Nghiên cứu, xác định các thông số làm việc hợp lý cho quá trình ép gạch lót sàn từ vật liệu composite gỗ nhựa

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

VƯƠNG HỒNG CHÍNH

NGHIÊN CỨU, XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC
HỢP LÝ CHO QUÁ TRÌNH ÉP GẠCH LÓT SÀN TỪ VẬT
LIỆU COMPOSITE GỖ NHỰA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đồng Nai, 2014


BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

VƯƠNG HỒNG CHÍNH

NGHIÊN CỨU, XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC
HỢP LÝ CHO QUÁ TRÌNH ÉP GẠCH LÓT SÀN TỪ VẬT
LIỆU COMPOSITE GỖ NHỰA

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN

Đồng Nai, 2014


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngành gỗ Việt Nam đã đạt được trong những năm qua là có tốc độ phát
triển cao, và là một trong 10 ngành xuất khẩu chủ lực của cả nước. Chỉ trong
12 năm trở lại đây, kim ngạch xuất khẩu của ngành gỗ đã tăng trên 20 lần, từ
219 triệu USD năm 2000, đã tăng lên khoảng 4,5 tỷ USD năm 2012. Với kim
ngạch xuất khẩu đồ gỗ trong những năm qua; Việt Nam đang khẳng định vị
trí số 1 ở khu vực Đông Nam Á về sản xuất và xuất khẩu đồ gỗ. Khi chế biến
gỗ có tạo ra một lượng phế liệu gỗ lớn như mùn cưa, dăm bào, gỗ vụn… Để
tận dụng triệt để nguồn phế liệu này chúng ta có thể nghiền tạo thành dạng bột
kết hợp với chất kết dính để tạo ra một loại vật liệu mới có nhiều tính chất tốt;
vật liệu phức hợp giữa gỗ nhựa có thể đáp ứng và giải quyết được vấn đề này.
Vật liệu phức hợp gỗ nhựa (Wood –Plastic Composites, viết tắt WPC)
là một loại vật liệu mới là sự kết hợp giữa sợi gỗ và vật liệu nhựa, sự kết hợp
giữa vật liệu sợi gỗ và vật liệu nhựa mang lại tính năng ưu việt cho sản phẩm
phức hợp gỗ nhựa như:
Bền khi sử dụng, tuổi thọ của sản phẩm cao, có bề ngoài mang chất liệu
gỗ, có độ cứng cao hơn so với vật liệu nhựa, không có Formaldehyde .... Có
nhiều tính chất tốt ví dụ so với vật liệu gỗ như có kích thước ổn định hơn,
không bị xuất hiện vết rạn nứt, không bị cong vênh, dễ dàng tạo màu sắc cho
sản phẩm, có thể gia công lần thứ 2 giống như vật liệu gỗ, dễ dàng cắt gọt,
dùng keo để kết dính, có thể dùng đinh hoặc ốc vít để liên kết, cố định, quy

cách hình dạng có thể căn cứ vào yêu cầu của người dùng để điều chỉnh, tính
linh hoạt cao. Có tính nhiệt dẻo của vật liệu nhựa từ đó dễ dàng gia công, tạo
hình, thông thường có thể gia công theo mẫu đặt sẵn hoặc có thể gia công
theo yêu cầu cụ thể, có khả năng ứng dụng rộng. Tính năng hóa học tốt, chịu
được độ PH, chịu được hóa chất, chịu được nước mặn, có thể sử dụng được ở


2

nhiệt độ thấp, không bị biến đổi hình dạng khi hút ẩm. Có thể sử dụng nhiều
lần hoặc thu hồi tái sử dụng, có lợi ích trong bảo vệ môi trường.
Hiện nay nhu cầu sử dụng vật composite gỗ nhựa trong nước là rất lớn,
tuy nhiên việc đáp ứng nhu cầu này chủ yếu dựa vào nhập khẩu. Còn tình
hình sản xuất trong nước chưa phát triển, nguyên nhân của việc này xuất phát
từ lý do đó là chưa có nhiều nghiên cứu về máy móc thiết bị và công nghệ,
hoặc việc nhập công nghệ và máy móc thiết bị về Việt Nam có chi phí rất lớn.
Để sản xuất trong nước được phát triển thì việc nghiên cứu về công nghệ,
máy móc thiết bị, nguyên vật liệu phù hợp với đặc điểm phát triển ở trong
nước là rất cần thiết và quan trọng.
Để tạo ra một sản phẩm vật liệu composite gỗ nhựa hoàn chỉnh phải trải
qua hai công đoạn chính, đó là công đoạn trộn tạo hạt và công đoạn ép vật
liệu thành phẩm trong đó công đoạn trộn tạo hạt là công đoạn rất quan trọng,
có ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm do sản phẩm được sản xuất từ nhựa
WPC chưa được phổ biến ở Việt Nam nên các công trình nghiên cứu về máy
trộn hạt nhựa gỗ chưa được quan tâm.
Xuất phát từ những vấn đề trên chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là:
“Nghiên cứu, xác định các thông số làm việc hợp lý cho quá trình ép gạch
lót sàn từ vật liệu composite gỗ nhựa”.

3

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Khái quát chung về vật liệu gỗ nhựa
1.1.1. Giới thiệu chung
Nhựa Gỗ (WPC – Wood Plastic Composite) là một loại nguyên liệu tổng
hợp, được tạo thành từ bột gỗ và nhựa. Ngoài nhựa và bột gỗ, WPC còn có
thể chứa một số chất phụ gia làm đầy có gốc cellulose hoặc vô cơ. Do đó,
WPC còn có thể được gọi là vật liệu composite nhựa sợi tự nhiên hay sợi tự
nhiên được gia cường bằng nhựa.

Hình 1.1: Nguyên liệu chính hình thành nên WPC


4

Trong những năm gần đây, WPC được nghiên cứu thành công tại Mỹ và
đã phát triển rất mạnh ở nhiều nước trên thế giới như Nhật, Mỹ, Phần Lan,
Đức, Thụy điển, Nga, Trung Quốc. WPC có nhiều ứng dụng trên thị trường,
đặc biệt là sử dụng làm vật liệu thô. Nhựa gỗ được sử dụng rộng rãi nhất
trong các công trình ngoài trời như lãnh vực ván sàn ngoài trời, ngoài ra còn
có thể ứng dụng làm lan can, hàng rào ngoài trời, gỗ trang trí, tấm chắn, ghế
công viên, khung bao cửa và cửa sổ,... hoặc có thể làm đồ gỗ nội ngoại thất.
Các nhà sản xuất khẳng định nhựa gỗ thân thiện môi trường hơn, và tốn ít chi
phí bảo trì hơn các loại gỗ rắn xử lý khác. Ngoài bị nứt nẻ, bị rạn, các loại gỗ
rẵn xử lý này còn có thể bị mối mọt, mục rữa nhanh do môi trường ẩm ướt
bên ngoài. Những lợi thế của WPC so với các vật liệu khác như ván dăm, ván
sợi là có thể tạo ra các hình dạng phức tạp khác nhau và hoàn toàn có thể tái
chế sử dụng.

Hình 1.2: Ứng dụng WPC trang trí ngoài trời


5

Hình 1.3: Ứng dụng WPC lót nền

Hình 1.4: Ứng dụng WPC hàng rào lang can

Hình 1.5: Ứng dụng WPC làm ghế


6

Hình 1.6: Ứng dụng WPC trang trí nội thất
Nhựa gỗ hiện vẫn là một loại vật liệu rất mới so với lịch sử phát triển
lâu dài của gỗ tự nhiên trong ứng dụng làm vật liệu xây dựng, nhưng nó có
thể thay thế gỗ trong hầu hết trường hợp không chịu lực (non-structural).
Nhựa gỗ được hình thành từ gỗ, (như mùn cưa, sợi bột giấy, vỏ đậu
phộng, tre nứa, trấu, ..) và nhựa (có thể sử dụng nhựa HDPE, PVC, PP, ABS,
PS, ...). Bột nhựa gỗ được trồn đều, đồng nhất, sau đó được đùn hoặc ép thành
các hình dạng theo yêu cầu. Các phụ gia như chất tạo màu, chất tạo nối, chất
ổn định, chất gia cường, chất tạo nổi,... sẽ giúp cho sản phẩm cuối cùng phù
hợp cho nhiều hướng ứng dụng.

Hình 1.7: Hỗn hợp nhựa WPC


7

Một lợi thế lớn của gỗ - nhựa so với gỗ là khả năng có thể tạo hình
thành hầu hết các hình dạng không gian theo yêu cầu. Nó dễ dàng uốn, và cố
định để tạo thành các đường cong lớn. Do sự kết hợp trong quá trình sản xuất,
nhựa gỗ vừa có tính chất như gỗ: Có thể gia công bằng các công cụ mộc
truyền thống. Đồng thời, nhựa gỗ vừa có tính chất như nhựa: Khả năng chống
ẩm và chống mục nát, mặc dù độ cứng chắc không bằng gỗ thường, và có thể
hơi biến dạng trong môi trường thời tiết cực nóng.
Sản xuất các vật liệu thành phần bao gồm bột gỗ và nhựa là bước đầu
trong quá trình hình thành sản phẩm WPC. Trong bước tiếp theo, bột gỗ hoặc
sợi gỗ được kết hợp với nhiệt dẻo nóng chảy để tạo nên một hỗn hợp đồng
nhất. Hai phương pháp phổ biến để sản xuất WPC là đùn và đúc áp lực.
1.1.2. Ưu – nhược điểm của composite gỗ - nhựa
1.1.2.1. Ưu điểm
+ Dễ bảo quản - có thể được sơn hoặc nhuộm màu (nếu cần thiết).
+ Khả năng chống ẩm tốt.
+ Bền hơn (nghĩa là không thể bẻ cong hoặc tách).
+ Thân thiện với môi trường - sử dụng vật liệu tái chế và bản thân
chúng có thể tái chế được.
+ Có thể được gia công và lắp ghép giống như gỗ.
+ Không cần bảo trì thường xuyên.
1.1.2.2. Nhược điểm
+ Giá thành cao hơn các sản phẩm tương tự sản xuất từ các vật liệu
khác
+ Nặng hơn gỗ hơn 2 lần (Tỷ trọng của WPC là 0,95-1,46 và gỗ là
0,35-0,5949).
+ WPC dễ phân hủy, mức độ phụ thuộc vào tỉ lệ gỗ (ví dụ như bị nấm
móc khi không sử dụng chất bảo quản).

8

+ Bị lão hóa bởi tia cực tím khi ứng dụng ngoài trời.
1.2. Tình hình sản xuất và phát triển của ngành công nghiệp gỗ nhựa
1.2.1. Trên thế giới
Composite gỗ nhựa đã được sử dụng ở Mỹ từ lâu. Mặc dù, nó chỉ mới
phát triển mạnh trong những năm gần đây. Trong đó, tấm panel trước của xe
hơi bằng WPC là một trong những ứng dụng đầu tiên của loại vật liệu này.
Trong tình hình biến đổi khí hậu như hiện nay thì việc bảo vệ rừng là việc
làm chung của cả thế giới. Muốn bảo vệ rừng hiệu quả thì chúng ta cần phải
tìm ra một vật liệu có thể thay thế được cho gỗ tự nhiên và WPC là sự thay
thế tốt nhất.
Vào những trước năm 90, thị trường WPC ở Mỹ đã phát triển một cách
ấn tượng với tốc độ tăng trưởng gấp đôi hàng năm do những đặc tính về chi
phí bảo dưỡng thấp, chống lại sự tác động của môi trường, chi phí sản xuất
thấp hơn, …
Hiện nay, WPC vẫn chỉ chiếm một phần nhỏ trong ngành công nghiệp
gỗ nhưng nó vẫn đang phát triển với tốc độ rất nhanh. Do giá thành sản xuất
giảm và đặc tính của WPC không ngừng được nâng cao ngày càng có thể thay
thế gần như hoàn toàn gỗ tự nhiên. Hiện nay, WPC được sử dụng ở nhiều
quốc gia như: Nhật, Mỹ, Phần Lan, Đức, Trung Quốc, … Mà điển hình là thị
trường Mỹ


9

Bảng 1.1. Nhu cầu WPC ở Mỹ (USD)
Năm

1992

1996

2001

2006

2011

Nền và sàn

97

195

410

990

2485

Trang Trí

115

218

330

430

580

Hàng rào chắn

12

55

160

315

560

Hệ thống cửa

1

15

65

135

240

Ứng dụng khác

47

75

105

170

245

Tổng nhu cầu

272

558

1070

1950

4110

Hình 1.8: Biểu đồ nhu cầu sản phẩm gỗ nhựa theo các năm
1.2.2. Ở Việt Nam
Hàng năm ngành công nghiệp chế biến gỗ nước ta phải nhập khẩu từ
3.5 - 4 triệu m3 gỗ tròn. Trong khi đó lượng phế liệu trong sản xuất chế biến
gỗ phụ thuộc vào nguyên liệu, kích thước tạo sản phẩm, công suất thiết bị và


10

thường chiếm tỷ trọng từ 45-63% thể tích nguyên liệu. Như vậy có thể thấy
lượng phế liệu gỗ rất lớn và hiện nay sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu. Vấn đề
đặt ra là làm thế nào để sử dụng hiệu quả lượng phế liệu gỗ này nhằm nâng
cao tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu đồng thời bảo vệ được môi trường.
Phế liệu chất dẻo từ các loại nhựa của đồ dùng trong sinh hoạt rất đa
dạng và phong phú. Phế liệu này chủ yếu có nguồn gốc từ Polypropylen
(PP), Polyethylene (PE) và Polyvinyl cloride (PVC). Số liệu điều tra chính
xác về lượng nhựa phế thải trong toàn quốc chưa được thực hiện, tuy nhiên
theo kết quả điều tra năm 2002 của viện vật liệu xây dựng cho thấy lượng
nhựa phế thải trong rác thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội là khá cao (từ 7
đến 8%). Nếu tính lượng rác thải trung bình của Hà Nội là 18.000 tấn/ngày thì
mỗi ngày Hà Nội thải ra khoảng trên 120 tấn nhựa phế thải.
Nguồn nguyên liệu (phế liệu chất dẻo và phế liệu gỗ) để sản xuất vật
liệu WPC có tiềm năng rất lớn. Hiện nay, các nghiên cứu về vật liệu WPC ở
Việt Nam còn ít được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất. Do đó
việc nghiên cứu tạo vật liệu WPC ở nước ta có ý nghĩa khoa học và thực tiễn,
mở ra xu hướng mới trong sử dụng hiệu quả nguyên liệu gỗ và tạo vật liệu
mới thay thế gỗ tự nhiên trong xây dựng và nội thất, đặc biệt có ý nghĩa trong
việc bảo vệ môi trường.
1. 3. Các công trình nghiên cứu về gỗ - nhựa
1.3.1. Trên thế giới
Tại một số quốc gia, vật liệu phức hợp gỗ nhựa được đưa vào ứng dụng
từ những năm giữa thế kỷ 20. Thập niên 80 của thể kỷ 20 Italia tạo vật liệu
hỗn hợp sử dụng 50% bột gỗ và 50% nhựa pp được gọi là wood-stock. Vật
liệu phức hợp gỗ nhựa có các ưu thế như giá thành rẻ, cường độ tốt, độ cứng
cao, được hãng ôtô Ford sử dụng trong đồ nội thất ô tô, đến nay đã được sử


11

dụng rộng rãi. Năm 2004 khi mà châu âu và Nhật bản đóng cửa rừng thì sản
phẩm gỗ nhựa là sản phẩm thay thế số 1 cho vật liệu gỗ tự nhiên. Những năm
90 của thế kỷ 20 thì sợi thực vật kết hợp với vật liệu nhựa hình thành lên vật
liệu phức hợp gỗ nhựa là sản phẩm lựa chọn hàng đầu, đây là giai đoạn đưa
sản phẩm ứng dụng vào thực tế, nhưng sản phẩm chủ yếu được ứng dụng vào
tạo ván, đóng thùng…Những năm gần đây trên thế giới kỹ thuật sản xuất các
sản phẩm từ vật liệu gỗ nhựa phát triển lên một tầm cao mới, bổ xung phát
triển thành phần bột gỗ làm biến tính vật liệu nhựa. Tại Nhật bản sản phẩm
nổi tiếng là “Tình yêu với gỗ” là một ví dụ cụ thể; công ty Xiede của canada
phát triển và sản xuất các sản phẩm từ vật liệu phức hợp gỗ nhựa(sử dụng
phương pháp phun và phương pháp nén áp); tại Autralia, Hàn quốc đều có các
công ty sản xuất từ vật liệu này . Vật liệu phức hợp gỗ đã trở thành một ngành
công nghiệp phát đạt tại châu Âu, điển hình là sử dụng nội thất xe hơi, như tại
Mỹ có tập Ford, GM; tại Đức thì có Volkswagen; Audi, Nhật bản có Toyota,
Honda, Nisan các hãng xe đều sử dụng vật liệu phức hợp gỗ nhựa trong làm
ván cửa trước, cửa sau và làm giá đỡ, hộp đựng hành lý với những ứng dụng
khác nhau. Năm 2004, chỉ tính riêng tại Mỹ vật liệu WPC sử dụng trong xây
dựng đã chiếm tỷ lệ 15% -20% trong tổng số các loại vật liệu gỗ. Lĩnh vực sử
dụng vật liệu composite gỗ-nhựa rất rộng rãi: làm ván sàn, ván ốp tường, ván
phủ mặt, khung cửa sổ, cửa đi, đồ dùng ngoài trời, sàn tàu, khung cửa sổ, cửa
đi, các chi tiết mộc, trang trí, dụng cụ thể thao…
Vật liệu Composite đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống, khoảng
5.000 năm trước Công nguyên người cổ đại đã biết vận dụng vật liệu
composite vào cuộc sống (ví dụ: sử dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo
sự dãn nở trong quá trình nung đồ gốm). Người Ai Cập đã biết vận dụng vật
liệu Composite từ khoảng 3.000 năm trước Công nguyên, sản phẩm điển hình
là vỏ thuyền làm bằng lau, sậy tẩm pitum về sau này các thuyền đan bằng tre


12

chát mùn cưa và nhựa thông hay các vách tường đan tre chát bùn với rơm, dạ
là những sản phẩm Composite được áp dụng rộng rãi trong đời sống xã hội.
Sự phát triển của vật liệu composite đã được khẳng định và mang tính đột
biến vào những năm 1930 khi mà stayer và Thomat đã nghiên cứu, ứng dụng
thành công sợi thuỷ tinh; Fillis và Foster dùng gia cường cho Polyeste không
no và giải pháp này đã được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế
tạo máy bay, tàu chiến phục vụ cho đại chiến thế giới lần thức hai. Năm 1950
bước đột phá quan trọng trong ngành vật liệu Composite đó là sự xuất hiện
nhựa Epoxy và các sợi gia cường như Polyeste, nylon,… Từ năm 1970 đến
nay vật liệu composite nền chất dẻo đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong
các ngành công nghiệp và dân dụng,y tế, thể thao, quân sự vv...
Các kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu composite gỗ - nhựa cho
thấy có thể tạo ra các sản phẩm vật liệu composite gỗ - nhựa có chiều dày
khác nhau từ 4mm đến 40mm, khối lượng thể tích từ 0.65g/cm3 đến 1.2g/cm3
và có nhiều ưu điểm so với sản phẩm gỗ truyền thống. Vật liệu có thể tái tạo,
ít bị khuyết tật, khả năng cách nhiệt tốt hơn so với chất dẻo; tính năng giống
như gỗ nhưng có độ bền uốn rất cao tính ổn định kích thước cao hơn gỗ; tính
ổn định kích thước cao, khả năng hút ẩm thấp; Có khả năng chống nấm mốc,
sinh vật hại gỗ; có thể sản xuất với các hình dạng khác nhau; không bị nứt
toác hoặc tách khả năng gia công tốt, và thân thiện với môi trường.
Những lợi thế của vật liệu composite gỗ - nhựa so với các vật liệu khác
như ván dăm, ván sợi là có thể tạo ra các hình dạng phức tạp khác nhau và
hoàn toàn có thể tái chế sử dụng. Công nghệ và thiết bị đáp ứng được yêu cầu
của công nghệ và thiết bị hệ tiên tiến và có chất lượng cao khi sử dụng hầu hết
phế liệu gỗ và chất dẻo phế thải. Trong thành phần của vật liệu composite gỗnhựa bao gồm một số thành phần như sau: Bột gỗ được nghiền nhỏ, kết hợp


13

với nhựa nguyên sinh, chất tăng cường để nâng cao tính chất công nghệ và sử
dụng của sản phẩm.
Sản xuất vật liệu composite gỗ-nhựa có thể thực hiện bằng các phương
pháp ép đùn, ép trong khuôn kín. Công nghệ ép đùn có thể tạo ra các sản
phẩm có hình dạng (Profile) khác nhau ở dạng đặc, rỗng. Hình dạng sản phẩm
phụ thuộc vào khuôn ép trục vít ở trong máy ép đùn. Công nghệ ép đùn được
xem là loại hình công nghệ tiên tiến, hiện đại trong việc tạo ra các sản phẩm
có nhiều ưu điểm và thân thiện với môi trường có khả năng thay thế vật liệu
gỗ truyền thống.
Công nghệ tạo vật liệu composite trong khuôn ép kín bao gồm các công
đoạn: tạo bột gỗ, nhựa nguyên sinh hoặc nhựa phế thải, trộn hỗn hợp, trải trên
khuôn ép, ép trong khuôn kín, làm nguội. Ưu điểm của phương pháp này là
công nghệ đơn giản, đầu tư thấp, hiệu quả cao phù hợp với điều kiện sản xuất
nhỏ. Nhược điểm là kích thước sản phẩm bị hạn về chiều dài, chiều rộng và
chiều dày thường mỏng. Năng suất và mức độ tự động hoá không cao so với
ép đùn.
Như vậy, công nghệ sản xuất vật liệu gỗ - nhựa đã phát triển rất mạnh
trên thế giới. Sản phẩm gỗ-nhựa rất đa dạng và được ứng dụng ở nhiều lĩnh
vực: xây dựng, nội ngoại thất, công trình dân dụng, giao thông.
1.3.2. Trong nước
Từ năm 1972 đến 1973 tại Trường đại học Bách khoa Hà nội bắt đầu sử
dụng composite trên cơ sở nhựa Epgoxy (EP) gia cường bằng sợi thủy tinh
ứng dụng sửa chữa các đường ống dẫn dầu. Từ năm 1986 đến nay, vật liệu
composite trên cơ sở nhựa polyeste không no gia cường bằng sợi thủy tinh đã
phát triển trong cả nước với nhiều sản phẩm nổi bật: vòm che máy bay (19961999), bồn chứa, lớp bọc chống ăn mòn, vách nhà làm từ tre và bùn ao trộn
với rơm, thuyền tre trát sơn trộn mùn cưa…


14

Hiện nay, ở nước ta mới chỉ phát triển một số loại hình công nghệ tạo
vật liệu composite trên nền nhựa Epoxy, Polyester, Vinyleste kết hợp với sợi
thủy tinh bao gồm sợi dài, vải và mạt dùng để chế tạo các sản phẩm: ống dẫn
có đường kính lớn, tấm lợp lấy ánh sáng, bồn tắm, đá nhân tạo, bàn bếp,
khung cửa, các loại cano, thuyền cứu sinh, hộp công tơ điện, ghế ngồi sân vận
động… Khoảng 98% vật liệu polyme composite bán ra thị trường và được
chấp nhận có chứa các loại sợi gia cường như thủy tinh, cacbon và aramit.
Trong công nghiệp chế biến gỗ ở nước ta đã thành công trong việc sản
xuất các loại ván dăm, ván ép định hình từ bột gỗ kết hợp với nhựa nhiệt rắn
PF, UF và ứng dụng vào thực tế sản xuất. Các loại chất dẻo phế thải PP, PE,
PVC và chất thải khác chiếm khối lượng lớn trong thực tế từ các đồ dùng
bằng nhựa trong cuộc sống đã được tái sử dụng bằng cách băm nghiền nhựa
và tạo ra các hạt nhựa tái sinh để sử dụng trong công nghệ sản xuất các sản
phẩm nhựa mới. Rất nhiều cơ sở làng nghề đã thu gom nhựa phế thải và thực
hiện việc tái chế theo hướng này. Một số công trình nghiên cứu của Trung
tâm Nghiên cứu vật liệu polyme đã đề cập đến việc sử dụng sợi thực vật (bột
tre) kết hợp với ba loại nhựa nhiệt rắn có nguồn gốc polyeste không no,
epoxy, vinyleste để tạo ra vật liệu composite. Vật liệu composite trên nền
nhựa nhiệt dẻo có nguồn gốc polypropylen gia cường bằng hệ sợi lai tạo tre,
luồng - thuỷ tinh đã được nghiên cứu thử nghiệm thành công.
Nhận xét: Có nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu composite gỗ
nhựa ở trên thế giới và ở trong nước, song các công trình trên chủ yếu tập
trung vào nghiên cứu tối ưu tỷ lệ trộn giữa gỗ và nhựa, rất ít công trình nghiên
cứu tối ưu thông số của quá trình ép. Do vậy đề tài " Nghiên cứu xác định một
số thông số tối ưu cho quá trình ép gạch lót sàn bằng vật liệu composite gỗ
nhựa" là rất cần thiết.


15

Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định một số thông số tối ưu cho quá trình ép gạch lót sàn từ vật
liệu composite gỗ nhựa.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
2.2.1. Vật liệu nghiên cứu
- Vật liệu composite gỗ nhựa
- Khuôn ép gạch lót sàn kích thước 20cm x 20cm.
- Máy ép phun W-120B của công ty Shine Well Machinery co., LTD.
2.2.2. Thiết bị nghiên cứu

Hình 2.1: Máy ép phun W-120B của công ty Shine Well Machinery co., LTD.


16

Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của máy ép phun W-120B
Thông tin tổng quan
1

Khối lượng

4.5 (tấn)

2

Kích thước (Dài-Rộng-Cao) 4.8 x 1.3 x 1.65 (m)

3

Tốc độ dòng nước

20 (l/min)

4

Dầu thuỷ lực

American ESSO – 68 (350L)

5

Dầu bôi trơn

ESSO 3 – Mobil No. 3 (2L)

6

Hành trình mở khuôn

380 (mm)

7

Kích thước phiến

595 x 595 (mm)

8

Chiều cao khuôn

140 ~ 440 (mm)

9

Kích thước khuôn

295 x 350 (mm)

Bộ phận phun
1

Đường kính trục vít me

45 (mm)

2

Áp suất phun

1393 (kg/cm2)

3

Lưu lượng phun

131 (cm3/sec)

4

Năng suất chảy dẻo

74 (kg/hour)

5

Tốc độ trục vít me

0 ~ 200 (rpm)

6

Năng suất phun

267 (g/lần phun)

Bộ phận kẹp
1

Lực kẹp

120 (ton)

2

Hành trình mở khuôn

380 (mm)

3

Công suất bơm

20 (HP/KW)

4

Công suất nung

4.6 (KW)

5

Điều khiển nhiệt độ

(0 ~ 399) x 4 (set)


17

2.3. Phạm vi nghiên cứu
Trên cơ sở hướng nghiên cứu đã xác định, với khuôn khổ của một luận
văn tốt nghiệp Cao học và điều kiện thực hiện, đối tượng nghiên cứu của đề
tài này được lựa chọn là máy ép phun W-120B của công ty Shine Well
Machinery co., LTD. Đặt tại trường ĐH sư phạm kỹ thuật TP HCM
Đề tài không có điều kiện nghiên cứu nhiều loại vật liệu mà chỉ tập
trung vào loại vật liệu composite gỗ nhựa.

Do hạn chế về quy mô đề tài và thời gian làm luận văn tốt nghiệp, đề
tài chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của độ kéo dãn và uốn của vật liệu để
xác định các thông số tối ưu cho quá trình ép.
2.4. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đã trình bày ở trên, chúng tôi thực
hiện các nội dung nghiên cứu sau:
- Phân tích đặc điểm, cấu trúc và thành phần hóa học của vật liệu
composite gỗ nhựa
- Xây dựng cơ sở lý thuyết tạo sản phẩm từ vật liệu gỗ nhựa
- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép vật liệu gỗ nhựa
- Tính toán thiết kế khuân ép gạch lót sàn bằng vật liệu composite gỗ
nhựa
- Nghiên cứu thực nghiệm xác định một số thông số tối ưu của quá
trình ép gạch lót sàn bằng vật liệu composite gỗ nhựa.
2.5. Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, đề tài đã sử dụng một số phương
pháp nghiên cứu như sau:
2.5.1. Phương pháp kế thừa
Kế thừa có chọn lọc tài liệu và các công trình nghiên cứu ở trong nước và trên
thế giới có liên quan đến vấn đề nghiên cứu.


18

2.5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Phương pháp nghiên cứu tính chất vật lý và tính chất cơ học của
nguyên liệu trong luận văn này được tiến hành theo các tiêu chuẩn VN, và
được tiến hành trong phòng thí nghiệm tiêu chuẩn quốc gia của Trường Đại
học Lâm nghiệp (Vilas 309)
- Phương pháp đo các đại lượng nghiên cứu trong luận văn được thực

hiện theo phương pháp đo lường các đại lượng không điện bằng điện. Nội
dung của phương pháp cũng như việc xử lý các kết quả thực nghiệm được
trình bày trong các tài liệu [10], [11], [13].
Việc tổ chức và tiến hành thí nghiệm xác định độ bền cơ học, và
năng suất được tiến hành theo phương pháp thống kê toán học và phương
pháp kế hoạch hoá thực nghiệm, việc lập kế hoạch và tổ chức thực nghiệm
cũng như xử lý các số liệu thí nghiệm được trình bày rõ trong các tài liệu [7],
[10], [11], [12], [13]. Do vậy, ở đây cũng chỉ trình bày việc áp dụng các kết luận
đó vào các bài toán cụ thể. Việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu nêu trên
sẽ được trình bày cụ thể ở các chương tiếp theo khi tiến hành nghiên cứu từng
nội dung.
2.6. Kiểm tra kết quả thí nghiệm
* Tiêu chuẩn kiểm tra
Các mẫu thí nghiệm được gia công theo các tiêu chuẩn của ISO về xác
định các tính chất vật lý, cơ học của composite. Kích thước và tiêu chuẩn thử
được trình bày ở bảng 2.2.


19

Bảng 2.2. Kích thước và tiêu chuẩn mẫu xác định các tính chất
Kích thước mẫu, mm
Tính chất

Dài

Rộng

Dày

Tiêu chuẩn thử

(mm)

(mm)

(mm)

Tỷ trọng

10

10

4

ASTM D792

Độ bền kéo

100

15

4

ISO 527 - 1993

Độ bền va đập izod

70

12

4

ASTM D256, ISO 180

Độ bền uốn tĩnh

100

10

4

ISO 178 - 1993

Độ hấp thụ nước

80

10

4

ASTM D570


20

Chương 3
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
3.1. Các thành phần của khuôn
Bộ khuôn ép phun gồm có các thành phần chính sau
- Hệ thống dẫn nhựa
- Hệ thống dẫn hướng
- Hệ thống làm nguội
- Hệ thống lõi mặt trên
- Hệ thống đẩy
- Hệ thống thoát khí

Hình 3.1. Các thành phần của khuôn


21

3.2. Chức năng của các bộ phận trong khuôn
- Vít lục giác: liên kết các tấm khuôn và tạo tính thẩm mỹ
- Vòng định vị: định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun
- Bạc cuống phun: dẫn nhựa từ máy ép phun vào các kênh dẫn nhựa.
- Khuôn cái: tạo hình cho sản phẩm.
- Bạc định vị: đảm bảo vị trí tương quan giữa khuôn đực và khuôn cái.
- Tấm kẹp trước: giữ chặt phần cố định của khuôn vào máy ép nhựa.
- Võ khuôn cái và khuôn đực: thường được làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn
so với khuôn cái nên giúp giảm giá thành khuôn nhưng vẫn đảm bảo
hiệu quả kinh tế của khuôn.
- Chốt hồi: hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi khuôn đóng.
- Chốt định vị: chui vào bạc định vị khi khuôn đóng, giúp khuôn đực và
khuôn cái liên kết một cách chính xác.

- Tấm đỡ: tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun.
- Gối đỡ: tạo khoảng trống để tấm đẩy hoặt động.
- Tấm giữ: giữ các chốt đẩy.
- Tấm đẩy: đẩy các chốt đẩy để lói sản phẩm rời khỏi khuôn.
- Tấm kẹp sau: giữ chặt phần di động của khuôn trên máy ép nhựa.
- Gối đỡ phụ: tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun.
3.3. Vật liệu làm khuôn
Việc lựa chọn đúng vật liệu làm khuôn là yếu tố quyết định, sử dụng
vật liệu không phù hợp có thể làm ảnh hướng đến chất lượng sản phẩm và
tuổi thọ của khuôn. Vì vậy, vật liệu làm khuôn phải có những yêu cầu sau:
- Gia công dễ dàng.
- Dễ nhiệt luyện để đạt độ cứng phù hợp.
- Độ dai và độ bền tốt.
- Dễ dàng đạt độ bóng khi gia công


22

- Khả năng chịu nhiệt và chịu mài mòn tốt
- Chịu mỏi tốt
- Có khả năng dẫn nhiệt tốt
- Khả năng chống ăn mòn
Nhưng trên thực tế thì hầu như không có vật liệu nào đáp ứng tất cả các
yêu cầu trên. Do đó, phải dựa vào điều kiện cụ thể mà ta chọn vật liệu phù
hợp cũng như đảm bảo tính kinh tế là yêu cầu vô cùng cần thiết.
 Một số loại vật liệu thường dùng hiện nay
a. Tiêu chuẩn: 1730 , AISI – 1045, JIS -S45C
- Thành phần (%) : C = 0.45 ; Mn = 0.7; Si = 0.3; S = 0.04
- Độ cứng : 190 HB
- Độ bền kéo: 650 N/mm2

- Đặc điểm: gia công tiện phay tốt, chống mài mòn, bền cơ học tốt, cấu
trúc hạt mịn
- Nhiệt luyện:
 Ủ : 680 – 7100C và làm nguội trong lò
 Tôi : 800 - 8300C , làm nguội trong nước, độ cứng 57 HRC
 Ram : 1000C -> 57 HRC
2000C -> 54 HRC
3000C -> 49 HRC
3500C -> 42 HRC
- Ứng dụng : tấm đỡ, tấm dẫn, tấm khuôn
b. Tiêu chuẩn: 1055 , AISI – 1055, JIS- S55C
- Thành phần (%) : C = 0.55% ; Mn = 0.9; Si = 0.2; S = 0.04
- Độ cứng : 210 – 235 HB
- Độ bền kéo: 700 N/mm2


23

- Đặc điểm: gia công tiện phay tốt, chống mài mòn, bền cơ học tốt, cấu
trúc hạt mịn
- Ứng dụng : tấm đỡ, tấm dẫn, tấm khuôn
c. Tiêu chuẩn: 4130 , AISI – 4130
- Thành phần (%) : C = 0.35 ; Mn = 0.6; Si = 0.4; Cr = 1.25, Mo = 0.3
- Độ cứng : 28 – 32 HRC
- Độ bền kéo: 1010 N/mm2
- Độ bền uốn: 800 N/mm2
- Đặc điểm: gia công tiện phay tốt, chống chống biến dạng tốt, độ cứng
đồng nhất, dễ gia công bằng EDM
- Ứng dụng : tấm đỡ, tấm ghép, đế khuôn chuẩn
d. Tiêu chuẩn: 2083 , AISI – 420

- Thành phần (%) : C = 0.35 ; Mn = 0.45; Si = 0.5; Cr = 13, S = 0.005
- Độ cứng : 28 – 34 HRC
- Đặc điểm: khả năng chống rỉ cao, đánh bóng tốt, chống mài mòn cao,
dễ gia công, độ cứng đồng nhất
- Ứng dụng : tấm đỡ, tấm dẫn, tấm khuôn, khuôn chịu mài mòn và gia
công nhựa PVC, ACETATES, ..
3.4. Lòng khuôn
Trên thực tế, người ta thường bố trí lòng khuôn theo kinh nghiệm mà
không có bất kỳ sự tính toán hay mô phỏng nào. Nhưng nếu làm vậy đôi khi
ta gặp phải một số lỗi trên sản phẩm, đặc biệt đối với những khuôn có các
lòng khuôn khác nhau trên cùng một khuôn và khi ấy ta phải sửa lại khuôn
(điều này rất mất công và tốn kém thời gian và tiền bạc). Do đó để tránh việc
này xảy ra ta nên mô phỏng quá trình điền đầy của từng lòng khuôn .