Thiết kế xây dựng nhà máy sản xuất nước đóng chai

Đồ ÁN MÔN HỌC

mạch điện tử. Tại Việt Nam, hiện có gần 3000 thiết bị ép phun trong đó có 2000
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
máy ở thế hệ thứ 2, thứ 3. trước đây công nghệ ép phun được sử dụng sản xuất
hàng gia dụng nay đã chuyển sang hàng nhựa công nghiệp phục vụ cho các
ngành công nghiệp khác, sản phẩm của nó được thay thế các chất liệu khác như
NGÀNH
KINH
HỘI
NHẬP
gỗ, 1.
sắt, GIỚI
nhôm,THIỆU
trong VÉ
công
nghiệp NHựA
bao bì và
hàngTẾtiêu
dùng.
Bộ
thương
dựcông
báo năm
2.1.2
Đặc mại
điểm
nghệ2006, xuất nhập khẩu sản phẩm nhựa của Việt
Nam• sẽ
đạt
500

triêu
USD
và
năm
tănglàlên
1,3 tỷpháp
USD.giaMặt
hàng
Ép phun (đúc dưới áp suất
hay2010
đúc sẽ
tiêm)
phương
công
chủnhựa
yếu
Việt
khả năng
xuấtpolymer.
khẩu với qui mô lớn do nhu cầu nhập khẩu trên thế
trongNam
công có
nghiệp
gia công
giới•rấtCác
caonhựa
(200 nhiệt
tỷ USD
2005được
tănggia

8%công
so với
nămphương
trước).pháp này.
dẻonăm
thường
bằng
qui pháp
hoạchépphát
triển
ngành
nhựa
đến năm
bộ trạng
công thái
nghiệp,
• Theo
Phương
phun
thuộc
nhóm
1 theo
cách 2010
phân của
nhóm
vật
ngành
nhựa
Việt
Nam

có
được
sự
tăng
trưởng
ổn
định
và
lâu
dài.
Trong
những
liệu.
năm• qua
trưởng
của ngành
vẫnkhá
giữchính
ở mức
- 25%/
năm vìvàđược
dự kiến
Sảntăng
phẩm
gia công
có kíchnhựa
thước
xác20theo
3 chiều
tạo

sẽ
giữtrong
vữngkhuôn
tốc độkín.
này đến năm 2010.
hình
từ gia
naycông
đến gồm
năm22010
ngành Ô5i địa hoá nguyên vật liệu nhựa lên
• Đặt
Quábiệt
trình
quá trình:
trên 50% *và Nhựa
dần dần
nguyên
liệu liệu.
nhập khẩu. Ngoài ra, chính phủ cũng
hoáthay
trongthế
xi lanh
nguyên
đã thông *quaTạo
kế hình
hoạch
dành
gần
1

tỷ
USD
để hỗ trợ việc xây doing và cải tạo
trong khuôn.
nhà •máy
xuất
liệu
thôkhi
nhưlàm
PEkhít
và 2ppnửa
để khuôn
có thểlại
đáp
50 -60%
Quásản
trình
tạonguyên
hình chỉvậttiến
hành
vớiứng
nhau.
nhu•cầu
nguyên
vật
liệu
thô
ngành
nhựa.
Tùy theo nguyên liệu đúc, chế độ nhiệt độ của khuôn đúc khác nhau

(nhựa nhiệt dẻo khác nhựa nhiệt rắn).
• Vật liệu chảy vào khuôn qua các rảnh, cửa tiết diện nhỏ.
• Khi vùng tạo hình của khuôn đã được lấp đầy nguyên liệu thì khuôn mới
2.
QUAN
VỀ CỒNG NGHỆ ÉP PHUN - THổl
chịu tácTỔNG
dụng của
lực ép.
• Năng suất cao, chu kỳ ngắn.
• Gia công bằng phương pháp ép phun tiết kiệm được nhiều nguyên liệu. ít
tốn công hoàn tất.

2.1. Công nghệ ép phun

2.1.1 Giổi thiệu
Công nghệ ép phun là công nghệ truyền thông của ngành sản xuất nhựa,
được phát triển qua 4 thế hệ máy, thế hệ thứ 4 là các loại máy ép điện, ép gaz
đang dược áp dụng phổ biến ở các quốc gia có công nghiệp nhựa tiên tiến như
Mỹ, Đức, Nhật... đang thâm nhập vào thị trường Châu Á. Loại công nghệ này
phục vụ cho các ngành công nghiệp điện tử, điện dân dụng, sản xuất xe hơi và
các ngành công nghiệp khác, đỉnh cao của công nghệ này là công nghệ nhựa vi

21


Đồ ÁN MÔN HỌC

• Quá trình ép phun không ổn định về nhiệt độ và áp suất. Đây là một đặc
điểm không thuận lợi của phương pháp và chất lượng sản phẩm chịu ảnh hưởng

rất lớn đặc điểm này.

2.1.3 Máy ép phun
Các loại máy: Máy đúc piston, máy đúc có bộ phận gia nhiệt sơ bộ và máy
đúc trục vít.

2.1.3.1 Phân loại máy
Năng suất máy biểu diễn theo: Lượng nhựa đúc được tối đa 1 lần, theo công
suất nhiệt và theo lực đóng khuôn.

2.1.3.2 Câu tạo
2.1.3.2.1
> Cụm

Máy ép phun trục vít:

nhựa hoá trong xi lanh nguyên liệu:

+ Phễu nạp liệu: đưa nguyên liệu vào
+ Xy lanh nguyên liệu:

* Cấu tạodàm bằng thép đúc bề mặt trong được tôi cứng và xi mạ nhẩn
bóng để thuận lợi cho việc thay đổi màu nguyên liệu không bám dính, giảm ma
sát tránh tổn thất. Phía ngoài có gắn các vòng điện trở để gia nhiệt. Xylanh khá
dài vì phải có chỗ chứa keo phía trước để phun ép.
* Nhiệm vụ quan trọng: tạo bề mặt truyền nhiệt.
+ Trục vít:

3

Đồ ÁN MÔN HỌC

một chiều chỉ cho phép nguyên liệu đi lên phía trên khi nạp liệu nhưng khi bơm
sẽ đóng lại không cho nhựa đi về phía sau.
* Trục vít quay để lấy nguyên liệu nhờ motor dầu ở phía sau xyĩanh
thuỷ lực.
* Trục vít chuyển động tịnh tiến nhờ xylanh thuỷ lực nằm phía sau trục
vít.
* Nhiệm vụ: vừa làm nhiệm vụ nhựa hoá vừa giữ nhiệm vụ tạo áp suât
đẩy vào vùng tạo hình của khuôn đúc, để thực hiện được nhiệm vụ này, bộ phận
truyền động của bộ phận trục vít phải tạo được chuyển động quay tròn và chuyển
động tinh tiến.
+ Bộ phận truyền động: Trục vít hoạt động nhờ hai bộ phận truyền động
khác nhau:
* Chuyển động tới lui nhờ vào xylanh thuỷ lực lắp sau xylanh nguyên
liệu.
* Chuyển động quay tròn có thể do động cơ điện truyền động qua bộ
phận giảm tốc bằng bánh răng và cũng có thể nhờ vào bộ phận truyền động thuỷ
lực. Hiện nay người ta dùng động cơ thuỷ lực, vì phạm vi điều chỉnh vận tốc
rộng, mặt khác cơ cấu vận động kiểu này đơn giản hơn.
+ Đầu phun: Là bộ phận nôi tiếp giữa xylanh nguyên liệu,nó giữ nhiệm vụ
dẫn nguyên liệu từ xylanh nguyên liệu đến khuôn, cấu tạo và hình dạng cua đầu
phun có ảnh hưởng rõ rệt đến áp suất và nhiệt của nhựa, đồng thời nó cũng ảnh
hưởng tới thời gian duy trì áp suất, nghĩa là ảnh hưởng đến chu kì đúc. cấu tạo
của đầu phun phải đảm bảo 3 yêu cầu sau:
* Không có điểm dừng trên đầu nguyên liệu.
* Tổn thất áp suất nhỏ nhất.

4

Đồ ÁN MÔN HỌC

* Có khả năng ăn khớp với lỗ phun keo trên khuôn không cho nhựa lỏng
trong xylanh nguyên liệu chảy ra ngoài trong khi phun ép đúc sản phẩm.
> Cụm đóng mở khuôn:

Bộ phận này rất đa dạng, gồm các loại thuỷ lực,cơ học, thuỷ lực kết hợp cơ
học,cơ điện... Mỗi kiểu có những ưu điểm và nhược điểm của nó và hiện nay
người ta có khuynh hướng sử dụng tổ hợp các xylanh thuỷ lực khác nhau và
không dùng thuỷ lực cơ học. Dù kiểu nào đi nữa thì bộ phận này cũng phải đáp
ứng hai yêu cầu sau:
+ Kết cấu gọn nhẹ.
+ Đảm bảo độ cứng vững, chịu được lực lớn khi đóng khuôn.
- Ưu và nhược điểm của máy ép phun trục vít:

+ Ưu điểm:

* Nguyên liệu được đốt nóng nhanh và điều, vì trong xylanh nguyên liệu,
nguyên liệu vừa được tạo thành các lớp mỏng,vừa được trộn liên tục.
* Thời gian lưu của nguyên liệu trong xylanh nguyên liệu ngắn.
* Cấu tạo của máy gọn nhẹ nhất là bộ phận nạp liệu.
* Tuy không đòi hỏi đo lường, nhưng lượng vật liệu đi vào máy khá đồng
đều giúp cho việc đảm bảo áp suất đúc ổn định, chất lượng sản phẩm đồng đều.
* Tổn thất áp suất trong vùng nguyên liệu trước trục vít ít do chúng đã
được đốt nóng đến trạng thái chảy nhớt.
+ Nhược điểm:

5

Đồ ÁN MÔN HỌC

- Bên trong xy lanh đốt nóng có đặt các lõi gia nhiệt giúp hiệu suất gia nhiệt
tăng và nhiệt độ vật liệu đồng đều.
2.1.3.2.3

Máy đúc có bộ phận nhựa hóa sơ bộ

- Mục đích: tăng hiệu suất gia nhiệt
- Có một bộ phận nhựa hóa sơ bộ lắp kề với xy lanh nguyên liệu.
- Vật liệu sau khi nhựa hóa ở phần rời này sẽ được nạp vào xy lanh nguyên
liệu và sau đó được đẩy vào khuôn.
- Thuận lợi: giảm được áp suất đúc do khi đúc pittông tác dụng lên khôi nhựa
lỏng không có sự tổn hao áp suất bởi nén các hạt vật liệu.
- Bộ phận nhựa hóa sơ bộ có thể là dạng xy lanh đốt nóng với pittông đẩy
hoặc dạng vít đùn.
- Dạng vít đùn có nhiều thuận lợi hơn:
+ Trộn vật liệu tốt hơn
+ Hiệu quả gia nhiệt tốt
+ Sản phẩm tạo được có chất lượng tốt do tính đồng nhất của vật liệu tăng.
2.1.4

Khuôn đúc

2.1.4.1

Phân loại khuôn đúc.

- Khuôn kết cấu khôi: không có lỏi tạo hình
+ Khuôn 2 mảnh: Loại 1 lỗ khuôn và nhiều lỗ khuôn
+ Khuôn 3 mảnh: Loại 1 lỗ khuôn và nhiều lỗ khuôn.
- Khuôn kết cấu rời.

+ Lắp ghép dùng chốt trượt.
+ Lắp ghép dùng mặt bích.
+ Lắp ghép dùng răng vít.
+ Các loại khác

6


Đồ ÁN MÔN HỌC

2.1.4.2

cấu tạo khuôn

Hệ thông dẫn nhựa: là phần đường dẫn cơ bản trong khuôn ép phun nốì liền
đầu phun với vùng tạo hình. Hệ thông dẫn nhựa bao gồm:
+ Cổ phun.
+ Rãnh nhựa.
+ Cửa khuôn
2.1.4.2.1

CỔ phun

- Cổ phun: Kích thước phụ thuộc:
+ Khôi lượng và bề dày của sản phẩm.

+ Loại vật liệu được sử dụng.
- Góc thoát:
+ Tôi thiểu là 15° để dễ lấy sản phẩm.
+ Được đánh bóng theo hướng bơm nhựa để tránh các đường khuyết
(undercut) cản trở việc lấy sản phẩm.
2.1.4.2.2

Rãnh nhựa

- Rãnh dẫn nhựa: chiều dài càng ngắn càng tốt để giảm tổn thất áp khi bơm
nhựa vào khuôn.
- Kích thước:
+ Nhỏ vừa phải để giảm lượng phế liệu và ngăn cản việc nén quá mức,
nhưng cũng đủ lớn để điền đầy hiệu quả vùng tạo hình.
+ Đường kính nhỏ nhất của rãnh nhựa nên bằng 1.5 X bề dày thành sản
phẩm.
- Hình dạng rãnh nhựa:

7


Đồ ÁN MÔN HỌC

+ Tròn: rãnh nhựa tròn được ưa chuộng hơn vì nó cho phép lượng tôi đa
nhựa chảy mà không giảm nhiệt độ nhiều. Chi phí cao nhất vì rãnh nhựa nằm ở
hai bên đường tách khuôn.
+ Hình thang (góc tròn): Dòng nhựa chảy có thể chấp nhận nhưng sử
dụng nhiều vật liệu hơn.
+ Hình thang (góc nhọn): Cũng phí nhiều vật liệu.
+ Vuông/chữ nhật: Tôn vật liệu + khó lây.

+ Bán nguyệt: không thích hợp.
- Bô" trí: cân đôi
+ Đôi với khuôn nhiều lỗ khuôn rãnh nhựa được thiết kế sao cho các lỗ
khuôn được điền đầy cùng tốc độ, tránh các vân đề như nén quá mức, cong vênh,
ứng suất dư....
+ Sự cân đôi cần đạt được để đảm bảo chiều dài chảy của vật liệu đến
các lỗ khuôn như nhau.
2.1.4.2.3

Cửa khuôn

- Cửa khuôn: Hệ thông cửa khuôn là một vân đề có nhiều tranh luận. Khó có
thể có một thiết kê chính xác.
+ Kích thước:
* Cửa khuôn lớn cho dòng chảy tốt nhưng có vần đề là khi hoàn tất
để lại vết lớn trên sản phẩm.
* Thường thì cửa khuôn có kích thước tôi thiểu và khi cần thì mở
rộng ra.
* Kích thước cửa khuôn thường nên bằng 60% bề dày thành sản
phẩm.
+ Vị trí:

8


Đồ ÁN MÔN HỌC

* Vị trí cửa khuôn ảnh hưởng rất nhiều đến dòng nhựa chảy vào
khuôn và cuối cùng là sản phẩm có thể có những khuyết tật bề mặt, cong vênh
hoặc không được điền đầy.

+ Loại cửa khuôn:
* Tuỳ theo thiết kế sản phẩm loại cửa khuôn được chọn lựa có thể
không thích hợp với thiết kế và chế tạo khuôn.
2.1.4.2.4

Hệ thống làm nguội

Hệ thông làm nguội: phải được bô trí thế nào để tạo một profil nhiệt độ
đồng đều trên bề mặt khuôn. Chổ thành dày cần tải nhiệt nhiều phải được bô trí
nhiều rãnh nước làm nguội. Chổ thành mỏng thoát nhiệt ít sẽ được bô trí ít rãnh
nước làm nguội. Cách bô" trí:
* Nôi tiếp.
* Song song.

2.2 Công nghệ thổi khuôn
2.2.1 Đặc điểm công nghệ
- Vật liệu ở trạng thái chảy nhớt hay mềm cao.
- Bề dày sản phẩm không đồng đều.
- Dùng sản xuất các sản phẩm rổng, bao bì: chai lọ, ngăn chứa ... Ưu điểm
của phương pháp là tránh được môi nôi giữa hai phần của sản phẩm.
2.2.2

Phân loại:

Công nghệ thổi khuôn gồm có 3 phương pháp: Đùn-thổi, ép phun-thổi và
kéo-thổi
2.2.2.1

Phương pháp đùn thổi

9


Đồ ÁN MÔN HỌC

Phương pháp đùn thổi là một trong những phương pháp gia công vật thể
rỗng. Phương pháp này thường dùng cho các loại nhựa nhiệt dẻo thông dụng: PE
(LDPE, HDPE...), PET, PVC, PS, pp...
Các yếu tô cần quan tâm trong phương pháp này là:
+ Độ nhớt của polime nóng chảy ở vận tốc trượt cao và thâp.
+ Cường lực của polime nóng chảy (điều này rất quan trọng đôi với độ
đồng đều bề dày sản phẩm tạo thành).
+ Độ hồi phục biến dạng (khôi lượng phân tử và độ phân tán khôi
lượng phân tử)
+ Tôc độ kết tinh (tôc độ thấp thì phù hợp hơn tốc độ cao).
+ Tính chất nhiệt (độ khuếch tán nhiệt, độ dẫn nhiệt, nhiệt dung
riêng...).
Trong phương pháp đùn thổi bao gồm 2 quá trình tạo phôi: quá trình tạo
phôi liên tục và quá trình tạo phôi gián đoạn.
• Quá trình tạo phôi liên tục.
Phương pháp này thích hợp với PVC và các loại nhựa nhạy nhiệt. Phương
pháp này thường sử dụng để gia công các chai lọ có thể tích lên đến 4 lít.
Có nhiều cách bô" trí khuôn thổi, trong đó 3 cách thường sử dụng là theo
phương pháp khuôn di chuyển ngang, đứng và khuôn quay.
+ Phương pháp khuôn di chuyển ngang:
Các khuôn được bô trí một bên hay hai bên máy đùn. Khi phôi đùn đủ chiều
dài cần thiết, hệ thông đưa khuôn sẽ nhanh chóng đưa khuôn vào đúng vị trí dưới
đầu tạo hình, kẹp phôi, cắt phôi và nhanh chóng trở về vị trí thổi, tại đó đầu thổi

10

Đồ ÁN MÔN HỌC

sẽ lắp vào đầu hở của phôi và thổi khí nén vào phôi, gây biến dạng và tạo hình
sản phẩm trong khuôn. Một thuận lợi của phương pháp này là lắp đặt khuôn và
vận hành dễ dàng. Quá trình di chuyển khuôn tương đôi nhanh. Giới hạn của
phương pháp này là đôi với các sản phẩm đòi hỏi khuôn lớn, thì không thể di
chuyển khuôn nhanh được do khuôn nặng. Do đó phương pháp này chỉ dùng sản
xuất các bình chứa nhỏ hơn 8 lít.
+ Phương pháp khuôn di chuyển đứng:
Khuôn được đặt ngay bên dưới đầu tạo hình. Phôi được đùn liên tục. Khi đạt
chiều dài cần thiết, khuôn được nâng lên, kẹp phôi, cắt phôi và hạ xuống về vị
trí thổi. Khí nén được đưa vào phôi, gây biến dạng, tạo hình sản phẩm trong
khuôn. Sau khi làm nguội sản phẩm, mở khuôn, lấy sản phẩm và tiếp tục quá
trình.
+ Phương pháp khuôn quay:
Khuôn cũng được đặt ngay dưới đầu tạo hình. Phôi được đùn liên tục. Khi
phôi đủ chiều dài cần thiết khuôn được hệ thông quay đưa vào kẹp phôi, cắt phôi
và quay xuống qua công đoạn thổi. Phôi được thổi tạo hình trong khuôn, khuôn
mở sản phẩm được lây ra và quá trình tiếp tục. Quá trình quay khuôn phôi hợp
đồng bộ với tốc độ đùn phôi, cùng các hệ thông cắt phôi, lấy sản phẩm tự động
đưa năng suất máy lên cao.
• Quá trình tạo phôi gián đoạn.
Trong quá trình này phôi được đùn nhanh sau khi sản phẩm được lấy khỏi
khuôn, và khuôn không cần bộ phận chuyển đến bộ phận thổi. Qui trình này
thường được áp dụng cho các bình chứa từ 100 mL đến 10 L. Có nhiều cách bô" trí

11

Đồ ÁN MÔN HỌC

máy trong đó 2 cách thông dụng là dùng vít có chuyển động tịnh tiến và đầu dự
trữ.
> Phương pháp dùng vít có chuyển động tịnh tiến.
Vít hoạt động như trong máy ép phun. Bằng chuyển động tịnh tiến polime
nóng chảy sẽ được đẩy gián đoạn qua đầu tạo hình tạo phôi. Khi vít quay, vít sẽ
lùi và dự trữ phần nhựa lỏng trước đầu vít. Sau khi lấy sản phẩm khỏi khuôn, vít
sẽ tiến đến đẩy nhựa qua đầu tạo hình tạo phôi đùn mới. Trong phương pháp này
phải tạo sự đồng bộ giữa lượng nhựa dự trữ, tốc độ lấy nhựa của vít và kích thước
sản phẩm cùng tốc độ làm nguội của nhựa trong khuôn.
> Phương pháp dùng đầu dự trữ.
Nhựa từ máy đùn được đưa vào đầu dự trữ nguyên liệu. Đầu dự trữ tác dụng
như là một bộ phận của đầu máy đùn. Nhựa vào trước sẽ ra trước. Chày đùn sẽ
đẩy nhanh nhựa nóng chảy qua đầu tạo hình với áp suất thấp và đồng đều, giảm
ứng suất tổng cộng. Phương pháp này rất lí tưởng để tạo các bình chứa nặng lớn
hơn 10 lít.
Ưu điểm và khuyết điểm của phương pháp đùn thổi:
♦ ưu điểm
-

Sử dụng được cho hầu hết các loại nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt

-

Chi phí đầu tạo hình thấp so với phương pháp ép phun.

-

Nhựa hóa hiệu quả.

rắn.

- Trên nguyên tắc phôi đùn có thể có chiều dài không hạn chế.
♦ Khuyết điểm
-

Chi phí hoàn tất cao.

12


Đồ ÁN MÔN HỌC

- Chi phí máy đùn cao.
- Phê liệu cho khâu hoàn tất nhiều.
- Đầu tạo hình có lập trình thay đổi thiết diện chảy phức tạp, do đó
giới hạn đôi với phôi đùn có tiết diện thay đổi.
Sau đây là một sô hình ảnh của sản phẩm được gia công bằng phương pháp
đùn - thổi.

Hình: Các bình và chai
làm
bằng vật liệu PET
2.2.2.2

Hình: Một sô" bình nhựa màu

Phương pháp ép phun - thổi

Trong phương pháp này nhựa lỏng được ép phun vào khuôn tạo phôi có lỏi.
Phôi có dạng một ông nghiệm, thường được gọi là preform. Preform còn nóng và
lỏi được chuyển qua khuôn thổi. Khí nén được thổi qua lỏi làm biến dạng
preíorm và tạo hình trong khuôn thổi.
Hai ưu điểm của phương pháp này là:
+ Vùng cổ chai được định hình rất tốt
+ Đáy chai không có đường hàn.

13


Đồ ÁN MÔN HỌC

Bởi vì chi phí thiết bị cao, phương pháp này không kinh tế khi sản xuất các
chai có thể tích > 500 mL. Tuy nhiên với các chai có thể tích < 250 mL phương
pháp này có hiệu quả kinh tế hơn.
Phương pháp ép phun-thổi không thích hợp cho các chai lọ có dạng thật
phẳng hoặc có tay cầm.
Phương pháp ép phun-thổi thường được sử dụng để thổi các chai lọ dùng
ttrong ngành dược và mỹ phẩm. Loai chai này có thể tích nhỏ và đòi hỏi độ chính
xác ích thước cổ chai.

Vật liệu thường được gia công bằng phương pháp này là PE, pp và PS.

2.2.2.3

Phương pháp kéo thổi

Phương pháp kéo thổi là phương pháp thổi định hướng 2 chiều. Trong

phương pháp này sản phẩm được định hướng theo chiều ngang lẫn chiều dọc.
Nhờ vào sự định hướng 2 chiều độ bền kéo, độ bền va đập gia tăng, độ rảo giảm
và tính chông thấm khí, hơi nước của sản phẩm tăng.

14


Đồ ÁN MÔN HỌC

Loại nhựa thường được gia công bằng phương pháp này là PET và pp.
Ngoài ra còn có PVC, copolime của acrilonitril, polietilen naptalat (PEN) và một
sô" poliester nhiệt dẻo khác.
Có 2 phương pháp kéo thổi: kéo thổi 1 giai đoạn và 2 giai đoạn.
+ Trong phương pháp 1 giai đoạn: các công đoạn tạo phôi được tạo hình
bằng phương pháp ép phun, ổn định nhiệt và thổi được thực hiện trên cùng thiết
bị.
+ Trong phương pháp 2 giai đoạn: các công đoạn tạo phôi, ổn định nhiệt
và thổi được thực hiện trên các thiết bị riêng. Do đó phương pháp cho năng suâ"t
cao.

3. NGUYÊN LIỆU VÀ PHỤ GIA sử DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN THỔI
Một số khái niệm cơ bản
3.1.1. Polymer
Polymer là hợp chất cao phân tử trong đó phân tử của nó gồm những nhóm
nguyên tử được nôi với nhau bằng các liên kết hóa học và có sự lập lại tuần
hoàn.
3.1.2. Nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt
rắn
> Nhựa nhiệt dẻo:
Là poĩymer có khả năng lập lại nhiều lần quá trình chảy mềm dưới tác dụng

của nhiệt và trở nên cứng (định hình) khi được làm nguội.
Trong quá trình tác dụng nhiệt, nhựa nhiệt dẻo chỉ thay đổi tính chất vật lý,

15


Đồ ÁN MÔN HỌC

> Nhựa nhiệt rắn:

Là loại vật liệu polymer khi chịu tác dụng của nhiệt độ, áp suất, chất xúc
tác hay chất đóng rắn sẽ xảy ra phản ứng hóa học chuyển thành cấu tróc không
gian 3 chiều, không còn khả năng nóng chảy khi gia nhiệt nữa.
Không có khả năng tái sinh các loại phế phẩm, phế liệu hoặc các sản phẩm
đã qua sử dụng.
3.1.3. Polyme kết tinh, polymer vô định hình
> Polymer kết tinh:

Là vật liệu polimer có các chuỗi mạch sắp xếp gần khít nhau theo một trật
tự nhất định.
Thường ở trạng thái đục mờ.
> Polymer vô định hình:

Là loại vật liệu polymer có các chuỗi mạch không sắp xếp theo một trật tự
nhất định nào.
Có độ trong suốt cao.

3.2. Một số tính châ't cơ học và vật lý của nhựa
3.2.1 Tính chất vật lý:
• Tỷ trọng nhựa:

16


Đồ ÁN MÔN HỌC

Phương pháp thử nghiệm: đặt một lượng hạt nhựa nhất định vào một dụng
cụ có miệng chảy ũ=2,l mm ở nhiệt độ và áp suất nhất định trong thới gian 10
phút, lượng nhựa chảy ra khỏi miệng dụng cụ xác định chỉ sô" chảy của nhựa.
Tiêu chuẩn đo chỉ sô" nóng chảy là ASTM D 1238.
• Độ hút ẩm(độ hấp thụ nưởc)

Độ hút ẩm được xác định bằng mức hút nước của nhựa.
Phương pháp đo: lấy một mẫu nhưa. sây khô, can trọng lượng. Ngâm mẫu
nhựa vào nước trong 24 giờ, lây ra cân lại. Tỉ lệ % gia tăng trọng lượng là mức
hấp thụ nước.
Nhựa có nhóm phân cực : độ hâ"p thụ nước cao.
Nhựa không phân cực: độ hâ"p thụ nước thâ"p.
Độ hút ẩm thấp thì tốt vì nước hấp thụ làm giảm một sô" tính chất cơ lý và
ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước sản phẩm.
• Độ co rút của nhựa:

Độ co rút của nhựa là % chênh lệch giữa kích thước của sản phẩm sau khi
đã lây khỏi khuôn được định hình và ổn định kích thước so với kích thước của
khuôn.
Độ co rút của nhựa kết tinh lớn hơn nhiều so với độ co rút của nhựa vô định
hình.
• Tính cách điện:

Đa sô" các loại nhựa cách điện tô"t nên được ứng dụng làm các thiết bị điện

gia dụng, thiết bị viễn thông, vô tuyến truyền hình, các thiết bị cao tần.
Xác định tính cách điện bằng thử nghiệm điện thê" xuyên thủng qua một
tâm vật liệu nhựa có chiều dày tính bằng mm (KV/mm) ở nhiệt độ 20°c.
• Tính truyền nhiệt:

17


STT

TÊN

TỈ TRỌNG

Chỉ sô" chảy
(g/lOphút)

Đồ
Đồ
ĐồÁN
ÁN
ÁNMÔN
MÔN
MÔN
HỌC
HDPE (high density
0.95 HỌC
-HỌC
0.97 (độ kết tinh lớn

0.1 -20
có câu tạo mạch thẳng)
Đa
cáccác
loạisản
nhựa
có nhựa
độ truyền
nhiệt
thấp
nên
tốt.quan trọng.
Đôisôvới
phẩm
như đế
giày
dép,
chỉcách
tiêunhiệt
này rất
LDPE (low density
0.91 - 0.93 (độ kết tinh
0.1 -60
polyethylene)

3.3. Một số loại nhựa thường dùng

polyethylene)

thấp)

3.2.2

Tính chất cơ học

LLDPE (linear low

Có
khôi lượng
Những
tính
cơthấp,
học của
nhựa ảnh hưởng tới độ bền sản phẩm.
3.3.1
PEnăng
(riêng
Polyethlene
):0.9-50
3.3.1.4 Tính
chất:
density polyethylene) mạch
3.3.1.1
Công
có kéo
TOnc
thứcthâ"p.
cấu tạo:
♦ thẳng,
Độ bền
Thông sô"

HDPE
LDPE
• Mờ và màu trắng, tỉ trọng nhỏ hơn 1.
Tỉ trọng
0.95
0.96
0.92
0.93
(-tinh,CH2
-kếtCHl
-)n
• -Là
polymer kết
mức- độ
tinh phụ
thuộc mật độ mạch nhánh,
Là
sức
chịu
đựng
của
vật
liệu
khi
bị kéo về một phía, biểu thị bằng đơn vị
mạch
nhánh
nhiều
thì

độ
kết
tinh
thấp.
Độ hút nước trong 24 giờ <0.01%
< 0.02%
•
Độ
hoà
tan:
lực trên một đơn vị diện tích.
Độ kết tinh (%)
85-95 + Ớ nhiệt độ thường,60-70
PE không tan trong bất cứ dung môi nào, nhưng
2
2
xúcvịlâuđo:
với
khí hidrocacbon
đã clo hóa thì bị trương.
Đơn
KG/cm
hoặc N/m
.
Điểm hoá mềm (0C) để tiếp
120
90 thơm
+ Ở nhiệt độ trên 70°c, PE tan yếu trong toluene, xilen, amin axetat,
Chỉ sô"
cường độ kéo càng112

lớn tức vật liệu có độ bền kéo càng cao.
dầu thông,
paraffin...
Nhiệt độ chảy (°C)
133
+ Ở nhiệt
cao, PE cũng không tan trong nước, rượu béo, acid
dãnđộ
dài:
Chỉ sô" chảy g/lOphút axetic,
0.1acetone,
- 20 ♦ Độ
0.1 -dầu
60 lanh và một sô" dầu thảo mộc khác...
ête êtylic, glyxêrin,
• Khi đốt với ngọn lửa có
thể cháy và có mùi paraffin.
Độ cứng shore
60-65
30-35
• Cách điện tốt.
Độ dãn dài (%)
200
400kháng nước cao, không
400 - hút
600ẩm.
• - Độ
Là tỉ lệ giữa độ dài khi lực kéo tăng đến điểm đứt trên độ dài ban đầu, biểu
• PE không phân cực nên có độ chông thârn cao đôi với hơi của những
Lực kéo đứt (kg/cm2)

220 - 300
114- 150
chất
lỏng%.
phân cực.
thị bằng
• Kháng hoá chất tốt.
Vật
liệu có thời
độ dãn
lớn, lão
độ bền
có độ
hơn khí,
vật liệu
có
• Kháng
tiết dài
kém,bị
hoá kéo
dướilớn
tácthì
dụng
củadẻo
oxilớn
không
tia cực
tím, nhiệt. Trong quá trình lão hoá độ dãn dài tương đôi và độ chịu lạnh của
độ bền kéo lớn mà độ dãn dài nhỏ.
polymer giảm, xuất hiện tính dòn và nứt.

3.3.1.3
Các
thông sô" cơ bản:
• Độ
kém.
♦bám
Độdính
cứng:
3.3.1.5 ứng dụng
Biểu thị khả năng chông lại tác dụng của một vật rắn để không bị nứt, vỡ
• Giây cách điện, dây cáp và chi tiết điện
hoặc sứt mẻ bề mặt.
Thiết bị đo độ cứng:Shore A,D, thiết bị Rockwell, Brinene.
♦ Độ chịu va đập:

Biểu thị khả năng chông lại một tải trọng rơi xuông, va đập vào sản phẩm
mà không làm nứt vỡ sản phẩm.
18
20
19


Đồ ÁN MÔN HỌC

• Màng và tấm
• Sản phẩm kháng dung môi và dầu nhớt:thùng chứa dung môi, chai lọ,
bao bì...
• Sản phẩm công nghiệp :két nước ngọt, két bia (cần chất chông UV), nắp
chai nước tương, nắp chai tương ớt (không cần chất chông UV)...
3.3.2 PP(polypropylene)

3.3.2.1 Công thức cấu tạo

CH2 - CH
n

3.3.2.2 Các thông sô" cơ bản

+

Tỉ

trọng

:

0,9

-

0,92

+ Độ hâp thụ nước trong 24h:<0,01 %
+ Độ kết tinh : 70%
+ Nhiệt độ nóng chảy : 160°c - 170°c
+ Chỉ sô" chảy : 2 - 60 g/10 phút
+ Độ cứng Shore (AASTM - D2240 ) : 90-95
+

Lực

kéo

đứt:

250

-

400

+ Độ dãn dài : 300 - 800%
3.3.2.3 Tính chất

+ Không màu, bán trong suốt.
+ Độ bền kéo, độ cứng cao hơn PE.
+ Cách điện tần sô" cao tốt.
21

kG/cm 2


Đồ ÁN MÔN HỌC

+ Dòn ở nhiệt độ thấp.
+ Kém bền uv.
+ Dễ cháy.
+ Bám dính kém.
3.3.2.4 ứng dụng

Sản phẩm cần độ cứng : nắp chai nước ngọt, thân và nắp bút mực, hộp nữ

trang, hộp đựng thịt...
Sản phẩm kháng hóa chất : chai lọ thuốc y tế, màng mỏng bao bì, ông dẫn,
nắp thùng chứa dung môi...
Dùng cách điện tần sô" cao : tâm, vật kẹp cách điện...
3.3.3 PET (Polyethylene Terephtalate )
3.3.3.1 Công thức câu tạo

HOCH2CH2OOC

CO

OCH2CH2OOC

OCH2CH20H

CO
_ 11

3.3.3.2 Các thông sô" cơ bản

•
•
•
•
•

Tỉ trọng : 1,33 - 1,4
Nhiệt độ gia công: 240 - 260 °c.
Nhiệt độ hóa thủy tinh: 78 - 80 °c
Độ bền kéo đứt: 1000- 1500 kG/cm2.

Độ dãn dài: 50 - 60 %
33.3.3 Tính chất

• Trong như thủy tinh
• Độ hút ẩm thâ"p, ổn định kích thước.
• Khả năng giu84 khí cao (chai nước có gas)

22


Đồ ÁN MÔN HỌC

•

Kháng va đập tốt.

•
•

Khả năng chịu nhiệt kém (ở 70 °c chai PET đã bị biến dạng)
Chu kỳ ép sản phẩm rất ngắn.
3.3.3.4 ứng dụng

•
•
•

Chi tiết trong xe hơi, điện và điện tử
Chai nước giải khát.
Màng bao gói thực phẩm, sợi...

3.4. Các châ't phụ gia sử dụng trong châ't dẻo:
3.4.1 Chất bôi trơn:
Chất bôi trơn nội: gồm sự ma sát giưã các mạch hay các đoạn mạch cao
phân tử của chất dẻo và cải thiện tính chất chảy dứơi tác dụng nhiệt.
Chất bôi trơn ngoại: tránh sự bám dính giữa nhựa với bề mặt trong nòng
xylanh, bề mặt trục vít và khuôn.
Các loại bôi trơn: rượu béo, acid béo, xà phòng kim loại, paraffin, các
polyetylen phân tử thấp.
3.4.2 Chất hóa dẻo:
Cải thiện sự hóa dẻo, sự dễ dàng chảy đầy vào khuôn và đặc biệt tạo sự
mềm dẻo cho sản phẩm.
Chất hóa dẻo gồm 2 loại: chất hóa dẻo chính và chất hóa dẻo phụ.
Chất hóa dẻo chính: những loại ester của acid hay của rượu, những acid có
vòng (Terephtalic, benzoic) hay thẳng (Adipic, Azeĩaic, Sebanic, Photphoric) còn
những rượu có thể là monohydric (Ethynulhexanol, Isodecanol, Butanol,
Isononyl) hay polyhydric (glycol, pentaerthritor).
Chất hóa dẻo phụ: các dầu thơm và dầu béo paraffin cloro hóa và ester.
3.4.3 Chất ổn định:

23


Đồ ÁN MÔN HỌC

Bao gồm các loại ổn định nhiệt, ổn định tia tử ngoại (còn gọi là ổn định yia
cực tím uv, ánh sáng ), chất lão hóa...nhằm mục đích tránh bị phá huỷ đặc biệt
trong quá trình gia công sản phẩm.
Chất ổn định nhiệt chủ yếu dùng cho nhựa PVC cứng và mềm, chât ổn định
nhiệt nhằm tránh tạo thành nôi đôi trong quá trình gia công.

Sản phẩm chất dẻo được gia công ở nhiệt độ giưã nhiệt độ nóng chảy và
nhiệt độ phân hủy. Chất ổn định thêm vào chất dẻo để đảm bảo gia công được ở
khoảng nhiệt độ trên.
Các loại chất ổn định nhiệt: chất hưũ cơ, muôi, cadmium, calcium, kẽm...
dùng cho PVC thường chất ổn định sử dụng dưới dạng hỗn hợp. Ví dụ: hệ thông
sử dụng nhiệt Ca/Zn, Ba/Cd...
Chất ổn định ánh sáng: boat màu, hydroxybenzo, ester của acid Acrylic,
hydroxyphenyl, benztriazoles, ...bảo vệ chất dẻo dưới ánh sáng mặt trời bằng
cách làm chậm quá trình giảm câpl chất lượng khi sử dụng ngoài trời.
3.4.4 Chất phòng lão:
Chất chông lão: nhằm nỡ rộng khoảnh nhiệt độ sử dụng cho chất dẻo, thời
gian sử dụng tăng lên, hạn chế hay làm chậm quá trình phát triển phản ứng do
oxygen hay proxide tác dụng vào.
Có 2 loại chất chông lão hóa: gồm chông lão Phenonic, chông lão Amine,
hỗn hợp chứa chất lưu huỳnh hay phosphor như Thioesters.
3.4.5 Chất chống tĩnh điện:
Sự tĩch điện trên bề mặt vật liệu không dẫn điện có thể được khử bằng
cách sử dụng chất chông tĩnh điện để tạo nên một lớp bề mặt háo nước.
Các loại chât chông tĩnh điện : bao gồm các chất hoạt động bề mặt muôi vô
cơ, rượu ponyhdric...

24


Đồ ÁN MÔN HỌC

3.4.6 Chất làm chậm cháy:
Chất chậm cháy tạo nên sự kháng cháy cho chất dẻo, cơ chế của chất chậm
cháy bao gồm không cho phát triển phản ứng với oxygen trên bề mặt chất dẻo
tiếp xúc với lửa hoặc sức nóng bằng cách tạo nên một lớp bề mặt bảo vệ. Các

loại chất làm chậm cháy: thường chứa các nguyên tô" Aluminium, antimony,
boron, brom, íluor, molibden, sulfur, nitrogen và phosphor. Châ"t chậm cháy
thường dưới dạng oxide vô cơ hay phân tử hữu cơ có chúa yếu tô" halogen.
Có hai loại châ"t chậm cháy: loại phụ gia tác dụng vật lý và loại phụ gia
phản ứng hóa học.
3.4.7 Chất taọ xốp:
Chât taọ xô"p làm cho châ"t dẻo sản phẩm có những lỗ xô"p phía trong. Có 2
loại chất tạo xô"p.
Chât taọ xôp vật lý: có lỗ xô"p tạo thành do thay đổi trạng thái vật lý của
chất tạo xôp như sự giãn nở khí nén bốc hơi chất lỏng hay do hòa tan của châ"t
rắn.
Châ"t taọ xô"p hóa học: các lỗ xô"p tạo thành do sữ phóng thích khi chất tạo
xô"p bị phân hủy dưới dạng dung nhiệt.
Các loại chât taạo xôp vật lý: gồm dạng khí như khí nén nitrongen không
khí, CƠ2 dạng lỏng như những hydrocacbon béo mạch ngắn ( khoảng C5-C7 ).
Loại chất tạo xô"p hóa học như azodicabonamide ( ADC ), azisobutylric, benzene,
sulltonyl hydazide.
3.4.8 Chất tạo màu:
Châ"t tạo màu chia làm 2 loại: thuốc nhuộm (dye), châ"t màu(pigment)
Thuốc nhuộm: là loại châ"t hữu cơ, tan trong nhựa, không chịu nhiệt.

25


Đồ ÁN MÔN HỌC

Chất màu: là loại chất vô cơ, không tan trong nhựa, kháng nhiệt cao hơn
thuốc nhuộm.
Chất tạo màu được phân loại: boat màu tức màu khô dùng cho PVC cứng,
PS, ABS, ... màu dạng paste nhão dùng cho PVC mềm, màu dạng vẫy được tạo

màu từ bột màu, màu nước dùng cho PVC mềm, màu chủ(Masterpatch) là màu
tạo từ chất dẻo, là chất màu với nồng độ cao có thể dạng hạt, vẫy, tâm, miếng...
Các loại bột màu thông dụng dùng trong nhựa:
1 .Trắng : Ti02
2. vàng : có thể là màu của Crôm.
3. Xanh: màu của oxyt đồng
3.4.9 Chất độn:
Định nghĩa: Chất độn hay còn gọi là chất bổ cường, chất này có thể tăng lực
kéo đứt và cải thiện một sô" tính chất của nhựa như tăng độ cứng.
Chất độn được thêm vào trong chất dẻo để cải thiện độ bền, độ chịu đựng
và giảm giá thành.
Có 2 loại chất độn: châ"t độn vô cơ và hữu cơ như: Carbonate Lcium và
Caolin, Bột Talc được sử dụng nhiều.
3.4.10 Chất gia cường:
Chất gia cường là phụ gia dạng sợi được trộn với chất dẻo để cải thiện
những tính châ"t cơ học và chịu nhiệt cao. Chất dẻo được trộn với phụ gia, gia
cường sợi thủy tinh (FRP), sợi thủy tinh thường được sử dụng nhiêù nhâ"t kể đến
sợi carbon, amiang, sợi tổng hợp...
Nhựa nhiệt dẻo được gia cường sợi cacbon, sợi amiang, sợi cotton, sợi
polyester, sợi acrylic đặc biệt sợi thủy tinh gia cường nhựa nhiệt dẻo gọi là nhựa

26


Đồ ÁN MÔN HỌC

nhiệt dẻo gia cường, sợi thủy tinh gia cường nhựa nhiệt rắn gọi là nhựa nhiệt rắn
gia cường.

CHƯƠNG 2 : QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ ÉP PHUN

27


Đồ ÁN MÔN HỌC

2.1.2 Thuyết minh qui trình công nghệ
28