Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến khả năng điền đầy lòng khuôn sản phẩm nhựa dạng thành mỏng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
****************

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HỘ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP
GIA NHIỆT BẰNG KHÍ NÓNG ĐẾN KHẢ NĂNG
ĐIỀN ĐẦY LÒNG KHUÔN SẢN PHẨM NHỰA
DẠNG THÀNH MỎNG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
****************

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HỘ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP
GIA NHIỆT BẰNG KHÍ NÓNG ĐẾN KHẢ NĂNG
ĐIỀN ĐẦY LÒNG KHUÔN SẢN PHẨM NHỰA
DẠNG THÀNH MỎNG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103
Hướng dẫn khoa học:
TS. PHẠM SƠN MINH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2015


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Nguyễn Hộ

Giới tính: Nam.

Ngày, tháng, năm sinh: 20-09-1989

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Quê quán: Nghĩa Hành - Quảng Ngãi

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: KP5 - Trảng Dài - Biên Hòa - Đồng Nai
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại di động: 0979126234

Fax:

Email:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ …./…. đến ……/ ……

Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 09/2011.

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM.
Ngành học: Công nghệ kỹ thuật cơ khí.
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế và chế tạo dây chuyền xử
lý rác thải sinh hoạt năng suất 200 tấn/ngày.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 07/2011 tại trường Đại
học Công nghiệp TP.HCM.
Người hướng dẫn: 1. NCS.ThS. Bùi Trung Thành
2. ThS. Nguyễn Tuấn Hùng

Trang i


III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

1/2012 đến nay.

Trường Đại học Công nghệ Đồng Nai

Giảng viên

Trang ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 04 năm 2015.

Nguyễn Hộ

Trang iii


LỜI CẢM TẠ
Trong thời gian học tập và nghiên cứu trong chương trình đào tạo sau đại học
của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, em đã tiếp thu và đúc kết được
nhiều kiến thức bổ ích cho chuyên môn của mình. Với đề tài nghiên cứu dưới hình
thức luận văn thạc sĩ, em đã vận dụng những kiến thức đã được học của mình để
giải quyết một vấn đề thực tế. Đề tài của em là nghiên cứu và giải quyết vấn đề mới
trong lĩnh khuôn mẫu, nghiên cứu lý thuyết và làm thực nghiệm, vì lần đầu tiên tiếp

xúc nên em gặp rất nhiều khó khăn.
Với sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn TS. Phạm Sơn Minh cùng
hướng dẫn nhiệt tình của thầy ThS. Trần Minh Thế Uyên và sự hỗ trợ của gia đình,
bạn bè, đồng nghiệp. Cho đến thời điểm này luận văn của em củng đạt được những
kết quả như mong muốn.
Đến đây, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến:
-

Ban Giám Hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

-

Thầy TS. Phạm Sơn Minh - Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao - trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

-

Thầy ThS. Trần Minh Thế Uyên- Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

-

Quý thầy cô trong khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật TP.HCM.

-

Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp.

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ động viên quý

báu của tất cả mọi người. Xin trân trọng cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2015
Học viên thực hiện luận văn

Nguyễn Hộ

Trang iv


TÓM TẮT
Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến
khả năng điền đầy lòng khuôn của sản phẩm nhựa dạng thành mỏng là đề tài lần đầu
nghiên cứu ở Việt Nam. Phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng có nhiều ưu điểm
hơn so với các phương pháp gia nhiệt khác như gia nhiệt bằng nước, gia nhiệt bằng
điện, điện từ ... bởi vì nó có tốc độ gia nhiệt nhanh hơn. Quá trình giải nhiệt nhanh
chóng, kết cấu thiết bị đơn giản. Rất thuận lợi cho việc việc chế tạo vận hành, dễ tự
động hóa.
Đề tài đã được thực hiện trong thời gian từ tháng 09/2014 đến 02/2015. Nội
dung và phương pháp nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu về lý thuyết truyền nhiệt,
lý thuyết khuôn mẫu, lý thuyết vật liệu nhựa polyme. Thí nghiệm gia nhiệt và ép
nhựa được thực hiện tại phòng thí nghiệm công nghệ khuôn mẫu của trường Đại
học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM.
Nội dung luận văn đã trình bày một cách đầy đủ và cô đọng lý thuyết tương
đối về truyền nhiệt, khuôn mẫu, vật liệu nhựa polyme và kết quả của quá trình mô
phỏng trên phần mềm kết hợp với đo đạt thực tế nhiệt độ bề mặt khuôn. Kết quả của
quá trình ép nhựa đối với 2 loại nhựa polyme là Polypropylene (PP) và Acrylonitrile
Butadiene Styrene (ABS) ở những nhiệt độ khác nhau (30 0C, 60 0C, 90 0C, 120 0C,
150 0C) của bề mặt lòng khuôn được gia nhiệt bằng phương pháp khí nóng với các
bề dày của sản phẩm nhựa là 0,2 mm, 0,4 mm và 0,6 mm.
Kết quả của đề tài sẽ là cơ sở thực tiễn để xử lý những khuyết tật của sản

phẩm nhựa gây ra bởi sự tổn thất về nhiệt và áp trong quá trình chuyển động của
dòng nhựa đặc biệt là các sản phẩm của vi khuôn và cũng là cơ sở lý thuyết cho
những nghiên cứu sâu hơn cho tương lai ngành vi khuôn ở Việt Nam.

Trang v


ABSTRACT
“Effect of gas – assisted preheating method on the melt flow length of thin –
wall plastic products” is the first research topic in Vietnam. Gas – assisted
preheating method has many advantages if compared to the other heating methods
using water, electric, electromagnetic, so on... because it has faster preheating and
cooling rate, simple equipments, being convenient for using and automatising
easily.
The thesis was implemented from Sept 2014 to Feb 2015. The content and
methodology of the research relate to heat transfer, moulding and polymer materials
theories. The surface – preheating experiment and product forming were carried out
in molding technology in the laboratory of the Ho Chi Minh City University of
Technology and Education.
Concisely and completely, thesis content presented theories of heat transfer,
molding, polymer materials and the results of simulation combined with the actual
mould surface temperature measuring process. Results of injection process using 2
polymers: Polypropylene (PP) and Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), at
different temperatures of mould – cavity surface (30 0C, 60 0C, 90 0C, 120 0C, 150
0

C) are preheated by the gas – assissted preheating method with the thicknesses of

products are 0,2 mm, 0,4 mm, and 0,6 mm.
The results of this thesis will be become the reality background for

remedying the defects of plastic which are created by heat and pressure losing
during motion process of plastic flow especially the micro – feature products and
also become the theoretical basis for further studies about the micro – molding
industry at Vietnam in the future.
Key words: injection moulding, flow length, preheating method, thin – wall,
gas – assissted, mould temperature ...

Trang vi


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học ........................................................................................................... i
Lời cam đoan ............................................................................................................. iii
Lời cảm tạ ................................................................................................................... iv
Tóm tắt ........................................................................................................................ v
Mục lục .....................................................................................................................vii
Danh sách các từ viết tắt và ký hiệu ........................................................................... xi
Danh sách hình ảnh ................................................................................................. xiii
Danh sách bảng biểu ............................................................................................. xviii
Chƣơng 1:TỔNG QUAN .......................................................................................... 1
1.1.

Tổng quan chung ........................................................................................... 1

1.1.1.

Công nghệ ép phun . ...................................................................................... 1

1.1.2.

Phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng ........................... 2

1.2.

Đặt vấn đề ...................................................................................................... 4

1.3.

Tình hình nghiên cứu. .................................................................................... 5

1.4.

Mục đích nghiên cứu ................................................................................... 10

1.5.

Nhiệm vụ và giới hạn đề tài ......................................................................... 10

1.6.

Phương pháp nghiên cứu. ............................................................................ 12

Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................... 14
2.1.

Tổng quan về khuôn ép nhựa ...................................................................... 14

2.1.1.

Khái niệm chung về khuôn .......................................................................... 14

Trang vii


2.1.2.

Kết cấu chung 1 bộ khuôn ........................................................................... 14

2.1.3.

Phân loại khuôn ép phun ............................................................................. 16

2.2.

Tổng quan về vật liệu nhựa sử dụng trong công nghệ ép phun ................... 20

2.2.1.

Polymer ........................................................................................................ 21

2.2.2.

Phân loại ...................................................................................................... 21

2.2.3.

Các tính chất của Polymer ........................................................................... 22

2.2.4.

Nhựa sử dụng làm thí nghiệm ..................................................................... 26

2.2.4.1. PP (Polypropylene) ...................................................................................... 26
2.2.4.2. ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)....................................................... 28
2.3.

Lý thuyết truyền nhiệt: ................................................................................ 29

2.3.1.

Các phương thức trao đổi nhiệt ................................................................... 29

2.3.1.1. Dẫn nhiệt...................................................................................................... 30
2.3.1.2. Trao đổi nhiệt đối lưu .................................................................................. 32
2.3.1.3. Trao đổi nhiệt bức xạ ................................................................................... 33
2.3.2.

Truyền nhiệt ................................................................................................. 36

2.3.2.1. Khái niệm: .................................................................................................. 36
2.3.2.2. Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng .................................................. 36
2.3.2.3. Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống ...................................................... 37
Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG ......................... 38
3.1.

Mô hình thí nghiệm ..................................................................................... 38

3.1.1.

Mô hình Modun gia nhiệt cho khuôn .......................................................... 38

3.1.2.

Nguyên lý hoạt động của Modun gia nhiệt. ................................................ 42

3.1.3.

Giới thiệu bộ khuôn thí nghiệm: .................................................................. 43

3.1.4.

Kết cấu khuôn .............................................................................................. 44

Trang viii


3.1.5.

Thiết kế chế tạo khối insert cho khuôn ........................................................ 49

3.2.

Phân tích gia nhiệt trên phần mềm chuyên dụng ......................................... 52

3.2.1.

Giới thiệu modun phân tích gia nhiệt phần mềm ANSYS CFX ................. 52

3.2.2.

Phân tích gia nhiệt trên phần mềm .............................................................. 53

3.3.

Thí nghiệm ................................................................................................... 57

3.3.1.

Thí nghiệm gia nhiệt và đo nhiệt độ tấm insert của khuôn: ........................ 57

3.3.1.1 Các thiết bị và quy trình thực hiện .............................................................. 57
3.3.1.2 Thí nghiệm đo nhiệt cho tấm insert ............................................................. 60
3.3.2.

Thí nghiệm ép nhựa ..................................................................................... 60

3.3.2.1. Thiết bị thí nghiệm ...................................................................................... 60
3.3.2.2. Qui trình thực hiện ép nhựa ......................................................................... 60
3.3.2.3. Thí nghiệm ép .............................................................................................. 61
Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH ............................................................... 63
4.1.

Kết quả, phân tích mô phỏng và thí nghiệm đo nhiệt .................................. 63

4.1.1.

Mô phỏng ..................................................................................................... 63

4.1.2.

Thí nghiệm gia nhiệt .................................................................................... 67

4.1.3.

So sánh nhiệt của mô phỏng và thí nghiệm đo ............................................ 72

4.2.

Kết quả, phân tích thí nghiệm ép ................................................................. 76

4.2.1.

Sản phẩm nhựa PP. ...................................................................................... 76

4.2.2

Sản phẩm nhựa ABS. ................................................................................... 81

Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 86
5.1.

Kết quả đạt được: ........................................................................................... 86

5.2.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài. ........................................................................... 86

5.3.

Hướng phát triển của đề tài. ............................................................................ 87

Trang ix


TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 88
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 90

Trang x


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮC
M T SỐ KÝ HIỆU
Q : Nhiệt lượng
λ : Hệ số dẫn nhiệt
F : Diện tích bề mặt vuông góc với phương dẫn nhiệt
τ : Thời gian
tT: Nhiệt độ của vật thể
tL: Nhiệt độ của lưu chất (chất lỏng hoặc khí)
α: Hệ số cấp nhiệt (hệ số tỷ lệ)
dF: Diện tích
dτ: Thời gian
E0: Cường độ bức xạ
T: Nhiệt độ tuyệt đối của vật thể
C0: Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối.
KR: Gọi là hệ số truyền nhiệt trong tường ống.

b:

Giới hạn bền

e: Độ biến dạng tương đối
E: Modun đàn hồi
PP: Polypropylene
ABS: Acrylonitrin Butadien Styren
PTFE: Polytetraflouroethylene
PE: Polyethylene
PVC: Polyvinylclorua

Trang xi


PS: Poly Styrene
PF: Phenol-Formaldehyt
PU: Polyurethane
PC: Polycarbonate
PA: Poly Amid
PPO: Polyphenyleneoxide
PA6: Polyamide 6
PA66: Polyamide 6
LDPE: Low Density Poli Etilen
HDPE: Hight Density Poli Etilen
MDPE: Medium Density Poli Etilen
PBT: Polybutylene Terephalate
PET: Poly Ethylene Terephthalate
POM: Poly Oxymethylene – Acetal

Trang xii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
Hình 1.1: Máy ép phun

TRANG
2

Hình 1.2: Phương pháp gia nhiệt bằng khí

3

Hình 1.3: Các sản phẩm nhựa

4

Hình 1.4: Sản phẩm không điền đầy

5

Hình 1.5: So sánh thời gian một chu kỳ gia/giải nhiệt bằng khí và bằng nước giải
nhiệt khác

6

Hình 1.6: So sánh các thay đổi nhiệt độ do gia nhiệt bằng khí và nước nóng. (một
chu kỳ nóng / làm mát).

7

Hình 1.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến khả năng điền đầy lòng khuôn

8

Hình 1.8: Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy phun tới độ nhám bề mặt trong đúc ép
phun khuôn thành mỏng

9

Hình 1.9: Lưu đồ nhiệm vụ thực hiện đề tài

11

Hình 2.1: Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng.

14

Hình 2.2: Kết cấu của bộ khuôn.

15

Hình 2.3: Cấu tạo khuôn 2 tấm

17

Hình 2.4: Khuôn 3 tấm 2 lòng khuôn

18

Hình 2.5: Cấu tạo phân tử nhựa PP

26

Hình 2.6: Cấu tạo phân tử nhựa ABS

28

Hình 2.7 : Nguyên lý dẫn nhiệt

31

Trang xiii


Hình 2.8: Tỏa nhiệt đối lưu

32

Hình 2.9a: Truyền nhiệt đối lưu tự nhiên,

32

Hình 2.9b: Truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức

32

Hình 2.10: Truyền nhiệt bức xạ

34

Hình 2.11: Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng

36

Hình 2.12: Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống

37

Hình 3.1: Bộ phận gia nhiệt

40

Hình 3.2: Tấm dưới

40

Hình 3.3: Tấm trung gian

41

Hình 3.4: Tấm trên

41

Hình 3.5: Điện trở đốt nóng công suất 200 W

41

Hình 3.6: Bộ phận điều khiển

42

Hình 3.7: Kiểu khuôn FUTABA SC.

43

Hình 3.8: Tấm kẹp trên

44

Hình 3.9: Tấm kẹp dưới

45

Hình 3.10: Khuôn cái

46

Hình 3.11: Khuôn đực

47

Hình 3.12: Gối đỡ

47

Hình 3.13: Tấm giữ và ty đẩy

48

Trang xiv


Hình 3.14: Tấm đẩy

48

Hình 3.15: Bộ khuôn hoàn chỉnh

49

Hình 3.16: Quá trình giảm áp của dòng nhựa

50

Hình 3.17: Khối insert sau khi thiết kế

51

Hình 3.18: Khối insert sau khi gia công

51

Hình 3.19: Mô phỏng dòng chảy của khí

52

Hình 3.20: Tiến trình giải bái toán ANSYS – CFX

52

Hình 3.21: Giao diện cần thực hiện của CFX

53

Hình 3.22: Khởi động phần mềm

53

Hình 3.23: Trình tự thiết lập mô đun tính toán

54

Hình 3.24: Mô hình bài toán phân tích nhiệt

54

Hình 3.25: Chia lưới trong phân tích mô hình bài toán

55

Hình 3.26: Bài toán sau khi được thiết lập

56

Hình 3.27: Bài toán khi phân tích trên phần mềm

56

Hình 3.28: Kết quả đạt được sau khi phân tích trên phần mềm

57

Hình 3.29: Máy ép nhựa dùng trong thí nghiệm

58

Hình 3.30: Thiết bị đo nhiệt độ bằng dây cảm biến

58

Hình 3.31: Vị trí của khuôn trong quá trình gia nhiệt

59

Hình 3.32: Các vị trí đo nhiệt độ

60

Trang xv


Hình 4.1: Phân bố nhiệt độ tại lòng khuôn với thời gian gia nhiệt khác nhau và
nhiệt độ khối gia nhiệt 200 0C

63

Hình 4.2: Phân bố nhiệt độ tại lòng khuôn với thời gian gia nhiệt khác nhau và

nhiệt độ khối gia nhiệt 250 0C

64

Hình 4.3: Phân bố nhiệt độ tại lòng khuôn với thời gian gia nhiệt khác nhau và
nhiệt độ khối gia nhiệt 300 0C

64

Hình 4.4: Phân bố nhiệt độ tại lòng khuôn với thời gian gia nhiệt khác nhau và
nhiệt độ khối gia nhiệt 350 0C

65

Hình 4.5: Phân bố nhiệt độ tại lòng khuôn với thời gian gia nhiệt khác nhau và
nhiệt độ khối gia nhiệt 400 0C

65

Hình 4.6: Thay đổi của nhiệt độ tại 4 điểm trên bề mặt lòng khuôn trong quá trình
gia nhiệt

69

Hình 4.7: Thay đổi của nhiệt độ tại 4 điểm trên bề mặt lòng khuôn trong quá trình
gia nhiệt

69

Hình 4.8: Thay đổi của nhiệt độ tại 4 điểm trên bề mặt lòng khuôn trong quá trình

gia nhiệt

70

Hình 4.9: Thay đổi của nhiệt độ tại 4 điểm trên bề mặt lòng khuôn trong quá trình
gia nhiệt

70

Hình 4.10: Thay đổi của nhiệt độ tại 4 điểm trên bề mặt lòng khuôn trong quá trình
gia nhiệt

71

Hình 4.11: So sánh nhiệt độ giữa đo thí nghiệm được và mô phỏng tại vị trí 1

74

Hình 4.12: So sánh nhiệt độ giữa đo thí nghiệm được và mô phỏng tại vị trí 2

74

Hình 4.13: So sánh nhiệt độ giữa đo thí nghiệm được và mô phỏng tại vị trí 3

75

Trang xvi


Hình 4.14: So sánh nhiệt độ giữa đo thí nghiệm được và mô phỏng tại vị trí 4

75

Hình 4.15: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,2 mm và nhiệt độ
khuôn thay đổi từ 30 0C đến 150 0C

77

Hình 4.16: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,4 mm và nhiệt độ
khuôn thay đổi từ 30 0C đến 150 0C

78

Hình 4.17: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,6 mm và nhiệt độ
khuôn thay đổi từ 30 0C đến 150 0C

79

Hình 4.18: So sánh khả năng điền đầy lòng khuôn của sản phẩm nhựa thành mỏng
với vật liệu PP

80

Hình 4.19: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,2 mm và nhiệt độ
khuôn thay đổi từ 30 0C đến 150 0C

81

Hình 4.20: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,4 mm và nhiệt độ
khuôn thay đổi từ 30 0C đến 150 0C

83

Hình 4.21: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,6 mm và nhiệt độ
khuôn thay đổi từ 30 0C đến 150 0C

84

Hình 4.22: So sánh khả năng điền đầy lòng khuôn của sản phẩm nhựa thành mỏng
với vật liệu ABS

85

Trang xvii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1: Tỷ trọng một sống nguyên liệu nhựa thông dụng

24

Bảng 2.2: Bảng tra hệ số co rút của một số loại nhựa

24

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của máy nén khí thí nghiệm.

39

Bảng 3.2: Thông số mô phỏng trên phần mềm

55

Bảng 4.1: Kết quả mô phỏng nhiệt độ tại 4 vị trí trên bề mặt lòng khuôn

66

Bảng 4.2: Kết quả đo nhiệt độ thực tế tại 4 vị trí trên bề mặt lòng khuôn

67

Bảng 4.3: Tổng hợp số liệu giữa thí nghiệm thực tế và mô phỏng

72

Bảng 4.4: Kết quả ép nhựa PP chiều dày 0,2 mm

77

Bảng 4.5: Kết quả ép nhựa PP chiều dày 0,4 mm

78

Bảng 4.6: Kết quả ép nhựa PP chiều dày 0,6 mm

79

Bảng 4.7: Kết quả ép nhựa ABS chiều dày 0,2 mm

81

Bảng 4.8: Kết quả ép nhựa ABS chiều dày 0,4 mm

82

Bảng 4.9: Kết quả ép nhựa ABS chiều dày 0,6 mm

83

Trang xviii


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan chung
1.1.1. Công nghệ ép phun (Injection molding - British English: moulding).
Công nghệ ép phun là công nghệ phun nhựa nóng chảy, được định lượng
chính xác vào trong lòng một khuôn đóng kín với áp lực cao, tốc độ nhanh, sau một
thời gian ngắn sản phẩm được định hình và sản phẩm được lấy ra ngoài. Tiếp tục
một chu kỳ tiếp theo cho sản phẩm thứ hai. Thời gian từ lúc đóng khuôn, phun
nhựa, thời gian định hình sản phẩm, lấy sản phẩm ra khỏi khuôn, đóng khuôn lại gọi
là một chu kỳ của một lần ép sản phẩm.
Ngoài những đặc điểm trên, phương phép ép phun còn có những đặc điểm
sau: Sản phẩm gia công khá chính xác theo 3 chiều, vì được tạo hình trong khuôn
kín. Quá trình nhựa hóa và tạo hình được thực hiện trong 2 giai đoạn riêng biệt,

trong những bộ phận khác nhau của máy: nhựa hóa trong xylanh nguyên liệu và tạo
hình trong khuôn đúc. Quá trình tạo hình chỉ tiến hành sau khi làm khít hai nửa
khuôn lại với nhau. Tùy theo loại nguyên liệu đúc, chế độ nhiệt độ của khuôn đúc
khác nhau.
Đối với nhựa nhiệt dẻo, nhiệt độ của khuôn thấp hơn nhiệt độ nhựa lỏng. Đối
với nhựa nhiệt rắn, nhiệt độ khuôn cao hơn nhiệt độ của nhựa lỏng. Vùng tạo hình
của khuôn đã được lấp đầy nguyên liệu thì khuôn mới chịu tác dụng lực của pittong
đúc gián tiếp qua nhựa lỏng. Năng suất của phương pháp đúc dưới áp suất cao, tùy
theo kích thước và hình dạng của sản phẩm chu kỳ đúc có thể thay đổi từ mấy giây
đến mấy chục phút. Gia công bằng phương đúc dưới áp suất tiết kiệm được nhiều
nguyên liệu, đồng thời công đoạn hoàn tất cũng ít tốn thời gian. Quá trình đúc dưới
áp suất không ổn định về nhiệt độ và áp suất. Quá trình sản xuất ra sản phẩm có
chất lượng cao, sản lượng tối đa và rút ngắn chu kỳ sản xuất sản phẩm là 2 vấn đề
lớn của kỹ thuật công nghệ ép phun.

Trang 1


Hình 1.1: Máy ép phun
 Ưu điểm:
 Tạo ra những sản phẩm có hình dạng phức tạp tùy ý.
 Tạo ra những sản phẩm có thể tích lớn với tốc độ cao.
 Trên cùng một sản phẩm hình dạng giữa mặt trong và mặt ngoài có thể
khác nhau.
 Khả năng tự động hóa và chi tiết có tính lặp lại cao.
 Sản phẩm sau khi ép phun có màu sắc phong phú và độ nhẵn bóng bề mặt
cao nên không cần gia công lại.
 Phù hợp cho sản xuất hàng khối và đơn chiếc.
 Nhược điểm:
 Máy ép, thiết bị và các thiết bị phụ trợ đắt (chi phí cao).

 Khó kiểm soát nhiệt độ, độ nhớt, áp suất trong quá trình ép phun.
 Điều khiển quá trình khó khăn, máy móc không phải luôn hoạt động tốt.
1.1.2. Phƣơng pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng
Phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng là phương pháp
hoàn toàn mới, được chế tạo thử đầu tiên ở Việt Nam. Phương pháp này thực hiện
như sau: không khí được nén trong máy nén tạo áp lực, sau khi ra khỏi máy nén khí
được đi qua khối thép đã được nung nóng. Khí được nung nóng trong khối thép này,

Trang 2


khi khí đi ra khỏi khối gia nhiệt được phun trực tiếp lên bề mặt khuôn để gia nhiệt
bề mặt khuôn.
 Ưu điểm của phương pháp này:
-

Gia nhiệt nhanh chóng, linh hoạt, nhiều vị trí.

-

Hệ thống đơn giản, và có thể tự động hóa.

 Nhược điểm:
- Cần áp suất khí nén ổn định

Vòi
phun

- Môi trường làm việc ồn ào

- Tốn thời gian cho mỗi chu kì ép vì module cần phải di chuyển.

Đầu phun

Khối gia nhiệt

Khuôn thí nghiệm

Khuôn
Thí
nghiệm

Bộ
phận
gia
nhiệt

Hình 1.2: Phương pháp gia nhiệt bằng khí

Trang 3


1.2. Đặt vấn đề
Sản phẩm nhựa hiện nay rất đa dạng, từ đơn giản đến phức tạp, từ kích thước
lớn đến kích thước nhỏ. Với sự phát triển như hiện nay của xã hội, yêu cầu mới với
công nghệ phun ép luôn được đặt ra, một trong những yêu cầu cấp thiết nhất là: chế
tạo các sản phẩm nhựa bằng công nghệ ép phun với bề dày ở nhỏ hơn 1 mm phục
vụ cho các chip sinh học, các thiết bị quang học…

Hình 1.3: Các sản phẩm nhựa

Trong quá trình nhựa điền vào khuôn với sản phẩm thành mỏng, những lớp
nhựa tiếp xúc với thành của khuôn (bề mặt khuôn ở nhiệt độ thấp) sẽ đông lại. Quá
trình đông lại ở bề mặt tiếp xúc với khuôn sẽ làm giảm áp lực của dòng nhựa làm
cho nhựa không điền đầy được lòng khuôn.

Trang 4


Hình 1.4: Sản phẩm không điền đầy
Để khắc phục được tình trạng đó cần tăng nhiệt độ bề mặt lòng khuôn tiếp
xúc với nhựa lên một nhiệt độ tối ưu qua đó làm cho quá trình đông đặc lớp nhựa
tiếp xúc với khuôn giảm mà không làm cho quá trình giải nhiệt sau khi quá trình ép
tăng lên.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp gia nhiệt cho bề mặt cho khuôn như: gia
nhiệt bằng chất lỏng, gia nhiệt bằng điện, gia nhiệt bằng khí nóng...
Trong đó phương pháp gia nhiệt bằng chất lỏng và gia nhiệt bằng điện có
những ưu điểm nhất định và những khuyết điểm như: sau quá trình ép phun cần giải
nhiệt với thời gian tương đối dài, yêu cầu kết cấu khuôn phức tạp.
Đối với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng có rất nhiều ưu điểm như có
thể gia nhiệt linh hoạt ở nhiều vị trí, quá trình gia nhiệt xảy ra nhanh và các thiết bị
đơn giản nên có thể tự độ hóa được. Vì vậy tác giả chọn đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến khả
năng điền đầy lòng khuôn sản phẩm nhựa dạng thành mỏng”.
1.3. Tình hình nghiên cứu.
1. Development of Gas-Assisted Dynamic Mold Temperature Control
System and Its Application for Micro Molding. (Shia-Chung Chen, Jen-An Chang,
Ying-Chieh Wang, Chun-Feng Yeh.. ANTEC. Page, pp 2208-2212, 2008)

Trang 5