều loại cao su khác nhau [6] Điều kiện Thời gian tiếp xúc với ánh Thời gian cho đến khi các sáng mặt trời cho đến khi độ Loại cao su vết nứt trên bề mặt lần đầu giãn dài bằng 1/2 giá trị ban tiên xuất hiện (năm) đầu (năm) Panama Rock Island Panama Rock Island Styrene 2 – 3.5 Hơn 10 năm HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ Silicone Trên 10 năm Hơn 10 năm Hơn 10 năm Hơn 10 năm (methyl vinyl) giảm xuống 75% Silicone (methylphenyl) – – Hơn 10 năm Hơn 10 năm Fluorosilicone – – 0.5 4 Ethylene propylene Trên 8.5 năm – – 10 giảm xuống 75% Fluorine 10 10 Trên 10 năm giảm xuống 90% - Khả năng chịu dầu, dung môi và phản ứng hóa học thấp: Đặc tính này đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi silicone trong ngành xây dựng (ví dụ như lớp phủ, chống cháy, con dấu bằng kính) và ngành công nghiệp ô tô (miếng đệm bên ngoài, trang trí bên ngoài).4 Khả năng kháng dầu và các hóa chất của Vinyl methyl silicone thông thường [6] Điều kiện Thuộc tính ngâm Loại dầu/hóa Điểm Trọng Giới chất Thể Độ giãn °C x h độ lượng hạn bền tích % dài % cứng % kéo % ASTM #1 oil 150 x 168 -10 +10 -10 -10 Dầu ASTM #3 oil 150 x 168 -25 +40 -20 -20 GM Hydramatic 94 x 70 -35 +35 -40 -5 Fluid Ford brake fluid 150 x 72 -20 +15 -60 -40 Diesel fuel 50 x 168 -30 +105 - - Gasoline 23 x 168 -20 +165 - - Skyroil 500A 70 x 168 -5 +10 -10 +5 fluid HVTH: TRẦN THỊ NGÂN_2070319 Trang 12 LUẬN VĂN THẠC SĨ Motor oil (SAE 175 x 168 -8 -8 -70 -65 #30) Conc.

Nitric Hóa chất Acid 25 x 168 +10 +10 -80 30 acid 7% Nitric 25 x 168 <1 <1 -50 -30 acid Conc. Phân Phân Phân Phân 25 x 168 Sulfuric acid hủy hủy hủy hủy 10% Sulfuric 25 x 168 <1 <1 0 0 acid Acetic acid 25 x 168 +3 +4 -20 +10 5% Acetic 25 x 168 +2 +2 -20 +10 acid Conc. Hydrochloric 25 x 168 +3 +4 -40 -20 acid 10% Hydrochloric 25 x 168 +2 +2 -50 -50 acid 10% Sodium Alkali hydroxide 25 x 168 -2 -1 -10 0 solution 2% Sodium hydroxide 25 x 168 <1 <1 0 0 solution Conc.