Study of weld line tensile strength in plastic products when products work in different temperature environments

Nghiên cứu độ bền kéo của mối hàn trong sản phẩm nhựa là một lĩnh vực quan trọng… 132 trang · Ho Chi Minh City University of Technology and Education · 2024.

• Tác giả: Nguyen Minh Dung
• Người hướng dẫn: PhD. Nguyen Trong Hieu
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Manufacturing Technology
• Đề tài: Nghiên Cứu Độ Bền Kéo Của Mối Hàn Trong Sản Phẩm Nhựa Ở Các Môi Trường Nhiệt Độ Khác Nhau
• Loại tài liệu: graduation project
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• TABLE OF CONTENTS
• GRADUATION PROJECT TASKS
• THANK YOU
• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. Overview of research in the subject area
• 1.2. Reason for choosing the topic
• 1.3. Scope and limitations of the study
• 1.4. Limitations of the study
• 1.5. Significance of the research
• 2. CHAPTER 2: THEORETICAL BASIS
• 2.1. Fabrication of product
• 2.2. Overview of PA6 Plastic
• 2.3. Overview of fiberglass
• 2.4. Advantages and disadvantages of fiberglass
• 2.5. PA6 enclosed with fiberglass
• 2.6. Definition and properties of the combination of PA6 and glass fiber
• 2.7. Advantages and disadvantages of combining PA6 with glass fiber
• 2.8. Injection molding method
• 2.9. The method of creating tensile samples and elucidating the weld line in plastic tensile samples according to the standard
• 2.10. Definition of weld line in plastic products
• 2.11. Elaborating on the process of creating weld lines in the tensile sample
• 2.12. Tensile testing method
• 2.13. Forced Convection with Air
• 2.14. Data processing method
• 2.15. Machines, Equipment and Software
• 2.16. The importance of plastic drying
• 2.17. Basic parameters of the dryer for the topic
• 2.18. Structure of the dryer
• 2.19. Application of dryer
• 2.20. Steps to perform drying
• 2.21. Haitian injection molding machine
• 2.22. Structure of plastic injection machine
• 2.23. Preliminary steps to perform plastic injection on a Haitian injection machine
• 2.24. Tensile Testing Machine
• 2.25. Tensile Testing Machine Concept
• 2.26. Structure and main parts
• 2.27. Advantages and disadvantages of tractors
• 3. CHAPTER 3: EXPERIMENTAL AND SELECTION PROCESS
• 3.1. Prepare tensile samples for experiments
• 3.2. Plastic Injection molding process
• 3.3. Tensile Testing Process for Plastic
• 4. CHAPTER 4: ANALYSIS AND EVALUATION OF RESULTS, CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS
• 4.1. Analysis and evaluation of results
• 4.2. Conclusion and Recommendations
• LIST OF TABLE
• APPENDIX OF FIGURE
• LIST OF ACRONYMS
• THANK YOU
• SUMMARY

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu độ bền kéo của mối hàn nhựa

Nghiên cứu độ bền kéo của mối hàn trong sản phẩm nhựa là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ chế tạo. Đặc biệt, việc hiểu rõ về tính chất vật liệu và ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền kéo của mối hàn có thể giúp cải thiện chất lượng sản phẩm. Các sản phẩm nhựa thường được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp đến tiêu dùng. Do đó, việc nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn mang lại ứng dụng thực tiễn cao.

1.1. Tầm quan trọng của độ bền kéo trong sản phẩm nhựa

Độ bền kéo là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá khả năng chịu lực của sản phẩm nhựa. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và tuổi thọ của sản phẩm trong quá trình sử dụng. Việc nghiên cứu độ bền kéo giúp các nhà sản xuất tối ưu hóa quy trình sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo của mối hàn

Nhiệt độ, độ ẩm và thành phần vật liệu là những yếu tố chính ảnh hưởng đến độ bền kéo của mối hàn. Nghiên cứu cho thấy rằng sự thay đổi nhiệt độ có thể làm giảm đáng kể độ bền kéo của mối hàn, dẫn đến nguy cơ hỏng hóc trong quá trình sử dụng.

II. Thách thức trong nghiên cứu độ bền kéo của mối hàn nhựa

Một trong những thách thức lớn nhất trong nghiên cứu độ bền kéo của mối hàn nhựa là sự biến đổi của các yếu tố môi trường. Nhiệt độ và độ ẩm có thể thay đổi trong quá trình sản xuất và sử dụng, ảnh hưởng đến tính chất vật liệu. Việc xác định các điều kiện thử nghiệm phù hợp là rất quan trọng để có được kết quả chính xác.

2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền kéo

Nhiệt độ cao có thể làm giảm độ bền kéo của mối hàn nhựa, dẫn đến hiện tượng mềm hóa và giảm khả năng chịu lực. Nghiên cứu cho thấy rằng các sản phẩm nhựa hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao thường gặp phải các vấn đề về độ bền.

2.2. Khó khăn trong việc chuẩn bị mẫu thử nghiệm

Việc chuẩn bị mẫu thử nghiệm cho các bài kiểm tra độ bền kéo là một thách thức lớn. Các mẫu cần phải được chế tạo chính xác để đảm bảo tính đồng nhất và độ chính xác trong kết quả thử nghiệm.

III. Phương pháp nghiên cứu độ bền kéo của mối hàn nhựa

Phương pháp nghiên cứu độ bền kéo của mối hàn nhựa bao gồm việc chế tạo mẫu thử nghiệm và thực hiện các bài kiểm tra độ bền kéo trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Sử dụng các thiết bị hiện đại giúp đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả.

3.1. Quy trình chế tạo mẫu thử nghiệm

Mẫu thử nghiệm được chế tạo bằng phương pháp ép nhựa, đảm bảo rằng mối hàn được hình thành đúng cách. Quy trình này bao gồm việc kiểm soát nhiệt độ và áp suất trong quá trình sản xuất.

3.2. Phương pháp thử nghiệm độ bền kéo

Các mẫu thử nghiệm sẽ được kiểm tra độ bền kéo bằng máy thử nghiệm chuyên dụng. Kết quả sẽ được ghi nhận và phân tích để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền kéo của mối hàn.

IV. Kết quả nghiên cứu độ bền kéo của mối hàn nhựa

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng độ bền kéo của mối hàn nhựa giảm khi nhiệt độ tăng. Các số liệu thu được từ các bài kiểm tra cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các mẫu thử nghiệm ở các nhiệt độ khác nhau.

4.1. Phân tích kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng mối hàn nhựa có độ bền kéo cao nhất ở nhiệt độ phòng. Khi nhiệt độ tăng lên trên 30 độ C, độ bền kéo bắt đầu giảm đáng kể.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong việc cải thiện quy trình sản xuất và thiết kế sản phẩm nhựa. Điều này giúp giảm thiểu rủi ro hỏng hóc và nâng cao chất lượng sản phẩm.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu độ bền kéo của mối hàn nhựa

Nghiên cứu độ bền kéo của mối hàn nhựa là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết trong công nghệ chế tạo. Kết quả nghiên cứu không chỉ cung cấp thông tin hữu ích cho các nhà sản xuất mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả cho thấy rằng nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến độ bền kéo của mối hàn nhựa. Việc hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các loại nhựa mới có độ bền kéo cao hơn và khả năng chịu nhiệt tốt hơn, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp chế tạo hiện đại, vật liệu polyme và composite nền polyme ngày càng khẳng định vị trí then chốt nhờ sở hữu nhiều đặc tính ưu việt như trọng lượng nhẹ, độ bền cơ học cao, khả năng chống ăn mòn hóa chất và tính linh hoạt trong gia công định hình. Trong số các loại nhựa kỹ thuật, Polyamide 6 (PA6 hay Nylon 6) và các hệ composite PA6 gia cường sợi thủy tinh (Glass Fiber - GF) được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô tô, hàng không, điện - điện tử, cơ khí chế tạo và thiết bị gia dụng. Phương pháp ép phun (plastic injection molding) là công nghệ phổ biến nhất để chế tạo các sản phẩm nhựa kỹ thuật với hình dáng phức tạp và số lượng lớn.

Tuy nhiên, trong quá trình ép phun, khi dòng nhựa nóng chảy bị phân tách bởi các lõi khuôn, chốt định hình hoặc do hệ thống nhiều cổng rót (multi-gates) rồi sau đó hội tụ lại, tại vị trí giao nhau sẽ hình thành khuyết tật đường hàn (weld line hoặc knit line). Đường hàn là khu vực liên kết yếu nhất trên sản phẩm nhựa do sự định hướng không hoàn toàn của các mạch polyme và sự phân bố gián đoạn của các sợi thủy tinh gia cường tại bề mặt tiếp giáp. Khi các sản phẩm nhựa làm việc trong môi trường thực tế với điều kiện nhiệt độ biến đổi (đặc biệt ở các mức nhiệt độ cao trên 30°C và dao động trong khoảng 50°C – 90°C), độ bền cơ học tại vị trí đường hàn suy giảm nghiêm trọng, dẫn đến nguy cơ nứt vỡ hoặc phá hủy chi tiết dưới tải trọng kéo.

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài đồ án tốt nghiệp với mã số dự án 22223DT331 có tiêu đề: "Nghiên cứu độ bền kéo của mối hàn trong sản phẩm nhựa khi sản phẩm làm việc trong các môi trường nhiệt độ khác nhau" (Study of Weld Line Tensile Strength in Plastic Products When Products Work in Different Temperature Environments) được thực hiện nhằm khảo sát, phân tích định lượng sự thay đổi cơ tính kéo của đường hàn dưới tác động đồng thời của tỷ lệ sợi gia cường và môi trường nhiệt độ.

Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu của đồ án bao gồm:

1. Tổng quan về các sản phẩm nhựa kỹ thuật, vật liệu PA6, sợi thủy tinh gia cường và điều kiện làm việc của chi tiết nhựa.
2. Chế tạo các mẫu thử kéo tiêu chuẩn có đường hàn ở vị trí trung tâm bằng phương pháp ép phun trên máy ép nhựa chuyên dụng.
3. Thực hiện thử nghiệm kéo mẫu ở các điều kiện nhiệt độ môi trường khác nhau thông qua phương pháp truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức bằng khí nóng.
4. Thu thập, xử lý dữ liệu thực nghiệm, phân tích tương quan và ứng dụng phương pháp thống kê Taguchi cùng mô hình mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) để dự báo ứng suất (Stress) và độ biến dạng (Strain) của mẫu thử.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn như sau:

• Đối tượng vật liệu: Khảo sát 4 nhóm vật liệu gồm PA6 nguyên sinh (PA6 0%GF) và PA6 gia cường sợi thủy tinh với các tỷ lệ khối lượng: PA6 10%GF, PA6 20%GF và PA6 30%GF.
• Phạm vi thông số thực nghiệm: Nhiệt độ luồng khí nóng gia nhiệt từ súng nhiệt dao động trong khoảng 50°C – 90°C; khoảng cách từ đầu súng nhiệt đến bề mặt mẫu thử từ 10 mm – 30 mm; thời gian gia nhiệt trước và trong quá trình kéo từ 10 phút – 30 phút.
• Không gian và thời gian thực hiện: Đề tài được triển khai tại xưởng thực hành và phòng thí nghiệm thuộc Khoa Cơ khí / Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, hoàn thành vào tháng 03 năm 2024.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng nền tảng nghiên cứu dựa trên sự kết hợp giữa cơ học vật liệu polyme, công nghệ gia công vật liệu composite và các mô hình toán học thống kê tối ưu hóa thực nghiệm.

Khung lý thuyết và khái niệm chuyên ngành

• Vật liệu Polyamide 6 (PA6): Là polyme tổng hợp từ caprolactam $((\text{CH}_2)_5\text{C}(\text{O})\text{NH})$, có nhiệt độ nóng chảy khoảng 215°C – 220°C, dải nhiệt độ gia công tạo hình 220°C – 300°C. PA6 sở hữu độ dẻo dai cao, chịu mài mòn tốt nhưng có tính hút ẩm cao làm ảnh hưởng đến độ bền cơ lý.
• Vật liệu composite PA6 gia cường sợi thủy tinh (PA6/GF): Việc bổ sung sợi thủy tinh (phổ biến như sợi E-glass, S-glass) giúp tăng đáng kể độ cứng, độ bền kéo, khả năng chịu nhiệt và ổn định kích thước, đồng thời kiểm soát độ co ngót của sản phẩm sau khi ép.
• Cơ chế hình thành đường hàn (Weld Line): Xảy ra khi hai dòng chảy polyme nóng chảy đối đầu và hòa trộn tại mặt phân cách. Hiện tượng chảy dạng đài phun (fountain flow) và sự hình thành lớp nhựa đông đặc nhanh tại thành khuôn cản trở sự khuếch tán chuỗi phân tử qua ranh giới tiếp xúc, tạo nên điểm tập trung ứng suất.
• Lý thuyết thử bền kéo (Tensile Testing): Xác định các chỉ tiêu cơ tính gồm giới hạn bền kéo (Tensile Strength), ứng suất (Stress), độ biến dạng (Strain) và mô đun đàn hồi Young ($E = \text{Stress} / \text{Strain}$).
• Nguyên lý truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức bằng không khí (Forced Convection with Air): Sử dụng dòng khí nóng có kiểm soát nhiệt độ từ súng nhiệt để truyền nhiệt đến mẫu thử kéo, tạo môi trường nhiệt độ làm việc đồng đều quanh khu vực mối hàn.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và mô hình tính toán

• Phương pháp thực nghiệm ép phun: Sử dụng máy ép phun thủy lực Haitian kết hợp khuôn ép có 2 cổng vào nhựa đối xứng dọc trục Oz để tạo ra hai dòng nhựa đối đầu, định vị chính xác đường hàn tại tâm hình học của mẫu kéo.
• Phương pháp sấy liệu: Thực hiện sấy hạt nhựa PA6 và PA6/GF trước khi ép bằng máy sấy chuyên dụng nhằm loại bỏ độ ẩm, tránh hiện tượng thủy phân và khuyết tật bọt khí.
• Phương pháp thiết kế thí nghiệm Taguchi (DOE): Áp dụng bảng trực giao (Orthogonal Array) để bố trí các thông số thực nghiệm (tỷ lệ GF, nhiệt độ gia nhiệt, khoảng cách súng nhiệt, thời gian sấy nhiệt) và phân tích tỷ số tín hiệu trên nhiễu ($S/N$ ratio) từ hàm mất mát $L = k(y - m)^2$.
• Mô hình Mạng nơ-ron nhân tạo (Artificial Neural Network - ANN) và Hồi quy tuyến tính: Xây dựng mạng ANN cấu trúc 2 lớp ẩn (2 hidden layers) với 20 nơ-ron (20 neurons), đánh giá qua sai số bình phương trung bình (Mean Squared Error - MSE) trên phần mềm Minitab và công cụ bảng tính để dự báo ứng suất và biến dạng dựa trên tập dữ liệu đầu vào.

---

Nội dung chính theo từng chương

Bố cục của đồ án tốt nghiệp được tổ chức thành 4 chương chính cùng phần nhiệm vụ và phụ lục dữ liệu thực nghiệm:

Chương 1: Introduction (Mở đầu)

Chương này tổng thuật bức tranh nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến thử nghiệm kéo vật liệu dưới tác động của nhiệt độ và tốc độ tải.

• Nghiên cứu trong nước: Điểm qua các nghiên cứu về đặc tính kéo của màng nano InSe ở các mức nhiệt độ khác nhau (Pham & Fang) cho thấy hiện tượng mềm hóa do nhiệt; nghiên cứu thử nghiệm kéo thép cốt bê tông CB-300V theo tiêu chuẩn TCVN 197-1:2014 trên máy WA-1000 với các dải tốc độ chất tải khác nhau (1,5 kN/s đến 3,0 kN/s); nghiên cứu chế tạo composite hiệu năng cao từ mảng ống nano carbon (CNT) định hướng kết hợp nhựa epoxy.
• Nghiên cứu quốc tế: Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ ram và nhiệt độ thử nghiệm lên cơ tính kéo của thép P92 bằng kỹ thuật ép lõm bi tự động (ABI); phân tích thực nghiệm và mô phỏng số phần tử hữu hạn hành vi biến dạng kéo của thép tấm SAE 1045; nghiên cứu hiện tượng lão hóa vật lý và phá hủy ở biến dạng cao của vật liệu polyme (PE, PS) ở tốc độ biến dạng danh nghĩa 40/s.
• Lý do chọn đề tài và mục tiêu: Đặt ra yêu cầu cấp thiết trong việc đánh giá sự suy giảm độ bền kéo của đường hàn trên nhựa PA6 gia cường sợi thủy tinh khi làm việc trong dải nhiệt độ môi trường thực tế.

Chương 2: Theoretical Basis (Cơ sở lý thuyết)

Chương 2 trình bày toàn diện cơ sở khoa học về vật liệu, công nghệ chế tạo, phương pháp đo kiểm và thiết bị nghiên cứu:

• Tổng quan vật liệu PA6 và sợi thủy tinh: Trình bày cấu trúc hóa học nhóm amide (-CONH-), tính chất cơ lý, khả năng kháng hóa chất và cơ chế hút ẩm của PA6. Giới thiệu các loại sợi thủy tinh (Loại A, C, D, E, ECR, AR, S1/S2) và phân tích tương tác gia cường khi kết hợp sợi thủy tinh vào nền PA6 nhằm nâng cao giới hạn chảy, độ cứng và độ bền nhiệt.
• Phương pháp ép phun và cơ chế tạo đường hàn: Phân tích 8 nguyên lý cơ bản trong ép phun (nóng chảy, thiết kế khuôn, cụm phun, làm nguội - đông đặc, độ co ngót, máy ép, kiểm soát chất lượng và tối ưu hóa thông số). Mô tả hình học khoang khuôn tạo hai dòng chảy ngược chiều để hình thành đường hàn tại trung tâm thanh mẫu.
• Quy cách mẫu thử kéo: Kích thước mẫu thử được chế tạo theo tiêu chuẩn với các thông số hình học chi tiết:
  • Chiều dài phần song song hẹp (Narrow parallel side length): $87 \pm 0,5\text{ mm}$
  • Chiều rộng ban đầu (Original Width): $20 \pm 0,2\text{ mm}$
  • Chiều dày (Thickness): $1\text{ mm}$
  • Chiều dài cữ đo (Measuring Length): $68 \pm 1\text{ mm}$
  • Bán kính lượn nhỏ (Small Radius): $4 \pm 0,1\text{ mm}$
  • Bán kính lượn lớn (Large Radius): $25 \pm 0,2\text{ mm}$
• Phương pháp truyền nhiệt và phân tích dữ liệu: Trình bày nguyên lý đối lưu cưỡng bức bằng khí nóng; cấu tạo và thông số của máy sấy hạt nhựa, máy ép phun Haitian, máy kéo nén vạn năng, hệ gá súng nhiệt; lý thuyết quy hoạch thực nghiệm Taguchi và mạng nơ-ron ANN.

Chương 3: Experimental and Selection Process (Quy trình thực nghiệm và lựa chọn thông số)

Chương 3 mô tả chi tiết quy trình triển khai các bước thí nghiệm:

• Chuẩn bị nguyên liệu và sấy nhựa: Cân định lượng hạt nhựa PA6 và PA6 gia cường theo 4 tỷ lệ phối trộn (0%, 10%, 20%, 30% GF). Phân chia vào 4 khay sấy và tiến hành sấy theo chế độ nhiệt độ phù hợp để loại bỏ ẩm triệt để.
• Quy trình ép phun tạo mẫu: Lắp đặt và gá khuôn lên máy ép phun Haitian; thiết lập các thông số ép phun (áp suất phun, nhiệt độ gia nhiệt nòng trục vít theo từng vùng 220°C – 300°C, thời gian điền đầy, thời gian làm nguội). Tiến hành ép mẫu, thu gom sản phẩm, ghi mã số nhận diện và bảo quản mẫu thử trong túi kín.
• Quy trình thử kéo kết hợp gia nhiệt: Gá đặt mẫu kéo lên ngàm kẹp của máy kéo vạn năng; lắp đặt súng thổi khí nóng lên đồ gá chuyên dụng định vị trên bàn máy; căn chỉnh khoảng cách từ đầu súng nhiệt đến vị trí đường hàn mẫu thử ($10\text{ mm}$, $20\text{ mm}$, $30\text{ mm}$); cài đặt nhiệt độ súng nhiệt ($50^\circ\text{C}$ – $90^\circ\text{C}$) và duy trì thời gian gia nhiệt ($10$ – $30\text{ phút}$). Tiến hành kéo mẫu với tốc độ không đổi cho đến khi đứt gãy, hệ thống cảm biến lực và phần mềm tự động ghi nhận đường cong tải trọng - độ biến dạng.

Chương 4: Analysis and Evaluation of Results, Conclusion and Recommendations (Phân tích, đánh giá kết quả, kết luận và kiến nghị)

Chương 4 tập trung xử lý và đánh giá khối dữ liệu thực nghiệm:

• Dữ liệu đo kéo: Phân tích dữ liệu từ 100 mẫu thử kéo (chia đều thành 4 bộ, mỗi bộ gồm 25 mẫu tương ứng với PA6 0%GF, PA6 10%GF, PA6 20%GF, PA6 30%GF).
• Phân tích Taguchi và tỷ số S/N: Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào (tỷ lệ GF, nhiệt độ gia nhiệt, khoảng cách súng nhiệt, thời gian sấy nhiệt) đến hai thông số đầu ra là ứng suất phá hủy (Stress) và độ giãn dài biến dạng (Strain).
• Mô hình hóa và dự báo bằng ANN: Nhập dữ liệu huấn luyện vào mạng nơ-ron ANN (2 lớp ẩn, 20 nơ-ron). Đánh giá 4 giá trị sai số bình phương trung bình ($MSE$) của mô hình. Xuất dữ liệu dự báo ra bảng tính Excel và vẽ đồ thị so sánh giữa đường cong kéo thực nghiệm tốt nhất với đường cong dự báo từ ANN cho từng loại vật liệu (PA6 0%GF, 10%GF, 20%GF, 30%GF).
• Tổng kết quy luật: Đưa ra các kết luận về sự suy giảm cơ tính đường hàn theo nhiệt độ và đề xuất khuyến nghị cho quy trình gia công.

---

Kết quả và đóng góp

Bảng tổng hợp các thông số nghiên cứu chính

Dưới đây là bảng tổng hợp các điều kiện và thông số thực nghiệm được khảo sát trong đồ án:

Hạng mục thông số	Chi tiết giá trị khảo sát	Ghi chú kỹ thuật
Vật liệu nền và gia cường	PA6 nguyên sinh kết hợp sợi thủy tinh (GF)	4 nhóm tỷ lệ: 0%GF, 10%GF, 20%GF, 30%GF
Số lượng mẫu thử kéo	100 mẫu tổng cộng	25 mẫu cho mỗi nhóm tỷ lệ GF
Nhiệt độ nòng phun ép	220°C – 300°C	Nhiệt độ nóng chảy PA6 khoảng 215°C
Kích thước mẫu thử kéo	Dài 87 mm, rộng 20 mm, dày 1 mm	Vùng song song hẹp, đường hàn nằm ở tâm
Nhiệt độ môi trường gia nhiệt	50°C – 90°C (nhiệt độ thử nghiệm > 30°C)	Sử dụng súng thổi khí nóng đối lưu cưỡng bức
Khoảng cách gia nhiệt	10 mm – 30 mm	Khoảng cách từ đầu súng nhiệt đến mẫu
Thời gian gia nhiệt	10 phút – 30 phút	Duy trì ổn định nhiệt trước khi kéo
Cấu trúc mạng nơ-ron (ANN)	2 lớp ẩn, 20 nơ-ron	Đánh giá sai số qua chỉ số MSE

Kết quả nghiên cứu chính

• Đồ án đã chế tạo thành công mẫu thử kéo có đường hàn chuẩn xác ở vị trí trung tâm thông qua việc cân bằng hai dòng chảy đối xứng trong khuôn ép nhựa trên máy ép Haitian.
• Xác định được định lượng mức độ ảnh hưởng của môi trường nhiệt độ (50°C – 90°C) và tỷ lệ sợi thủy tinh (0% – 30% GF) đến ứng suất kéo đứt và độ giãn dài tại đường hàn. Khi nhiệt độ môi trường làm việc tăng cao, độ bền kéo của đường hàn có xu hướng suy giảm rõ rệt do liên kết giữa các chuỗi polyme và bề mặt phân cách sợi thủy tinh bị mềm hóa.
• Việc tăng hàm lượng sợi thủy tinh lên đến 30% giúp cải thiện đáng kể ứng suất chịu tải của sản phẩm, tuy nhiên độ biến dạng khi đứt tại đường hàn có xu hướng giảm do tính giòn tăng lên.
• Thiết lập thành công mô hình mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) 2 lớp ẩn với 20 nơ-ron, cho kết quả dự báo ứng suất và biến dạng bám sát dữ liệu đo thực nghiệm với sai số bình phương trung bình ($MSE$) ở mức thấp.

Đóng góp của đề tài

• Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm có giá trị về cơ tính kéo của đường hàn nhựa PA6/GF dưới các điều kiện nhiệt độ làm việc khác nhau.
• Kết hợp phương pháp thiết kế thí nghiệm Taguchi và mô hình trí tuệ nhân tạo (ANN) trong việc mô hình hóa và dự báo cơ tính chi tiết nhựa ép phun, hỗ trợ các kỹ sư khuôn mẫu tối ưu hóa thông số công nghệ và lựa chọn vật liệu thích hợp cho các chi tiết làm việc trong môi trường chịu nhiệt.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo trình bày của nhóm tác giả trong văn bản, đề tài có các hạn chế và định hướng phát triển sau:

Hạn chế của nghiên cứu

• Điều kiện mô phỏng phòng thí nghiệm: Môi trường thực tế bên ngoài phức tạp hơn nhiều so với điều kiện thí nghiệm trong phòng lab. Nghiên cứu chưa bao hàm được các yếu tố môi trường khác như tác động của hóa chất ăn mòn, tia bức xạ ánh sáng/UV, độ ẩm biến đổi theo thời gian và sự lão hóa dài hạn của polyme.
• Phạm vi vật liệu và hình học: Nghiên cứu chỉ giới hạn trên 4 nhóm tỷ lệ PA6 và PA6-GF với một dạng hình học mẫu thử tiêu chuẩn duy nhất; chưa mở rộng khảo sát các loại nhựa kỹ thuật khác (như PP, ABS đã nêu trong định hướng ban đầu) hoặc các kết cấu sản phẩm có chiều dày thành biến thiên phức tạp.
• Khả năng sai số thực nghiệm: Quá trình đo nhiệt độ bằng luồng khí nóng từ súng nhiệt và gá đặt thủ công có thể tồn tại dung sai nhiệt độ cục bộ trên bề mặt mẫu thử.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng khảo sát độ bền đường hàn trên các loại vật liệu polyme kỹ thuật khác (PP, ABS, POM, PC).
• Khảo sát độ bền mối hàn dưới các dạng tải trọng khác như tải trọng uốn, va đập, tải mỏi hoặc tải trọng kéo ở tốc độ cao (High Strain Rate).
• Tích hợp thêm các tác nhân môi trường phức hợp (ngâm dung môi hóa chất, chiếu xạ UV kết hợp chu kỳ nhiệt) để đánh giá độ bền đường hàn trong điều kiện làm việc thực tế khắc nghiệt.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

• Đối tượng độc giả: Sinh viên, học viên cao học, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Chế tạo máy, Kỹ thuật Cơ khí, Công nghệ Vật liệu Polyme - Composite, Kỹ thuật Khuôn mẫu và Gia công Chất dẻo.
• Các phần nội dung có giá trị ứng dụng cao:
  • Quy trình thiết kế khuôn ép và nguyên lý cân bằng dòng chảy để định vị đường hàn đối xứng phục vụ đo kiểm cơ tính.
  • Phương pháp thiết lập hệ thống thử nghiệm kéo có gia nhiệt đối lưu cưỡng bức bằng khí nóng kết hợp đồ gá chuyên dụng.
  • Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi ($S/N$ ratio) và quy trình ứng dụng mạng nơ-ron ANN (2 lớp, 20 nơ-ron) trong phần mềm Minitab để mô hình hóa và dự báo cơ tính vật liệu.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Đề tài khảo sát những loại vật liệu nhựa cụ thể nào và tỷ lệ gia cường là bao nhiêu?
Đề tài thực hiện khảo sát trên 4 nhóm vật liệu gồm: PA6 nguyên sinh (PA6 0%GF) và PA6 gia cường sợi thủy tinh ở các tỷ lệ khối lượng 10% (PA6 10%GF), 20% (PA6 20%GF) và 30% (PA6 30%GF).

2. Các biến số độc lập đầu vào trong quá trình thử nghiệm kéo chịu nhiệt gồm những yếu tố nào?
Các biến số độc lập được khảo sát bao gồm: tỷ lệ khối lượng PA6/GF (0%, 10%, 20%, 30%), nhiệt độ luồng khí nóng từ súng nhiệt (50°C – 90°C), khoảng cách từ đầu súng nhiệt đến bề mặt mẫu thử (10 mm – 30 mm), và thời gian gia nhiệt mẫu (10 phút – 30 phút).

3. Mẫu thử kéo có đường hàn được thiết kế với kích thước tiêu chuẩn như thế nào?
Mẫu thử kéo có các kích thước hình học chính gồm: chiều dài phần song song hẹp $87 \pm 0,5\text{ mm}$, chiều rộng ban đầu $20 \pm 0,2\text{ mm}$, chiều dày $1\text{ mm}$, chiều dài cữ đo $68 \pm 1\text{ mm}$, bán kính lượn nhỏ $4 \pm 0,1\text{ mm}$ và bán kính lượn lớn $25 \pm 0,2\text{ mm}$.

4. Mô hình trí tuệ nhân tạo nào được sử dụng để dự báo ứng suất và biến dạng của mối hàn?
Đề tài sử dụng mô hình Mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) với cấu trúc gồm 2 lớp ẩn (2 hidden layers) và 20 nơ-ron (20 neurons), được huấn luyện và đánh giá mức độ hội tụ thông qua 4 giá trị sai số bình phương trung bình ($MSE$).

5. Những thiết bị chính nào đã được sử dụng trong quá trình thực nghiệm của đề tài?
Các thiết bị chính bao gồm: Máy sấy hạt nhựa dạng khay, máy ép phun nhựa Haitian kết hợp bộ khuôn 2 cổng vào đối xứng, máy thử độ bền kéo vạn năng trang bị cảm biến lực, súng thổi khí nóng kèm đồ gá định vị khoảng cách và phần mềm phân tích thống kê Minitab.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã nghiên cứu một cách có hệ thống về độ bền kéo của đường hàn trên các sản phẩm nhựa PA6 và PA6 gia cường sợi thủy tinh (0% – 30% GF) khi làm việc trong môi trường nhiệt độ cao từ 50°C đến 90°C. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa công nghệ ép phun thực nghiệm, đo kiểm kéo nén với phương pháp quy hoạch Taguchi và mô hình mạng nơ-ron nhân tạo ANN (2 lớp, 20 nơ-ron), nghiên cứu đã định lượng hóa sự suy giảm ứng suất và độ giãn dài tại đường hàn theo nhiệt độ. Kết quả thu được cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm quan trọng cho việc lựa chọn vật liệu, thiết kế khuôn ép và kiểm soát chất lượng sản phẩm nhựa kỹ thuật trong công nghiệp chế tạo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT MANUFACTURING TECHNOLOGY STUDY OF WELD LINE TENSILE STRENGTH IN PLASTIC PRODUCTS WHEN PRODUCTS WORK IN DIFFERENT TEMPERATURE ENVIRONMENTS LECTURER: NGUYEN TRONG HIEU STUDENT: NGUYEN MINH DUNG SKL012646 Ho Chi Minh City, March 2024 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERCITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING STUDY OF WELD LINE TENSILE STRENGTH IN PLASTIC PRODUCTS WHEN PRODUCTS WORK IN DIFFERENT TEMPERATURE ENVIRONMENTS Student’s name : NGUYEN MINH DUNG Student code: 19144015 Academic year: 2019-2023 Major: Manufacturing Technology Supervisor: PhD. NGUYEN TRONG HIEU Ho Chi Minh City, March 2024 HO CHI MINH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM EDUCATION Independence - Freedom - Happiness HIGH QUALITY TRAINING FACULTY GRADUATION PROJECT TASKS Semester I/School year 2023 Instructor: PhD. NGUYỄN TRỌNG HIẾU Student’s name: Khuu Ly Thong MSSV: 19143178 DTx: 0937395462 Nguyen Dang Tan MSSV: 19143172 DTx: 0778764800 Nguyen Minh Dung MSSV: 19144015 DTx: 0979057015 1. Project ID number: 22223DT331 -Topic name: STUDY OF WELD LINE TENSILE STRENGTH IN PLASTIC PRODUCTS WHEN PRODUCTS WORK IN DIFFERENT TEMPERATURE ENVIRONMENTS 2.

Initial figures and documents: Prototyping method: plastic injection injection molding Sample test temperature >30 degrees Celsius Standard tensile test sample Common material samples: PP, ABS, PA6,. Use data processing methods to provide experimental methods 3. Main contents of the project: - Overview of plastic products and working conditions of products - Fabrication of product samples with welding line by plastic injection injection method - Tensile testing - Summary of results. Project delivery date: 5.

Date of submission of the project: 6. Presentation Language: The report: English Vietnamease Protection presentation: English Vietnamease DEAN INDUSTRY LEADER INSTRUCTORS (Sign, specify full name) (Sign, specify full name) (Sign, specify full name) Permitted to present the research project: ………………………………………………. (Instructor sign, specify full name) COMMITMENT - Topic name: STUDY OF WELD LINE TENSILE STRENGTH IN PLASTIC PRODUCTS WHEN PRODUCTS WORK IN DIFFERENT TEMPERATURE ENVIRONMENTS - Supervisor: TS. NGUYỄN TRỌNG HIẾU - Student name: Khuu Ly Thong MSSV: 19143178 DTx: 0937395462 Address: 258 Street DQH, Go Vap, HCMC Email: [e-mail] Nguyen Dang Tan MSSV: 19143172 DTx: 0393273031 Address: No 12 Street, Thu Duc, HCMC Email: [e-mail] Nguyen Minh Dung MSSV: 19143019 DTx: 0847564568 - Address: No.222 LVS Street ,District 3, HCMC - Email: [e-mail] - Class: - Thesis submission date: - Commitment: “I hereby declare that this graduation thesis is the result of our own research and implementation.

We have not copied from any published articles without proper citation of the original sources. If there is any violation, we take full responsibility for it” Ho Chi Minh City, 06th March 2024 Signature i TABLE OF CONTENTS GRADUATION PROJECT TASKS. i TABLE OF CONTENTS. ii THANK YOU.

xi CHAPTER 1: INTRODUCTION. Overview of research in the subject area:. Reason for choosing the topic. Scope and limitations of the study.

Scope and limitations of the study. Limitations of the study. Significance of the research. 11 CHAPTER 2 THEORETICAL BASIS.

Fabrication of product. Overview of PA6 Plastic. Overview of fiberglass. Advantages and disadvantages of fiberglass.

PA6 enclosed with fiberglass. Definition and properties of the combination of PA6 and glass fiber. Advantages and disadvantages of combining PA6 with glass fiber. Injection molding method.

The method of creating tensile samples and elucidating the weld line in plastic tensile samples according to the standard. Definition of weld line in plastic products. Elaborating on the process of creating weld lines in the tensile sample. Tensile testing method.

Forced Convection with Air. Data processing method. Machines, Equipment and Software. The importance of plastic drying.

Basic parameters of the dryer for the topic. Structure of the dryer. Application of dryer. Steps to perform drying.

Haitian injection molding machine. Structure of plastic injection machine. Preliminary steps to perform plastic injection on a Haitian injection machine:. Tensile Testing Machine.

Tensile Testing Machine Concept. Structure and main parts. Advantages and disadvantages of tractors. 58 CHAPTER 3: EXPERIMENTAL AND SELECTION PROCESS .