Nghiên cứu tìm hiểu về nhiệt độ, áp suất và thời gian hợp lý trong tạo hình tấm nhựa gỗ bằng chân không

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VŨ VĂN THẮNG

NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ NHIỆT ĐỘ, ÁP SUẤT
VÀ THỜI GIAN HỢP LÝ TRONG TẠO HÌNH
TẤM NHỰA GỖ BẰNG CHÂN KHƠNG

Chun ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
M

60 52 01 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, 2017


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng ..........................
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS.Bùi Trung Thành .................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS.Nguyễn Hồng Ngân .............................
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.
HCM ngày…06…..tháng…01….năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. PGS.TS.Phạm Huy Hoàng ...................
2. PGS.TS.Nguyễn Hồng Ngân ................
3. PGS.TS.Bùi Trung Thành ....................
4. TS.Phan Tấn Tùng................................
5. TS.Lê Thanh Danh ...............................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA CƠ KHÍ

i


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HVTH: Vũ Văn Thắng
CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Vũ Văn Thắng ................... MSHV: 7140349 .................................
Ngày, tháng, năm sinh: 25/05/1987 .............. Nơi sinh: Hƣng Yên ............................
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí ................. Mã số: 60.52.01.03 .............................
I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tìm hiểu về nhiệt độ, áp suất và thời gian hợp lý
trong tạo hình tấm nhựa gỗ bằng chân khơng ......................................................
.................................................................................................................................

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ của luận văn là tìm hiểu các thơng số
ảnh hƣởng đến q trình gia cơng vật liệu composite gỗ nhựa là ba thơng số:
Nhiệt độ, áp suất và thời gian. Sau đó tìm ra đƣợc các thơng số tối ƣu để thu đƣợc
sản phẩm có độ bền uốn là cao nhất. Luận văn gồm bốn chƣơng với các phần
chính.
 Tìm hiểu tổng quan về vật liệu gỗ nhựa và các phƣơng pháp gia công.
 Cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt và biến dạng tấm composite gỗ nhựa.
 Sử dụng quy hoạch thực nghiệm để xác định các thông số tối ƣu.
 Kết luận và kiến nghị. .............................................................................................
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17/06/2016.............................................................
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016 ............................................
V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng ...........................................
.............................................................................................................................................

Tp. HCM, ngày 06 tháng 01 năm 2017....
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƢỞNG KHOA CƠ KHÍ
(Họ tên và chữ ký)

ii


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hồn thành luận văn thạc sĩ, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS Lƣu Thanh Tùng đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn tơi
trong q trình học tập, nghiên cứu và hồn thiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trƣờng Đại học Bách Khoa TPHCM,
lãnh đạo phòng Sau đại học, các thầy cơ giáo khoa Cơ khí đã quan tâm và tận tình
chỉ bảo cho tơi trong suốt q trình học tập, nghiên cứu tại Trƣờng.
Tơi xin cảm ơn tất cả quý thầy cô đã tham gia giảng dạy chƣơng trình Kỹ
thuật cơ khí khóa 2014-2016 đã trang bị cho tơi những kiến thức bổ ích trong suốt
thời gian theo học tại trƣờng.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp
đã luôn động viên, giúp đỡ và ủng hộ tơi trong q trình học tập và nghiên cứu.
TP-HCM, ngày 06 tháng 01 năm 2017

Vũ Văn Thắng

iv


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài “nghiên cứu tìm hiểu về nhiệt độ, áp suất và thời gian hợp lý trong tạo
hình tấm nhựa gỗ bằng chân không” bao gồm 4 chƣơng, với các phần chính sau
đây:

 Tìm hiểu tổng quan về vật liệu gỗ nhựa và các phƣơng pháp gia công.
 Cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt và biến dạng tấm composite gỗ nhựa.
 Sử dụng quy hoạch thực nghiệm để xác định các thông số tối ƣu.
 Kết luận và kiến nghị.
Mục đích của luận văn là tìm hiểu các thơng số ảnh hƣởng đến q trình gia
cơng vật liệu composite gỗ nhựa cụ thể là ba thông số: Nhiệt độ, áp suất và thời
gian. Sau đó tìm ra đƣợc các thơng số tối ƣu để thu đƣợc sản phẩm có độ bền uốn là
cao nhất.
Luận văn có sử dụng các phần mềm chun dụng để thiết kế các mơ hình
2D, 3D nhƣ AutoCAD 2013, SolidEdge ST3. Mơ phỏng q trình truyền nhiệt vào
tấm sử dụng phần mềm Ansys R16.2, Mô phỏng quá trình tạo hình chi tiết bằng
phƣơng pháp hút chân khơng dùng phần mềm HyperForm V11.0.0.39, tính tốn, lập
phƣơng trình hồi quy, chọn điểm tối ƣu của các yếu tố cho độ bền uốn là lớn nhất
bằng chƣơng trình Design-Expert 10.0.3.

v


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Các
số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa
từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
TP-HCM, ngày 06 tháng 01 năm 2017

Vũ Văn Thắng

vi


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ.......................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN .............................................................................................v
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... vi
MỤC LỤC ................................................................................................................ vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................ ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... xi
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..................................................4
1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa............................4
1.1.1. Khái niệm và ứng dụng của vật liệu composite gỗ-nhựa ..............................4
1.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng tới tính chất của composite gỗ-nhựa .........................6
1.1.2.1. Ảnh hƣởng của nguyên vật liệu đến tính chất của WPC .......................6
1.1.2.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ thành phần nhựa nền/trợ tƣơng hợp/bột gỗ ..........6
1.1.2.3. Ảnh hƣởng của thông số công nghệ đến chất của vật liêu WPC ...........7
1.2. Một số phƣơng pháp gia công ..............................................................................8
1.2.1. Tổng quan về phƣơng pháp gia công ............................................................8
1.2.2. Phƣơng pháp nhiệt định hình ........................................................................9
1.2.2.1. Đặc điểm phƣơng pháp ..........................................................................9
1.2.2.2. Các phƣơng pháp gia công ...................................................................10
1.2.2.3. Các thông số kỹ thuật của q trình tạo hình chân khơng ...................12
1.2.3. Phân loại phƣơng pháp nhiệt định hình ......................................................14

1.2.4. Nhận xét chung ...........................................................................................19
Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...............................................................................20
2.1. Truyền nhiệt .......................................................................................................20
2.1.1. Cơ sở lý thuyết q trình truyền nhiệt .........................................................20
2.1.2. Tính toán truyền nhiệt trong tấm composite gỗ nhựa .................................25
2.1.2.1. Nhiệt độ gia cơng .................................................................................25
2.1.2.2. Tính tốn và mơ phỏng q trình truyền nhiệt sử dụng phần mềm
Ansys .................................................................................................................27
2.1.2.3. Thiết bị và phƣơng pháp xác định các thông số nghiên cứu ................30

vii


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

2.1.3. Sử dụng phần mềm HyperForm mơ phỏng q trình tạo hình chi tiết .......31
2.1.3.1. Giới thiệu các chức năng của Hyperform ............................................31
2.1.3.2. Các lƣu ý khi chạy kết quả phân tích ...................................................33
2.1.3.3. Kết quả chạy phân tích .........................................................................35
2.2. Liên hệ ứng suất - chuyển vị ..............................................................................40
2.2.1. Trạng thái ứng suất ......................................................................................40
2.2.2 Trạng thái biến dạng.....................................................................................42
2.3. Lực dãn, lực tiếp, mômen uốn và mơmen xoắn .................................................47
2.4. Phƣơng trình cơ bản xác định uốn tấm ..............................................................47
Chƣơng 3 QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM .............................................................51
3.1. Qui hoạch thực nghiệm - bƣớc phát triển của khoa học thực nghiệm ...............51
3.1.1. Bƣớc phát triển của khoa học thực nghiệm.................................................51
3.1.2. Những khái niệm cơ bản của qui hoạch thực nghiệm .................................52

3.1.3. Các nguyên tắc cơ bản của qui hoạch thực nghiệm ....................................56
3.1.4. Các bƣớc qui hoạch thực nghiệm cực trị ....................................................58
3.2. Ứng dụng qui hoạch thực nghiệm tìm ra các giá trị tối ƣu của các thông số .....59
3.2.1. Quy hoạch bậc hai hỗn hợp quay đều (box - hunter) ..................................59
3.2.2. Ứng dụng phần mềm Design-Expert 10.0.3 chọn điểm tối ƣu của các yếu tố
cho độ bền uốn lớn nhất. .......................................................................................62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................70
a)

Kết luận .............................................................................................................70

b)

Kiến nghị ...........................................................................................................70

TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................71
PHẦN PHỤ LỤC ......................................................................................................72

viii


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

DANH MỤC HÌNH ẢNH
STT

Tên hình

Trang

1.1

Q trình gia cơng và một số sản phẩm composite

5

1.2

Q trình gia cơng nhiệt định hình

14

1.3

Q trình định dạng nhờ áp suất

15

1.4

Nhiệt định hình kết hợp sự hỗ trợ nhờ chày và cối

17

1.5

Góc thốt khn

17

1.6

Định dạng nhiệt nhờ kéo ngược

18

1.7

Định dạng nhiệt tự do

18

2.1

Truyền nhiệt qua vách phẳng

25

2.2

Mơ hình tính tốn truyền nhiệt

26

2.3

Q trình truyền nhiệt vào tấm theo thời gian

28

2.4

Thông lượng nhiệt truyền qua tấm

28

2.5

Xác định hằng số Fourier

29

2.6

Máy đo nhiệt độ Fluke 62 Max

30

2.7

Máy INSTRON 3367 xác định độ bền uốn

30

2.8

Chi tiết hồn chỉnh

31

2.9

Chuẩn đốn biên dạng phôi

31

2.10

ng d ng c a module Increamental Radioss

32

2.11

Chi tiết g n tăng cường

33

2.12

Chỉnh s a mơ hình và chia lư i

34

2.13

Vị trí vật liệu tiếp xúc v i khn

34

2.14

Ph n trăm biến m ng khi khơng c lỗ thốt khí

35

2.15

ết quả đ thị

35

2.16

Ph n trăm biến m ng khi c lỗ thốt khí

37

2.17

Thiết kế khn cho chi tiết

37

ix


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

2.18

Mơ hình 3 c a khuôn

38

2.19

Hộp hút ch n không

38

2.20

Trạng thái ứng suất khối c a ph n tố

39

2.21

Mơ hình tính lực cắt và mômen

46

3.1

Sơ đ đối tượng nghiên cứu

51

3.2

Quy hoạch thực nghiệm hai nh n tố

57

3.3

Quy hoạch thực nghiệm ba nh n tố

58

3.4

Ảnh hưởng áp suất t i độ bền

64

3.5

Ảnh hưởng c a nhiệt độ t i độ bền

65

3.6

Ảnh hưởng c a thời gian t i độ bền

65

3.7

Sự ph thuộc độ bền vào áp suất và nhiệt độ (theo mơ hình)

66

3.8

Sự ph thuộc độ bền vào áp suất và nhiệt độ (theo thực tế)

66

3.9

Sự ph thuộc c a độ bền vào áp suất và thời gian

67

3.10

Sự ph thuộc c a độ bền vào nhiệt độ và thời gian

67

x

GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

DANH MỤC BẢNG BIỂU
STT

Tên bảng

Trang

3.1

Các tham số quy hoạch bậc 2 quay đều

59

3.2

Hệ số mã h a và tự nhiên tương ứng dùng trong QHTN

60

3.3

ế hoạch thực nghiệm để tối ưu h a các thông số

xi

61

GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

MỞ ĐẦU
Vật liệu composite là vật liệu đƣợc chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu
thành phần khác nhau, nhằm tạo ra một vật liệu mới có tính năng ƣu việt hơn hẳn
những vật liệu thành phần ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽ. Vì
vậy, nó có nhiều tính năng ƣu việt nổi trội nhƣ nhẹ, bền, đáp ứng đƣợc những đòi
hỏi khắt khe của kĩ thuật và công nghệ hiện đại....Và nhờ những ƣu điểm nổi bật đó
mà chúng ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại
nhƣ ngành chế tạo máy, hàng không, vũ trụ, tên lửa, xây dựng, ô tơ, chế tạo tàu
thuyền,... và trong đời sống. Ví dụ tấm composite đƣợc ứng dụng trong làm bảng
biển, pano trong ngành quảng cáo, trang trí nội thất, ngoại thất trong các cơng trình
xây dựng, ốp mặt nền nhà, làm trần nhà, mái vịm, hay ốp nội thất cho ơ tơ, tàu
thuyền,....
Vật liệu phức hợp gỗ nhựa là một loại vật liệu mới kết hợp giữa sợi gỗ và
nhựa nhiệt dẻo, sự kết hợp giữa sợi gỗ và nhựa mang lại tính năng ƣu việt cho sản
phẩm phức hợp gỗ nhựa nhƣ: Bền khi sử dụng, tuổi thọ của sản phẩm cao, có bề
ngồi mang chất liệu gỗ, có độ cứng cao hơn so với vật liệu nhựa, khơng có
Formaldehyde ....Có nhiều tính chất tốt ví dụ so với vật liệu gỗ nhƣ có kích thƣớc
ổn định hơn, khơng bị xuất hiện vết rạn nứt, không bị cong vênh, dễ dàng tạo màu
sắc cho sản phẩm, có thể gia cơng lần thứ 2 giống nhƣ 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 ngƣời dùng để điều chỉnh, tính linh hoạt
cao. Có tính nhiệt dẻo của vật liệu nhựa từ đó dễ dàng gia cơng, tạo hình, thơng
thƣờng có thể gia cơng theo mẫu đặt sẵn hoặc có thể gia cơng theo u cầu cụ thể,
có khả năng ứng dụng rộng.Tính năng hóa học tốt, chịu đƣợc độ PH, chịu đƣợc hóa

chất, chịu đƣợc nƣớc mặn, có thể sử dụng đƣợc ở nhiệt độ thấp,... Có thể sử dụng
nhiều lần hoặc thu hồi tái sử dụng, có lợi ích trong bảo vệ mơi trƣờng.
Hiện nay nhu cầu sử dụng vật composite gỗ nhựa trong nƣớc rất lớn, tuy
nhiên việc đáp ứng nhu cầu này chủ yếu dựa vào nhập khẩu. Cịn tình hình sản xuất
trong nƣớc cịn rất ít, ngun nhân của việc này xuất phát từ lý do là chƣa có nhiều

1


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

nghiên cứu về máy móc thiết bị và cơng nghệ phù hợp với u cầu sản xuất trong
nƣớc; cịn nhập cơng nghệ và máy móc thiết bị về Việt Nam thì chi phí rất lớn.
Để sản xuất trong nƣớc đƣợc phát triển thì địi hỏi việc nghiên cứu về cơng
nghệ, máy móc thiết bị, nguyên vật liệu phù hợp với đặc điểm phát triển ở trong
nƣớc là việc rất quan trọng đòi hỏi các nhà nghiên cứu cần giải quyết vấn đề này.
Kỹ thuật gia công composite nhựa gỗ là một ngành kỹ thuật, nghiên cứu các
quá trình và thiết bị dùng để tăng tính chất của vật liệu composite và để gia công
chúng thành những sản phẩm sử dụng theo yêu cầu. Trong q trình gia cơng,
trong ngun liệu có thể xảy ra các phản ứng hóa học, các biến dạng và cuối cùng
là sự thay đổi bất thuận nghịch các tính chất vật lý của vật liệu. Song có một điểm
cần lƣu ý là các phản ứng xảy ra trong quá trình tổng hợp composite khơng lặp lại
trong q trình gia cơng chúng.
Phƣơng pháp gia cơng có ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng sản phẩm,
phƣơng pháp gia công bị chi phối bởi tính chất của vật liệu composite cũng nhƣ
yêu cầu về hình dáng, tính chất của sản phẩm cuối cùng. Việc lựa chọn phƣơng
pháp gia cơng thích hợp nói chung là rất phực tạp, phải chú ý đến nhiều khía cạnh
nhƣ tính chất của vật liệu ban đầu, yêu cầu về chất lƣợng sản phẩm, yêu cầu về lợi

ích kinh tế…Nói chung phải đảm bảo thu đƣợc sản phẩm có tính năng tốt và có lợi
ích kinh tế. Ví dụ đối với composite nhựa nhiệt rắn, phƣơng pháp gia cơng thích
hợp và có lợi hơn cả là phƣơng pháp ép nóng, vì q trình ép nhanh và có thể đạt
năng suất cao, điều kiện nhiệt độ cao thích hợp cho việc đóng rắn vật liệu, khi ép
xong khơng cần phải làm nguội vật liệu trong khuôn. Trái lại đối với nhựa nhiệt
dẻo thì phƣơng pháp ép nóng nói chung là khơng thích hợp vì sau khi thành hình
phải làm nguội vật liệu trong khn, nên q trình này khơng thể tiến hành nhanh
vì nhƣ thế sẽ tạo ra những ứng suất nội làm giảm chất lƣợng sản phẩm. Để gia công
nhựa nhiệt dẻo ngƣời ta thƣờng dùng các phƣơng pháp nhƣ đùn, đúc dƣới áp
suất…Tuy nhiên cũng phải tùy theo tính chất của vật liệu mà áp dụng phƣơng pháp
gia cơng. Ví dụ PE (polyetylen) và PS (polystyren) thì phƣơng pháp đúc dƣới áp
suất là thích hợp, cịn đối với PVC (polyvinylclorua), do nhiệt độ chảy nhớt của

2


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

nhựa gần với nhiệt độ phân hủy nên loại nhựa này thƣờng đƣợc gia công bằng
phƣơng pháp đùn.
Đối với các loại nhựa epoxy, ngƣời ta thƣờng gia công bằng phƣơng pháp đổ
khuôn (hay đúc không áp suất). Đối với các loại celluloid, phƣơng pháp gia cơng
thƣờng dùng là tạo hình nhiệt ở trạng thái mềm cao.
Kích thƣớc, hình dạng và sự ổn định kích thƣớc, hình dạng sản phẩm trong
q trình sử dụng cũng là những yêu cầu quan trọng và chịu ảnh hƣởng của phƣơng
pháp gia công. Mặt khác, tác dụng của nhiệt có ảnh hƣởng rất lớn đến tính chất của
sản phẩm, có loại nhựa dƣới tác dụng của nhiệt tính chất khơng đổi, nhƣng cũng có
loại nhựa khơng bền nhiệt. Do đó, việc chọn phƣơng pháp gia cơng cần phải đảm

bảo chế độ nhiệt thích hợp để tính chất sản phẩm thu đƣợc tốt nhất.
Khi nghiên cứu về các phƣơng pháp gia cơng vật liệu composite gỗ nhựa
chìa khóa của thành cơng chính là chế độ gia cơng nhƣ: Nhiệt độ tấm composite, áp
suất chân khơng, thời gian,…Từ đó xây dựng đƣợc quy trình sản xuất nhiều loại
sản phẩm khác nhau ở Viêt Nam sẽ góp phần thúc đẩy sản xuất trong nƣớc phát
triển thay thế hàng ngoại nhập.
Vì vậy việc gia công nhiều loại sản phẩm khác nhau từ vật liệu composite gỗ
nhựa là xu hƣớng mới đƣợc nhiều nƣớc quan tâm nghiên cứu,…Xuất phát từ vấn
đề trên, luận văn với đề tài “NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ NHIỆT ĐỘ, ÁP
SUẤT VÀ THỜI GIAN HỢP LÝ TRONG TẠO HÌNH TẤM NHỰA GỖ
BẰNG CHÂN KHƠNG” sẽ góp phần thúc đẩy nghiên cứu tạo ra những sản phẩm
đa dạng từ việc sử dụng những tấm composite gỗ nhựa để tạo ra các sản phẩm phục
vụ nhu cầu tiêu dùng trong nƣớc.

3


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

Chƣơng 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất vật liệu composite gỗ nhựa
1.1.1. Khái niệm và ứng dụng của vật liệu composite gỗ-nhựa
Vật liệu composite gỗ - nhựa là loại vật liệu composite đƣợc tổ hợp chủ yếu
từ các loại nhựa nhiệt dẻo PE, PP, PVC..., có thể từ nhựa tái sinh hoặc nguyên sinh
cùng với cốt là các loại bột gỗ, sợi gỗ hay các loại sợi thực vật khác. Ngồi ra, có
thể có thêm một số chất phụ gia trợ liên kết khác. Sản phẩm WPC có cơ tính tốt, có
độ ổn định kích thƣớc cao và có thể chế tạo ra các loại sản phẩm có hình dạng phức

tạp. Sản phẩm WPC có thể sản xuất bằng công nghệ ép đùn, ép phun hay ép phằng
trong khn. Gỗ có thể đƣợc sử dụng ở dạng bột gỗ, dăm gỗ hay các phế liệu trong
chế biến gỗ nhƣ mùn cƣa, vỏ bào,…Nhựa nhiệt dẻo có thể sử dụng là nhựa tái sinh
hoặc nguyên sinh tuỳ vào lĩnh vực và yêu cầu sử dụng của vật liệu.
Vật liệu WPC là vật liệu đƣợc biết đến sớm vào năm 1900, tuy nhiên vào
năm 1983 công ty American Woodstock ở Sheboygan, Wisconsin bắt đầu sản xuất
WPC cho nội thất ôtô bằng phƣơng pháp ép đùn sử dụng nhựa nền PP và bột gỗ, từ
đó sản phẩm WPC đƣợc phổ biến rộng trên thế giới. [1, 4]
Vật liệu WPC hiện nay đƣợc sử dụng nhiều trong công nghiệp nhƣ làm sàn
tàu, khung cửa, ván sàn, ốp tƣờng, ốp trần nhà, làm hàng rào trang trí. Nhờ những
đặc tính ƣu việt mà WPC đƣợc dùng để thay thế cho gỗ tự nhiên, ván dăm, ván sợi
dùng trong xây dựng, giao thơng, các cơng trình nội thất, ngoại thất, đồ nội thất ô
tô, máy bay,...
Vật liệu nền: Nhựa nền nhiệt dẻo sử dụng trong sản xuất tấm WPC trong
luận văn là High-Density Polyethylene (HDPE) là một polyme nhiệt dẻo, có độ
cứng không cao, không mùi vị, cháy chậm. PE là polyme bán tinh thể nên có cả cấu
trúc kết tinh và cấu trúc vơ định hình, độ kết tinh khác nhau là nguyên nhân gây ra
tỷ trọng khác nhau.
Vật liệu cốt: Vật liệu cốt sử dụng để sản xuất tấm WPC là bột gỗ và sợi thực
vật. Bột gỗ là vật liệu đƣợc nghiền mịn từ gỗ hay phế liệu trong chế biến gỗ nhƣ
mùn cƣa, phoi bào, phế liệu gỗ khác của các loại gỗ thông, bạch đàn,…

4


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

Hình 1.1 Quá trình gia cơng và một số sản phẩm composite

5


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

1.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng tới tính chất của composite gỗ-nhựa
1.1.2.1. Ảnh hưởng của nguyên vật liệu đến tính chất của WPC
Ảnh hƣởng của chủng loại nguyên liêu: Chủng loại nguyên liệu thành phần
có ảnh hƣởng rất nhiều đến cơ tính của vật liệu WPC. Các ngun liệu thành phần
có cơ tính tốt thì vật liệu composite cũng có cơ tính tốt và tốt hơn tính chất của từng
nguyên liệu thành phần.
Ảnh hƣởng của kích thƣớc bột gỗ: Kích thƣớc của bột gỗ có ảnh hƣởng lớn
đến tính chất của vật liệu. Nếu bột gỗ có kích thƣớc q lớn thì q trình phối trộn
khơng tốt, khả năng hịa trộn giữa bột gỗ và nhựa không đều gây khuyết tật cho sản
phẩm. Ngƣợc lại nếu bột gỗ có kích thƣớc nhỏ thì quá trình phối trộn đồng đều hơn
và yêu cầu áp lực ép khơng cao, do đó trong q trình gia công mức độ phối trộn
nhựa và bột gỗ đều hơn, sản phẩm ít bị khuyết tật. Nhƣng kích bột gỗ càng nhỏ thì
các mạch phân tử của chúng bị cắt đứt càng nhiều làm giảm độ bền của bột gỗ, dễ
cháy trong q trình gia cơng do đó tính chất của vật liệu giảm. Kích thƣớc bột gỗ
thích hợp để sản xuất vật liệu WPC khoảng ≤ 1,2mm.
Ảnh hƣởng của độ ẩm bột gỗ: Trong vật liệu WPC thì bột gỗ là thành phần
có khả năng hút ẩm rất lớn, nƣớc trên bề mặt bột gỗ đóng vai trị giống nhƣ nguyên
tử làm phân tách trên bề mặt phân chia pha giữa sợi và nhựa nền. Sự xuất hiện của
hơi nƣớc trong vật liệu thƣờng làm ảnh hƣởng xấu đối với quá trình ép và chất
lƣợng sản phẩm nhƣ làm cong vênh, phồng rộp sản phẩm, làm chậm quá trình đóng
rắn... Do đó độ ẩm của bột gỗ ảnh hƣởng rất nhiều đến tính chất cơ học của vật liệu
WPC, cho nên độ ẩm của bột gỗ trƣớc khi gia công khoảng 4%. [4, 5, 13]

1.1.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nhựa nền/trợ tương hợp/bột gỗ
Ảnh hƣởng của tỷ lệ nhựa nền: Nếu nhựa nền q ít thì bột gỗ nhiều do đó
khơng bao bọc hết cốt và dẫn đến hiện tƣợng liên kết giữa pha cốt-nền không liên
tục làm cho tính chất của vật liệu giảm. Ngƣợc lại nếu nhựa nền q nhiều thì bột gỗ
ít, pha nền bao bọc đƣợc toàn bộ cốt, nhƣng nếu tỷ lệ cốt ít thì độ bền khơng cao và
giá thành sản phẩm cao; Nếu chọn đƣợc tỷ lệ nhựa nền PE và cốt phù hợp thì liên
kết cốt nền sẽ tốt nhất, giảm giá thành sản phẩm,…

6


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

Ảnh hƣởng của tỷ lệ MAPP: Nếu tỷ lệ MAPP quá cáo và quá thấp cũng sẽ ảnh
hƣởng tới tính chất của vật liệu; nếu chọn tỷ lệ MAPP quá thấp thì cầu nối liên kết
hóa học-khuếch tan giữa cốt và nền ít làm cho tính chất của vật liệu giảm; nếu chọn
tỷ lệ MAPP cao thì lớp trung gian nhiều các mạch phân tử MAPP lớn khó tiếp xúc
với bề mặt gỗ dẫn đến khó phản ứng đƣợc với nhóm OH, khi đƣa một lƣợng lớn
MAPP sẽ làm cản trợ sự kết tinh của polyme dẫn đến làm giảm tính chất của vật
liệu.
1.1.2.3. Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất của vật liêu WPC
Ảnh hƣởng của nhiệt độ ép: Khi nhiệt độ gia công quá cao (vƣợt quá giới hạn
trên) thì nhựa có khả năng nóng chảy tốt, tuy nhiên lại ảnh hƣởng xấu tới tính chất
của bột gỗ và nhựa. Bột gỗ và nhựa dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao làm giảm tính
chất cơ lý và làm thay đổi màu sắc của sản phẩm. Nếu nhiệt độ thấp (dƣới giới hạn
dƣới) thì sản phẩm có kết cấu khơng chặt chẽ do nhựa chƣa chảy hồn tồn nên ảnh
hƣởng đến sự trộn đều và khả năng liên kết giữa nhựa và bột gỗ. Ngồi ra chúng
cịn tạo ra pha bột gỗ, pha nhựa riêng lẻ và gián đoạn nên tính chất cơ lý giảm.

Ảnh hƣởng của áp suất phun: Đóng vai trị tạo sự tiếp xúc giữa bột gỗ và
nhựa, điều chỉnh áp suất phun không tốt sẽ dẫn đến chất lƣợng sản phẩm không cao.
Khi ép không nên để áp suất cao vì khi đó nhựa có thể chảy ra ngồi, nên mức độ
hịa trộn giữa bột gỗ và nhựa không đồng đều dẫn đến không đều về tính chất của
vật liệu trên cùng một sản phẩm. Nếu áp suất phun nhỏ thì khơng đảm bảo tính chất
vật lý, cơ học của sản phẩm. Ngoài ra áp suất phun cũng ảnh hƣởng đến tỷ trọng
của sản phẩm, song sự ảnh hƣởng này cũng nằm trong giới hạn nhất định. Nếu áp
suất tăng thì tỷ trọng cũng tăng, nếu áp suất tăng quá cao vƣợt quá giới hạn đàn hồi
của vật liệu thì trọng khơng tăng nữa. Nếu tiếp tục tăng áp suất thì kết cấu của vật
liệu sẽ bị phá hủy, làm giảm chất lƣợng sản phẩm.
Ảnh hƣởng của thời gian ép: Thời gian ép phải đƣợc lựa chọn hợp lý trên cả
3 giai đoạn ép (ép định hình, ép sản phẩm và làm nguội). Nếu thời gian ép định hình
q ngắn làm cho nhựa khơng chảy hết và thấm ƣớt đều lên bề mặt bột gỗ làm giảm
mức độ hòa trộn giữa bột gỗ và nhựa dẫn đến tính chất của vật liệu khơng đảm bảo.
Nếu thời gian ép định hình quá dài thì năng suất của máy sẽ thấp, thời gian gia nhiệt

7


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

dài dẫn đến bột gỗ dễ bị phân hủy làm giảm tính chất của vật liệu và ảnh hƣởng xấu
đến màu sắc của sản phẩm. Thời gian làm nguội là thời gian đóng rắn của vật liệu,
nó phụ thuộc vào vận tốc đóng rắn của hỗn hợp nhựa-gỗ, thông thƣờng phụ thuộc
vào chiều dày sản phẩm. Nếu thời gian làm nguội ngắn thì khơng đủ thời gian nhựa
đóng rắn dẫn đến tính chất của sản phẩm không đảm bảo. Nếu thời gian làm nguội
dài thì sẽ làm giảm năng suất của máy. Vì vậy để đảm bảo tính chất của vật liệu khi
gia công phải chọn thời gian ép ở cả 3 giai đoạn một cách hợp lý. [4, 5, 13]

1.2. Một số phƣơng pháp gia công
1.2.1. Tổng quan về phƣơng pháp gia công
Phƣơng pháp gia công gắn liền với thiết bị dùng để thực hiện q trình gia
cơng và có liên quan đến sự biến đổi trạng thái của vật liệu trong thiết bị. Vì vậy,
cho đến nay chƣa có cách phân loại nào có thể nêu lên đầy đủ các yếu tố trên đƣợc.
Trong công nghiệp để dễ nắm bắt các q trình gia cơng, ngƣời ta tạm thời
xếp các q trình gia cơng từng nhóm theo nhiệm vụ của q trình hoặc trạng thái
vật lý của nguyên liệu trong quá trình gia cơng.
Các q trình gia cơng thƣờng đƣợc xếp thành 3 nhóm nhiệm vụ chính là:
 Nhóm các phƣơng pháp tạo hình: Có nhiệm vụ tạo cho vật liệu có hình dạng
sản phẩm sử dụng thuộc nhóm này gồm các phƣơng pháp gia công nhƣ ép, ép đúc,
đúc dƣới áp suất, đùn, tạo hình nhiệt, cắt gọt…
 Nhóm các phƣơng pháp lắp ghép: Có nhiệm vụ tạo liên kết giữa các chi tiết
của sản phẩm với nhau. Trong nhóm này có thể kể đến phƣơng pháp gia cơng nhƣ:
hàn và phủ bề mặt (bao gồm dán hoặc phun).
 Nhóm các phƣơng pháp biến tính: Có nhiệm vụ thay đổi cấu trúc polymer
bằng phƣơng pháp vật lý hoặc bằng phản ứng hóa học nhƣ các phƣơng pháp trộn,
hoạt hóa bề mặt, biến tính polymer…
Trong q trình gia cơng, dƣới tác dụng của nhiệt độ và áp suất, trạng thái
vật liệu bị biến đổi. Tùy theo trạng thái vật liệu và điều kiện gia cơng các q trình
gia cơng polymer cũng đƣợc chia thành 5 nhóm chính: [5, 9]
Nhóm 1: Điều kiện nhiệt độ, áp suất cao, vật liệu ở trạng thái chảy nhớt trong
q trình gia cơng, nhƣ: ép, đúc dƣới áp suất, đùn…

8


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

Nhóm 2: Điều kiện nhiệt độ và áp suất, vật liệu ở trạng thái chảy mềm cao,
phổ biến nhất là các phƣơng pháp gia cơng vật liệu ở dạng tấm.
Nhóm 3: Nhiệt độ, áp suất gần nhƣ bình thƣờng, vật liệu gia cơng cũng giữ
nguyên các cấu hình ban đầu nhƣ quá trình gia cơng cơ khí.
Nhóm 4: Vật liệu ở trạng thái lỏng hoặc mềm cao ở nhiệt độ thƣờng hoặc
nhiệt độ không cao lắm, nhƣ: đúc không áp suất, đúc ly tâm…
Nhóm 5: Bằng cách nấu chảy và đổ vào khn, gia cơng các sản phẩm có
kích thƣớc lớn và PE (polyethylene) là loại polymer thƣờng đƣợc gia công bằng
phƣơng pháp này.
Trong luận văn này sẽ trình bày cụ thể về phƣơng pháp gia công sản phẩm
bằng phƣơng pháp nhiệt định hình.
1.2.2. Phƣơng pháp nhiệt định hình
1.2.2.1. Đặc điểm phương pháp
Đây là phƣơng pháp gia cơng có thể nói là cổ điển. Q trình gia cơng đƣợc
thực hiện với ngun liệu composite gỗ nhựa ở dạng tấm gồm các giai đoạn:
 Chuẩn bị tấm composite phù hợp với kích thƣớc khn.
 Gia nhiệt cho tấm tới nhiệt độ thích hợp.
 Tạo hình và làm nguội.
 Lấy sản phẩm và hồn tất.
Trong phƣơng pháp này vật liệu chỉ đƣợc đốt nóng đến trạng thái mềm cao
và quá trình tạo hình là quá trình gây biến dạng tấm vật liệu để đạt đến hình dạng
cuối cùng cho nên tác dụng nhỏ hơn các sản phẩm trên.
Phƣơng pháp này có những ƣu điểm sau:
 Thiết bị đơn giản, đầu tƣ thấp.
 Phù hợp khi sản xuất với sản lƣợng ít, sản phẩm với kích thƣớc lớn, hình
dạng đơn giản. Vật liệu khn khơng u cầu cao.
 Chu kỳ khuôn nhanh.
Do những đặc điểm trên mà ngày nay phƣơng pháp nhiệt định hình đƣợc áp

dụng phổ biến hơn và phƣơng pháp tạo hình chân khơng ra đời, cho phép sản xuất
các sản phẩm có chất lƣợng cao.

9


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

1.2.2.2. Các phương pháp gia cơng
a) Phương pháp dập
Là phƣơng pháp tạo hình nhiệt có lực tác dụng lớn nhất. Lực làm biến dạng
gây nên bởi chày ép của máy ép đƣợc sử dụng để gia công một số sản phẩm
composite và nhựa nhiệt rắn dạng tấm nhƣ nhựa PE tẩm vải, giấy, nhựa Epoxy.
Có 3 loại tạo hình:
 Dập trên khn:
Phƣơng pháp này có thể áp dụng cho một số loại composite và tất cả các loại
nhựa nhiệt dẻo nhƣng thƣờng sử dụng với Cellulose Nitrat vì vật liệu này khó gia
cơng bằng các phƣơng pháp ép và đúc dƣới áp suất. Với các loại nhựa dẻ khác
phƣơng pháp này đƣợc sử dụng khi sản phẩm kích thƣớc lớn, đơn giản và sản lƣợng
ít.
Trong q trình dập, chày dập tiếp xúc với vật liệu trƣớc khi thành hình hồn
tồn nên nó cần phải có nhiệt độ thích hợp để tránh vật liệu nguội lại tại các điểm
tiếp xúc gây biến dạng không đều và ứng suất nội gia tăng.
Phƣơng pháp này tuy đắt tiền nhƣng thƣờng đƣợc dùng nhiều.
 Dập kéo:
Phƣơng pháp này cũng có thể áp dụng cho một số loại composite và các loại
nhựa nhiệt dẻo khác nhau. Trong quá trình gia cơng, sau khi đƣợc đốt nóng đến
nhiệt độ thích hợp, tấm vật liệu đƣợc làm biến dạng dƣới tác dụng của chày dập

trong khi đƣợc kẹp giữ trên kẹp. Do đặc tính gia cơng nhƣ vậy nên bề mặt dày sản
phẩm không đồng đều và nhỏ hơn bề dày tấm vật liệu ban đầu. Phƣơng pháp này áp
dụng cho các sản phẩm có bề sâu khơng q 1,5 lần đƣờng kính (bề rộng) tấm vật
liệu.
Để có thể đạt đƣợc sự đồng đều hơn về bề dày sản phẩm, ngƣời ta dùng bộ
phận kẹp sao cho tấm vật liệu trên kẹp khi chày dập tác dụng trong quá trình đóng
khn (hạ chày), lị xo nén và lực kẹp sẽ tăng dần theo bề sâu đƣợc kéo cho đến khi
tấm vật liệu bị kẹp chặt lại. Khi đó nếu tiếp tục kéo thì sản phẩm sẽ có dấu và mỏng
ở thành.
 Dập trên đệm đàn hồi:

10


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

Sự tạo hình sản phẩm trong phƣơng pháp này nhở và lực ép của chày dập và
tính đàn hồi của cao su. Đặc điểm của phƣơng pháp này là cối dập khơng có hình
dáng của sản phẩm mà chày dập có hình dáng của sản phẩm.
Trên cối khn có đệm một lớp cao su để tạo ra phản lực ép tấm vật liệu sát
vào chày dập, lấy hình dáng chi tiết trên chày dập.
Trong q trình gia cơng, nhờ ma sát của tấm vật liệu và đệm cao su nên tấm
vât liệu không bị xê dịch khi dập. Giới hạn của phƣơng pháp này là sự lão hóa nhiệt
của đệm cao su. [5, 13]
b) Phương pháp tạo hình chân khơng
Kĩ thuật này mở rộng hƣớng áp dụng của phƣơng pháp tạo hình nhiệt vì yêu
cầu cần thiết bị đơn giản, năng suất cao, cho sản phẩm nhiều hình dạng khác nhau.
Có nhiều kĩ thuật tạo hình chân khơng:

 Tạo hình trực tiếp dƣới tác dụng của chân không
Dùng chân không để tạo sự sai biệt về áp suất ở 2 bên thành tấm vật liệu.
Phƣơng pháp này có thể thực hiện trên khn khi sản phẩm cần có chi tiết bên ngồi
hoặc trên chày khi sản phẩm cần có chi tiết bên trong. Việc tạo hình trực tiếp trên
chày sẽ có nhiều phế liệu vì phải cắt bỏ các thành bên.
Phƣơng pháp này thích hợp với các sản phẩm có tỷ lệ H/W (tỷ lệ kéo) bé,
thƣờng dùng để sản xuất các sản phẩm có sự khác biệt hồn tồn về bán kính cong
vênh trên về mặt nhƣng khó tránh đƣợc các vết trên bề mặt sản phẩm do việc nguội
của vật liệu khi tiếp xúc với khn trƣớc khi việc tạo hình hồn tất, ví dụ nhƣ sản
xuất các bản đồ nổi, mặt búp bê,...với các loại nhựa nhƣ acrylic, celluloid, vinyl
cứng...
 Tạo hình chân khơng kết hợp với chày nóng
Để tránh các vết trên bề mặt sản phẩm so sự làm nguội vật liệu tại các tiếp
điểm đầu tiên giữa tấm vật liệu làm khn, ngƣời ta sử dụng chày nóng để tạo dạng
sơ bộ. Phƣơng pháp này cho sản phẩm đều hơn và có thể sử dụng với tỉ lệ kéo cao
hơn sản phẩm tạo hình trực tiếp bằng chân không.
Trƣớc khi dùng lực chân không, chày ép hạ xuống một đoạn nhất định để tạo
hình sơ bộ cho tấm vật liệu.

11


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

 Tạo hình chân không kết hợp với tấm kéo trên chày
Phƣơng pháp này có thể xem nhƣ là kết hợp của dập kéo với chân không,
giúp tao đƣợc các đƣờng cong ngƣợc và các dạng phức tạp mà phƣơng pháp dập
kéo không thực hiện đƣợc. Tỷ lệ kéo thực hiện đƣợc có thể lên đến 1:1.

 Tạo hình chân khơng kết hợp khí nén
Phƣơng pháp này cho phép sản xuất đƣợc nhiều sản phẩm có đƣờng viền
phức tạp, độ cong khơng đều nhau. Có nhiều cách kết hợp chân khơng và khí nén
nhằm nâng cao độ đồng đều của bề dày sản phẩm và kiểm soát đƣợc bề dày này.
Sau đây là một số kết hợp:
Kéo căng sơ bộ bằng chân không và tạo hình bằng khí nén. Phƣơng pháp này
phù hợp với các vật liệu có tính đàn hồi cao ở điều kiện gia công (mềm cao ở điều
kiện gia công), thƣờng đƣợc áp dụng cho nhựa Acrylic, ABS để gia cơng các hộp
chứa trong suốt.
Kéo căng sơ bộ bằng khí nén, tạo hình bằng chân khơng: Phƣơng pháp này
tƣơng tự nhƣ phƣơng pháp trên, giúp cho sự định hƣớng tốt.
Tạo hình với đệm khơng khí: Để tránh sự tiếp xúc không đồng đều ban đầu
giữa khuôn và tấm vật liệu, gây nên các vết trên bề mặt sản phẩm. Phƣơng pháp tạo
hình với đệm khí khắc phục đƣợc nhƣợc điểm này, trong đó khi gia cơng, tấm vật
liệu đƣợc làm biến dạng giữa hai đệm khí.
1.2.2.3. Các thơng số kỹ thuật của q trình tạo hình chân khơng
a) Tỷ số kéo
Biểu diễn tỷ số giữa bề mặt mà tấm vật liệu phải biến dạng và bề rộng cố
định của tấm vât liệu ban đầu H/W. Tỷ số kéo ảnh hƣởng rất nhiều đến độ đồng đều
của sản phẩm và là 1 trong những yếu tố quyết định viêc lựa chọn phƣơng pháp tạo
hình.
Tùy theo phƣơng pháp tạo hình mà độ đồng đều về bề dày sản phẩm chỉ chấp
nhận đƣợc tỉ số khi kéo nằm dƣới 1 giá trị giới hạn nào đó.
Ví dụ: Với phƣơng pháp tạo hình chân khơng trực tiếp nếu tỷ số kéo vƣợt q 1:2
thì sự chênh lệch bề dày ở các vị trí khác nhau trên sản phẩm rất lớn, không thể
chấp nhận đƣợc dù có xử lý bằng bất cứ cách nào. Trái lại với phƣơng pháp tạo hình

12

GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

kết hợp kéo tấm trên chày, tỷ số tới hạn này lên đến 1:1. Phƣơng pháp tạo hình kết
hợp với chày đẩy hoặc kéo sơ bộ cũng có giá trị tỷ số kéo là 1:1 cịn phƣơng pháp
tạo hình với đệm khí thì giá trị này có thể lên đến 1,5:1.
Ngồi tỷ dố kéo, độ đồng đều về bề dày sản phẩm còn phụ thuộc vào hình
dạng khn, các góc cạnh...
b) Nhiệt độ tạo hình
Khoảng nhiệt tạo hình bằng phƣơng pháp này đối với vật liệu composite và
các loại nhựa nhiệt dẻo tƣơng đối rộng. Nhiệt độ thấp nhất là nhiệt độ mà có thể tạo
đƣợc sản phẩm hộp hình vng (hình hộp vng) với các cạnh sắc góc mà khơng có
những khuyết tật nhận thấy đƣợc bằng mắt thƣờng và nhiệt độ cao nhất là nhiệt độ
mà tấm vật liệu bắt đầu chảy võng xuống trên kẹp hoặc nhiệt độ mà vật liệu bị biến
dạng hoặc chảy do phân hủy. Nhiệt độ gia công cũng ảnh hƣởng đến bề dày ở các
điểm khác nhau trên sản phẩm.
Việc lựa chọn chế độ gia cơng, ngồi yếu tố độ đồng đều về bề dày sản phẩm
cịn ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm. Nói chung sản phẩm gia cơng ở nhiệt độ
cao sẽ có chất lƣợng cao hơn sản phẩm gia công ở nhiệt dộ thấp vì giảm đƣợc ứng
suất nội và ổn định kích thƣớc hơn.
Để đạt đƣợc sự đồng đều về bề dày sản phẩm, đôi khi ngƣời ta sử dụng
phƣơng pháp đốt nóng có tính đến hình dạnh sản phẩm, trong đó ở các điểm mà
trong q trình gia cơng chịu ứng suất lớn thì sẽ đƣợc đốt nóng ít hơn nghĩa là nhiệt
độ thấp hơn. Tuy nhiên, sản phẩm cũng ít đƣợc sử dụng vì phức tạp và tạo các sức
căng trên bề mặt sản phẩm làm sản phẩm dễ bị rạng nứt khi sử dụng.
Để đốt nóng vật liệu đến nhiệt độ gia công, ngƣời ta thƣờng sử dụng phƣơng
pháp đốt nóng bề mặt với đèn hồng ngoại đặt cách tấm vật liệu từ 75÷100 mm hoặc
đốt nóng bằng điện cao tần. Việc đốt nóng bằng điện cao tần sẽ cho sản phẩm có
chất lƣợng tốt, năng suất cao. Tuy nhiên phƣơng pháp này hạn chế vật liệu sử dụng.

Trong phƣơng pháp tạo hình nhiệt, thời gian đốt nóng chiếm 50÷80 thời gian
sản xuất, cho nên việc lựa chọn phƣơng pháp đốt nóng, vận tốc đốt nóng, vận tốc
đốt nóng sẽ ảnh hƣởng đến năng suất lao động.
c) Vận tốc biến dạng

13


GVHD: PGS.TS. Lƣu Thanh Tùng

HVTH: Vũ Văn Thắng

Tính chất vật liệu thay đổi theo nhiệt độ và vận tốc biến dạng. Khi tăng nhiệt
độ hoặc giảm vận tốc biến dạng vật liệu sẽ trở nên mềm hơn. Trong quá trình tạo
hình, thƣờng các vị trí khác nhau trên bề mặt tấm vật liệu chịu tác dụng của ứng
suất khác nhau và tốc độ nguội khác nhau. Do đó, vận tốc biến dạng sẽ ảnh hƣởng
đến bề dày sản phẩm.
Việc lựa chọn vận tốc thành hình thích hợp phụ thuộc vào nhiệt độ gia công
và cả bề dày tấm vật liệu. Nói chung, nếu kéo chậm sẽ gây hiện tƣợng xấu trên bề
mặt do sự làm nguội khi kéo, còn nếu kéo quá nhanh thì các điểm chịu ứng suất
lƣợn nhƣ các góc cạnh sẽ bị mỏng do vật liệu khơng chảy kịp. Vật liệu mỏng thì cần
kéo nhanh hơn vật liệu dày vì quá trình làm nguội nhanh hơn. Thực tế cho thấy vận
tốc tạo hình biến thiên từ 7m/phút đối với các loại nhựa polyolefin (PE,PP), lên đến
25 m/phút với loại Celluloid và 30 m/phút cho Polycacbonat.
1.2.3. Phân loại phƣơng pháp nhiệt định hình
a) Định dạng nhờ nhiệt kết hợp chân không
 Nguyên lý làm việc:
Tấm hoặc màng đƣợc tạo từ công nghệ đùn đƣợc gia nhiệt trên nhiệt độ mềm
Tg, sau đó đƣợc biến dạng bởi lực tạo hình (áp suất chân khơng, áp suất khơng khí
hoặc lực cơ học) ép nó vào khn và và đƣợc làm nguội. Cuối cùng sản phẩm sẽ có

hình dạng của bề mặt khn.

Hình 1.2 Q trình gia cơng nhiệt định hình

14