Chương 1: Giới thiệu. Chương 2: Tổng quan về vật liệu chất dẻo polymer và cơ sở lý thuyết về khuôn ép nhựa. Chương 3: Cơ sở lý thuyết về thiết kế khuôn ép nhựa Chương 4: Thiết kế sản phẩm và khuôn ép nhựa đường nước có hình dạng cooling layer 3D. Chương 5: Quy trình gia công, lắp ghép và ép thử khuôn ép nhựa Chương 6: Kết luận.
3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CHẤT DẺO POLYMER VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHUÔN ÉP NHỰA 2.1 Tổng quan về vật liệu chất dẻo polymer 2.1 Khải niệm về vật liệu chất dẻo polymer Chất dẻo hay còn gọi là nhựa polymer, là các hợp chất có phân tử chứa các nhóm nguyên tử liên kết với nhau qua các liên kết hóa học, tạo thành các chuỗi dài và có khối lượng phân tử lớn. Trong chuỗi chính của polymer, các nhóm nguyên tử này được lặp lại nhiều lần.2 Phân loại Dựa vào nguồn gốc: Polymer thiên nhiên: Được tìm thấy trong tự nhiên. Polymer nhân tạo: Được con người sản xuất bằng cách biến đổi các polymer thiên nhiên. Polymer tổng hợp: Được tạo ra hoàn toàn từ các quá trình hóa học.
Dựa vào tính chất cơ lý: Chất dẻo: Bao gồm các vật liệu có tính dẻo và có thể thay đổi hình dạng khi chịu lực. Chất đàn hồi: Bao gồm các vật liệu có khả năng đàn hồi và trở lại hình dạng ban đầu sau khi bị kéo dãn. Nhựa nhiệt dẻo: Nhựa nhiệt dẻo là một nhóm quan trọng trong các polymer tổng hợp, bao gồm các phân tử cao có kích thước xác định và có thể là mạch thẳng hoặc phân nhánh. Đặc điểm của nhựa nhiệt dẻo là có thể chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái dẻo khi tăng nhiệt độ và quá trình này có thể lặp lại nhiều lần.
Do đó, nhựa nhiệt dẻo có thể tái chế được (trừ PTFE - polytetraflouroethylene). Ví dụ: PE, PP, PVC, PS, PMMA. Trong kỹ thuật, nhựa nhiệt dẻo ám chỉ tất cả các polymer mà lực liên kết giữa các phân tử là các liên kết thứ cấp như lực Van der Waals và liên kết hydro. Loại nhựa này nhạy cảm với nhiệt độ và dung môi.
Cao su, chất đàn hồi: Cao su là các polymer mạch thẳng có liên kết thứ cấp rất yếu, tồn tại ở dạng chất lỏng rất nhớt. Để sử dụng, cần tạo liên kết ngang giữa các mạch phân tử để hình thành mạng lưới không gian ba chiều. Cao su có khả năng dãn dài lên đến 1. Tuy nhiên, do có liên kết ngang nên không thể tái chế được.
Nhựa nhiệt rắn: Nhựa nhiệt rắn có mật độ liên kết ngang dày đặc, cao hơn từ 10 đến 1.000 lần so với cao su, tạo thành mạng lưới không gian ba chiều với kích thước phân tử rất lớn. Nhựa nhiệt rắn có tính chất vượt trội hơn so với nhựa nhiệt dẻo, đặc biệt là khả 4 năng chịu nhiệt, không tan, không chảy và không tái chế được. Ví dụ: PF, PU, nhựa epoxy, silicone. Dựa vào công dụng: Nhựa thông dụng: Bao gồm PE, PP, PVC, PS, ABS, HIPS.
Nhựa kỹ thuật: Bao gồm PA, PC, POM, Teflon. Nhựa chuyên dụng: Bao gồm PE khối lượng phân tử cực cao, PTFE, PPS, PPO.3 Tính chất cơ học 2.1 Độ bền cơ học Độ bền cơ học là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hủy khi chịu tác động của các lực cơ học. Độ bền của một sản phẩm làm từ vật liệu polymer phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ trùng hợp, loại xúc tác, phụ gia,. Phương pháp gia công.
Kết cấu và hình dạng của sản phẩm.2 Các Thông Số Cơ Bản về Độ Bền Có hai thông số cơ bản phản ánh độ bền của polymer: Giới hạn bền (σb): Là giá trị ứng suất mà tại đó mẫu bị phá hủy dưới những điều kiện nhất định. Giới hạn bền có thể xác định theo nhiều loại biến dạng khác nhau như kéo đứt, nén, uốn,. tương ứng là độ bền kéo đứt, độ bền nén, và độ bền uốn. Độ bền kéo đứt: Khả năng chịu lực của vật liệu khi bị kéo dãn bởi một lực xác định cho đến khi đứt.
Độ bền uốn: Khả năng chịu lực của vật liệu khi bị uốn. Độ bền nén: Khả năng chịu lực của vật liệu khi bị nén. Giới hạn bền của polymer phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường thử nghiệm và thời gian tác động của lực, do đó khi so sánh độ bền giữa các polymer, cần thực hiện ở cùng điều kiện thử nghiệm. Độ biến dạng cực đại tương đối (ε): Là giá trị biến dạng tại thời điểm mẫu bị đứt.
Độ biến dạng cực đại tương đối cũng phụ thuộc vào loại biến dạng, tốc độ biến dạng và nhiệt độ. Nó cho phép suy luận về trạng thái của vật liệu khi đứt. Ví dụ, khi vật liệu giòn bị đứt, độ biến dạng cực đại tương đối không vượt quá vài phần trăm, trong khi ở trạng thái mềm, độ biến dạng có thể từ hàng trăm đến hàng ngàn phần trăm. Trong trường hợp kéo đơn trục (một phương), độ biến dạng tương đối cực đại có thể là độ dãn dài khi đứt.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bề cơ học Những yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của vật liệu nhựa như: Sự định hướng: Do mạch phân tử có chiều dài rất lớn so với chiều ngang, polymer có độ bền cao hơn khi chịu lực theo chiều định hướng.
Cấu trúc polymer: Polymer kết tinh có độ bền cao hơn polymer vô định hình. Cấu trúc sợi bền hơn cấu trúc cầu. Phụ gia: Phụ gia được thêm vào để cải thiện tính chất cơ lý của nhựa theo yêu cầu sản xuất. Tuy nhiên, lượng phụ gia thêm vào chỉ cải thiện tính chất cơ học đến một mức độ nhất định; nếu dùng quá nhiều, có thể gây tác dụng ngược.4 Tính chất gia công 2.1 Chỉ số chảy Khái niệm: Chỉ số chảy là một thông số kỹ thuật quan trọng thể hiện tính chảy hay khả năng chảy của vật liệu, rất cần thiết trong quá trình chọn lựa nguyên vật liệu và công nghệ gia công.
Chỉ số chảy được ký hiệu là: i2. Đơn vị tính: Đơn vị tính của chỉ số chảy là: g/10 phút. Chỉ số này được đo ở điều kiện áp suất (tải trọng) và nhiệt độ nhất định theo tiêu chuẩn đo. Ý nghĩa của chỉ số chảy: Chỉ số chảy cao: Trọng lượng phân tử thấp, dễ chảy.
Sử dụng nhiệt độ và áp suất gia công thấp. Chu kỳ sản xuất ngắn. Dễ gia công và sản phẩm đạt chất lượng cao hơn. Chỉ số chảy thấp: Vật liệu khó chảy, sản phẩm dễ bị khuyết tật.
Tăng thời gian điền đầy khuôn. Tăng thời gian duy trì áp suất. Áp suất điền đầy khuôn phải cao. Đôi khi đòi hỏi nhiệt độ gia công cao.2 Tỷ Trọng Khái niệm: Tỷ trọng thể hiện một phần tính chất của nguyên liệu nhựa.
Đơn vị tính: Đơn vị tính của tỷ trọng là: g/cm³. Ý nghĩa của tỷ trọng: Tỷ trọng tăng: Lực kéo đứt tăng. Nhiệt độ biến mềm tăng. Độ kháng hóa chất tăng.
Tỷ trọng giảm: Lực va đập giảm. Những thay đổi trong tỷ trọng của nguyên liệu nhựa ảnh hưởng đến các đặc tính cơ học và khả năng gia công của vật liệu, do đó cần được kiểm soát chặt chẽ trong quá trình sản xuất. Bảng tỷ trọng của một số loại nhựa thông dụng[10] 2.5 Gia công và áp dụng một số loại nhựa thông dụng 2. Trong quá trình ép phun, loại PE dễ chảy (i2 > 25) được sử dụng để gia công các sản phẩm có khối lượng lớn.
Độ co ngót (liên quan đến tỷ trọng của sản phẩm) chịu tác động của nhiệt độ trong quá trình hóa dẻo và làm nguội. PE có tỷ trọng cao và chỉ số chảy thấp: Để đạt được sản phẩm có độ bóng cao, nhiệt độ khuôn cần duy trì từ 40 đến 70°C. Tuy nhiên, loại PE này dễ bị rạn nứt do tập trung ứng suất, đặc biệt với chỉ số chảy i2 từ 2,5 đến 4. Khắc phục hiện tượng giòn: Do tính định hướng phân tử mạnh, PE có thể trở nên giòn.
Để khắc phục, cần tăng nhiệt độ phun và sử dụng loại nhựa có chỉ số chảy cao phù hợp. 7 Ứng dụng của Polyethylene (PE): Polyethylene tỷ trọng thấp (LDPE): Sử dụng để sản xuất túi nhựa, màng bọc thực phẩm, và các loại bao bì mềm dẻo. Polyethylene tỷ trọng cao (HDPE): Sử dụng cho các sản phẩm cần độ bền cao như chai lọ, ống dẫn nước, và thùng chứa. Nhờ tính chất dễ gia công và khả năng điều chỉnh các thông số để phù hợp với nhiều yêu cầu kỹ thuật, PE là một trong những loại nhựa được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp.
Bảng gia công và áp dụng PE dùng cho ép phun[10] 2.2 Polypropylene (PP) Polypropylene (PP) thường được sử dụng trong ép phun dưới dạng hạt, mặc dù cũng có một số loại dưới dạng bột. PP dùng ở nhiệt độ cao giúp tăng tính ổn định và chống lại các tác động có hại như oxy hóa, PP thường được kết hợp với các chất phụ gia: Kháng lão hóa nhiệt thông thường: Sử dụng các phụ gia bôi trơn không có hại về mặt sinh học. Kháng lão hóa nhiệt cao: Được ổn định bằng quang học và không ảnh hưởng sinh học. Kháng thời tiết: Ổn định bằng than đen và amine có cấu trúc không gian cồng kềnh, thích hợp cho các ứng dụng ngoài trời.
Kháng lão hóa nhiệt cao với dung dịch tẩy rửa nóng và nước nóng: Không gây hại, không độc. 8 Kháng lão hóa nhiệt cao khi tiếp xúc với đồng và các kim loại khác. Ứng dụng của Polypropylene (PP): Công nghệ ép phun: PP thường được ổn định để sử dụng trong sản xuất các thiết bị nhà bếp, nội thất, thiết bị vệ sinh, gót giày, đồ dùng gia đình (chén, đĩa,. PP kháng nhiệt: Được sử dụng để sản xuất các bộ phận máy giặt gia đình và công nghiệp dệt, ví dụ lõi quấn chỉ bộ phận nhuộm, các phần của máy móc điện tiếp xúc với dây đồng.
Lĩnh vực phương tiện vận chuyển: Nhiều loại PP, có hoặc không có gia cường, được dùng để làm vỏ ắc quy, cửa thông gió xe hơi, vô lăng xe hơi, bộ lọc không khí, thanh chắn bùn, và cái hãm phanh. Nhờ tính ổn định và khả năng chịu nhiệt cao, PP là một trong những vật liệu quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ sản xuất hàng gia dụng đến các ứng dụng công nghiệp nặng.