Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong phun ép

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu công nghệ phun ép

1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước

1.4. Nhu cầu thực tiễn sản phẩm nhựa và composite nhựa nhiệt dẻo

1.5. Vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo

2.2. Tỉ lệ sợi của vật liệu composite

2.3. Định hướng sợi trong quá trình phun ép

2.4. Mối quan hệ giữa độ nhớt và nhiệt độ

2.5. Dòng chảy nhựa trong chi tiết dạng tấm/hộp

2.6. Đặc điểm của dòng chảy “Fountain flow”

2.7. Mô hình phương pháp phần tử hữu hạn trong mô phỏng gia nhiệt khuôn

2.8. Lý thuyết về phần tử hữu hạn khi chia lưới sản phẩm

2.9. Mô hình số trong mô phỏng

2.10. Nhiệt lượng trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh phần tử dòng chảy

2.11. Phương trình cân bằng dòng chảy vật liệu trong lòng khuôn phun ép

2.12. Nguyên lý bảo toàn khối lượng trong hệ tọa độ Đề các

2.13. Phương trình bảo toàn động lượng trong hệ tọa độ Đề các

2.14. Phương trình bảo toàn năng lượng trong hệ tọa độ Đề các

2.15. Hệ phương trình cơ bản chuyển động của dòng chảy

2.16. Phương trình mô phỏng gia nhiệt lòng khuôn

3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM

3.1. Mô hình cơ bản dòng chảy xoắn ốc

3.2. Mô hình mô phỏng

3.3. Thiết lập mô hình dòng chảy

3.4. Điều kiện mô phỏng dòng chảy

3.5. Quá trình mô phỏng dòng chảy

3.6. Mô hình thực nghiệm

3.7. Chế tạo lòng khuôn dòng chảy xoắn ốc

3.8. Điều kiện thực nghiệm dòng chảy

3.9. Quá trình thực nghiệm dòng chảy

3.10. Mô hình sản phẩm thành mỏng

3.11. Mô hình mô phỏng

3.12. Thiết lập mô hình sản phẩm thành mỏng

3.13. Điều kiện mô phỏng phân bố nhiệt độ

3.14. Quá trình mô phỏng phân bố nhiệt độ

3.15. Tiêu chí chọn kết quả mô phỏng phân bố nhiệt độ khuôn

3.16. Mô hình thực nghiệm

3.17. Chế tạo lòng khuôn thành mỏng

3.18. Điều kiện thực nghiệm phân bố nhiệt độ

3.19. Quá trình thực nghiệm phân bố nhiệt độ và chiều dài dòng chảy

3.20. Mô hình sản phẩm gân mỏng

3.21. Mô hình mô phỏng

3.22. Thiết lập mô hình gân mỏng

3.23. Điều kiện mô phỏng gia nhiệt khuôn

3.24. Quá trình mô phỏng gia nhiệt khuôn

3.25. Mô hình thực nghiệm

3.26. Chế tạo lòng khuôn gân mỏng

3.27. Điều kiện thực nghiệm gia nhiệt khuôn

3.28. Quá trình thực nghiệm điền đầy sản phẩm gân mỏng

4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN ĐẾN CHIỀU DÀI DÒNG CHẢY

4.1. Kết quả mô phỏng chiều dài dòng chảy với mô hình xoắn ốc

4.2. Kết quả thực nghiệm chiều dài dòng chảy với mô hình xoắn ốc

4.3. Kết quả so sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng

4.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều dài dòng chảy vật liệu

4.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến chiều dài dòng chảy

4.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến liên kết sợi thủy tinh

4.7. Ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến phân bố sợi thủy tinh

4.8. Xây dựng phương trình hồi quy xác định chiều dài dòng chảy vật liệu composite trong quy trình phun ép

4.9. Mối quan hệ giữa tỉ lệ chiều dài dòng chảy và chiều dày sản phẩm đối với vật liệu composite

5. CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ KHUÔN NÂNG CAO ĐỘ ĐIỀN ĐẦY SẢN PHẨM THÀNH MỎNG, GÂN MỎNG

5.1. Mô hình dòng chảy lòng khuôn sản phẩm thành mỏng

5.2. Kết quả mô phỏng gia nhiệt lòng khuôn sản phẩm thành mỏng

5.3. Kết quả thực nghiệm phân bố nhiệt độ và chiều dài dòng chảy

5.4. Kết quả phân bố nhiệt độ khuôn

5.5. Kết quả xác định chiều dài dòng chảy

5.6. Mô hình dòng chảy lòng khuôn gân mỏng

5.7. Kết quả mô phỏng gia nhiệt khuôn sản phẩm gân mỏng

5.8. Kết quả thực nghiệm gia nhiệt và độ điền đầy

5.9. Kết quả quá trình gia nhiệt

5.10. Kết quả độ điền đầy chiều cao gân mỏng

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận của luận án

Tính mới của luận án

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Phụ lục 1: Kết quả thực nghiệm và mô phỏng chiều dài dòng chảy ứng với vật liệu, chiều dày sản phẩm và nhiệt độ khuôn khác

Phụ lục 2: Xây dựng phương trình hồi quy mối quan hệ chiều dài dòng chảy với nhiệt độ và chiều dày sản phẩm sử dụng phần mềm Minitab

Phụ lục 3: Bản quyền phần mềm MOLDEX3D

Phụ lục 4: Các công trình đã công bố

I. Nhiệt độ khuôn và độ điền đầy vật liệu composite

Nhiệt độ khuôn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ điền đầy của vật liệu composite trong quy trình phun ép. Nghiên cứu chỉ ra rằng, khi nhiệt độ khuôn tăng từ 30°C đến 110°C, chiều dài dòng chảy của vật liệu tăng đáng kể. Điều này đặc biệt rõ rệt với vật liệu PA6 + 30%GF, nơi chiều dài dòng chảy tăng từ 79,9 mm lên 100,3 mm, tương đương 25,5%. Kết quả này được xác nhận qua cả mô phỏng và thực nghiệm, cho thấy sự tương đồng cao giữa hai phương pháp.

1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến dòng chảy

Khi nhiệt độ khuôn tăng, độ nhớt của vật liệu composite giảm, dẫn đến khả năng chảy tốt hơn. Điều này giúp cải thiện độ điền đầy trong lòng khuôn, đặc biệt với các sản phẩm có chiều dày mỏng. Ví dụ, với chiều dày 1 mm, chiều dài dòng chảy tăng 25,5% khi nhiệt độ khuôn tăng từ 30°C đến 110°C.

1.2. Tỉ lệ sợi và độ điền đầy

Tỉ lệ sợi trong vật liệu composite cũng ảnh hưởng đến độ điền đầy. Khi tỉ lệ sợi tăng từ 0% lên 30%, chiều dài dòng chảy giảm từ 145,8 mm xuống 100,3 mm, tương đương 45,4%. Điều này cho thấy, ngoài nhiệt độ khuôn, tỉ lệ sợi cũng là yếu tố quan trọng cần được xem xét trong quy trình phun ép.

II. Quy trình phun ép và tối ưu hóa

Quy trình phun ép đòi hỏi sự kiểm soát chặt chẽ các thông số như nhiệt độ khuôn, áp suất phun, và thời gian làm nguội. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình bằng cách điều chỉnh nhiệt độ khuôn để cải thiện hiệu suất điền đầy. Phương pháp gia nhiệt bề mặt khuôn bằng khí nóng (Ex-GMTC) được áp dụng để đạt nhiệt độ lên đến 140°C, giúp cải thiện đáng kể khả năng chảy của vật liệu.

2.1. Phương pháp gia nhiệt Ex GMTC

Phương pháp Ex-GMTC cho phép gia nhiệt khuôn lên đến 140°C, giúp cải thiện độ điền đầy trong các sản phẩm có thành mỏng và gân mỏng. Kết quả thực nghiệm cho thấy, với vật liệu PA6, chiều dài dòng chảy tăng 90,6% khi gia nhiệt trong 20 giây.

2.2. Ứng dụng trong sản phẩm gân mỏng

Khi nhiệt độ khuôn tăng từ 45°C đến 75°C, chiều cao gân tăng từ 2,8 mm lên 4,2 mm. Với phương pháp Ex-GMTC, chiều cao gân đạt 7 mm khi nhiệt độ khuôn đạt 140°C. Điều này chứng tỏ phương pháp gia nhiệt này hiệu quả hơn so với phương pháp gia nhiệt bằng nước.

III. Tính chất vật liệu và ứng dụng

Tính chất vật liệu đóng vai trò quan trọng trong quy trình phun ép. Vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo như PA6 và PA6 + 30%GF có độ nhạy cao với nhiệt độ khuôn, giúp cải thiện độ điền đầy và giảm các khuyết tật như đường hàn và rổ khí. Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng, việc kiểm soát nhiệt độ khuôn có thể nâng cao tuổi thọ máy và chất lượng sản phẩm.

3.1. Độ nhạy nhiệt của vật liệu

Vật liệu PA6 và PA6 + 30%GF có độ nhạy cao với nhiệt độ khuôn, giúp cải thiện độ điền đầy đáng kể. Ví dụ, với chiều dày dòng chảy 0,6 mm, chiều dài dòng chảy tăng 90,6% khi gia nhiệt trong 20 giây.

3.2. Ứng dụng trong công nghiệp

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc sản xuất các sản phẩm composite phức tạp, đặc biệt trong các ngành công nghiệp yêu cầu độ chính xác cao như y tế và điện tử. Việc kiểm soát nhiệt độ khuôn giúp giảm thiểu các khuyết tật và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong quy trình phun ép