Công nghệ vật liệu nhựa - Khuôn mẫu

3/31/2011 1 CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ THỔI (BLOW MOLDING) NOÄI DUNG – Khái niệm – Ñuøn thoåi ( Lieân tuïc vaø khoâng lieân tuïc). – EÙp thoåi( Parison noùng hoaëc nguoäi) – Ñuøn thoåi maøng . – Khuoân – Laäp qui trình – Xem xeùt saûn phaåm ( Vaät lieäu, hình daùng, thieát keá) – Thao taùc vaø ñieàu khieån quaù trình. 1.KHÁI NIỆM Khuoân nhieät Gia nhieät baèng ñieän Cung caáp nhöïa Truïc vít ñuøn Nöûa khuoân Nöûa khuoân Nöôùc laøm nguoäi khuoân Nöôùc laøm nguoäi khuoân Saûn phaåm Phôi Nguoàn khoâng khí 1.KHÁI NIỆM Khoâng khí Là phương pháp mà trong đó phôi rỗng ở nhiệt độ thích hợp ( thấp) được đặt vào giữa hai nửa khuôn, khuôn được đóng lại và phôi được cắt khỏi ống đùn. Sau đó quá trình thổi được thực hiện và sản phẩm có hình dạng của lòng khuôn. Phương pháp này dùng để tạo các sản phẩm dạng rổng có dung tích nhỏ. Khuoân môû vaø phoâi ñöôïc ñuøn ra Khuoân ñoùng vaø chai ñöôïc taïo hænh Khuoân môû sau khi chai ñöôïc ñòng daïng vaø nguoâi Ba via Khuoân chai Maùy ñuøn form Loå gia nhieät 3/31/2011 2 Sản phẩm Xy lanh đùn Khuôn ống Khuôn đóng Khuôn đóng 1.KHÁI NIỆM TS.THÁI THỊ THU HÀ CHƯƠNG 4: CÁC PP GIA CÔNG 10/3/2007 5 (1) Đùn parison;(2) parison được kẹp ở trên và được bịt ở đáy xung quanh đầu thổi bằng kim loại khi hai nửa khuôn đóng lại; (3) Ống được thổi để có thể tạo được hình dáng của lòng khuôn (4) Khuôn được mở ra và sản phẩm được lấy ra khi đã đông cứng Đầu thổi Không khí 1.KHÁI NIỆM TS.THÁI THỊ THU HÀ CHƯƠNG 4: CÁC PP GIA CÔNG 10/3/2007 6 Aùp suaát khíKhuoân ñuøn 1.KHÁI NIỆM Khuoân Parison Saûn phaåm Loøng khuoân CAÙC BÖÔÙC THOÅI FormKhuoân môû TS.THÁI THỊ THU HÀ CHƯƠNG 4: CÁC PP GIA CÔNG 10/3/2007 8 Khuoân ñoùng Tạo áp lực vào parision Chi tieát ñöôïc laøm nnguoäi Khuoân môû 3/31/2011 3 TOÙM TAÉT QUAÙ TRÌNH THOÅI • - Noùng chaûy vaät lieäu. • - Taïo caùc phoâi ( parison) töø nhöïa noùng chaûy. • - Ñaët parison vaøo khuoân. • - Thoåi parions ôû trong khuoân. - Laøm nguoäi saûn phaåm• . • - Laáy saûn phaåm ra khoûi khuoân. • - Laáy bavia KHAÛ NAÊNG COÂNG NGHEÄ • -Taïo caùc saûn phaåm roãng. • - Caùc saûn phaåm khoái laäp phöông hoaëc daïng truï. • - Caùc chai loï, caùc thuøng chöùa, boàn chöùa, caùc á ã àong dan, caùc ño chôi. Caàn chuù yù khi gia coâng sao cho caùc goùc cuûa saûn phaåm khoâng quaù moûng CAÙC SAÛN PHAÅM THOÅI Photo Courtesy of Phillips Petroleum Company CÁC SẢN PHẨM 3/31/2011 4 CAÙC SAÛN PHAÅM THOÅI 2.VAÄT LIEÄU o Caùc vaät lieäu coù khaû naêng caêng vaø troïng löôïng phaân töû lôùn. o Haàu heát caùc nhöïa nhieät deûo ñeàu coù theå thoåi ñöôïc. o Yeâu caàu coù khaû naêng noùng chaûy laø ñieàu caàn thieát. o Khả năng giãn dài tốt và MW cao o Thường hay sử dụng : ƒ PVC thì nhaäy vôùi nhieät ñộ. ƒ HMWPE dùng làm vật liệu bao bì kích thước lớn. ƒ PP dùng cho các sản phẩm yêu cầu sự định hướng tốt. ƒ PET dùng làm chai đựng nước tinh khiết. 3.PHAÂN LOÏAI COÂNG NGHEÄ THOÅI ™Coâng ngheä ñuøn thoåi. ™Coâng ngheä eùp thoåi. ™Thoåi nhieàu lôùp Choïn coâng ngheä naøo 3/31/2011 5 EÙp thoåiÑuøn thoåi 3. PHAÂN LOÏAI COÂNG NGHEÄ THOÅI Söï caêng ra cuûa saûn phaåm khi thoåi 3.PHAÂN LOÏAI COÂNG NGHEÄ THOÅI Ñuøn thoåi : Ép thoåi : Khuoân ñoùng eùp cuûa khoâng khí Caùc ñöôøng laøm nguoäi 4.COÂNG NGHEÄ ÑUØN THOÅI Khuoân nhieät Gia nhieät baèng ñieän Nguoàncung caáp nhöïa TS.THÁI THỊ THU HÀ CHƯƠNG 4: CÁC PP GIA CÔNG 10/3/2007 19 Truïc vít ñuøn Nöûa khuoân Nöûa khuoân Nöôùc laøm nguoäi khuoân Nöôùc laøm nguoäi khuoân Saûn phaåm Form Nguoàn khoâng khí 4.COÂNG NGHEÄ ÑUØN THOÅI 3/31/2011 6 Pittoân 4.COÂNG NGHEÄ ÑUØN THOÅI Maùy ñuøn Parison Khuoân Beå chöùa Sản phẩm Xy lanh đùn Khuôn ống Khuôn đóng Khuôn đóng 4.COÂNG NGHEÄ ÑUØN THOÅI (1) Đùn parison;(2) parison được kẹp ở trên và được bịt ở đáy xung quanh đầu thổi bằng kim loại khi hai nửa khuôn đóng lại; (3) Ống được thổi để có thể tạo được hình dáng của lòng khuôn (4) Khuôn được mở ra và sản phẩm được lấy ra khi đã đông cứng Đầu thổi Không khí 4. ÑUØN THOÅI 3/31/2011 7 4.ĐÙN THỔI FormKhuoân môû Kh â ñ ùuon ong Tạo áp lực vào parision Chi tieát ñöôïc laøm nnguoäi Khuoân môû • -Khoâng caàn chuù yù nhieàu ñeán vieäc laøm nguoäi • -Caàn laáy ba via 4.COÂNG NGHEÄ ÑUØN THOÅI Caàn laáy bavia HÌNH DAÏNG Tyû soá thoåi= Ñöôøng kính khuoân Ñ ø kí h û P iöông n cua ar son 4.COÂNG NGHEÄ ÑUØN THOÅI Cấu tạo đầu đùn 3/31/2011 8 • Các thông số quan trọng của quá trình đùn thổi – Sự kéo căng của phôi – Nhiệt độ của phôi và nhiệt độ không gian làm việc – Đặc tính chảy của nhựa nóng chảy – Tốc độ hình thành của phôi 4.COÂNG NGHEÄ ÑUØN THOÅI – Bản chất tinh thể của polymer – Khả năng nguội của khuôn – Dạng nhựa – Dạng thổi – Áp suất thổi – Tốc độ nguội của sản phẩm Phôi (Parison) • Các thông số của phôi • Điều khiển chiều dầy phôi • Các khó khăn về thông tin của phôi 4.ÑUØN THOÅI • Sự phồng của phôi • Sự nguội của phôi Quá trình thay đổi chiều dầy của phôi 4.ÑUØN THOÅI Các xem xét khi thiết kế – Các chi tiết rỗng thường có hình dạng lập phương hoặc hình trụ – Sản phẩm có tính đối xứng – Chiếu dầy sản phẩm giới hạn 1 cm hoặc nhỏ hơn – Sự thay đổi hiều dầy ở đáy của sản phẩm do phôi bị võng là một khó khăn – Các góc và các cạnh cần phải có bán kính lớn để giảm sự kéo ảnh hưởng tới xung quanh các góc 4.ÑUØN THOÅI – Hình dáng của đáy cần phải có dạng lõm để đảm bảo chiều dầy ở đáy đồng đều hơn và tạo khả năng ổn định hơn ( không bị hiện tượng cứng ) – Việc mở ra ở đầu chai khi cắt có thể làm thay đổi kích thước của phôi – Thể tích chứa có thể điều chỉnh bằng cách sử dụng các chi tiết insert để giảm thể tích của lòng khuôn và có thể nhìn thấy sự lõm hình tròn trên sản phẩm – Các tay cầm của sản phẩm có thể tạo ra bằng cách thổi nhanh ở điểm cắt phôi. – Tỷ số thổi thường (1.5 đến 3 ) 3/31/2011 9 4.ÑUØN THOÅI MAÙY THOÅI TROØN MAÙY THOÅI TROØN 4.ÑUØN THOÅI 5.ÉP THỔI (Injection Blow Molding) 5. EÙP THOÅI Quá trình ép thổi sẽ bắt đầu bằng cách ép phun parison trong lõi và sau đó đặt nó vào khuôn với phần ren đã được hình thành. Với cách này parison được hình thành có chiều dầy nhỏ hơn và đồng đều hơn. Trước khi thổi parison đặt vào lòng khuôn nó có thể bị căng cơ học nên các phân tử được định hướng theo hướng trục ( hiện tượng căng của sản phẩm thổi). Quá trình thổi tiếp theo sẽ tạo ra sự định hướng theo hướng tiếp tuyến ( theo phương ngang). Như vậy sản phẩm được định hướng theo hai trục nên có độ trong suốt quang học cao hơn, các đặc tính cơ học tốt hơn( độ bền va đập) và tính thấm thấp hơn. Khi sử dụng công nghệ ép thổi thì sản phẩm cho phép có thể có tiết diện ngang thay đổi nhưng có chiều dầy đồ đề ới ô hệ đù thổing u so v c ng ng n . Đẩy ra Ép phun Thổi và làm nguội 3/31/2011 10 Cụm ép Đầu thổi Van không Phôi ép phun trước khi thổi Không khí Sản phẩm sau khi thổi 5. EÙP THOÅI Khuôn ép khí Khuôn thổi 5. EÙP THOÅI • Trong công nghệ ép thổi parision được tạo ra bằng cách phun ép nhựa nóng chảy vào lòng khuôn xung quanh lõi. • Parison được hình thành bằng cách phun ép được gọi là form được hình thành trước (preform) và sau đó mới thổi.) • Khi sử dụng các máy ép phun truyền thống được dùng để tạo form trước : – Khuôn kín có đặt lõi ( chốt). – Nhựa được phun vào để hình thành sản phẩm hình trụ xung quanh chốt. – Trong trường hợp sản phẩm có ren thì sẽ được tạo ở nguyên công này. – Khuôn được mở ra, lõi được lấy đi và parison được đẩy ra khỏi khuôn. – Đặt Parison vào vị trí thổi khi nó ở trạng thái nóng hoặc nguội. – Khuôn thứ hai này được đóng lại và không khí được ép vào để tạo sản phẩm . – Khuôn được mở ra để lấy sản phẩm. 5. EÙP THOÅI Phân loại Quá trình ép và thổi của công nghệ ép thổi không xảy ra cùng một lúc hoặc cùng một vị trí. DO VẬY công nghệ ép thổi được phân thành hai loại: liên tục và gián đọan - Liên tục : sau khi ép phôi quá trình thổi được thực hiện ngay - Gián đọan: sau khi ép phôi quá trình thổi không thực hiện ngay • Parison có thể tạo bằng công nghệ ép phun và có thể lưu trong kho đến khi cần tạo sản phẩm bằng quá trình thổi. • Parison cần phải gia nhiệt lại nếu quá trình thổi không thực hiện ngay sau khi phun ép.( Ưu điểm của nó là không cần sử dụng các máy ép phun và khuôn hiện đại, nhưng nhược điểm là cần phải gia nhiệt lại) TOÙM TAÉT QUAÙ TRÌNH THOÅI 5. EÙP THOÅI 3/31/2011 11 5. EÙP THOÅI • Form ñöôïc taïo ra baèng phun eùp • Form ñöôïc ñaët vaøo maùy thoåi • Form ñöôïc gia nhieät • Form thoåi • Chi tieát ñöôïc laáy khoûi khuoân PET Preform EÙP THOÅI LIÊN TỤC 5. EÙP THOÅI Phôi sau khi ép phun Lò Gia nhiệt phôi Pittôn Phôi sau khi phun ép Pittôn di chuyển Không EÙP THOÅI GIÁN ĐOẠN 5. EÙP THOÅI Thổi và căng Khuôn Làm nguội và đẩy Pittôn kéo về khí 5. EÙP THOÅI Đặt form vào khuôn Đặt form vào khuôn 3/31/2011 12 Các chai được hình thành 5. EÙP THOÅI • Các đặc tính của công nghệ ép thổi: – Không có ba via. – Thích hợp cho các chai nhỏ sản lượng lớn. – Độ chính xác của sản phẩm cao hơn – Chiều dầy đồng đều. – Không có các đường nối hoặc các dấu kẹp. – Độ trong suốt cao hơn do mức độ tinh thể hóa có thể được điều khiển tốt hơn và việc thổi có thể giải phóng được ứng suất . – Cải thiện được cớ tính do việc thiết kế các parison được cải thiện và do 5. EÙP THOÅI sự căng của việc thổi. • Các đặc tính của công nghệ đùn thổi – Thích hợp với các chai trên 200 g và sản lượng nhỏ. – Giá máy rẻ hơn so với công nghệ ép thổi – Giá chi phí cho dụng cụ nhỏ hơn so với ép thổi từ 50% đến 75%. – Thường ba via chiếm 20% đến 30% – Cấn có thêm nguyên công cắt ba via – Tổng thời gian chu kỳ nhỏ hơn do giảm thời gian vận chuyển phôi. – Loại nhựa có thể sử dụng rộng rãi hơn do loại nhựa có độ nhớt cao có thể sử dụng. Thổi kéo (Stretch Blow Molding) – Có thêm sự hỗ trợ cơ để kéo sản phẩm theo chiều dọc trong cùng thời gian thổi và do vậy làm cho mặt cắt ngang của sản phẩm bị kéo theo hương dọc và theo hướng kính – Kết quả là sản phẩm được định hướng theo hai 5. EÙP THOÅI trục và nâng cao các đặc tính cơ học. – Việc kéo được thực hiện nhờ chốt tác động vào đáy của phôi ở cùng thời điểm khi không khí được đưa vào để đẩy thành của phôi về phía khuôn nghĩa là kéo vật liệu theo hướng kính. Khuôn của phôi 5.ÉP THỔI 3/31/2011 13 • Sắp xếp vật liệu. • Tối ưu hóa việc căng. 5. EÙP THOÅI Khuôn của phôi • Các xem xét khi thiết kế khuôn – Không yêu cầu áp suất cao như khuôn phun ép. – Vật liệu phổ biến nhất là nhôm (đúc hoặc gia công). – Nhược điểm của nhôm là mài mòn nhiều. – Có thể dùng các chi tiết inserts ở những vùng có khả năng mài mòn cao ví dụ các chốt hoặc ở gần vùng cắt phôi. – Thép đúc có thể sử dụng ở những nơi có sản lượng khối. ấ ể ử ẫ 6. KHUÔN THOÅI – Khuôn Epoxy với ch t độn là nhôm có th s dung làm m u. – Thông thường khuôn có hai nửa và có các đường làm nguội. – Sự thoát khí hợp lý là quan trọng để ngăn ngửa hiện tượng nhốt khí. – Bề mặt khuôn không cần bóng láng hoặc mạ crom. – Thông thường bề mặt lòng khuôn có thể khắc các lo go nếu cần. – Điểm thổi có thể qua lỗ ở đáy hoặc đỉnh của khuôn. – Việc đẩy có thể do bản thân trọng lượng của chi tiết hay cơ cấu cơ hỗ trợ. • Khuôn thổi khi làm việc chịu áp suất thấp hơn khuôn khi phun ép, do vậy khuôn thổi không yêu cầu có độ bền cao. Do vậy thường người ta sử dụng hợp kim nhôm là phổ biến, nó có thể được tạo hình bằng gia công hoặc đúc. • Cần thoát khí cho khuôn trong quá trình thổi. • Khuôn thường có tính đối xứng 6. KHUÔN THOÅI 6. KHUÔN THOÅI 3/31/2011 14 6. KHUÔN THOÅI 6.KHUÔN THOÅI KHUÔN ĐÙN KHUÔN THỔI Dd đường kính trung bình của khuôn đùn Dpđường kính trung bình của phôi Ở cùng một thời điểm thì chiều dầy của sản phẩm thay đổi từ td đến tp do hiện tượng phồng 6.KHUÔN THỔI • Tỷ số phồng của đường kính phôi: • Tỷ số phồng của chiều dầy phôi: d p sd D D r = d p st t t r = • Sự phồng của chiều dầy thành sản phẩm tỷ lệ với bình phương của sự phồng đường kính • Do vậy: 2 sdst rr = dsdp trt 2= 6.KHUÔN THỔI • Khi phôi bị thổi phồng đến đường kính khuôn Dm đồng thời chiếu dầy phôi giảm đến tm tương ứng. Giả thuyết rằngthể tích nặt cắt ngang không đổi chúng ta có • Suy ra mmpp tDtD ππ = m pp D tD mt = • Mặt khác ta đã có • Thay vào phương trình tm ta có d p sd D D r = dsdp trt 2= m ddsd m D Dtrt 3 = 3/31/2011 15 6.KHUÔN THỔI • Để tránh sự nổ của phôi ta có công thức quan hệ giữa độ bền của vật liệu, áp suất thổi, đường kính và chiều dày t t pD 2 =σ • Do vậy ứng suất cực đại sẽ xảy ra ngay trước khi phôn bị giãn nở đến kích thước của khuôn thổi, giải với phương trình trên ta có m m D tp σ2= 7. THỔI MÀNG • Việc thổi màng chất dẻo là qui trình hình thành chất dẻo được tạo tạo ra ở dạng ống thích hợp cho việc chế tạo màng. • Quá trình – Nhựa nóng chảy trong máy đùn – Nhựa nóng chảy được ra ở dạng trụ, ống. – Thổi không khí vào bên trong ống. – Các màng này được đi qua một lồng gồm các con lăn để dẫn hướng. – Màng được cuộn lại • Kích thước và chất lượng của sản phẩm được giám sát bằng – Tốc độ đùn – Tốc độ kéo Kh ô à lỗ kh ô 7. THỔI MÀNG – u n v u n – Nhiệt độ của vật liệu – Áp suất ở bên trong ống. • Quá trính tương tự như thổi bong bóng balloon. • Ống được làm nguội bằng không khí từ vòng làm nguội xung quanh khuôn. • Đường đông đặc là vùng nơi mà nhiệt độ của ống thấp hơn điểm mềm của chất dẻo. 7. THỔI MÀNG 3/31/2011 16 • Quá trình tạo màng có thể được xẻ theo cạnh của ống trong quá trình cuộn. – Nếu ống thổi là 2m thì màng phẳng có chiều rộng hơn 6 m. – Khuôn có dạng khe là không thực tế . Thường người ta tạo màng dạng ống thì giá thành sản phẩm dạng túi sẽ thấp hơn. • Màng thổi cần định hướng hai chiều 7. THỔI MÀNG – Việc kéo ống dãn nở dưới tác dụng của áp suất sẽ làm cho việc định hướng kém . Việc kéo sẽ tạo ra sự cân bằng về định hướng – Các sản phẩm định hướng hai trục là hướng đùn và hướng ngang . – Cải thiện các đặc tính vật lý . • Dạng sản phẩm – Dạng ống, tấm, Output can be tubular, lay-flat, slitters, cutters – Output can allow in-line production of slit-open or lay-flat products, gusseted products, and variety of bags including T-shirt bags with cut-outs. • Materials – PE- LDPE, LLDPE, HMWHDPE, etc. – PA, ionomers, (polyvinylidenechloride) PDVC , PVOH, EVOH, EVA alone bl d d ith PE 7. THỔI MÀNG or en e w • Products – Heavy duty films (0.1 to 0.2 mm) used for covers for agriculture – Packaging: wrap, can lining, garbage bags, T-shirt bags, garment – Multilayer: (3 to 11 layers) for barrier film Boä phaän cuoän Caùc con laên daãn höôùng Caùc con laên keïp OÁng thoåi 7. THỔI MÀNG Khoâng khí Maùy ñuøn Khuoân Loõi 7. THỔI MÀNG 3/31/2011 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ CÔNG NGHỆ ĐÙN 64 3/31/2011 17 7. THỔI MÀNG 3/31/2011 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ CÔNG NGHỆ ĐÙN 65Ñuøn vaø thoåi 7. THỔI MÀNG 3/31/2011 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ CÔNG NGHỆ ĐÙN 66 THOÅI MAØNG • Dies 3/31/2011 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ CÔNG NGHỆ ĐÙN 67 Caûm bieán maøng bao