ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Cơng nghệ sản xuất nhựa năng suất 1100
tấn/năm
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1. GIỚI THIỆU VỀ NGÀNH NHỰA KINH TẾ HỘI NHẬP
Bộ thương mại dự báo năm 2006, xuất nhập khẩu sản phẩm nhựa của Việt
Nam sẽ đạt 500 triêu USD và năm 2010 sẽ tăng lên 1,3 tỷ USD. Mặt hàng nhựa
Việt Nam có khả năng xuất khẩu với qui mô lớn do nhu cầu nhập khẩu trên thế
giới rất cao (200 tỷ USD năm 2005 tăng 8% so với năm trước).
Theo qui hoạch phát triển ngành nhựa đến năm 2010 của bộ công nghiệp,
ngành nhựa Việt Nam có được sự tăng trưởng ổn đònh và lâu dài. Trong những
năm qua tăng trưởng của ngành nhựa vẫn giữ ở mức 20 – 25%/ năm và dự kiến sẽ
giữ vững tốc độ này đến năm 2010.
Đặt biệt từ nay đến năm 2010 ngành ô5i đòa hoá nguyên vật liệu nhựa lên
trên 50% và dần dần thay thế nguyên liệu nhập khẩu. Ngoài ra, chính phủ cũng
đã thông qua kế hoạch dành gần 1 tỷ USD để hỗ trợ việc xây doing và cải tạo nhà
máy sản xuất nguyên vật liệu thô như PE và PP để có thể đáp ứng 50 -60% nhu
cầu nguyên vật liệu thô ngành nhựa.
2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ÉP PHUN – THỔI
2.1. Công nghệ ép phun
2.1.1 Giới thiệu
Công nghệ ép phun là công nghệ truyền thống của ngành sản xuất nhựa,
được phát triển qua 4 thế hệ máy, thế hệ thứ 4 là các loại máy ép điện, ép gaz
đang dược áp dụng phổ biến ở các quốc gia có công nghiệp nhựa tiên tiến như
Mỹ, Đức, Nhật… đang thâm nhập vào thò trường Châu Á. Loại công nghệ này
1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Cơng nghệ sản xuất nhựa năng suất 1100
tấn/năm
phục vụ cho các ngành công nghiệp điện tử, điện dân dụng, sản xuất xe hơi và
các ngành công nghiệp khác, đỉnh cao của công nghệ này là công nghệ nhựa vi
mạch điện tử. Tại Việt Nam, hiện có gần 3000 thiết bò ép phun trong đó có 2000
máy ở thế hệ thứ 2, thứ 3. trước đây công nghệ ép phun được sử dụng sản xuất
đúc trục vít.
2.1.3.1 Phân loại máy
Năng suất máy biểu diễn theo: Lượng nhựa đúc được tối đa 1 lần, theo công
suất nhiệt và theo lực đóng khuôn.
2.1.3.2 Cấu tạo
2.1.3.2.1 Máy ép phun trục vít:
Cụm nhựa hoá trong xi lanh nguyên liệu:
+ Phễu nạp liệu: đưa nguyên liệu vào
+ Xy lanh nguyên liệu:
* Cấu tạo:làm bằng thép đúc bề mặt trong được tôi cứng và xi mạ nhẵn
bóng để thuận lợi cho việc thay đổi màu nguyên liệu không bám dính, giảm ma
sát tránh tổn thất. Phía ngoài có gắn các vòng điện trở để gia nhiệt. Xylanh khá
dài vì phải có chỗ chứa keo phía trước để phun ép.
3
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Cơng nghệ sản xuất nhựa năng suất 1100
tấn/năm
* Nhiệm vụ quan trọng: tạo bề mặt truyền nhiệt.
+ Trục vít:
* Cấu tạo:được chế tạo bằng thép cứng để chống mòn, được xy mạ
tránh bám dính và giảm ma sát. Khe hở của vít thu hẹp dần để giảm thể tích nhờ
đó áp suất kéo nén lên phía trên cũng tăng theo. Phía trước của vít có cơ cấu van
một chiều chỉ cho phép nguyên liệu đi lên phía trên khi nạp liệu nhưng khi bơm
sẽ đóng lại không cho nhựa đi về phía sau.
* Trục vít quay để lấy nguyên liệu nhờ motor dầu ở phía sau xylanh
thuỷ lực.
* Trục vít chuyển động tònh tiến nhờ xylanh thuỷ lực nằm phía sau trục
vít.
* Nhiệm vụ: vừa làm nhiệm vụ nhựa hoá vừa giữ nhiệm vụ tạo áp suất
đẩy vào vùng tạo hình của khuôn đúc, để thực hiện được nhiệm vụ này, bộ phận
truyền động của bộ phận trục vít phải tạo được chuyển động quay tròn và chuyển
+ Ưu điểm:
* Nguyên liệu được đốt nóng nhanh và điều, vì trong xylanh nguyên liệu,
nguyên liệu vừa được tạo thành các lớp mỏng,vừa được trộn liên tục.
* Thời gian lưu của nguyên liệu trong xylanh nguyên liệu ngắn.
* Cấu tạo của máy gọn nhẹ nhất là bộ phận nạp liệu.
5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Cơng nghệ sản xuất nhựa năng suất 1100
tấn/năm
* Tuy không đòi hỏi đo lường, nhưng lượng vật liệu đi vào máy khá đồng
đều giúp cho việc đảm bảo áp suất đúc ổn đònh, chất lượng sản phẩm đồng đều.
* Tổn thất áp suất trong vùng nguyên liệu trước trục vít ít do chúng đã được
đốt nóng đến trạng thái chảy nhớt.
+ Nhược điểm:
* Không tạo được áp suất lớn do có khe hở giữa răng vít và xylanh.
2.1.3.2.2 Máy ép phun pitton:
- Ra đời sớm nhất.
- Vật liệu được nhựa hóa trong xy lanh nguyên liệu gọi là xy lanh đốt nóng.
- Bên trong xy lanh đốt nóng có đặt các lõi gia nhiệt giúp hiệu suất gia nhiệt
tăng và nhiệt độ vật liệu đồng đều.
2.1.3.2.3 Máy đúc có bộ phận nhựa hóa sơ bộ
- Mục đích: tăng hiệu suất gia nhiệt
- Có một bộ phận nhựa hóa sơ bộ lắp kề với xy lanh nguyên liệu.
- Vật liệu sau khi nhựa hóa ở phần rời này sẽ được nạp vào xy lanh nguyên
liệu và sau đó được đẩy vào khuôn.
- Thuận lợi: giảm được áp suất đúc do khi đúc pittông tác dụng lên khối nhựa
lỏng không có sự tổn hao áp suất bởi nén các hạt vật liệu.
- Bộ phận nhựa hóa sơ bộ có thể là dạng xy lanh đốt nóng với pittông đẩy hoặc
dạng vít đùn.
- Dạng vít đùn có nhiều thuận lợi hơn:
+ Trộn vật liệu tốt hơn
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Cơng nghệ sản xuất nhựa năng suất 1100
tấn/năm
+ Được đánh bóng theo hướng bơm nhựa để tránh các đường khuyết
(undercut) cản trở việc lấy sản phẩm.
2.1.4.2.2 Rãnh nhựa
- Rãnh dẫn nhựa: chiều dài càng ngắn càng tốt để giảm tổn thất áp khi bơm
nhựa vào khuôn.
- Kích thước:
+ Nhỏ vừa phải để giảm lượng phế liệu và ngăn cản việc nén quá mức,
nhưng cũng đủ lớn để điền đầy hiệu quả vùng tạo hình.
+ Đường kính nhỏ nhất của rãnh nhựa nên bằng 1.5 x bề dày thành sản
phẩm.
- Hình dạng rãnh nhựa:
+ Tròn: rãnh nhựa tròn được ưa chuộng hơn vì nó cho phép lượng tối đa
nhựa chảy mà không giảm nhiệt độ nhiều. Chi phí cao nhất vì rãnh nhựa nằm ở
hai bên đường tách khuôn.
+ Hình thang (góc tròn): Dòng nhựa chảy có thể chấp nhận nhưng sử
dụng nhiều vật liệu hơn.
+ Hình thang (góc nhọn): Cũng phí nhiều vật liệu.
+ Vuông/chữ nhật: Tốn vật liệu + khó lấy.
+ Bán nguyệt: không thích hợp.
- Bố trí: cân đối
+ Đối với khuôn nhiều lỗ khuôn rãnh nhựa được thiết kế sao cho các lỗ
khuôn được điền đầy cùng tốc độ, tránh các vấn đề như nén quá mức, cong vênh,
ứng suất dư ….
8
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Cơng nghệ sản xuất nhựa năng suất 1100
tấn/năm
+ Sự cân đối cần đạt được để đảm bảo chiều dài chảy của vật liệu đến
các lỗ khuôn như nhau.
- Bề dày sản phẩm không đồng đều.
- Dùng sản xuất các sản phẩm rổng, bao bì: chai lọ, ngăn chứa … Ưu điểm
của phương pháp là tránh được mối nối giữa hai phần của sản phẩm.
2.2.2 Phân loại:
Công nghệ thổi khuôn gồm có 3 phương pháp: Đùn-thổi, ép phun-thổi và
kéo-thổi
2.2.2.1 Phương pháp đùn thổi
Phương pháp đùn thổi là một trong những phương pháp gia công vật thể
rỗng. Phương pháp này thường dùng cho các loại nhựa nhiệt dẻo thông dụng: PE
(LDPE, HDPE…), PET, PVC, PS, PP…
Các yếu tố cần quan tâm trong phương pháp này là:
+ Độ nhớt của polime nóng chảy ở vận tốc trượt cao và thấp.
+ Cường lực của polime nóng chảy (điều này rất quan trọng đối với độ
đồng đều bề dày sản phẩm tạo thành).
10
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Cơng nghệ sản xuất nhựa năng suất 1100
tấn/năm
+ Độ hồi phục biến dạng (khối lượng phân tử và độ phân tán khối lượng
phân tử)
+ Tốc độ kết tinh (tốc độ thấp thì phù hợp hơn tốc độ cao).
+ Tính chất nhiệt (độ khuếch tán nhiệt, độ dẫn nhiệt, nhiệt dung
riêng…).
Trong phương pháp đùn thổi bao gồm 2 quá trình tạo phôi: quá trình tạo phôi
liên tục và quá trình tạo phôi gián đoạn.
• Quá trình tạo phôi liên tục.
Phương pháp này thích hợp với PVC và các loại nhựa nhạy nhiệt. Phương
pháp này thường sử dụng để gia công các chai lọ có thể tích lên đến 4 lít.
Có nhiều cách bố trí khuôn thổi, trong đó 3 cách thường sử dụng là theo
phương pháp khuôn di chuyển ngang, đứng và khuôn quay.
+ Phương pháp khuôn di chuyển ngang:
Phương pháp dùng vít có chuyển động tònh tiến.
Vít hoạt động như trong máy ép phun. Bằng chuyển động tònh tiến polime
nóng chảy sẽ được đẩy gián đoạn qua đầu tạo hình tạo phôi. Khi vít quay, vít sẽ
lùi và dự trữ phần nhựa lỏng trước đầu vít. Sau khi lấy sản phẩm khỏi khuôn, vít
12
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Cơng nghệ sản xuất nhựa năng suất 1100
tấn/năm
sẽ tiến đến đẩy nhựa qua đầu tạo hình tạo phôi đùn mới. Trong phương pháp này
phải tạo sự đồng bộ giữa lượng nhựa dự trữ, tốc độ lấy nhựa của vít và kích thước
sản phẩm cùng tốc độ làm nguội của nhựa trong khuôn.
Phương pháp dùng đầu dự trữ.
Nhựa từ máy đùn được đưa vào đầu dự trữ nguyên liệu. Đầu dự trữ tác dụng
như là một bộ phận của đầu máy đùn. Nhựa vào trước sẽ ra trước. Chày đùn sẽ
đẩy nhanh nhựa nóng chảy qua đầu tạo hình với áp suất thấp và đồng đều, giảm
ứng suất tổng cộng. Phương pháp này rất lí tưởng để tạo các bình chứa nặng lớn
hơn 10 lít.
Ưu điểm và khuyết điểm của phương pháp đùn thổi:
♦ Ưu điểm
− Sử dụng được cho hầu hết các loại nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn.
− Chi phí đầu tạo hình thấp so với phương pháp ép phun.
− Nhựa hóa hiệu quả.
− Trên nguyên tắc phôi đùn có thể có chiều dài không hạn chế.
♦ Khuyết điểm
− Chi phí hoàn tất cao.
− Chi phí máy đùn cao.
− Phế liệu cho khâu hoàn tất nhiều.
− Đầu tạo hình có lập trình thay đổi thiết diện chảy phức tạp, do đó
giới hạn đối với phôi đùn có tiết diện thay đổi.
Sau đây là một số hình ảnh của sản phẩm được gia công bằng phương pháp
đùn - thổi.
n
g
pháp kéo thổi
Phương pháp kéo thổi là phương pháp thổi đònh hướng 2 chiều. Trong
phương pháp này sản phẩm được đònh hướng theo chiều ngang lẫn chiều dọc. Nhờ
vào sự đònh hướng 2 chiều độ bền kéo, độ bền va đập gia tăng, độ rảo giảm và
tính chống thấm khí, hơi nước của sản phẩm tăng.
Loại nhựa thường được gia công bằng phương pháp này làø PET và PP. Ngoài
ra còn có PVC, copolime của acrilonitril, polietilen naptalat (PEN) và một số
poliester nhiệt dẻo khác.
Có 2 phương pháp kéo thổi: kéo thổi 1 giai đoạn và 2 giai đoạn.
15
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Cơng nghệ sản xuất nhựa năng suất 1100
tấn/năm
+ Trong phương pháp 1 giai đoạn: các công đoạn tạo phôi được tạo hình
bằng phương pháp ép phun, ổn đònh nhiệt và thổi được thực hiện trên cùng thiết
bò.
+ Trong phương pháp 2 giai đoạn: các công đoạn tạo phôi, ổn đònh nhiệt
và thổi được thực hiện trên các thiết bò riêng. Do đó phương pháp cho năng suất
cao.
3. NGUYÊN LIỆU VÀ PHỤ GIA SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN –
THỔI
3.1. Một số khái niệm cơ bản
3.1.1. Polymer
Polymer là hợp chất cao phân tử trong đó phân tử của nó gồm những nhóm
nguyên tử được nối với nhau bằng các liên kết hóa học và có sự lập lại tuần hoàn.
3.1.2. Nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn
Nhựa nhiệt dẻo:
Là polymer có khả năng lập lại nhiều lần quá trình chảy mềm dưới tác dụng
của nhiệt và trở nên cứng (đònh hình) khi được làm nguội.
có miệng chảy ∅=2,1 mm ở nhiệt độ và áp suất nhất đònh trong thới gian 10 phút.
lượng nhựa chảy ra khỏi miệng dụng cụ xác đònh chỉ số chảy của nhựa.
Tiêu chuẩn đo chỉ số nóng chảy là ASTM D 1238.
17
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Cơng nghệ sản xuất nhựa năng suất 1100
tấn/năm
• Độ hút ẩm(độ hấp thụ nước)
Độ hút ẩm được xác đònh bằng mức hút nước của nhựa.
Phương pháp đo: lấy một mẫu nhưa ïsấy khô, can trọng lượng. Ngâm mẫu
nhựa vào nước trong 24 giờ, lấy ra cân lại. Tỉ lệ % gia tăng trọng lượng là mức
hấp thụ nước.
Nhựa có nhóm phân cực : độ hấp thụ nước cao.
Nhựa không phân cực: độ hấp thụ nước thấp.
Độ hút ẩm thấp thì tốt vì nước hấp thụ làm giảm một số tính chất cơ lý và
ảnh hưởng đến độ ổn đònh kích thước sản phẩm.
• Độ co rút của nhựa:
Độ co rút của nhựa là % chênh lệch giữa kích thước của sản phẩm sau khi đã
lấy khỏi khuôn được đònh hình và ổn đònh kích thước so với kích thước của khuôn.
Độ co rút của nhựa kết tinh lớn hơn nhiều so với độ co rút của nhựa vô đònh
hình.
• Tính cách điện:
Đa số các loại nhựa cách điện tốt nên được ứng dụng làm các thiết bò điện
gia dụng, thiết bò viễn thông, vô tuyến truyền hình, các thiết bò cao tần.
Xác đònh tính cách điện bằng thử nghiệm điện thế xuyên thủng qua một tấm
vật liệu nhựa có chiều dày tính bằng mm (KV/mm) ở nhiệt độ 20
o
C.
• Tính truyền nhiệt:
Đa số các loại nhựa có độ truyền nhiệt thấp nên cách nhiệt tốt.
3.2.2 Tính chất cơ học
Đối với các sản phẩm nhựa như đế giày dép, chỉ tiêu này rất quan trọng.
19
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Cơng nghệ sản xuất nhựa năng suất 1100
tấn/năm
3.3. Một số loại nhựa thường dùng
3.3.1 PE ( Polyethlene ):
3.3.1.1 Công thức cấu tạo:
(- CH
2
- CH
2
-)
n
3.3.1.2 Phân loại:
STT TÊN TỈ TRỌNG Chỉ số chảy
(g/10phút)
1 HDPE (high density
polyethylene)
0.95 – 0.97 (độ kết tinh lớn
có cấu tạo mạch thẳng)
0.1 - 20
2 LDPE (low density
polyethylene)
0.91 – 0.93 (độ kết tinh
thấp)
0.1 – 60
3 LLDPE (linear low
density polyethylene)
Có khối lượng riêng thấp,
mạch thẳng, có T0nc thấp.
• Khi đốt với ngọn lửa có thể cháy và có mùi paraffin.
• Cách điện tốt.
• Độ kháng nước cao, không hút ẩm.
• PE không phân cực nên có độ chống thấm cao đối với hơi của những chất
lỏng phân cực.
• Kháng hoá chất tốt.
• Kháng thời tiết kém,bò lão hoá dưới tác dụng của oxi không khí, tia cực
tím, nhiệt. Trong quá trình lão hoá độ dãn dài tương đối và độ chòu lạnh của
polymer giảm, xuất hiện tính dòn và nứt.
• Độ bám dính kém.
3.3.1.5 Ứng dụng
• Giấy cách điện, dây cáp và chi tiết điện
• Màng và tấm
21
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Cơng nghệ sản xuất nhựa năng suất 1100
tấn/năm
• Sản phẩm kháng dung môi và dầu nhớt:thùng chứa dung môi, chai lọ, bao
bì…
• Sản phẩm công nghiệp :két nước ngọt, két bia (cần chất chống UV), nắp
chai nước tương, nắp chai tương ớt (không cần chất chống UV)…
3.3.2 PP(polypropylene)
3.3.2.1 Công thức cấu tạo
n
CH
3
CH
2
- CH
3.3.2.2 Các thông số cơ bản
+ Tỉ trọng : 0,9 - 0,92
Dùng cách điện tần số cao : tấm, vật kẹp cách điện…
3.3.3 PET (Polyethylene Terephtalate )
3.3.3.1 Công thức cấu tạo
n
OCH
2
CH
2
OHCOOCH
2
CH
2
OOCCOHOCH
2
CH
2
OOC
3.3.3.2 Các thông số cơ bản
• Tỉ trọng : 1,33 – 1,4
• Nhiệt độ gia công: 240 - 260
o
C.
• Nhiệt độ hóa thủy tinh: 78 – 80
o
C
• Độ bền kéo đứt: 1000 – 1500 kG/cm
2
.
• Độ dãn dài : 50 – 60 %
3.3.3.3 Tính chất
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : Cơng nghệ sản xuất nhựa năng suất 1100
tấn/năm
những rượu có thể là monohydric (Ethynulhexanol, Isodecanol, Butanol,
Isononyl) hay polyhydric (glycol, pentaerthritor).
Chất hóa dẻo phụ: các dầu thơm và dầu béo paraffin cloro hóa và ester.
3.4.3 Chất ổn đònh:
Bao gồm các loại ổn đònh nhiệt, ổn đònh tia tử ngoại (còn gọi là ổn đònh yia
cực tím UV, ánh sáng ), chất lão hóa…nhằm mục đích tránh bò phá huỷ đặc biệt
trong quá trình gia công sản phẩm.
Chất ổn đònh nhiệt chủ yếu dùng cho nhựa PVC cứng và mềm, chất ổn đònh
nhiệt nhằm tránh tạo thành nối đôi trong quá trình gia công.
Sản phẩm chất dẻo được gia công ở nhiệt độ giưã nhiệt độ nóng chảy và
nhiệt độ phân hủy. Chất ổn đònh thêm vào chất dẻo để đảm bảo gia công được ở
khoảng nhiệt độ trên.
Các loại chất ổn đònh nhiệt: chất hưũ cơ, muối, cadmium, calcium, kẽm…
dùng cho PVC thường chất ổn đònh sử dụng dưới dạng hỗn hợp. Ví dụ: hệ thống sử
dụng nhiệt Ca/Zn, Ba/Cd…
Chất ổn đònh ánh sáng: boat màu, hydroxybenzo, ester của acid Acrylic,
hydroxyphenyl, benztriazoles, …bảo vệ chất dẻo dưới ánh sáng mặt trời bằng cách
làm chậm quá trình giảm câp1 chất lượng khi sử dụng ngoài trời.
3.4.4 Chất phòng lão:
Chất chống lão: nhằm nỡ rộng khoảnh nhiệt độ sử dụng cho chất dẻo, thời
gian sử dụng tăng lên, hạn chế hay làm chậm quá trình phát triển phản ứng do
oxygen hay proxide tác dụng vào.
Có 2 loại chất chống lão hóa: gồm chống lão Phenonic, chống lão Amine,
hỗn hợp chứa chất lưu huỳnh hay phosphor như Thioesters.
25
Copyright: Tài liệu đại học ©