CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Lý do chọn đề tài Các sản phẩm sản xuất từ vật liệu nhựa đóng vai trò vô cùng thiết yếu tới cuộc sống hằng ngày của con người. Chúng được sử dụng rộng rãi từ những sản phẩm có kết cấu đơn giản cho đến các sản phẩm tinh xảo, và nhu cầu của người tiêu dùng đối với sản phẩm nhựa ngày càng đa dạng và phong phú. Để đáp ứng nhu cầu này, ngành công nghệ khuôn mẫu nhựa phải liên tục cải tiến và phát triển. Trên cơ sở đáp ứng hình dáng và mẫu mã, các sản phẩm nhựa cần phải có tính chất cơ tính phù hợp để đáp ứng chức năng trong quá trình sử dụng.
Tương tự như vật liệu kim loại, tính chất cơ tính của vật liệu nhựa có thể được đánh giá thông qua chỉ số như tính bền kéo, khả năng bền uốn và độ bền va đập,. Ngày nay, công nghệ phun ép nhựa được ứng dụng phổ biến để tạo mẫu nhựa cho quá trình kiểm tra và đo lường. Với sự phát triển của công nghệ và ngành công nghiệp, nhu cầu kiểm tra và đánh giá chất lượng vật liệu nhựa ngày càng gia tăng. Việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ khuôn phun ép để đánh giá và kiểm tra độ cơ tính và khả năng chống cháy của vật liệu nhựa sẽ nâng cao hiệu suất và độ chính xác của quá trình kiểm tra.
Tính toàn cầu của tiêu chuẩn ASTM: Tiêu chuẩn ASTM không chỉ được chấp nhận và sử dụng rộng rãi tại Hoa Kỳ mà còn được áp dụng và công nhận trên toàn thế giới. Nghiên cứu trong lĩnh vực này sẽ giúp đẩy mạnh khả năng hợp tác và thương mại hóa sản phẩm vật liệu nhựa trên khắp thị trường quốc tế. Góp phần vào an toàn và gìn giữ môi trường: Việc kiểm tra cơ tính và khả năng chống cháy của vật liệu nhựa là một yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng và bảo vệ môi trường khỏi các rủi ro tiềm ẩn. Nghiên cứu đề tài này giúp cải thiện quy trình kiểm tra, nâng cao độ chính xác của kết quả và đảm bảo tuân thủ các yêu cầu về an toàn và môi trường.
1 Phát triển công nghệ, đổi mới: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép phun đòi hỏi sự kết hợp giữa các kiến thức về vật liệu, kỹ thuật cơ khí, và quy trình kiểm tra. Việc phát triển bộ khuôn phun ép mới, hiệu quả và tiên tiến có thể mang lại các công nghệ và phương pháp mới để nâng cao nghiên cứu và phát triển vật liệu nhựa. Đáp ứng các yêu cầu của thị trường: Khả năng kiểm tra độ cơ tính và tính chống cháy của vật liệu nhựa theo tiêu chuẩn ASTM là một yêu cầu rất cần thiết từ khách hàng và doanh nghiệp. Việc nghiên cứu và phát triển bộ khuôn ép phun để phục vụ cho các kiểm tra này sẽ giúp doanh nghiệp và tổ chức đáp ứng yêu cầu của thị trường một cách hiệu quả nhất.
Trong rất nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về cơ tính của vật liệu nhựa đã được công bố thì mẫu đo được tạo ra bằng phương pháp sau: • Nghiên cứu trong nước: Bài viết của tác giả Nga Thi-Hong Pham, Van-Thuc Nguyen: “Morphological and Mechanical Properties of Poly (Butylene Terephthalate)/High-Density Polyethylene Blends” được đăng trên tạp chí Advances in Materials Science and Engineering năm 2020 [1]. Qua nghiên cứu phân tích, nhóm nghiên cứu đã xem xét ảnh hưởng của thành phần High-Density polyethylene (HDPE) đến cơ tính của hỗn hợp PolyButylene terephthalate/High-Density Polyethylene (PBT/HDPE). Các mẫu kiểm tra cơ tính của các hỗn hợp nhựa PBT/HDPE được tạo ra bằng phương pháp phun ép theo tiêu chuẩn ASTM (American Society for Testing and Materials) cụ thể: mẫu đo khả năng bền kéo tiêu chuẩn D638, mẫu đo độ bền uốn tiêu chuẩn D790 và mẫu đo độ bền va đập (D256). Bài viết “Investigation of the Effect of Polycarbonate Rate on Mechanical Properties of Polybutylene Terephthalate/Polycarbonate Blends” được đăng trên tạp chí International Journal of Polymer Sciennce năm 2021 của tác giả Nga Thi-Hong Pham, và Ngoc-Thien Tran [2].
Trong đó, nhóm tác giả đã chỉ ra sự ảnh hưởng của nhựa Polycarbonate (PC) đến cơ tính của nhựa PBT (PolyButylene Terephthalate) khi pha trộn với PC ở tỷ lệ khác nhau, thông qua mẫu kiểm tra độ bền kéo ASTM D638, kiểm tra độ 2 bền uốn ASTM D790 và kiểm tra độ dai va đập ASTM D256 được tạo bằng phương pháp phun ép. Bài viết “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thành phần đến tính chất của hạt nhựa compound chống cháy trên cơ sở polyetylen” của nhóm tác giả Trần Vũ Thắng và Hoàng Thị Phương được đăng trên trang tạp chí “Khoa học Kỹ Thuật và Công nghệ” vào ngày 22/10/2021 Trong nghiên cứu này, tác giả đã khảo sát tác động của việc sử dụng các chất phụ gia chống cháy ATH/MPP và kẽm stearat (ZnSt) đối với một số tính chất cơ tính của hạt nhựa polyetylen (PE) compound chống cháy. Tổng hàm lượng chất phụ gia chống cháy sử dụng là 35% trong khối lượng, bao gồm ATH (nhôm hydroxit) và MPP (melamin polyphosphat), cùng ZnSt. Kết quả báo cáo cho thấy, sử dụng ATH/MPP đã cải thiện khả năng chống cháy và độ bền nhiệt của hợp chất PE.
Mẫu đo CT7 (15% ATH/20% MPP/2% ZnSt) đạt được hiệu quả chống cháy tốt nhất. Các tính chất cơ học như khả năng bền kéo và giãn dài khi đứt có xu hướng tăng khi tăng hàm lượng MPP, đặc biệt là với mẫu chỉ chứa MPP. Sự bổ sung ZnSt đã cải thiện sự phân tán của ATH và MPP trong nền PE, được xác nhận qua phân tích bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Nghiên cứu cũng điểm qua các ảnh hưởng của các chất phụ gia này đối với chỉ số nóng chảy của hợp chất PE.
Kết quả của thực nghiệm UL-94 cho thấy sự kết hợp ATH/MPP/ZnSt cải thiện đáng kể khả năng chống cháy của PE, đánh giá mức độ an toàn cháy trong các ứng dụng thực tế. Nghiên cứu ngoài nước: Bài viết của nhóm tác giả Dong Seok Shin, Young Kim Shin, và Euy Sik Jeon: “Approximation of Non-Linear Stress–Strain Curve for GFRP Tensile Specimens by Inverse Method” đăng trên tạp chí quốc tế Applied Sciences vào năm 2019 [3]. Trong bài nghiên cứu này, nhóm tác giả đã ứng dụng phương pháp nghịch đảo để ước tính ứng suất biến dạng cho các mẫu thử độ bền kéo của polyme được gia cố bằng sợi thủy tinh. Và đã kiểm nghiệm thông qua việc đo độ bền kéo của mẫu thử đó theo tiêu của ASTM D638 được tạo ra bằng phương pháp phun ép.
3 Bài viết của nhóm tác giả B. Reddappa: “Hybridization effect of fibers on mechanical properties of PA66/PP blend-based thermoplastic composites” được đăng ở tạp chí Advanced Composites and Hybrid Materials năm 2018 [4]. Bài báo đề cập đến ảnh hưởng sợi lai ngắn, tức là sợi thủy tinh ngắn, sợi carbon ngắn, sợi bazan ngắn trên 80/20% trọng lượng hỗn hợp polyamide 66/polypropylene (PA66/PP). Vật liệu tổng hợp hỗn hợp thủy tinh-carbon và vật liệu tổng hợp lai thủy tinh điều chế bằng phương pháp phun ép nhựa.
Nhóm tác giả tiến hành thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các sợi lai đến tính chất cơ học của hỗn hợp nhựa nhiệt dẻo PA66/PP với các mẫu thử: khả năng bền kéo tiêu chuẩn ASTM D638, tính bền uốn tiêu chuẩn ASTM D790, khả năng bền va đập tiêu chuẩn ASTM D256, khả năng chống cháy tiêu chuẩn ASTM UL94. Với khảo sát trên đã chỉ ra rằng tiêu chuẩn ASTM đang được sử dụng rộng rãi để tạo ra các mẫu đo kiểm tra cơ tính cho vật liệu nhựa. Với mục đích phục vụ cho việc nghiên cứu về cơ tính của vật liệu nhựa tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh, chúng em đã chọn đề tài "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ khuôn phun ép cho bộ mẫu kiểm tra cơ tính và khả năng chống cháy của vật liệu nhựa theo tiêu chuẩn ASTM".
Qua việc thực hiện đề tài, nhóm tác giả mong muốn mở rộng kiến thức và nâng cao kỹ năng về vật liệu nhựa, cũng như quá trình thiết kế và chế tạo khuôn phun ép nhựa cho sản phẩm nhựa. Điều này hỗ trợ cho sự nghiệp của nhóm sau khi ra trường, cung cấp thêm đầy đủ kiến thức và kỹ năng cần thiết để thực hiện các dự án trong lĩnh vực này.2 Tính cấp thiết của đề tài Do vật liệu nhựa được dùng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, và đảm bảo tính an toàn và tuân thủ quy định là rất quan trọng. Việc nghiên cứu và kiểm tra cơ tính cũng như khả năng chống cháy vật liệu nhựa theo tiêu chuẩn ASTM giúp đảm bảo rằng các vật liệu được sử dụng đáp ứng yêu cầu an toàn và tuân thủ quy định trong các ứng dụng thực tế. Nghiên cứu này đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp về việc đánh giá kiểm tra chất lượng vật liệu nhựa.
Các công ty sản xuất vật liệu nhựa 4 cần có phương pháp chính xác và tin cậy để đảm bảo tính chất cơ học và khả năng chống cháy của sản phẩm của họ. Và việc nghiên cứu này đóng góp vào phát triển công nghệ về kiểm tra vật liệu nhựa và thiết kế bộ khuôn phun ép. Cải thiện phương pháp kiểm tra và thiết kế bộ khuôn có thể dẫn đến hiệu quả cao hơn, tiết kiệm thời gian và tăng độ chính xác trong quá trình kiểm tra vật liệu nhựa. Vì vậy đề tài được thực hiện với mục đích thiết kế, chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh bộ khuôn ép phun để phục vụ việc tạo mẫu kiểm tra các cơ tính và khả năng chống cháy các vật liệu nhựa theo tiêu chuẩn ASTM.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.1 Ý nghĩa khoa học Kết quả của dự án được dùng trong nghiên cứu về đo độ cơ tính của vật liệu nhựa, bao gồm kiểm tra khả năng bền kéo, độ bền uốn, độ chịu dai va đập và khả năng chống cháy theo các tiêu chuẩn của ASTM.
Đồng thời theo sau đó, giúp nâng cao hiểu biết về cơ tính và khả năng chống cháy của vật liệu nhựa; phát triển phương pháp kiểm tra và đánh giá vật liệu nhựa; cải thiện an toàn và độ tin cậy của vật liệu nhựa; đóng góp vào phát triển công nghệ và ứng dụng các vật liệu nhựa vào lĩnh vực trong ngành công nghiệp.2 Ý nghĩa thực tiễn Đề tài này có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng, an toàn và tuân thủ quy định của vật liệu nhựa trong các ứng dụng thực tế. Nghiên cứu và thiết kế bộ khuôn ép phun cho mẫu đo đánh giá cơ học và khả năng chống cháy theo tiêu chuẩn ASTM giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, tối ưu hóa quy trình sản xuất và đảm bảo tuân thủ các quy định và tiêu chuẩn an toàn.