Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết kế khuôn ép nhựa bằng phần mềm công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI








nguyÔn duy huÊn


Nghiªn cøu thiÕt kÕ khu«n Ðp nhùa
b»ng phÇn mÒm c«ng nghiÖp




LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá

nông, lâm nghiệp
Mã số : 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: TS. Phan chÝ ChÝnh

HÀ NỘI - 2010
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp
i


Lêi cam ®oan

Tôi xin cam ñoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này
là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này
ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñã ñược chỉ rõ
nguồn gốc.
Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.


NguyÔn Duy HuÊn

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
ii


Lời cảm ơn

Tụi xin trõn trng cm n TS. Phan Chí Chính, ngi ủó trc tip
hng dn, giỳp ủ tụi trong quỏ trỡnh lm ủ ti v hon thnh Lun vn
cựng tp th cỏc thy cụ trong B mụn C khí Khoa C in - Trng i
hc Nụng nghip H Ni ủó giỳp ủ tụi trong quỏ trỡnh thc hin ủ ti.
Tụi cng xin trõn trng cm n tp th cỏc thy, cụ giỏo trong khoa C
in ủó trc tip ging dy tụi trong sut quỏ trỡnh hc tp ti trng. Cm n
Trng Cao ủng Kinh tế kỹ thuật Thái Bình v bn bố ủng nghip ủó to
mi ủiu kin thun li v giỳp ủ tụi hon thnh Lun vn ny.

Tỏc gi lun vn


Nguyễn Duy Huấn





Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
iii


Mục lục

Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục bảng vi
Danh mục hình vii
Mở đầu 1
1 Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài 2
2 Mục tiêu của đề tài 2
3 Phơng pháp nghiên cứu 3
4 Nội dung nghiên cứu 3
Chơng 1. Tổng quan về chất dẻo nhiệt dẻo và ứng dụng 4
1.1 Chất dẻo nhiệt dẻo 4
1.1.1 Định nghĩa chất dẻo 4
1.1.2 Chất dẻo nhiệt dẻo 4
1.2 Phân loại chất dẻo nhiệt dẻo 5
1.2.1 Chất dẻo kết tinh 6
1.2.2 Chất dẻo vô định hình 6
1.3 Tính chất cơ học, lý học, hóa học của chất dẻo nhiệt dẻo 6
1.3.1 Tính chất chung của chất dẻo nhiệt dẻo 6
1.3.2 Tính chất lý học, cơ học, hóa học, công nghệ và ứng dụng của
các loại chất dẻo nhiệt dẻo thông dụng 11
1.4 Tình hình sử dụng chất dẻo ở Việt Nam và Thái Bình 23
1.4.1 Tình hình sử dụng chất dẻo tại Việt Nam 23
1.4.2 Tình hình sử dụng và sn xut chất dẻo của Thái Bình 26
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
iv


Chơng 2. Thiết bị và công nghệ ép phun chất dẻo nhiệt dẻo 28

2.1 Nguyên lý thiết bị ép phun 28
2.1.1 Hệ thống dây chuyền công nghệ 28
2.1.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị 28
2.2 Kết cấu thiết bị ép phun chất dẻo nhiệt dẻo 29
2.2.1 Khối ép phun nhựa 29
2.2.2 khối đóng mở khuôn và kẹp chặt khuôn 31
2.2.3 Kết cấu khuôn ép phun nhựa 33
2.3 Công nghệ ép phun trên thiết bị ép phun chất dẻo 44
2.3.1 Quy trình ép phun trên thiết bị ép phun 44
2.3.2 áp lực ép 45
2.3.3 Điều khiển gia nhiệt, giữ nhiệt 45
Chơng 3. Thiết kế khuôn ép phun bằng công nghệ 3D 48
3.1 Phần mềm SolidWorks - MOLDworks 48
3.1.1 Gii thiu chung 48
3.1.2 Phần mêm Moldflow 3.1 49
3.2 Thiết kế khuôn mũ bảo hiểm bằng công nghệ 3D 51
3.2.1 thiết kế mô hình chi tiết nhựa vỏ cứng mũ bảo hiểm theo Tiêu
chuẩn Việt Nam TCVN5756-2001 51
3.2.2 Thiết kế 3D phần miếng ghép lòng khuôn và lõi khuôn cho sản
phẩm nhựa 54
3.3 Thiết kế khuôn ép phun hoàn chỉng bằng Moldworks 56
3.3.1 Chọn loại khuôn 56
3.3.2 Phơng án I 56
3.3.2 Phơng án II 66
Chơng 4. Mô phỏng khảo sát dòng chảy nhựa và tối u kết cấu lòng
khuôn bằng Moldflows 3.1 73
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
v

4.1 Mô phỏng thiết kế khuôn 73
4.1.1 Mục đích mô phỏng dòng chảy trong khuôn 73
4.1.2 So sánh thiết kế sử dụng phần mềm với thiết kế thông thờng 74
4.1.3 Lu đồ thuật toán thiết kế và mô phỏng bằng Moldflow 75
4.2 Mô phỏng dòng chảy nhựa bằng Moldflow 76
4.2.1 Điều kiện ban đầu 76
4.2.2 Phân tích kết quả mô phỏng 77
4.3 Khảo sát Phơng án II 82
4.3.1 Phơng án mô phỏng 82
4.3.2 Các kết quả phân tích trên Moldflow 82
Kết luận chung 91
Tài liệu tham khảo 92





Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
vi


Danh mục bảng
STT Tên bảng Trang
2.1 Lực kẹp khuôntheo yêu cầu vật liệu 33
2.3 Nhiệt độ nung khi gia công của một số vật liệu 45
2.4 Nhiệt độ nóng chảy của polyme và nhiệt độ khuôn tơng ứng 46
2.5 Chế độ công nghệ ép phun chất dẻo nhiệt dẻo 47
3.1 Thông số máy R&B size 2 59
3.2 Vật liệu và đặc tính kỹ thuật các chi tiết khuôn phơng án 1 65
3.3 Vật liệu và đặc tính kỹ thuật các chi tiết khuôn phơng án II 70

4.1 Kết quả tính toán các thông số theo thời gian điền khuôn 77
4.2 Kết quả tính toán các thông số theo thời gian 83


Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
vii


Danh mục hình
STT Tên hình Trang
1.1 Công thức viết cho Polyme (polyethylene PE ) 4
1.2 Polyme dạng đờng 5
1.3 Polyme dạng nhánh 5
1.4 Polyme mạng 3D 5
1.5 Cấu trúc rối 6
1.6 Cấu trúc định hớng 6
1.7 Các dạng giới hạn chảy của vật liệu dẻo 7
1.8 ảnh hởng của nhiệt độ đến tính chất của Polyme 7
1.9 ảnh hởng của độ kết tinh đến tính chất của Polyme 8
1.10 ảnh hởng của khối lợng phân tử đến độ bền 8
1.11 Quan hệ nhiệt độ và trạng thái của chất dẻo. 10
1.12 Cơ tính của PE phụ thuộc nhiệt độ (a) và khối lợng phân tử (b) 12
1.13 Biểu đồ kéo của PA 6.6 ở 23
0
C tại các độ ẩm khác nhau. 21
2.1 Hệ thống sản xuất sản phẩm bằng chất dẻo với công nghệ ép phun 28
2.2 Sơ đồ máy ép phun và cụm khuôn 28
2.3 Cơ cấu phun ép bằng đẩy trục vít 30
2.4 Cơ cấu phun pitton-xilanh đặt vuông góc 30
2.5 Trục vít xoắn 31

2.6 đầu béc 31
2.7 dạng kẹp khuôn cơ cấu khớp khuỷu 32
2.8 dạng kẹp khuôn pitton - xilanh thủy lực trực tiếp 32
2.9 Tấm cố định và tấm di động khuôn 2 tấm 33
2.10 Cấu tạo một bộ khuôn ép nhựa thông dụng 34
2.11 khuôn 2 tấm 35
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
viii


2.12 khuôn không rnh dẫn 35
2.13 Hệ thống cấp liệu 36
2.14 Kích thớc cuống phun trực tiếp 36
2.15 Kích thuớc kênh nhựa 37
2.16 Các loại miệng phun 37
2.17 Các chi tiết hệ thống đẩy 38
2.18 Vị trí kênh dẫn 41
2.19 Chốt dẫn hớng 42
2.20 Vòng định vị 43
2.21 Khí bị tắc trong lòng khuôn 43
2.22 Sơ đồ máy ép phun và cụm khuôn 44
2.23 Các dạng áp lực phun 45
2.24 Quan hệ nhiệt độ khuôn và số lần ép phun 47
3.1 Giao diện Solidworks 48
3.2 Mô hình 3D của chi tiết nhựa 53
3.3 Bản vẽ kích thớc chi tiết nhựa 53
3.4 Mặt phân khuôn 55
3.5 Kích thớc miếng ghép lòng khuôn (a) và lõi khuôn (b) 55
3.7 Bạc cuống phun 62
3.8 Bản vẽ lắp bộ khuôn phơng án I 64

3.9 Bạc cuống phun và hệ thống cấp liệu phơng án II 68
3.12 Bản vẽ lắp bộ khuôn phơng án II 69
4.1 Các khả năng phân tích mô phỏng của Moldflow 73
4.2 Quy trình thiết kế-chế tạo sản phẩm theo kiểu thông thờng 74
4.3 Lu đồ thiết kế theo phơng pháp mô phỏng 75
4.4 Lu đồ thiết kế mô phỏng mũ bảo hiểm 75
4.6 Mô phỏng tính thời gian điền đầy chất dẻo 2,44 s 78
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
ix


4.7 Thời gian đông đặc 27,9 s 78
4.8 Phân bố áp suất tại các vùng tại 2,40 s 78
4.9 Phân bố nhiệt độ đầu dòng chảy 78
4.10 Phân bố nhiệt độ sau 2,4 s 78
4.11 Phân bố áp suất phun theo thời gian 79
4.12 Quan hệ tỷ lệ điền đầy lòng khuôn theo thời gian 80
4.13 Vùng điền đầy cuối cùng 80
4.14 Biểu diễn phân bố nhiệt độ trên các vùng cuối điền đầy 81
4.15 Lực kẹp khuôn và thời gian 81
4.16 Mô 3D và chia lới 82
4.17 Hình xác định thời điểm điền đầy nhựa 83
4.18 Thời gian đông đặc nhựa và polyme hóa 84
4.19 Phân bố áp suất trên sản phẩm mũ 84
4.20 Phân bố nhiệt độ nhựa đầy dòng chảy trong khuôn 85
4.21 Phân bố nhiệt độ nhựa khi polyme hóa 85
4.22 Biểu đồ quan hệ áp suất theo thời gian 86
4.23 Biểu đồ quan hệ tỷ lệ thể tích điền đầy theo thời gian 86
4.24 Vị trí đặt túi khí 87
4.25 Phân bố nhiệt độ tại thời điểm điền đầy xong 87

4.26 Quan hệ lực khóa khuôn và thời gian 88





Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
1


Mở đầu

Vật liệu nhựa với các tính chất nh: độ dẻo dai, nhẹ, chịu hóa học tốt,
cách điện tốt, nếu có các chất phụ gia làm tăng một số tính năng cơ - hóa - nhiệt
- điện càng làm cho Vật liệu nhựa trở lên thông dụng đáp ứng đợc nhiều tính
năng sử dụng và vật liệu nhựa ngày càng đợc sử dụng rộng ri để thay thế các
vật liệu nh: sắt, nhôm, gang, đồng đang ngày càng cạn kiệt trong tự nhiên. vì
vậy vật liệu nhựa ngày nay ủó tr thnh mt vt liu quan trng trong cụng
nghip v dõn dng. Ngành công nghiệp nhựa đ phát triển rất nhanh trong thời
gian qua kéo theo đó là các lĩnh vực tạo hình sản xuất và chế tạo các sản phẩm
từ nhựa bằng nhiều công nghệ khác nhau đặc biệt trong đó phải kể đến công
nghệ ép phun và ngành công nghiệp thiết kế, chế tạo khuôn ép phun sản phẩm
nhựa ra đời và tạo ra vô số các sản phẩm với đủ kiểu dáng chủng loại phục vụ
đời sống của con ngời. ở nớc ta việc sản xuất các sản phẩm từ nhựa phục vụ
đời sống cũng nh trong kỹ thuật đang đợc phát triển rất mạnh mẽ, số lợng
các cơ sở sản xuất ứng dụng phơng pháp gia công mới ngày càng nhiều, gia
công đợc các chi tiết có biên dạng ngày càng đa dạng.
Tại Thái Bình đ nhập về nhiều máy ép phun nhựa hiện đại, nhng các
khuôn đều không thể thiết kế đợc. Các doanh nghiệp đều phải đặt mua của
Tp Hồ Chí Minh hoặc của Trung Quốc. Nhu cầu về số lợng và chủng loại rất

lớn. Thái Bình có thể gia công trên máy CNC với các mẫu có sẵn, nhng do
cha nắm đợc công nghệ thiết kế. Trong đó, vấn đề quan trọng nhất là cha
nắm đợc tính chất dòng chảy của nhựa trong lòng khuôn, nên khi chế tạo
xong phải ép thử rất nhiều lần, rất tốn kém về tiền khuôn chế thử. Từ đó làm
tăng giá thành sản phẩm.
Trớc tình hình đó, để góp phần tăng trởng kinh tế của Thái Bình,
giảm giá thành sản phẩm và tăng chủng loại tạo thế cạnh tranh cao cho các
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
2


doanh nghiệp, cần thiết phải nắm đợc công nghệ thiết kế chế tạo khuôn ép
phun nhựa, một công nghệ hiện đại và có nhiều bí quyết kỹ thuật.
Đề tài: Nghiên cứu thiết kế khuôn ép nhựa bằng phần mềm công
nghiệp mong muốn làm rõ các vấn đề cơ sở khoa học về công nghệ ép phun,
về sử dụng công nghệ mô hình hoá để thiết kế khuôn và công nghệ mô phỏng
để kiểm tra chất lợng khuôn.
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài
- Cơ sở khoa học: Đề tài nghiên cứu các thuộc tính của nhựa, các yêu
cầu công nghệ khi ép phun các chủng loại nhựa, làm cơ sở định ra chế độ
công nghệ ép phun. Đồng thời cần khảo sát dòng chảy của nhựa trong khuôn
qua các rnh dẫn, đậu đến điền đầy lòng khuôn, từ đó tìm cách điều chỉnh
dòng chảy, để điền đầy lòng khuôn tốt nhất.
- Tính thực tiễn: Đề tài sử dụng công nghệ thiết kế khuôn 3D để dựng
hình sản phẩm, tạo lòng khuôn ép và công nghệ mô phỏng số phân tích dòng
chảy và nhiệt từ đó phân tích các tham số. Đây là một công nghệ thiết kế hiện
đại, tiết kiệm giai đoạn chế thử và mang lại tính cạnh tranh cao cho sản phẩm.
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu đề tài nghiên cứu công nghệ thiết kế hiện đại sử dụng phần
mềm công nghiệp để thiết kế khuôn và mô phỏng quá trình ép, tối u hoá thiết

kế khuôn.
Các kết quả phải đạt đợc:
a. Nắm chắc các đặc tính của nhựa sử dụng trong sản xuất hàng dân
sinh.
b. Nắm chắc kết cấu khuôn, máy ép phun và cách vận hành máy.
c. Sử dụng phần mềm công nghiệp Solidworks - Moldworks để mô hình
hoá 3D và phần mềm Moldflows mô phỏng dòng chảy của nhựa.
d. Nắm đợc công nghệ thiết kế khuôn và tối u hoá các thông số lòng
khuôn;
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
3


3. Phơng pháp nghiên cứu
- Về lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan tài liệu về ép phun và dòng chảy
nhựa;
- Về thực nghiệm: Thực hiện thiết kế mô hình khuôn 3D; mô phỏng
dòng chảy nhựa, xác định bài toán nhiệt của nhựa và khuôn, tính toán thời
gian điền đầy khuôn và khảo sát quá trình ép phun.
4. Nội dung nghiên cứu
Mở đầu: Tình hình ép nhựa tại Thái Bình.
Chơng 1: Tổng quan về vật liệu nhựa và ứng dụng.
Chơng 2: Thiết bị và công nghệ ép phun ép vật liệu nhựa
Chơng 3: Thiết kế khuôn ép phun bằng công nghệ 3D.
Chơng 4: Mô phỏng khảo sát dòng chảy nhựa và tối u kết cấu lòng
khuôn bằng Moldflows.
Kết luận và kiến nghị.

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
4


Chơng 1
Tổng quan về chất dẻo nhiệt dẻo và ứng dụng

1.1 Chất dẻo nhiệt dẻo
1.1.1 Định nghĩa chất dẻo
Chất dẻo là loại vật liệu nhân tạo đợc sản xuất từ các chất hữu cơ. ở
nhiệt độ nhất định chất dẻo trở lên mềm dẻo và có thể tạo hình đợc dới áp
suất cao. Đa số các loại chất dẻo đều có cấu tạo hóa học phức tạp mà cơ sở của
nó là các liên kết hữu cơ cao phân tử đợc gọi là polyme (Polyme là một hợp
chất gồm các phân tử đợc hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một loại hay
nhiều loại nguyên tử hay một nhóm nguyên tử (đơn vị cấu tạo monome) liên kết
với nhau với số lợng khá lớn để tạo lên một loạt các tính chất mà chúng thay
đổi không đáng kể khi lấy đi hoặc thêm vào một vài đơn vị cấu tạo).

Hình 1.1. Công thức viết cho Polyme (polyethylene PE )
1.1.2 Chất dẻo nhiệt dẻo
Chất dẻo có rất nhiều loại, trong chế tạo máy thờng sử dụng hai loại
chính là: chất dẻo nhiệt dẻo và chất dẻo nhiệt cứng.
- Chất dẻo nhiệt dẻo là loại vật liệu mm hoc chy nu ủc ủt núng.
Cht do ủt ủn trng thỏi mm hoc tan chy ủc phun vo hc khuụn

trong quỏ trỡnh ủỳc. Khi làm nguội nha s ủụng cng li. Chất dẻo nhiệt dẻo
ủụng cng cú th mm tr li di tỏc ủng ca nhit. Loi nha ny có cấu
trúc mạch phân tử là dạng đờng và dạng nhánh (hình 1.2, 1.3), chúng có thể
chuyển động khi nhiệt độ tăng. Các loại chất dẻo nhiệt dẻo nh: PE, PP, PS,
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
5


PVC, PA, PMMA, POM, ABS, PC, PAN, SAN.

Hình 1.2. Polyme dạng đờng

Hình 1.3. Polyme dạng nhánh
- Chất dẻo nhiệt cứng là loi nha mm ủi khi chu nhit nhng khụng tan
chy. Cht do ny ủc ủựn vo phớa trong hc khuụn khi nú mm. Vt liu
ny ủúng cng chm hn do cú phn ng hoỏ hc bi s gia tng nhit ủ.
Cht do nhit rn khi b cng li nú s khụng mm nh c cho dự
ủc nung núng. Là loại chất dẻo phân tử có cấu trúc mạng lới 3 chiều (hình
1.4). Các Chất dẻo nhiệt cứng không thể tái chế.Các loại chất dẻo nhiệt cứng
nh: Epoxy, Phenolic, Polyeste, Silicon.

Hình 1.4. Polyme mạng 3D

1.2 Phân loại chất dẻo nhiệt dẻo
Chất dẻo nhiệt dẻo có thể phân thành hai loại: chất dẻo kết tinh và chất
dẻo vô định hình
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
6

1.2.1 Chất dẻo kết tinh
trong điều kiện nhất định, có cấu trúc theo quy luật, có mầm kết tinh,
nguội chậm, có tính định hớng. Chuỗi các phân tử các chất dẻo đặc đợc liên
kết đều đặn, nhiều chuỗi phân tử này không cho phép đảm bảo chính xác kích
thớc. Các loại chất dẻo này gồm có: Polyethylene (PE), Polypropylene (PP),
Polyamide (PA).
1.2.2 Chất dẻo vô định hình
có cấu trúc gần cấu trúc chất lỏng, đặc trng là không có sự sắp xếp
theo thứ tự ở khoảng cách xa, cấu trúc không đồng nhất và không đẳng hớng.
Các chất dẻo này không hợp thành chuỗi liên kết đều đặn, chỉ có ở trạng thái
rắn. Dễ đảm bảo kích thớc chính xác hơn so với chất dẻo kết tinh. Các loại
chất dẻo vô định hình gồm có: Polyvinylchloride (PVC), Polystyrene (PS),
Polycarbonate (PC), Acrynonitrilebutadienstylene (ABS).

Hình 1.5.
Cấu trúc rối
Hình 1.6. Cấu trúc định hớng

1.3 Tính chất cơ học, lý học, hóa học của chất dẻo nhiệt dẻo
1.3.1 Tính chất chung của chất dẻo nhiệt dẻo
1. Tính chất cơ học: C tớnh l s bin dng hoc b ủt v ca cht do do
ti trọng. C tớnh ca cht do ph thuc vo nhit ủ, ti trng tỏc dng v
khong thi gian chu ti trng ủt vo. Nú cng cú th b tỏc ủng do bc x


Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
7


tia cc tớm khi s dng ngoi tri.

a. Độ bền ngắn hạn : Độ bền cũng đợc xác định bằng tỷ số giữa lực kéo và
diện tích tiết diện ban đầu. Các vật liệu dẻo cũng cho biểu đồ có giới hạn chảy
rõ rệt, vật liệu dòn cho độ dn dài nhỏ .

Hình 1.7. Các dạng giới hạn chảy của vật liệu dẻo
Ânh hởng của nhiệt độ Tính chất cơ học của polyme rất nhạy với
nhiệt độ , vì sự thay đổi nhiệt độ làm các nhánh hoặc đoạn phân tử Polyme
chuyển động. Trên nhiệt độ Tv sự chuyển động của các chuỗi phân tử dễ dàng
hơn. Sự giảm môdun có thể đạt đén hàng ngàn lần.



Hình 1.8. ảnh hởng của nhiệt độ đến tính chất của Polyme
ảnh hởng của độ kết tinh
Đối với polyme nửa kết tinh , độ kết tinh có ảnh hởng lớn đến tính chất
cơ học của vật liệu. Vật liệu vô định hình dễ quá độ sang trạng thái dẻo. Độ
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
8


kết tinh càng lớn khi T > T
V
môdun đàn hồi càng cao.

Hình 1.9. ảnh hởng của độ kết tinh đến tính chất của Polyme
ảnh hởng của khối lợng phân tử
Khối lợng phân tử đặc trng bằng chiều dài phân tử tăng, do ảnh
hởng của độ rối của các phân tử ở trạng thái vô định hình và độ nối liên kết
với tinh thể, độ bền của polyme tăng.

Hình 1.10. ảnh hởng của khối lợng phân tử đến độ bền
b. Độ bền dài hạn - hoá già: mô đun đàn hồi giảm theo thời gian, gây nứt.
- Hoá già vật lý là sự biến đổi tính chất không thuận nghịch của chất dẻo, khi
không làm thay đổi thành phần hoá học của phân tử.
- Hoá già nhiệt là sự biến đổi chậm không thuận nghịch của cấu trúc, thành
phần và sự chuyển biến thù hình của chất dẻo dới tác dụng của nhiệt. Chúng
có thể gồm cơ chế hoá già vật lý và hoá già hoá học, trong đó quá trình ôxy
hoá dới tác dụng của O
2
trong không khí có vai trò lớn.
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
9


- Hoá già khí hậu là quá trình phá huỷ vật liệu theo thời gian do tác dụng của
các yếu tố nhiệt độ và môi trờng.
c. Mỏi - dão - bò
- Mỏi : Nhiều chi tiết bị h hỏng khi chịu tác dụng tải trọng chu kỳ (biến đổi
theo thời gian ) nh bánh răng, cam, biên
- Dão - Bò
Nhiều polyme ở trạng thái đàn nhớt ở nhiệt độ thờng. Vì vậy tính chất
của chúng dễ thay đổi theo thời gian tác dụng của tải trọng.
Do là quá trình biến dạng chậm sau khi tác dụng của lực trong thời
gian dài, có nghĩa là với một ứng suất nhất định, sau một thời gian, biến dạng
tăng dần; ngợc lại khi cất tải, biến dạng đàn hồi không mất ngay và chúng
còn giữ biến dạng trong một thời gian, và có biến dạng d .
Bò là quá trình mất dần trạng thái chịu lực khi giữ một độ biến dạng
nhất định, có nghĩa là với một lợng biến dạng nhất định, ứng suất giảm dần
theo thời gian.
2. Tính chất nhiệt: Thông thờng chất dẻo tồn tại ở 3 trạng thái tuỳ theo điều

kiện nhiệt độ, khối lợng phân tử: Trạng thái dòn hay còn gọi trạng thái tủy
tinh, chất dẻo cứng và dòn; Trạng thái Cao su hay trạng thái dẻo, chất dẻo
chảy dẻo, độ nhớt cao và Trạng thái lỏng, chất dẻo chuyển thành thể lỏng
(H1.11).
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp
10



H×nh 1.11. Quan hÖ nhiÖt ®é vµ tr¹ng th¸i cña chÊt dÎo.
Tv – nhiÖt ®é hãa dßn cña chÊt dÎo;
Tf – NhiÖt ®é kÕt tinh cña chÊt dÎo.
ðặc tính về nhiệt cßn bao gồm khả năng chịu nhiệt và khả năng bắt lửa của
chất dẻo. Nhựa nhiệt dẻo có hệ số giãn nở nhiệt lớn, có tính dễ bắt lửa và tính
dẫn nhiệt hay nhiệt dung nhỏ hơn vật liệu khác như kim loại.
3. TÝnh chÊt hãa häc: ðộ bền hóa học, khả năng chống nứt do môi trường
hoặc khả năng chịu ñược sự thay ñổi của môi trường . Khi nhựa tiếp xúc với
các hóa chất, có sự thay ñổi khối lượng và kích thước có thay ñổi.
4. §Æc tÝnh vÒ ®iÖn: Tính chất ñiện bao gồm tính cách ñiện, ñộ dẫn ñiện, ñộ
tích ñiện tĩnh. Nhờ có tính cách ñiện tốt, nên nhựa thường ñược sử dụng trong
các lĩnh vực ñiện. Tuy nhiên, nếu chất dẻo có những khuyết tật, chúng dễ bị
nhiễm ñiện.
5. Lý tÝnh: Trọng lượng riêng, hệ số khúc xạ và tính hút ẩm là tính chất vật
lý của chất dẻo. Trọng lượng riêng của chất dẻo thường là nhỏ và nó thay ñổi
phụ thuộc vào ñặc tính của Polyme cao, hoặc tác ñộng nhiệt và cơ ñối với
chất dẻo.
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
11

1.3.2 Tính chất lý học, cơ học, hóa học, công nghệ và ứng dụng của các
loại chất dẻo nhiệt dẻo thông dụng
1.3.2.1 Polyethylene (PE)
Các chất PE đợc tổng hợp từ khí C
2
H
4
bằng các phơng pháp khác nhau :
Phơng pháp mật độ thấp: dùng áp lực < 1000 Bar nhận đợc PE mật
độ thấp (PE mđt) ;
Phơng pháp áp lực thấp: có chất xúc tác (p < 50 bar ) cho PE mật độ
cao (PE mđc) ;
Phơng pháp tạo PE siêu nặng với khối lợng đạt 2 500 000đv.
(CH
2
CH
2
) PolyÊthylen PE
1. Tính chất lý học
- màu trắng sữa, chiều dày lớn chúng mờ đục, nhng màng mỏng lại trong
suốt.
- Tính chất điện: tính cách điện tốt trong các điều kiện môi trờng khác nhau,
tổn hao điện nhỏ, không hàn cao tần. Dùng làm chất cách điện vỏ bọc cách
điện
- Tính chất nhiệt: PE không cháy khi không có ngọn lửa. Chịu nhiệt khi
không có tải đến nhiệt độ 110-120
0
C.
- Độ ổn định kích thớc không phụ thuộc vào độ ẩm khi độ ẩm < 0,2%. Các
polyme có độ kết tinh cao có độ co ngót lớn, nên chú ý khi đúc. Vậy để tăng

tính chất sử dụng của polyme cần cho vào các chất phụ gia
- Một số tính chất lý học
Khối lợng riêng PE = 0,910-0,960 g/cm
2
.
Nhiệt độ nóng chảy: 110-120
0
C.
Nhiệt độ Tv: -110
0
C.
Nhiệt độ TFC (1.85 MPa): 30-40
0
C.
Độ co: 1.5-3.5 %.
Hệ số điện trở: 10
12


m.
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
12


2. Tính chất cơ học
- ở 23
o
C các vật liệu nửa kết tinh tồn tại dới trạng thái vô định hình dẻo
do nhiệt độ trên nhiệt độ T
V

, nên cấu trúc của chúng rất nhạy với tính chất. PE
mđt ở nhiệt độ thờng rất nhạy với sự do so với PE mđc. PE mđt ở nhiệt độ
thờng rất mềm cho phép tạo ra các sản phẩn dạng ống, màng túi, sợi, ống
mềm. PE mđc có môdun lớn hơn PE mđt nhng độ dn dài nhỏ hơn. Tính chất
cơ học nhạy cảm với khối lợng phân tử, khối lợng tăng cơ tính tăng.

a b
Hình 1.12. Cơ tính của PE phụ thuộc nhiệt độ (a) và khối lợng phân tử (b)
- Tính chịu va: Các polyme tinh thể có tính chịu va tốt, nếu nguội
nhanh độ tinh thể thấp tính chịu va giảm. Các Copolyme của PE có tính chịu
va tốt hơn PE đồng nhất.
- Tính chịu mài mòn: Polyme có tính bôi trơn tốt nhất là PE mđc khi
tạo hình bằng cách phun. Hệ số ma sát động với 1 tốc độ cho trớc không phụ
thuộc vào áp suất bề mặt à = 0.15 ~ 0,25; p < 10 N/mm
2
, V<2 m/s.
- Một số tính chất cơ tính
G.h. bền: 9-12 MPa
Biến dạng khi đứt: 400-600 %
Modun kéo: 150-300 MPa
Modun uốn: 60-400 MPa
Độ dai va đập: 350-1000 J/m
2

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
13


3. Tính chất hoá học
- có tính ổn định hóa học tốt. ở nhiệt độ < 60

0
C không hòa tan không
tác dụng với axít và badơ không hòa tan muối.
- Không hòa tan trong nớc, khi có xà phòng và rợu dễ sinh vết nứt
khi chịu lực.
- Nhạy cảm với tia tử ngoại và ôxy.
4. Tính chất công nghệ
- Là loại vật liệu có tính đúc tốt. Không cần sấy trớc khi ép phun.
- Khó dán, không hàn cao tần.
- Nhiệt độ ép phun và áp suất ép phun yêu cầu cao để cải thiện hình
dáng và bề mặt và độ bền chi tiết.
- Duy trì áp suất thấp sau khi điền đầy khuôn.
- Đặc tính nhiệt độ và áp suất ép phun
Loại
nhựa
Nhiệt độ xy lanh
(
0
C)
Nhiệt độ khuôn
(
0
C)
áp suất phun
(Kg/cm
2
)
LDPE 150 - 270 20 - 60 500 - 2110
MDPE 200 - 300 10 - 60 562 - 2110
HDPE 200 - 300 10 - 80 600 - 1410

5. ứng dụng
- PE tỷ trọng thấp thờng sản xuất chi tiết có hình dáng phức tạp mềm
dễ uốn: ủng thc phm, ủ ung, l ủng thuc, mng ủúng gúi, v dõy
ủin, ủ chi, ủ gia dng.
- PE tỷ trọng cao để sản xuất chi tiết lớn nh các thùng chứa. Tỳi sỏch
hng, tỳi ủng rỏc, Hp ủng x phũng bt, ng thoỏt nc, ng dn khớ.
Bánh răng, vít, cút xinê
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
14


1.3.2.2 Polypropylene (PP)
1. Tính chất lý học
- Khối lợng riêng PP = 0.90-0.91 g/cm
2
.
- Tính chất điện: tính cách điện tốt trong các điều kiện môi trờng khác
nhau, tổn hao điện nhỏ, không hàn cao tần. Dùng làm chất cách điện vỏ bọc
cách điện
- Tính chất nhiệt: PP cháy khi không có ngọn lửa. Chịu nhiệt khi không
có tải đến nhiệt độ 110-120
0
C, có tải T<100
0
C, nếu có cấu trúc lới T<130
0
C
- Kích thớc: độ ổn định kích thớc không phụ thuộc độ ẩm <0.2%.
Các chất dẻo kết tinh cao có độ co ngót lớn.
- Một số tính chất lý học

Nhiệt độ nóng chảy: 168-169
0
C
Nhiệt độ Tv: -10
0
C
Nhiệt độ TFC(1.85 MPa): 100
0
C
Độ co: 1-2.5 %
Hệ số điện trở: 10
16


m
2. tính chất cơ học
- chất dẻo PP có tính định hớng mạnh, có độ bền lớn theo chiều dài sợi.
- Tính chịu mỏi tốt
- Một số tính chất cơ học
G.h. bền: 20-40 MPa
Biến dạng khi đứt: 150-600 %
Modun kéo: 1100-1600 MPa
Modun uốn: 100-1500 MPa
3. Tính chất hóa học: có tính ổn định hóa học tốt. ở nhiệt độ < 60
0
C không
hòa tan không tác dụng với axít và badơ không hòa tan muối.
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
15

4. Tính chất công nghệ
- Có độ chảy long tốt nên có thể ép phun với các dạng hệ thống cấp
liệu khác nhau. Không cần sấy trớc khi ép phun.
- Có độ co ngót cao lên cần điều khiển nhiệt độ nguội hợp lý để tránh
co và âp suất phun cần cao.
- Đặc tính nhiệt độ và áp suất ép phun
Loại nhựa
Nhiệt độ xy lanh
(
0
C)
Nhiệt độ khuôn
(
0
C)
áp suất phun
(Kg/cm
2
)
Thờng dùng 180 - 300 20 - 90 600 - 1410
40% sợi thủy tinh

200 - 300 20 - 90 730 - 1410
5. ứng dụng
- Chi tit ni tht, vỏ bọc ụ tụ, mng bao gúi thc phm, bn mỏy git,
thùng nha, can nha, cỏc ngn t, gh, chộn tỏch mng, ủ bp nỳc.
- Vì có độ bền mỏi tốt lên thờng dùng cho chi tiết khớp nối hoặc bản
lề chịu uốn nhiều lần.
2.3.2.3 Polyvinylchloride (PVC)

PVC đợc tổng hợp từ chất khí Clorua Vynin không mầu; hoá lỏng ở
nhiệt độ -14
o
C dới áp lực 4 bar (CH
2
CHCl)
1. Tính chất lý học
- Khối lợng riêng 1.38 g/cm
3

- Thờng ở trạng thái vô định hình, độ tinh thể không quá 10-15%.
- Tính điện: Cách điện tốt, tổn hao điện lớn, dễ hàn tần số.
- Tính nhiệt: PVC phân hủy dới tác động của lửa để giải phóng khí
axit clohydric.
- PVC có tính ổn định kích thớc cao
- Một số đặc tính lý học
Nhiệt độ nóng chảy: 160-170
0
C