Kỹ thuật gia công Polyme

KỸ THUẬT GIA CÔNG POLIME
Giảng viên: Hoàng Hải Hiền
Chương 1. Giới thiệu chung
I. Các mối quan hệ trong gia công vật liệu
1. Mối quan hệ gia công
1.1. Quan hệ sản phẩm – vật liệu
Sự lựa chọn vật liệu dùng để gia công phụ thuộc:
Tính chất sử dụng
Điều kiện sử dụng
Yếu tố kinh tế: giá cả
Hình dạng sản phẩm
Tính chất của vật liệu quyết định
Tính chất của sản phẩm
Điều kiện sử dụng sản phẩm
Chi phí giá thành sản phẩm
Tính chất của vật liệu
1.2. Quan hệ sản phẩm – thiết bị gia công
Sự lựa chọn thiết bị gia công phụ thuộc:
Hình dáng sản phẩm
Yêu cầu độ chính xác kích thước sản phẩm
Yếu tố kinh tế: sản lượng, giá cả
Phương pháp gia công và điều kiện gia công ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất sản phẩm. Để đạt được một sản phẩm chất lượng cao cần phải có:
+ Một phương pháp thích hợp,
+ Thiết bị tốt kết hợp
+ Việc lựa chọn các điều kiện gia công tối ưu.
1.3. Quan hệ vật liệu – thiết bị gia công
Tính chất nhiệt và tính chất lưu biến của vật liệu quyết định:
Việc chọn lựa thiết bị gia công
Là điều kiện quan tâm khi thiết kế khuôn
Việc xác định các thông số gia công
Mỗi phương pháp gia công có các đặc trưng riêng biệt chỉ phù hợp với một số loại nguyên liệu. Vì vậy sự lựa chọn nguyên liệu cần chú ý đến phương pháp gia công.
2. Mối quan hệ giữa chất lượng sản phẩm
Tính chất của sản phẩm chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi tính chất của vật liệu đem đi gia công.
Đối với polime ngoài tính chất của nguyên liệu còn chú ý đến tính chất của phụ gia và công thức pha chế chúng.
Các thông số gia công như nhiệt độ, áp suất, thời gian ảnh hưởng trực tiếp đến việc gia công polime. Các thông số này có thể diễn tả được các đại lượng như vận tốc, đoạn đường di chuyển.
Độ nhạy của các thiết bị cảm ứng, sự chính xác của thiết bị gia công đóng vai trò quan trọng trong thành công của một sản phẩm.
II. Các phương pháp đốt nóng nguyên liệu
1. Đốt nóng bề mặt
Đây là phương pháp thường được sử dụng
Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào diện tích bề mặt vật liệu tiếp xúc với nguồn nhiệt.
Nhiệt độ bề mặt vật liệu cao hơn bên trong, phụ thuộc tính chất của vật liệu
2. Đốt nóng nội
a. Đốt nóng bằng dòng điện cao tần:
Áp dụng cho polime phân cực.
Dưới tác dụng của dòng điện cao tần các lưỡng cực của vật liệu sẽ chuyển động liên tục và do có sự trễ giữa chuyển động của các lưỡng cực này theo sự thay đổi điện trường xoay chiều trong vật liệu sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển thành nhiệt năng làm nóng vật liệu.
b. Đốt nóng bằng siêu âm
- Vật liệu bị tác động bởi sóng siêu âm, biến dạng và hồi phục liên tục.
- Do tính chất của vật liệu có sự đáp ứng trễ đối với tác động cơ học nên vật liệu sẽ hấp thu năng lượng và chuyển thành nhiệt năng làm nóng vật liệu.
c. Đốt nóng bằng ma sát nhớt
Polime có độ nhớt cao chảy trong các rãnh vit, khuôn tạo ma sát và sinh nhiệt đốt nóng polime
Chú ý, nhiệt độ này có thể tăng cao quá làm phân hủy vật liệu
III. Đặc tính lưu biến của polime
- Do đặc điểm bất đối xứng hình học của phân tử polime – chiều dài lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng, do đó trong quá trình biến dạng hoặc chảy phân tử polime bị kéo căng theo chiều tác dụng lực, đây là quá trình định hướng phân tử.
Các phân tử bị kéo căng ở trạng thái năng lượng cao có khuynh hướng hồi phục trở về trạng thái năng lượng thấp gây nên sự co rút vật liệu sau khi gia công.
Trong khi gia công nhiệt độ cao nên cũng đã phần nào phá vỡ được sự kéo căng này.
Nhiệt độ càng cao, độ nhớt vật liệu càng cao thì sự định hướng phân tử càng chiếm ưu thế.
Vì thế cần quan tâm đến các thông số gia công
IV. Những tính chất kỹ thuật chủ yếu của vật liệu polime
Khối lượng riêng gộp



Đặc trưng cho sự đổ đầy vật liệu
Phụ thuộc vào sự sắp xếp chặt khít của vật liệu
Thông số cần thiết để thiết kế khoang nạp liệu,…
2. Hệ số nén ép (K)
- K thể hiện sự biến đổi thể tích vật liệu khi đưa vào gia công.




K phụ thuộc vào áp suất nén, độ nén
K là thông số quan trọng trong thiết kế máy đùn
3. Thành phần cỡ hạt – kích thước hạt
Đối với vật liệu ở dạng hạt thì thông số này rất quan trọng.
Kích cỡ hạt được xác định bằng phương pháp rây.
Kích thước hạt của nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình gia công như pha trộn, gia nhiệt,…
4. Hàm lượng ẩm và các chất dễ bay hơi
Hàm lượng ẩm và các chất dễ bay hơi ảnh hưởng lớn đến quá trình gia công cũng như chất lượng sản phẩm như:
+ Tạo bề mặt sần sùi, sản phẩm cong vênh,…
+ Kéo dài thời gian gia công, thời gian ép,…
- Hàm lượng ẩm được xác định bằng tỷ số khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy.
5. Độ linh động
Độ linh động là một đại lượng đặc trưng cho khả năng chảy của vật liệu dưới tác dụng của áp suất và nhiệt độ.
Độ linh động phụ thuộc:
Xác định độ linh động bằng các phương pháp:
a. Phương pháp Rasiga
Khuôn Rasiga có tiết diện hình elip đầu trên cùng có kích thước 4x6mm, đầu dưới có kích thước 1x4mm chiều cao 250mm.
Cách xác định:
Ép vật liệu thành miếng ở nhiệt độ thường, áp suất 500kg/cm2
Lấy 7,5g vật liệu sau khi ép cho vào khuôn, cho vào khuôn và gia nhiệt đến 150-160oC
Ép dưới áp suất 300kg/cm2 trong vòng 3 phút
Chiều cao của thanh thể hiện độ linh động của vật liệu
b. Phương pháp dùng nhớt kế mao quản ở áp suất không đổi
Là phương pháp đo khối lượng chất dẻo chảy qua mao quản ở áp suất không đổi trong vòng 10 phút

c. Đo bằng dẻo kế
Sử dụng dẻo kế walace
Sử dụng nhớt kế Mooney

Ứng dụng trong chất dẻo và cao su
6. Vận tốc đóng rắn và thời gian đóng rắn
Thời gian đóng rắn của nhựa hay thời gian lưu hóa của cao su là thời gian cần thiết để vật liệu chuyển về trạng thái có tính chất sử dụng tốt nhất
Vận tốc đóng rắn phụ thuộc bản chất của vật liệu, độ dày sản phẩm.
Thời gian đóng rắn được đo bằng nhớt kế canavec, thời gian lưu hóa cao su được đo bằng lưu hóa kế và nhớt kế Mooney
7. Độ co thể tích
Độ co thể tích biển diễn sự giảm thể tích của sản phẩm so với kích thước khuôn sau khi đạt tới nhiệt độ bình thường.
Độ co thể tích có ảnh hưởng trái ngược nhau:
+ Gây ra sự thiếu thể tích của sản phẩm
+ Gây ra sự cong vênh, rạn nứt của sản phẩm
+ Làm dễ dàng lấy sản phẩm ra khỏi khuôn
Nguyên nhân
Sự giãn nở nhiệt của sản phẩm
Do phản ứng đóng rắn xảy ra trong nhựa nhiệt rắn làm co rút thể tích
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ co thể tích
Bản chất của polime
Sự hiện diện của các chất độn thường làm giảm thể tích
Điều kiện gia công như nhiệt độ, thời gian
Bản chất vật liệu làm khuôn
Sự mất ẩm và các chất dễ bay hơi trong quá trình gia công
8. Nhiệt độ gia công
Nhiệt độ gia công phụ thuộc vào:
Bản chất polime
Các tính chất gia công của polime
Hình dáng và kích thước sản phẩm
Phương pháp và loại thiết bị dùng để gia công
Một số điểm lưu ý khi chọn nhiệt độ gia công
Đối với nhựa nhiệt rắn và cao su chúng ta chọn trên vận tốc đóng rắn phù hợp với điều kiện thiết bị và đặc tính của sản phẩm.
Đối với nhựa nhiệt dẻo chúng ta dựa trên các thông số như nhiệt độ chảy nhớt, nhiệt độ thủy tinh hóa, nhiệt độ phân hủy. Nhiệt độ gia công phải lớn hơn nhiệt độ chảy nhớt nhưng bé hơn nhiệt phân hủy, tg còn là thông số quan trọng để lấy sản phẩm ra khỏi khuôn phải bé hơn tg từ 20-30oC
V. Phân loại các phương pháp gia công
1. Phân loại theo chức năng
Nhóm tạo hình nhiệt:
+ Nhiệm vụ tạo hình sản phẩm,
+ Nhóm này bao gồm gần hết các phương pháp gia công như: đúc ép, đùn, ép phun, tạo hình nhiệt, đổ khuôn,…
Nhóm biến tính: là các phương pháp làm thay đổi tính chất của vật liệu, sản phẩm như: trộn, kéo căng, xử lý bề mặt
Nhóm tạo liên kết: là các phương pháp liên kết các chi tiết để tạo thành sản phẩm như: hàn và dán
2. Phân loại theo điều kiện gia công và trạng thái vật liệu
Nhóm 1: Vật liệu được gia công ở nhiệt độ cao, áp suất cao và trạng thái chảy nhớt. Ví dụ: đùn, đúc ép, ép phun,…
Nhóm 2: Vật liệu được gia công ở nhiệt độ trung bình, áp suất trung bình và trạng thái cao su. Ví dụ như tạo hình nhiệt
Nhóm 3: Vật liệu được gia công ở nhiệt độ thường, áp suất thường và ở trạng thái rắn. Ví dụ: gia công cơ khí
Nhóm 4: Vật liệu được đốt nóng chảy và rót vào khuôn định hình
Nhóm 5: Vật liệu ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ thường được rót vào khuôn và đóng rắn nguội. Ví dụ: gia công các loại nhựa epoxy, poliester, PMMA, MMA