May Dun Truc Vit

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghiệp hoá hiện nay các sản phẩm công nghiệp đã gắn liền với nhu cầu cuộc sống của con người. Sản phẩm từ công nghiệp mang lại cho đời sống vật chất phong phú hơn, tạo cho cuộc sống tiện nghi hơn. Tùy thuộc vào nhu cầu cần sử dụng mà các loại sản phẩm khác nhau được ra đời. Từ xưa tới nay, nhựa và các sản phẩm của nó đã đóng một vai trò hết sức quan trọng trong lĩnh vực kinh tế quốc dân và sự phát triển của con người. Nhựa cung cấp đồ dùng trong sinh hoạt hằng ngày và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Nhựa cũng được sử dụng rộng rãi làm đồ chơi trẻ em, vỏ máy tivi, tủ lạnh, ống nước, cáp điện… Trước kia sản xuất nhựa chủ yếu bằng thủ công. Nhưng do nhu cầu của con người ngày càng cao cả về chất lẫn về lượng. Cho nên đòi hỏi con người không ngừng cải tiến thiết bị, phương pháp tiến hành để đem lại hiệu quả cho sản phẩm nhựa là cao nhất. Do đó, công nghệ đùn ra đời. Công nghệ đùn đã đem lại nhiều ứng dụng để sản xuất các loại sản phẩm nhựa, đặc biệt trong đó là công nghệ đùn trục vít đem lại sự phát triển cao cho các ngành công nghiệp. Máy đùn trục vít là một loại máy gia nhiệt làm chảy lỏng nhựa rắn thành dung dịch chảy nhớt và nhựa lỏng được định hình, làm lạnh trong khuôn tạo thành nhiều sản phẩm khác nhau. Vì vậy, máy đùn là một loại thiết bị không thể thiếu trong lĩnh vực sản xuất các mặt hàng từ nhựa trong công nghiệp để phục vụ cho cuộc sống con người. Trong phần đề tài này, nhóm chúng em xin được giới thiệu về “Máy đùn trục vít đơn”. Qua quá trình tìm hiểu qua sách vở, tài liệu tham khảo, trao đổi ý kiến của bạn bè, do kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, nhóm em mong được sự góp ý và chỉ bảo của thầy để nhóm em có thể hoàn thành tốt bài đề tài của mình.

Trang 1

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

LỜI CÁM ƠN Qua thời gian học tập tại trường, chúng em đã được trang bị những kiến thức cơ bản về công nghệ hoá học và qua bài báo cáo chuyên ngành này đã giúp chúng em hiểu và nắm bắt sâu hơn thực tế sản xuất. Chúng em rất vui mừng khi được thầy Trần Thanh Đại giới thiệu vào tham quan tìm hiểu tại Công ty Cổ Phần Nhựa Xây Dựng Đồng Nai, một đơn vị có uy tín chất lượng từ khi thành lập đến nay vẫn đang sản xuất ra các mặt hàng về nhựa cung cấp cho ngành xây dựng. Những kiến thức mà chúng em đã tìm hiểu và tiếp thu trong thời gian qua là những kiến thức vô cùng quý báu và chúng em tin rằng nó sẽ là nguồn động lực vững chắc cho chúng em trên con đường sự nghiệp sau này. Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đã tận tâm giảng dạy trong suốt thời gian học tập, giúp chúng em có thêm kiến thức để đi vào thực tiễn cuộc sống. Chúng em chân thành cảm ơn thầy Trần Thanh Đại đã nhiệt tình hướng dẫn để chúng em hoàn thành bài báo cáo này. Xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo và toàn thể công nhân viên trong công ty vì đã bỏ nhiều thời gian để hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi và giảng giải tỉ mỉ cho chúng em về công nghệ sản xuất, cung cấp tài liệu để chúng em hoàn thành bài báo cáo này. Do lượng kiến thức còn hạn chế, bắt đầu được tiếp xúc với thực tế và thời gian tìm hiểu không nhiều nên bài báo cáo này không tránh khỏi những thiếu sót. Nên chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và sự phê bình để chúng em có thể sửa đổi và bổ sung làm cho bài báo cáo này tốt hơn. Sau cùng, chúng em xin kính chúc quý thầy cô trường ĐH Công Nghiệp TP.HCM nói chung và thầy cô Trung Tâm Công Nghệ Hóa nói riêng dồi dào sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong sự nghiệp trồng người. Kính chúc quý Công ty ngày càng phát triển, đời sống cán bộ công nhân viên ngày càng được nâng cao để góp phần xây dựng đất nước ngày càng giàu mạnh. Biên Hòa, Tháng 4/2008. Nhóm Sinh Viên Thực Hiện.

Trang 2

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn)

.………………………………...…………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… .…………………………. . . . . .…………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… .…………………………. . . . . .…………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… .…………………………. . . . . .…………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………

Trang 3

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện hoặc bộ môn)

……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………

Trang 4

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

MỤC LỤC

Trang 5

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH Hình 1. Cấu tạo cơ bản của máy đùn trục vít...........................................................................9 Hình 2: Quạt làm mát xylanh.................................................................................................10 Hình 3.1: Trục vít phân thành ba vùng...................................................................................11 Hình 3.2: Trục vít có độ sâu rãnh giảm dần...........................................................................11 Hình 3.3. Các thông số của trục vít........................................................................................12 Hình 3.4 : Trục vít có hai đường răng....................................................................................13 Hình 3.5 : Trục vít có trang bị nhân tố nhào trộn...................................................................13 Hình 4 : Các loại phễu cấp liệu..............................................................................................14 Hình 5 : Hiện tượng trương phồng của sản phẩm..................................................................17 Hình 6 : Trục cao su dùng kéo sản phẩm...............................................................................19 Hình 7: Máy đùn trục vít đơn.................................................................................................21 Hình 8: Máy đùn trục vít đôi..................................................................................................22 Hình 9: Máy đùn trục trục hành tinh......................................................................................22 Hình 10: Máy nhựa RAM.......................................................................................................23 Hình 11: Dây chuyền sản xuất màng mỏng phẳng và sản phẩm............................................24 Hình 12: Dây chuyền sản xuất ống và sản phẩm....................................................................25 Hình 13: Dây chuyền sản xuất sợi và sản phẩm.....................................................................26 Hình 14: Dây chuyền sản xuất tấm và sản phẩm....................................................................27 Hình 15: Sơ đồ lắp ráp máy ...................................................................................................48 Hình 16: Mô hình máy đùn....................................................................................................48 Hình 17: Hình cắt trục vít và xylanh......................................................................................49 Hình 18: Chi tiết trục vít.........................................................................................................49 Hình 19: Sản phẩm của máy đùn trong tự động hóa sản xuất................................................55 Bảng tóm tắt các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của PE......................................................41 Bảng chiết tính giá thành chế tạo...........................................................................................51

Trang 6

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

PVC: PolyVinylClorua. PE: PolyEthylen. PP: PolyPropylen. LDPE: Lowdensitypolyethylene. LLDPE: Linearlowdensitypolythylene. HDPE: Highdesitypolyethylene. MI : Chỉ số chảy. DOP: Dioctylphthalate. DOA: DioctylAdipate. DINP: Disonylphthalate. BBP: Butylbenzylphthalate . EBSO: Dầu đậu nành epoxy hóa. AZ: Azodicarbonamide. EPR: Ethylenpropyleneruber.

Trang 7

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1.Tổng quan về máy đùn trục vít 1.1.1. Lịch sử phát triển và ứng dụng của máy đùn Nguồn gốc của máy đùn, theo lịch sử có thuyết nói đó là một cây súng nước làm bằng ống tre. Ngày xưa, từ trước đây cả trăm năm những loại mì ống, đất sét, xà bông đã được chế tạo bằng phương thức đùn. Những máy này có thể được gọi là máy đùn kiểu RAM, khác hẳn với máy đùn nhựa ngày nay. Phương thức đùn ra liên tục nhờ vít đùn được khai thác trong thời gian tương đối gần đây, xác lập quyền sáng chế đầu tiên trên thế giới vào năm 1879. Ba năm sau đó, công ty Paul Troester đưa ra thị trường máy đùn cao su trục vít, trong vòng 20 năm kế tiếp đã sản xuất và bán ra 600 máy. Dựa trên kỹ thuật này công ty Paul Troester đã hoàn thành máy đùn nhựa cơ cấu biến tốc xoắn gia nhiệt bằng điện và tự động điều nhiệt vào năm 1939, lần đầu tiên thử nghiệm tạo hình đùn nhựa bằng loại hai ống cứng. Đấy là hình dạng gốc của máy đùn nhựa hiện nay. Máy đùn nhựa là máy gia công các nguyên liệu có tính tạo hình, vì vậy đã phát triển cùng với việc sản xuất chất tổng hợp thời hậu chiến. Đặc biệt các loại nhựa sợi Olefin, sợi Styrene, sợi Polyamid không thể tạo hình được bằng phương pháp Roll Calendar vì vậy máy đùn nhựa cần tồn tại. Hậu thập kỷ 1950, thời kỳ sản xuất số lượng lớn nhờ công nghệ hoá dầu, đánh dấu một thời kỳ mới máy đùn nhựa và kỹ thuật tạo hình tiến bộ vượt bực. Thời gian ấy các kỹ thuật thực dụng hoá đều đùn chữ T dùng trong phạm vi rộng, đùn nhựa nhiều lớp, đùn nhựa Tandem (ghép nối), đùn nhựa hai trục các loại, phương pháp cán tấm hai trục, kỹ thuật đùn nhựa phức hợp… khai thác rất nhiều kỹ thuật khác nhau. Thời kỳ đen tối của tạo hình Plastic trong và sau chiến tranh đã qua đi, năm 1949 hãng NRM (Mĩ), năm 1952 hãng Windsor (Anh) đã đưa kỹ thuật đùn nhựa vào nâng cao kỹ thuật quốc hữu hoá sản xuất, thêm nữa kỹ thuật gia công và máy đùn nhựa của Nhật Bản hiện nay đã vượt qua được biến cố dầu lửa và phát triển, đạt mức hàng đầu trên thế giới. Máy tạo hình nhựa bằng phương pháp đùn theo sự phát triển kỹ thuật bằng những kinh nghiệm như vậy, bên cạnh các máy tạo hình Calendar hiện đại, máy tạo hình phun là ba loại máy tạo hình lớn dùng nhựa tổng hợp. Ngoài ra máy đùn nhựa có nhiều phạm vi lựa chọn vật liệu và chủng loại sản phẩm tạo hình, có khả năng ứng dụng tạo hình từ sản xuất nguyên liệu, nguyên liệu trung gian

Trang 8

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

đến các sản phẩm cuối cùng, vì vậy có thể nói nó là máy tiêu thụ nguyên liệu nhiều nhất trong công nghệ sản xuất nhựa. 1.1.2. Cấu tạo cơ bản của máy đùn trục vít

Hình 1. Cấu tạo cơ bản của máy đùn trục vít

Cho biết các bộ phận chính của máy đùn một vít. Thành phần chính của máy là một xylanh làm bằng trụ thép, bên trong có một trục rỗng hay đặc có tạo các rãnh xoắn trên bề mặt. Trục này gọi là trục vít, do vậy máy đùn được gọi là máy đùn trục vít. Cỡ máy đùn thường do kích thước trong của xylanh quyết định và thường được chuẩn hoá theo các số sau: 30, 45, 65, 80, 90, 100, 120, 150, 200mm. Chẳng hạn máy đùn Φ90 nghĩa là đường kính trong của xylanh là 90mm. Năng lượng để làm quay trục vít được cung cấp bởi bộ truyền động có tốc độ thay đổi theo từng bậc (khi thay đổi ở hộp số) hay vô cấp (dùng động cơ có tốc độ thay đổi được). Quá trình đùn như sau: nguyên liệu nhựa được cho vào xylanh qua phễu nạp liệu, được trục vít vận chuyển lên phía trước, trong quá trình vận chuyển nguyên liệu bị ép nén sinh ra nhiệt ma sát kết hợp với nhiệt gia nhiệt từ bên ngoài bị nóng chảy và được ép qua lưới lọc, tấm đỡ lưới lọc và vào đầu khuôn có hình dạng thường là giống với hình dạng sản phẩm. Áp lực nhựa trước khi vào đầu khuôn có thể thay đổi có thể điều chỉnh được bằng cách thay đổi cỡ lưới và số lưới. Sau khi ra khỏi đầu khuôn, nhựa nóng chảy được làm lạnh, định hình cho ra kích thước cuối cùng và cắt thành sản phẩm. Xy lanh

Trang 9

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Xy lanh là một ống thành dày được đặt cố định trên giá đỡ. Hệ thống giá đỡ này phải đảm bảo khi gắn đầu khuôn xylanh không bị cong (khi đầu khuôn quá nặng phải dùng bộ phận đỡ phụ bên ngoài) và bộ phận đỡ xylanh phải đảm bảo xylanh có thể giãn nở được theo chiều dài khi nung nóng và co lại được khi làm nguội. Vật liệu chế tạo xylanh phải có tính bền mài mòn, chống ăn mòn và có độ bền cơ học tốt. Vì vậy phải dùng thép có độ bền cao và bề mặt làm việc thường được thấm Nitơ. Tỷ lệ chiều dài/đường kính trong của xylanh là (L/D) là một đặc tính quan trọng trong xylanh vì nó xác định tỉ lệ giữa bề mặt xylanh dùng để trộn và tạo nhiệt masat (kết hợp với trục vít) và bề mặt xylanh dùng để nhận / thải nhiệt gia nhiệt từ / ra bên ngoài. Chẳng hạn nếu xylanh ngắn thì rõ ràng diện tích để trao đổi nhiệt với bên ngoài giảm đi, còn nhiệt masat gần như không đổi (nhiệt masat phụ thuộc nhiều vào cấu tạo, tốc độ quay của trục vít) nên máy ngắn đòi hỏi nhiệt độ gia nhiệt cao hơn hoặc nếu cần giải nhiệt thì hiệu quả giải nhiệt phải tốt. Tỷ lệ L/D của xylanh được định nghĩa là tỷ lệ giữa chiều dài xylanh ứng với phần trục vít có răng và đường kính trong của xylanh. Tỷ lệ này thường nằm trong khoảng 16/1 – 32/1 nhưng thông thường là các tỷ lệ sau: 20/1, 24/1, 28/1. Xylanh thường được gia nhiệt bằng điện trở quấn ở bên ngoài có công suất nằm trong khoảng 25 – 45 W/in2 (1in = 2.54cm). Khi cần giảm nhiệt độ thì xylanh phải được làm nguội. Tác nhân làm nguội có thể là không khí (dùng quạt gió) hay một chất lỏng tải nhiệt khác (như nước, dầu) trong đó giải nhiệt bằng không khí là phương pháp ưa dùng nhất giá thành lắp đặt thấp, dễ điều khiển. Nước hay dầu chỉ dùng khi cần tốc độ giải nhiệt cao khi bị quá nhiệt. Xylanh Điện trở gia nhiệt Quạt giải nhiệt

X y la n h Ð i ?n tr? g ia nh i? t Q u ?t l àm m át

Hình 2: Quạt làm mát xylanh

Bề mặt trong xylanh thường trơn láng, tuy nhiên khi cần tăng năng suất phần ngay dưới phễu bên trong xylanh có thể tạo các rãnh có hình dạng thích hợp thường có đầu vào lớn đầu ra nhỏ. Khi hạt nhựa vào rãnh, nó bị nén lại một phần khi chạy trong rãnh vì vậy năng suất sẽ tăng lên vì tác dụng nén xảy ra ngay ở đoạn đầu xylanh (bình thường đối với xylanh trơn, tác dụng nén do trục vít tạo ra). Trục vít Trang 10

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Đây là thành phần chính của máy đùn, hình dạng trục vít quyết định tính năng của máy đùn. Có hai dạng trục vít sau đây:

V ùng3 V ùng2

Vùng1

Hình 3.1: Trục vít phân thành ba vùng

Vít có ba vùng phân biệt rõ rệt, vít này hay gặp trong máy đùn Nylon (PA). Vùng 1: Vùng cấp liệu, răng có độ sâu nhất. Mục đích vùng cấp liệu là để vận chuyển nguyên liệu từ phễu vào các vùng sau của vít. Cần tránh gia nhiệt mạnh vùng này để nguyên liệu không bị dính vào các rãnh vít, khi bị dính nhiều thì nhựa không thể đi vào xylanh được nữa. Vùng 2: Vùng nén có độ sâu răng giảm nhanh. Tại vùng này nguyên liệu bị nén mạnh và nóng chảy, đồng thời chất khí sẽ bị đẩy ngược lại và thoát ra khỏi máy qua phễu hoặc lỗ xylanh có lỗ thoát khí thì khí sẽ thoát ra đường này. Vùng 3: Vùng bơm, có độ sâu răng nông nhất. Tại vùng này nhựa tiếp tục được đồng nhất và tạo áp lực cao để đẩy nhựa nóng chảy vào đầu khuôn.

Hình 3.2: Trục vít có độ sâu rãnh giảm dần

Vít có độ sâu rãnh giảm dần đều từ đầu vít đến cuối vít. Như vít cho PVC, PE. Vít vẫn có ba chức năng như trên. Chiều dài các vùng phụ thuộc nhiều vào loại nhựa gia công, chúng ta hãy xét chiều dài các vùng này của trục vít cho gia công PE và PA: Nhựa PE có điểm nóng chảy thấp và khoảng nóng chảy rộng. Nhựa PA có điểm nóng chảy cao hơn và khoảng nóng chảy hẹp hơn. Như vậy: Chiều dài vùng 1 của vít PE phải ngắn để nhựa PE không bị nóng chảy trong vùng này, trái lại vùng 1 của vít PA phải dài để có thể cung cấp đủ nhiệt cho nhựa nóng chảy được khi vào vùng 2. Trang 11

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Chiều dài vùng 2 của vít PE phải dài vì do PE có khoảng nóng chảy rộng, cần phải có thời gian để các phần có khối lượng phân tử cao hay thấp nóng chảy được. Trái lại chiều dài vùng 2 của vít PA ngắn vì nhựa PA nóng chảy rất nhanh khi đạt nhiệt độ nóng chảy. Cũng vì lý do này vùng 3 của vít PA dài hơn để nhựa có thời gian đồng nhất hoàn toàn khi nóng chảy nhanh hơn PE. Qua ví dụ trên có thể thấy được ảnh hưởng của loại nhựa đến cấu tạo trục vít. Chính vì vậy khi gia công các loại nhựa khác nhau thì phải thay đổi trục vít. Tuy nhiên cũng có nhiều loại nhựa có thể sử dụng cùng một trục vít như PE, PP, PS chẳng hạn. Các thông số cấu tạo của một trục vít như sau: e t e t

D

D h

2

h2

h

f

L

φ

1

L

h1

Hình 3.3. Các thông số của trục vít

D: đường kính ngoài trục vít L: chiều dài phần trục vít có răng t: bước vít, thông thường t = D φ : góc nghiêng của răng vít, thường φ = 17,5o e : bề rộng răng vít h1 : độ sâu răng vít tại vùng cấp liệu h2: độ sâu răng vít tại vùng bơm liệu Tỷ số nén là tỷ số giữa thể tích một bước vít tại đầu nạp liệu với thể tích một bước vít tại đầu bơm liệu, h1/h2 là tỷ số nén của trục vít, khi trục vít có bước vít không đổi. Tỷ số này phụ thuộc vào loại nhựa (PE, PVC...) dạng vật lý của nguyên liệu (bột hay hạt) và khối lượng của phân tử nhựa. Trục vít cũng có thể có cấu tạo đặc biệt hơn, chẳng hạn tại vùng 2 có hai đường răng để tăng cường quá trình làm nóng chảy:

Trang 12

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Hình 3.4 : Trục vít có hai đường răng

Hoặc có thể trang bị thêm nhân tố nhào trộn để làm tăng hiệu quả trộn vì đi qua bộ phận này dòng nhựa bị chảy hỗn loạn:

Ð o ? n t r ? c v í tc ó t r a n g b ? n h â n t ? n h à o t r ? n ( c ó t h ? c ó n h i ? u l o ? ic ó h ì n h d ? n g k h á c n h a u , c ó t h ? d ? t? d ? u v í th a y t r o n g v ù n g b o m v à d ? n g l u ? n g )

Phần đầu trục vít có trang bị nhân tố nhào trộn Hình 3.5 : Trục vít có trang bị nhân tố nhào trộn

Giữa xylanh và đỉnh răng vít phải có khe hở bằng khoảng 0,10mm, khe hở này tăng lên khi trục vít bị mòn. Trục vít còn có thể có lõi rỗng để cho nước giải nhiệt vào khi cần giải nhiệt mạnh (trong gia công nguyên liệu sinh nhiệt masat lớn). Lưới lọc và tấm đỡ lưới lọc Mục đích: Lưới lọc tạp chất khỏi khối nhựa nóng chảy, không cho vào đầu khuôn. Tạo ra áp lực ngược để làm tăng hiệu quả trộn và nhựa hoá của vít. Giữ cho dòng nhựa vào đầu khuôn được ổn định. Cấu tạo: Lưới lọc là lưới thép không gỉ có cỡ lưới từ thô (20 – 40mesh) đến mịn (200mesh) khi sử dụng thì sử dụng nhiều lưới kết hợp với nhau để tạo ra hiệu quả cao nhất. Tấm đỡ lưới lọc là một tấm kim loại tròn có khoan nhiều lỗ nhỏ có đường kính 3 – 5mm, có hai mặt được vát để giảm bớt trở lực cục bộ vòng ngoài các lỗ này phải nằm sát với xylanh để loại trừ những vùng chết do nguyên liệu bị ứ đọng và bề mặt phía đặt lưới lọc phải làm lõm. Phễu cấp liệu Nguyên liệu nhựa có hai dạng : Dạng bột : PVC bột Dạng hạt : hạt PP, PE, PET... Việc cấp liệu dạng hạt có ưu điểm là không gây bụi, không gây nghẹt cổ phễu, ít không khí bị kéo vào máy đùn (gây bọt cho sản phẩm), dễ sấy khô khi nguyên liệu cần sấy trước khi đùn. Thường chỉ cần dùng phễu thông thường để cấp nguyên liệu dạng hạt, hạt Trang 13

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

nhựa sẽ đi vào xylanh máy đùn do trọng lực và do tác dụng quay của các răng vít của vùng cấp liệu. Đối với nguyên liệu dạng bột có thể dùng phễu có hút chân không thay cho phễu thường để loại trừ hiện tượng sản phẩm bị bọt khí vì bột chứa nhiều không khí bên trong. Đôi khi việc dùng phễu có hút chân không gặp nhược điểm là cổ phễu có thể bị tắc do không có không khí làm trơn giúp cho việc chảy dễ dàng hơn. Hiện tượng này phụ thuộc vào cỡ hạt và công thức sản xuất. Ngoài ra đối với bột cũng thể dùng việc cấp liệu cưỡng bức như các hình vẽ sau : Phễu cấp liệu Ph?u c?p li?u Vít khu?y

Máy m?t vít

Vít khuấy Máy một vít

Phiễu Vít tải

Ph?u

Vít t?i

Trục vít máy đùn 2 vít

Tr?c vít máy dùn hai tr?c vít

Hình 4 : Các loại phễu cấp liệu

Trong trường hợp dùng phễu thường cấp liệu cho bột khi tạo hạt thì nguyên liệu phải có tính chảy tốt, chẳng hạn bột PVC sau khi trộn phải tơi xốp. Hầu hết các phễu cấp liệu đều trang bị quạt hút để hút nguyên liệu từ bồn chứa vào phễu. Quạt này hoạt động theo chu kỳ để hút nguyên liệu lên từng đợt một cách tự động. Phễu cấp liệu có thể đóng cả vai trò phễu sấy trong trường hợp ẩm bề mặt có thể sục dòng khí nóng từ dưới lên trên vào khối hạt. Các loại nhựa về mặt hấp thụ ẩm có thể chia làm hai loại : Loại không ưa nước : ẩm chỉ bị tích tụ trên bề mặt. Loại ưa nước : ẩm có mặt cả bên trong hạt.

Trang 14

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Ẩm bề mặt có thể loại bằng cách cho một luồng không khí nóng vào khối nguyên liệu. Máy dùng để gia nhiệt không khí thường bao gồm một bộ lọc không khí vào, một quạt, một bộ điện trở điều khiển bằng bộ vi xử lý hoặc các thiết bị điện khác. Với loại nhựa ưa ẩm như PET, người ta hay dùng phương pháp tách ẩm là dùng không khí có điểm sương thấp (điểm sương của không khí là nhiệt độ tại đó ẩm bị ngưng tụ) để sấy và tái sinh không khí (tách ẩm) sau khi sấy bằng chất hấp phụ. Trong máy sấy có chất hấp phụ nước, chất hấp phụ này có các lỗ li ti trên bề mặt. Khi không khí ẩm đi qua chất hấp phụ, nước được giữ lại trên các lỗ li ti và được tách ra ở chu kì tái sinh bằng nhiệt mà không làm thay đổi tính chất nào của chất hấp phụ. Vì vậy chu kỳ sấy có thể lặp lại được liên tục như sau. Không khí sấy được lấy từ bên ngoài do một quạt, qua một bộ lọc, sau đó được gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp và vào ngăn sấy có chứa hạt nhựa chưa sấy. Không khí sau khi sấy tiếp tục đi qua một hệ thống chứa chất hấp phụ ẩm. Tại đây ẩm được tách ra và không khí khô lại được gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp để vào ngăn sấy chứa hạt nhựa, quá trình này xảy ra trong một ngăn riêng, ngăn còn lại đồng thời xảy ra quá trình tái sinh (tách ẩm) khỏi chất hấp phụ. Tại ngăn tái sinh không khí ngoài môi trường được kéo vào trong bằng một quạt khác thông qua một bộ lọc khí (lọc bụi) được gia nhiệt và đưa vào hệ thống chứa chất hấp phụ để tái sinh chất hấp phụ. Sau khi sấy chất hấp phụ, không khí này được kéo ra ngoài môi trường. Tổng thời gian cho một máy sấy thường là 8 giờ trong đó 4 giờ dùng để sấy và 4 giờ để tái sinh chất hấp phụ. Lý do chính của thời gian chu kỳ dài là cần có thời gian để hệ thống chứa chất hấp phụ lặn xuống sau khi chất hấp phụ được tái sinh ở nhiệt độ cao, sau đó quá trình hấp phụ mới xảy ra. Thời gian chu kỳ dài cũng giúp cho tuổi thọ máy sấy cao (ví dụ bộ gia nhiệt cho không khí tái sinh chỉ hoạt động 25% thời gian so với toàn bộ chu kỳ). Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình sấy là : nhiệt độ, điểm sương, lưu lượng của không khí sấy, hàm lượng ẩm ban đầu và cuối cùng cần đạt được của nguyên liệu và dạng hình học của hạt nhựa, trong đó ảnh hưởng của nhiệt độ là quan trọng nhất. Truyền động cho máy đùn Chức năng của bộ truyền động cho máy đùn là làm quay trục vít (khi trục vít quay sẽ tạo ra năng lượng vận chuyển nguyên liệu dọc theo xylanh, tạo ra áp lực để đẩy nhựa nóng chảy ra khỏi đầu khuôn). Bộ truyền động cho máy đùn gồm có : động cơ, hộp số, ổ đỡ cho trục vít :

Trang 15

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Động cơ : thường dùng hai loại động cơ la DC và AC. Động cơ DC có giá thành thấp hơn AC, nhưng có hiệu suất thấp hơn, vận tốc có thể bị giảm khi chịu tải nặng. Ngoài ra các tính năng khác của hai loại này là như nhau. Động cơ DC có thể thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp vào, còn động cơ AC thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi tần số dòng điện. Thông số quan trọng của động cơ là công suất động cơ, công suất động cơ sẽ tăng khi : Tăng năng suất Tăng đường kính xylanh (hay đường kính vít) Tăng chiều dài trục vít Và còn phụ thuộc vào loại nhựa gia công (ví dụ gia công PVC cần động cơ có công suất cao hơn gia công LDPE) và đặc điểm đầu khuôn (cụ thể là trở lực đầu khuôn). Thông số hoạt động quan trọng nhất của động cơ là cường độ dòng điện (đơn vị đo là Ampe). Ampe động cho cho biết tình trạng hoạt động của máy đùn, ví dụ nếu đặt nhiệt độ quá thấp, hoặc khi có vật lạ lọt vào máy thì Ampe máy có thể lên cao. Nếu Ampe quá cao có thể gây cháy động cơ, vì vậy một máy đùn hiện đại thường có trang bị hệ thống bảo vệ tự ngắt dòng khi Ampe quá cao. Hộp giảm tốc Vì động cơ thường có tốc độ từ 1750V/ph – 2000/ph, trong khi đó tốc độ trục vít chỉ từ 15 – 200V/ph nên giữa động cơ và trục vít phải có hộp số. Hộp số cấu tạo chủ yếu gồm các cặp bánh răng ăn khớp với nhau và Puly để gắn với nhau truyền động từ động cơ vào hộp giảm tốc. Thông số quan trọng nhất của động cơ là tỷ số truyền (tỷ số vận tốc đầu vào/ đầu ra), thường tỷ số truyền của hộp số từ 6 : 1 cho đến 12 : 1. Ngoài cách thay đổi tốc độ trục vít bằng cách thay đổi tốc độ động cơ, tốc độ trục vít còn có thể thay đổi bằng cách thay đổi vị trí các cần gạt ở hộp số để thay đổi, lựa chọn các cặp bánh răng truyền động thích hợp. Tốc độ trục vít phụ thuộc chủ yếu vào loại nhựa và cấu tạo đầu khuôn, thường có các vùng vận tốc sau đây : 2 - 35V/ph, 10 – 90V/ph, 15 – 150V/ph. Ví dụ gia công PVC cứng tốc độ trục vít thường thấp hơn gia công LDPE để hạn chế nhiệt masát sinh ra quá mức. Ổ đỡ : tại chân trục vít có gắn một ổ đỡ. Ổ đỡ này phải chịu được lực đẩy từ đầu vít (do áp suất ngược) nên thường là loại ổ đũa đỡ chặn (bi có dạng trụ) khi hoạt động ổ này luôn bị mài mòn, vì vậy phải thường xuyên kiểm tra và có chế độ bôi trơn đúng. Nếu bi quá mòn, có thể làm cho trục vít không quay đồng tâm và có thể chạm vào xylanh gây hư hỏng bề mặt xylanh và trục vít.

Trang 16

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Đầu khuôn Đầu khuôn là bộ phận dùng để tạo hình sơ bộ sản phẩm sao cho gần giống nhất với dạng sản phẩm. Vì vậy có rất nhiều dạng đầu khuôn khác nhau tuỳ theo sản phẩm sản xuất. Đầu khuôn phải đáp ứng các yêu cầu sau : Khi ra khỏi đầu khuôn, vận tốc của dòng nhựa phải như nhau tại mọi vị trí. Rõ ràng tại một vị trí nào đó dòng nhựa có vận tốc cao hơn các vùng lân cận thì chỗ đó sẽ dày hơn và gây hiện tượng nhăn. Còn ngược lại vận tốc chậm hơn thì sẽ bị mỏng. Khi ra khỏi đầu khuôn, nhiệt độ của dòng nhựa cũng phải như nhau tại mọi vị trí. Trong quá trình tạo hình trong đầu khuôn, nhựa bị nén lại (chịu lực nén ép), hình dạng bị thay đổi. Khi ra khỏi đầu khuôn, dòng nhựa sẽ có xu hướng khôi phục lại trạng thái ban đầu. Xu hướng khôi phục này phải như nhau tại mọi vị trí khi nhựa ra khỏi đầu khuôn. Hiện tượng dòng nhựa có xu hướng khôi phục lại hình dạng ban đầu của nó gọi là hiện tượng trương phồng. Phôi đùn sau khi đã bị trương phồng

Chiều rộng miệng đầu khuôn: d

Phần lối ra nhựa chảy trong hai thành kim loại song song có chiều dài L

Hình 5 : hiện tượng trương phồng của sản phẩm

Và với kích thước như hình vẽ tỷ số D/d được gọi là độ trương phồng. Một ví dụ thực tế là trong khi sản xuất màng, nếu đặt miệng líp có khe hở là 1,0mm thì chắc chắn độ dày lớp nhựa khi ra khỏi đầu khuôn phải lớn hơn nhiều. Để đạt độ dày cuối cùng của sản phẩm phải kéo mỏng đi nhiều. Nhựa không được bị cháy trong đầu khuôn : Không có những vùng gây ứ đọng nhựa. Có thể đó là những vùng chết (nhựa không ra được khi chảy vào đó) hoặc chất lượng bề mặt kém (bị tróc lớp xi mạ chẳng hạn) gây dính cháy. Thời gian lưu của nhựa trong đầu khuôn phải thích hợp. nếu đầu khuôn chứa được quá nhiều nhựa thì nhựa sau khi đi vào thì lâu ra, tức là thời gian lưu lớn. Tại đầu khuôn thường có nhiệt độ cao, nếu thời gian lưu lớn có thể gây cháy nhựa.

Trang 17

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Độ bóng bề mặt của dòng nhựa khi ra khỏi đầu khuôn phải tốt: nếu như chiều dài L (xem hình vẽ trên) càng lớn thì nhựa càng bóng. Tất nhiên nếu lớp mạ tốt, nhiệt độ nhựa cao thì nhựa cũng bóng trơn. Nói chung độ bóng sẽ không cao và nếu được thì cần công đoạn tạo bóng thêm, như dùng các cục bóng để tiếp nhận và làm lạnh phôi đùn. Kích thước rãnh chảy phải đủ lớn : đôi khi nhựa có thể thể bị lẫn tạp chất, bị dính cháy. Nếu kích thước rãnh chảy quá nhỏ thì khi bị lẫn tạp chất dòng nhựa có thể bị tắc. Để ngăn ngừa hiện tượng này chiều rộng rãnh phải đủ lớn. Trở lực đầu khuôn : không quá nhỏ cũng không quá lớn : Nếu trở lực quá lớn : sẽ gây nặng tải. Từ đó làm giảm tuổi thọ của máy, gây rò rỉ nhựa tại các chỗ nối, tăng nhiệt masát, tăng tốc độ mài mòn trục vít. Nếu áp suất quá thấp sự phân bố độ dày sẽ không đều, độ đồng nhất kém, có thể thấy các vết hàn trên bề mặt sản phẩm. Bảo trì đầu khuôn : đầu khuôn phải dễ tháo lắp, như thế đầu khuôn càng nhỏ gọn càng tốt. Vật liệu làm đầu khuôn thường là thép có xử lý tăng cứng, hoặc thép đã Nitrit hoá (xử lý trong môi trường Amoniac), hoặc thép chịu ăn mòn có hàm lượng Crôm cao (~15%), bên trong đầu khuôn thường được mạ một lớp Crôm dày khoảng 0,025mm. Bộ phận kéo sản phẩm Có hai loại chính : Loại dùng cặp trục kéo, thường dùng một trục phủ cao su, một trục là kim loại, loại này dùng cho màng mềm.

Loại dùng cặp trục để kéo phôi đùn Hình 6 : Trục cao su dùng kéo sản phẩm

Loại dùng băng chuyển động có hai mặt ép vào sản phẩm, loại này hay dùng cho các sản phẩm cứng. Ví dụ sử dụng hệ thống kéo trong dây chuyền đùn ống. chiều dài băng chuyển động là một yếu tố quan trọng. Vì nếu băng càng dài thì lực ép phân bố càng đều Trang 18

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

và nhỏ thay vì phải dùng lực ép lớn nếu dùng băng ngắn lực ép quá lớn có thể làm biến dạng sản phẩm. Dù có cấu tạo thuộc dạng nào thì hệ thống kéo phải đáp ứng các yêu cầu sau : Phải giữ được sản phẩm ở vận tốc không đổi ở vận tốc thích hợp. Vận tốc này phải ≥ vận tốc nhựa ở đầu khuôn. Nếu vận tốc này < vận tốc nhựa ra khỏi đầu khuôn thì sản phẩm đùn bị trùng và rơi xuống nền do trọng lực của nó. Bộ phận kéo còn có tác dụng kéo mỏng sản phẩm để hạn chế hiện tượng trương phồng của sản phẩm khi ra khỏi đầu khuôn. Kéo là một trong những cách giảm được độ dày của sản phẩm. Làm lạnh Sau khi ra khỏi đầu khuôn nhựa ở trạng thái nóng chảy (lỏng), vì vậy cần phải làm lạnh để định hình sản phẩm. Làm lạnh trực tiếp hay gián tiếp : nếu cho sản phẩm chạy thẳng vào trong nước (ví dụ : ống nước ) thì phương pháp này là làm lạnh trực tiếp. Còn nếu nước hay dầu chạy vào một ống kim loại , bề mặt trục này mới làm lạnh sản phẩm thì gọi là làm lạnh gián tiếp (các sản phẩm dạng tấm, màng mỏng ). Ngoài ra sản phẩm còn dùng không khí là tác nhân làm lạnh trực tiếp. Giá thành : rõ ràng nếu cho sản phẩm chạy thẳng vào trong nước thì chi phí về thiết bị sẽ thấp hơn phương pháp gián tiếp cần sử dụng các trục làm lạnh đắt tiền. 1.1.3. Năng suất của máy đùn Khi trục vít quay nếu như không bị trở lực gì cả (tức là không dùng lưới lọc, tấm đỡ lưới, đầu khuôn) và nếu khe hở giữa đỉnh trục vít và xylanh bằng 0, thì dòng nguyên liệu vận chuyển lên phía trước là lớn nhất. Dòng này gọi là dòng dọc trục. Tuy nhiên trên thực tế có một khe hở nhỏ giữa đỉnh răng vít và xylanh nên có một dòng vật liệu rò qua khe hở này. Dòng này gọi là dòng rò. Khi lắp đầu khuôn vào, áp suất trước đầu khuôn sẽ tăng lên và lớn hơn áp suất trong xylanh. Nguyên liệu sẽ tự chảy tại vùng có áp suất cao sang vùng có áp suất thấp, tức là có một dòng nguyên liệu chảy từ đầu vít ra phía chân vít, dẫn đến giảm lưu lượng của máy đùn. Dòng này gọi là dòng áp suất. Năng suất máy đùn như vậy được tính như sau : Năng suất M = dòng dọc trục – dòng áp suất – dòng rò Người ta đã xác định được công thức tính toán sau đây : Dòng dọc trục = 1/2∏2.D2.n.H.sinφ.cosφ Trong đó : Trang 19

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

D : đường kính trục vít n : tốc độ quay của trục vít (vòng/phút) H : độ sâu rãnh vít trong vùng bơm và định lượng φ : góc nghiêng của răng vít Dòng áp suất = ∏.D.H3.Psin2φ/12.µ.t Trong đó : P : áp suất trước đỉnh vít t : khoảng cách giữa hai đỉnh răng vít liên tiếp µ : độ nhớt của nhựa tại vùng bơm (không đổi) Dòng rò thường có giá trị nhỏ và được bỏ qua. Như vậy : M = 1/2∏2.D2.n.H.sinφ.cosφ – ∏.D.P.H3.sin2φ/12µ.t Bây giờ nếu đặt : α = 1/2∏2.D2.H.sinφ.cosφ β = 1/2∏.D.H3.sin2φ/12.t Thì công thức trên có thể viết gọn lại là : M = α.n – β.P/µ Rõ ràng α và β là các hằng số chỉ phụ thuộc vào cấu tạo trục vít. Nếu như cấu tạo của trục vít không đổi thì năng suất của máy đùn chỉ phụ thuộc vào : n : tốc độ quay của trục vít, n càng lớn thì M càng lớn. P : khi áp suất trước đầu vít (ví dụ khi giảm nhiệt độ, dùng lưới lọc mịn, dùng đầu khuôn có trở lực lớn) thì năng suất sẽ giảm. 1.1.4. Nguyên tắc hoạt động của máy đùn Do có nguồn nhiệt cung cấp làm nóng chảy vật liệu và nhờ chuyển động của trục vít tăng khả năng trộn đồng đều giữa phụ gia và nhựa. Đưa vật liệu vào tới giới hạn gia công. Vùng phối liệu nhiệt độ rất phức tạp, độ nhớt của vật liệu thay đổi tuỳ theo vận tốc. Trục vít có thêm các cánh phụ thì dòng chảy của nhựa trong xy lanh rất phức tạp, nhưng có khả năng trộn rất cao, ngày nay đã có loại máy đùn ở cuối trục vít có cánh phụ hoặc kết cấu răng để tăng khả năng làm đồng đều vật liệu. Mức độ hình thành áp lực trong xy lanh tuỳ thuộc vào cấu trúc của trục vít: bước vít và việc tính toán chiều sâu rãnh vít. Ngoài ra áp lực trong xy lanh còn phụ thuộc vào độ lớn của momen quay, mức độ của dòng chảy, khe hở giữa trục vít và xy lanh, sức cản của dòng chảy.

Trang 20

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Trên máy đùn trục vít thường có lắp đặt đồng hồ đo áp suất nhựa nóng chảy trong xy lanh, từ đó có thể theo dõi được áp suất trong máy đùn đồng thời có thể điều chỉnh áp suất kịp thời. 1.1.5. Phân loại máy đùn a. Phân loại theo tính năng công dụng Gia công sản phẩm hay dùng để trộn nguyên liệu. b. Phân loại theo số vít Máy đùn có thể có một vít hay hai hoặc ba vít hoặc đa trục vít, các vít có thể quay cùng chiều hay ngược chiều nhau do cơ cấu truyền dộng. Máy đùn nhiều trục vít thông thường không dùng để định hình mà dùng để trộn vật liệu. Máy đùn trục vít đơn

Hình 7: Máy đùn trục vít đơn

Có cấu tạo tương đối đơn giản, việc bảo quản bền chắc cũng dễ dàng, tính sản xuất cao và phạm vi ứng dụng rộng rãi, nhiều đặc trưng. Vì vậy, đây là loại máy được dùng phổ biến. Máy đùn trục vít đôi

Hình 8: Máy đùn trục vít đôi

Trang 21

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Máy đùn nhựa ghép nhiều trục vít gọi là máy đùn đa trục, nhưng chủ yếu được dùng là máy đùn trục đôi. Máy đùn trục đôi có những đặc trưng như lượng đùn ra ít biến động thời gian nhựa trong xylanh đồng đều và nhất định nhưng nó có sức nhào trộn yếu, thêm nữa giá tiền cao tính đa dụng thiếu…đó là những khuyết điểm. c. Phân loại theo máy đùn đặc biệt Nếu lấy các máy đùn nhựa trục đơn, trục đôi làm máy tiêu chuẩn thì các máy đùn nhựa đặc biệt không thuộc loại ấy có nhiều thứ, nhưng phần nhiều chỉ là máy thí nghiệm hoặc máy mẫu, chưa được sử dụng phổ biến. Dưới đây xin trình bày một số các máy đùn nhựa đặc biệt tiêu biểu đã được đưa vào sử dụng. Máy đùn trục hành tinh

Hình 9: Máy đùn trục trục hành tinh

Đây là máy đùn nhựa đặc biệt do công ty Tây Đức Batten Feld chế tạo bán ra, thiết kế của nó căn cứ vào loại máy đùn nhựa trục đơn để có được an toàn về sức đẩy và momen xoắn, có thể nói là loại máy đùn nhựa có thiết kế mới đưa nguyên lý máy cán vào để có tính tạo hình, tính đồng đều. Theo với trục xoắn chính xoay chiều, bộ phận trục hành tinh khớp răng nên nó vừa xoay vừa đùn đẩy các thành phần nhựa ra ngoài. Nó có những đặc điểm sau: Việc tạo hình đồng đều Tính tự làm sạch rất tốt Thời gian ứ đọng bên trong máy của nhựa ít Đổi màu đơn giản Tỷ lệ năng lượng nhỏ cho nên có khả năng đùn ra tiết kiệm năng lượng Cũng có thể giảm bớt năng lượng Máy đùn nhựa RAM Trang 22

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Hình 10: máy nhựa RAM

Những chất nhựa như nhựa florine, polyetylene siêu cao phân tử có độ tan chảy rất cao, các máy đùn nhựa thông thường không thể tạo hình được. Đùn nhựa kiểu RAM là phương pháp tạo hình không nhờ sự xoay chuyển trục xoắn mà nhờ sự vận động lên xuống của RAM bên trong Cylinder, liên tục bọc kín bột nguyên liệu, ép, nung để tạo hình.máy đùn nhựa ram nhờ bộ nén ép của ram và lượng cung cấp vật liệu được đều chỉnh thích hợp nhờ sự cân bằng của bộ phận đều khiển nhiệt. Máy đùn nhựa độ kết dính thấp Nguyên liệu cần thiết để gia công đùn nhựa tạo hình không phải chỉ có loại nhựa có độ kết dính cao gồm cả loại nhựa đa dụng. Người ta còn muốn gia công đùn nhựa đến cả các chất có độ kết dính thấp biểu thị bằng Centipoise từ các hình thái thể lỏng, thể kết cứng.Máy đùn nhựa độ kết dính thấp có khả năng đùn ra nguyên liêụ có độ kết dính thấp

1.1.6. Một số quy trình công nghệ sản xuất có sử dụng máy đùn trục vít

Quy trình sản xuất màng mỏng phẳng

Trang 23

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Sản phẩm dạng màng mỏng:

Hình 11: Dây chuyền sản xuất màng mỏng phẳng và sản phẩm

Quy trình sản xuất ống

Sản phẩm dạng ống Trang 24

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Hình 12: Dây chuyền sản xuất ống và sản phẩm

Quy trình sản xuất sợi

Sản phẩm dạng sợi

Trang 25

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Hình 13: Dây chuyền sản xuất sợi và sản phẩm

Quy trình sản xuất tấm

Sản phẩm dạng tấm Trang 26

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Hình 14: Dây chuyền sản xuất tấm và sản phẩm

1.2. Nguyên liệu và các chất phụ gia 1.2.1. PVC PVC được trùng hợp theo sơ đồ sau: N CH2 = CH → (- CH2 – CH - ) n Cl

Cl

Phương pháp trùng hợp này có thể tiến hành theo phương pháp: Trùng hợp khối: tao ra PVC trùng hợp khối (phương pháp này ít sử dụng) Trùng hợp huyền phù: tạo ra PVC – S có đặc tính hút dầu tốt, độ trong cao, giá thành rẻ để sản xuất các sản phẩm bằng phương pháp cán , đùn, đúc tiêm. Trùng hợp nhũ tương: tạo ra PVC – E có cấu trúc chặt, ít hút dầu để sản xuất các sản phẩm từ hỗn hợp PVC + DOP như các sản phẩm tráng, đúc quay, để làm hồ. PVC là một loại nhựa vô định hình (có độ kết tinh thấp ), Tg ∼ 800C nên ở nhiệt độ bình thường PVC cứng nếu không hóa dẻo. Chính vì vậy người ta cần phân biệt PVC cứng và PVC mềm khi nói về sản phẩm PVC. Sau đây là cách phân biệt 3 loại sảm phẩm PVC: PVC cứng

: hàm lượng hóa dẻo từ 0 – 5 %

PVC bán cứng: hàm lượng hóa dẻo từ 5 – 15 % Trang 27

Trung tâm CN Hóa học

PVC mềm

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

: hàm lượng hóa dẻo từ > 15%

Nhiệt độ gia công của PVC từ 150 – 220o C, tuy nhiên PVC bị phân hủy ở nhiệt độ trên 140oC nên khi gia công phải sử dụng chất ổn định nhiệt. PVC cũng dễ bị ánh sáng lão hóa, vì vậy trong nhiều trường hợp phải sử dụng chất ổn định quang. Sau đây là một số tính chất quan trọng của PVC: Bằng cách thêm chất hóa dẻo, có thể sản xuất ra sản phẩm có độ cứng thay đổi Có thể sử dụng hầu hết các phương pháp gia công đối với PVC. Có thể sản xuất sản phẩm trong hay đục từ PVC. PVC có nhiều tính chất cơ học tốt như độ bền kéo đứt, độ giãn đứt, tính cách điện, chịu ăn mòn cao. Có thể sản xuất sản phẩm có màu sắc đa dạng. PVC bền với acid, kiềm, chất tẩy rửa… PVC là loại nhựa khó cháy vì có Clo trong phân tử. Giá thành vừa phải. Các tiêu chuẩn cần lưu ý đối với PVC: Giá trị K: người ta xác định giá trị K bằng cách đo độ nhớt của dung dịnh PVC trong cyclohexanone, sau đó dùng công thức để tính ra K. Như vậy giá trị K phản ánh độ nhớt của dung dịch PVC, do đó phản ánh trọng lượng phân tử của nó. Khi lựa chọn PVC giá trị K là giá trị cần xét đến đầu tiên ví tính chất sản phẩm và gia công phụ thuộc vào K,vì vậy cần phải lựa chọn cẩn thận. Ví dụ: Đối với sản phẩm thông thường như tole, màng, ống nước…. dùng PVC có K = 65 – 68 Đối với màng bán cứng, khớp nối … dùng PVC có K = 57 – 62 Khối lượng riêng thể tích (g/cm3): là đại lượng phản ánh mức độ nén chặt của PVC dạng bột. Tuy nhiên không thể tăng đại lượng cao quá mức được vì sẽ nằm ngoài khả năng thiết kế của máy (mỗi máy đùn có trục vít được thiết kế cho một dạng nguyên liệu thích hợp). Ví dụ không thể dùng máy thiết kế trục vít cho máy chạy dạng hạt mà chạy cho dạng bột và ngược lại (hạt có khối lượng riêng thể tích lớn hơn bột nhiều). Khi trộn cao tốc, bột sau khi trộn thường có thể tích lớn hơn thể tích trước khi trộn do mức độ nhựa hóa tốt hơn, vì vậy thời gian trộn có ảnh hưởng đến giai đoạn tạo hạt. Độ hấp thụ và tốc độ hấp thụ dầu DOP: đối với những sản phẩm có độ DOP cao, PVC phải có khả năng hấp phụ DOP tốt để tạo ra hỗn hợp bột khô có tính chảy tốt (tất Trang 28

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

nhiên để trợ giúp quá trình này cần dùng thêm nhiệt hay trộn cao tốc độ lợi dụng nhiệt ma sát). Nếu tốc độ hấp phụ DOP (phản ánh bằng lượng hấp phụ trong một đơn vị thời gian ) và độ hấp phụ (phản ánh bằng lượng DOP hấp thụ trong một 100g nhựa) thấp thì bột sau khi hấp thụ không được khô, thậm chí DOP không thấm được vào nhựa, như vậy chất lượng trộn không đạt yêu cầu, năng suất trộn giảm xuống khi thời gian trộn kéo dài. So sánh về mức độ hấp phụ DOP thì PVC – S có độ hấp phụ tốt hơn PVC – E nhiều. Hàm lượng bụi bẩn: là những chấm li ti trong sản phẩm. Bụi bẩn có thể gây ra do bụi lẫn vào. Do công thức bôi trơn không hợp lý nên nhựa nóng chảy không đều, hoặc do PVC có những khối lượng phân tử quá lớn thì cũng có thể tạo ra những chấm li ti này. Hàm lượng chất dễ bay hơi: chất dễ bay hơi ẩm có thể gây bọt cho sản phẩm vì vậy chất dễ bay hơi phải nhỏ hơn 0,3%. 1.2.2. Các chất phụ gia cho PVC Chất hóa dẻo Như ở trên đã nói PVC là loại nhựa vô định hình có độ kết tinh thấp (5 – 10 %) có nhiệt độ chuyển thủy tinh cao (Tg ∼ 80oC) vì vậy ở nhiệt độ thường PVC rất cứng, khi cần làm dẻo hơn người ta trộn thêm với chất hóa dẻo. Khi đưa chất hóa dẻo vào trong PVC, các phân tử hóa dẻo sẽ len lỏi vào mạch phân tử PVC làm yếu liên kết giữa các mạch và làm các mạch bị cách ly nên mạch mềm hơn cuối cùng tạo ra PVC mềm. Theo hiệu quả hóa dẻo các chất hóa dẻo được phân làm hai loại: Chất hóa dẻo chính: có độ tương hợp cao với PVC và vì vậy có thể sử dụng một mình. Ví dụ DOP là một chất hóa dẻo chính điển hình. Chất hóa dẻo phụ: vì một lý do nào đó người ta không sử sụng một mình. Ví dụ chúng có độ tương hợp giới hạn với PVC, có giá thành cao nên chỉ dùng khi cần đạt được một vài tính chất đặc biệt nào đó.Ví dụ: dùng thêm DOP để tăng khả năng chịu lạnh của sản phẩm, dùng BBP để tăng khả năng nhựa hóa. Paraffin clo hóa giảm giá thành sản phẩm. Để lựa chọn một chất hóa dẻo thích hợp cần xét đến các yếu tố sau đây: hiệu quả hóa dẻo và độ tương hợp với PVC: để tạo ra một độ mềm dẻo nào đó cần dùng một lượng hóa dẻo nhất định. Các tính chất gia công như: độ bay hơi phải thấp ở nhiệt độ gia công, khả năng ảnh hưởng đến thời gian nhựa hóa của hỗn hợp (ví dụ BBP gây nhựa hóa nhanh), hay có ảnh hưởng tính ổn định nhiệt của PVC hay không (dầu Epoxy làm tăng tính ổn định nhiệt còn prafin clo gây giảm tính ổn định nhiệt).

Trang 29

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Các tính chất sử dụng của sản phẩm: như độ chịu lạnh, tính chống cháy, khả năng bị trích ly bởi các dung hóa chất và nước, tính độc hại, di hành. Ví dụ nếu sản phẩm thường xuyên tiếp xúc với nước thì phải dùng chất hóa dẻo khó bị trích ly bởi nước. Giá thành: tất nhiên càng thấp càng tốt. tuy nhiên loại chất hóa dẻo càng rẻ tiền thì chất lượng càng thấp vì vậy cần xét chất hóa dẻo trên cơ sở so sánh tính năng / giá thành. Người ta thường dùng chất hóa dẻo DOP làm chất hóa dẻo chính vì nó có tính năng tốt ở mức giá thành thích hợp. Chỉ khi nào cần các tính chất đặc biệt khác thì người ta mới sử dụng thêm các chất hóa dẻo khác. Sau đây là vài loại hóa dẻo thông dụng: DOPDioctylphthalate. DOA DioctylAdipate. DINP Disonylphthalate. BBP

Butylbenzylphthalate .

EBSO Dầu đậu nành epoxy hóa… Trong PVC cứng người ta chỉ được dùng một lượng nhỏ chất hóa dẻo vì chất hóa dẻo làm gia công dễ dàng hơn nhưng nếu dùng nhiều sẽ làm cho các tính chất cơ lý giảm mạnh và nhiệt độ biến dạng giảm xuống, sản phẩm dễ bị biến dạng nhiệt khi sử dụng. Chất bôi trơn cho PVC Công dụng của chất bôi trơn Ngăn chặn PVC không dính vào bề mặt kim loại (nếu bị dính PVC sẽ bị cháy, vì vậy cũng có thể hiểu chất bôi trơn cũng là một dạng chất ổn định). Tác dụng bôi trơn này gọi là tác dụng bôi trơn ngoại. Giảm ma sát nội sinh ra khi gia công, tạo ra độ nhớt và tính chảy thích hợp cho hỗn hợp (lưu ý là PVC cứng có độ nhớt rất cao, nếu tăng nhiệt độ nhớt thì gần điểm phân hủy của PVC, PVC dễ bị phân hủy, gây cháy nên phải sử dụng chất bôi trơn). Tác dụng bôi trơn này gọi là chất bôi trơn nội. Phân loại theo bản chất hóa học có các loại sau: Hydro carbon: paraffin, polyethylene wax… Các xà phòng kim loại: Cd – St, Ca – St, Pb – St, Zn – St… Acid béo: acid stearic ( A – St )… Ester: butyl stearate, glycerin Stearate…

Trang 30

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Alcohol : polyor, polygycol… Cơ chế tác dụng của chất bôi trơn nội, ngoại: Chất bôi trơn ngoại có độ tương hợp kém với PVC nên tạo ra một lớp màng chất bôi trơn giữa bề mặt kim loại và nhựa. Do ngăn chặn được PVC bám vào bề mặt kim loại. Ví dụ polyethylene wax, acid stearic … Chất bôi trơn có độ tương hợp tốt với PVC nên nằm xen vào các phân tử PVC và làm giảm ma sát giữa các phân tử nhựa PVC, nên giảm được độ nhớt của PVC nóng chảy. Theo cơ chế trên thì PVC cũng được xem là một chất bôi trơn nội nên PVC mềm ít khi phải dùng đến chất bôi trơn nội. Ví dụ butyl stearate, Ca – St … Trong thực tế nhiều chất bôi trơn vừa có tác dụng bôi trơn ngoại vừa có tác dụng bôi trơn nội. Ngoài tác dụng bôi trơn nội hay ngoại còn phụ thuộc vào hàm lượng sử dụng. Ví dụ có chất bôi trơn có tác dụng bôi trơn nội ở hàm lượng thấp nhưng khi tăng hàm lượng thì bôi trơn ngoại là chủ yếu. Các ưu nhược điểm của chất bôi trơn nội và ngoại: Các ưu nhược điểm của chất bôi trơn nội Tăng tốc độ của nhựa nóng chảy, giảm được nhiệt độ gia công. Giảm được độ trương phồng trong công nghệ đùn. Hạn chế xuất hiện các việt “đường hàn” do nhựa bị tách dòng khi chảy trong đầu khuôn. Ít ảnh hưởng đến độ bám dính của mực in, sơn lên sản phẩm. Tạo độ trong sản phẩm tốt. Ít ảnh hưởng đến khă năng tạo vết nứt, gãy khi bẻ gập sản phẩm. Giảm nhiệt độ biến dạng nhiệt (sản phẩm bị biến dạng nhiệt ở nhiệt độ thấp hơn). Đôi khi làm giảm độ bền va đập của sản phẩm. Có thể gây plate-out (hiện tượng các phụ gia không tương hợp và trôi ra bề mặt thiết bị gia công: trục cán, trục vít, đầu định hình). Cần dùng hàm lượng cao mới cho tác dụng hiệu quả. Các ưu nhược điểm của chất bôi trơn ngoại. Ngăn chặn PVC không bị dính vào bề mặt kim loại. Sảm phẩm dễ xuất hiện đường hàn. Dễ gây tách lớp khi sản phẩm gồm có nhiều lớp PVC ghép lại. Trang 31

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Làm giảm độ bám dính của mực in và sơn lên sản phẩm. Làm chậm thời gian nhựa hóa. Chất ổn định Định nghĩa: chất ổn định là chất ngăn chặn sự phân hủy của PVC bằng phản ứng hóa học. Bằng tác dụng bôi trơn, giảm ma sát hay ngăn chặn sự dính vào bề mặt kim loại (chất ổn định có tác dụng này còn gọi là chất bôi trơn). a. Phân loại chất ổn định Gồm có các loại sau: Chất ổn định chì Chất ổn định xà phòng kim loai. Chất ổn định thiếc. Chất ổn định phụ (ổn định chứa photpho, epoxy, chất hấp thụ tia UV. Chất chống oxy hóa). Chất ổn định chì. Ví dụ một số loại sau: Tribasic chì sunphat (TS): 3Pb.PbSO4.H2O. Dibasic chì stearat (DS): 2PbO.Pb(C17H35COO)2 (có tác dụng bôi trơn). Stearat chì

(Pb – St ): Pb(C17H35COO)2 (có tác dụng bôi trơn).

Ưu điểm của chất ổn định chì: Có tính ổn định nhiệt mạnh. Có tính cách điện tốt. Vùng nhiệt độ gia công rộng. Chịu thời tiết tốt. Giá thành vừa phải. Nhược điểm của chất ổn định chì: Nếu không xử lý bề mặt thì độ phân tán kém. Không tạo ra sản phẩm tươi sáng và sản phẩm bị đục. Độc hại. Bị nhiễm màu (hóa đen) khi tiếp xúc với lưu huỳnh (tạo ra PbS có màu đen)

Trang 32

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Chất ổn định xà phòng kim loai: Ví dụ: Cadmium Stearate : Cd (C17H35COO) 2 Barium Stearate : Ba (C17H35COO) 2 Calcium Stearate : Ca (C17H35COO) 2 Kẽm Stearate : Zn (C17H35COO) 2 Các xà phòng là những hợp chất hóa học gồm có các nguyên tố kim loại và gốc này có nhiều loại nhưng chủ yếu là gốc Stearate. Các xà phòng kim loại là chất ổn định không dùng một mình mà hay dùng kết hợp với nhau, ví dụ Ba /Cd /Zn; Ca/Zn; Ba/Zn; nhiều loại có tác dụng bôi trơn. Nhiều loại tạo ra sản phẩm có độ trong cao. Thứ tự về độ trong và tính bôi như sau: Về độ trong : Cd > Ba > Ca > Zn > Pb. Về tính bôi trơn : Pb > Zn > Cd > Mg > Ca > Ba. Một hỗn hợp gồm có Ba /Cd /Zn hay dùng là BC – 103, coinex – 1282, CB – 120 và nhiều loại tương tự khác. Ưu và nhược điểm của chất ổn định hỗn hợp kim loại: Tính ổn định nhiệt tốt ( nhưng yếu hơn chất ổn định). Ít gây mùi như chất ổn định thiếc hữu cơ. Gây plate-out bề mặt thiết bị. Có tính chất bôi trơn. Giá thành vừa phải. Chất ổn định thiếc hữu cơ. Ưu điểm chất ổn định thiếc là: Độ nhiệt tốt. Không có tính bôi trơn. Mùi khó chịu, một vài dạng độc hại. Chất ổn định thiếc gốc Mercaptide dùng kết hợp với pigment gốc chì (Pb) thì làm tối màu sản phẩm. Các chất trợ ổn định: gồm có các loại.

Trang 33

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Ổn định epoxy (ví dụ: Dầu đậu nành epoxy hóa ) loại này khi kếp hợp với thiếc hay xà phòng kim loại thì hiệu quả ổn định được tăng cao. Chất ổn định chứa photpho (ví dụ: Tri phenyl phophite) cũng có tác dụng ổn định như epoxy. Chất chống oxy hóa: Bis phenol amine… Chất hấp thụ UV: Benzophenone, benzotriazol… Các chất trợ ổn định không bao giờ dùng một mình mà kết hợp với chất ổn định chính. Chất độn Mục đích chính của việc dùng chất độn là giảm giá thành sản phẩm. Có nhiều loại chất độn có thể dùng cho PVC. Chất độn CaCO3 thường sử dụng có thể phân loại theo: Theo tỉ trọng thể tích: CaCO3 loại nặng và nhẹ. Theo đặc tính bề mặt: loại có xử lý bề mặt và loại không xử lý bề mặt. Mục đích của việc xử lý bề mặt là cải thiện khả năng phân tán của CaCO3 vào nhựa, do dó tính chất của sản phẩm không bị suy giảm nhiều, nên có thể dùng với hàm lượng cao. Việc sử dụng chất độn gây ra các ưu nhược điểm như sau: Giảm giá thành sảm phẩm. Tăng độ đục cho sản phẩm. Tính ổn định nhiệt vì CaCO3 có tính bazơ trung hòa acid sinh ra. Tăng độ cứng cho sản phẩm (ví dụ: độn để sản xuất ra gạch nhựa). Tạo cho hỗn hợp nhựa độ nhớt cao nên gây khó khăn cho quá trình gia công, máy bị nặng tải hơn. Giảm độ bền cơ lý của sản phẩm như độ bền xé… Tăng khả năng mài mòn thiết bị (trục vít, xy lanh, trục cán). Giảm độ bóng của sản phẩm. Để lựa chọn chất độn cần căn cứ vào các yếu tố sau: Cỡ hạt: hạt càng mịn thì cơ lý của sản phẩm càng tốt, tuy nhiên giá thành chất độn sẽ tăng. Khả năng phân tán: chất độn phải dễ phân tán vào PVC, lượng dùng phải có giới hạn vì nó sẽ ảnh hưởng đến tính chất gia công và sản phẩm. Trang 34

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Khối lượng riêng trên đơn vị thể tích: sẽ ảnh hưởng đến thể tích máy, đến đại lượng này của cả hỗn hợp PVC, CaCO3. Dùng CaCO3 loại nhẹ sẽ làm giảm năng suất máy. Tạp chất: không được lẫn tạp chất gây ảnh hưởng đến ngoại quan và cơ lý sản phẩm. Giá thành:độ hấp thụ dầu càng thấp càng tốt. Loại có xử lý bề mặt thường có độ hấp thụ dầu thấp. Hàm lượng độn tối ưu phụ thuộc vào loại chất độn được lựa chọn vào tính chất cơ lý và và ngoại quan sản phẩm vào tính chất gia công trên máy. Ví dụ: Nếu chất độn thuộc loại dễ phân tán thì có thể đưa vào hàm lượng cao hơn loại khó phân tán. Nếu chất độn hấp thụ dầu nhiều thì với công thức mềm khó có thể đưa vào hàm lượng độn lên cao vì độn sẽ hấp thụ nhiều DOP trong khi đó PVC không hấp thụ đáng kể. Màu Các yêu cầu về chất màu cho PVC là: Không gây bụi, dễ cân đo. Khả năng phân tán màu tốt. Không bị di hành. Chịu được nhiệt độ cao khi gia công. Chịu được thời tiết. Không độc hại (tùy từng sản phẩm). Chất màu thường có hai loại: Pigment: là loại không hòa tan trong dung môi, nhựa mà chỉ phân tán vào dưới dạng các hạt màu có kích thước rất nhỏ. Nếu ta hòa tan pigment vào trong dung môi thì rất khó tan (ví dụ màu trắng TiO2) hoặc đôi khi có cảm giác hòa tan nhưng khi để một thời gian thì nó lại bị tách ra (bị lắng). Phẩm màu: loại này hòa tan trong dung môi và nhựa. Loại này ít sử dụng vì thường có độ chịu nhiệt kém, do tính hòa tan cao nên thường xảy ra hiện tượng di hành. Tuy nhiên chúng có màu sắc đẹp. Sau đây là các tính chất của màu cần lưu ý: Sắc màu: ta thấy màu có nhiều loại như màu đỏ, xanh, tím… trong từng loại màu còn có nhiều loại khác nhau về độ như vàng cam, vàng chanh, đỏ cam, đỏ tím, tím xanh, tím đỏ….

Trang 35

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Cường độ màu: phản ánh độ mạnh yếu của màu. Màu càng yếu thì càng dùng với hàm lượng càng cao và ngược lại. Độ tươi sáng: cùng một màu sắc nhưng có loại cho ta cảm giác đậm, tối có loại cho ta cảm giác tươi sáng rực rỡ. Độ chịu nhiệt: phản ánh nhiệt độ phân hủy của màu. Độ bền ánh sáng: phản ánh khả năng bền màu khi chịu tác động của tia UV. Mức độ di hành: phản ánh màu dễ hay khó bị trôi ra bề mặt. Khả năng phân tán trong nhựa. Các ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của sản phẩm. Trong thực tế ta có thể gặp các dạng màu sau: Màu dạng bột: (chỉ gồm màu cơ bản. Ví dụ màu đỏ, blue, green…) giá thành thấp nhưng khả năng phân tán khó, khó cân nên độc hại. Màu dạng bột: (là hỗn hợp bột các màu cơ bản ) màu này được sử dụng khi khách hàng không có kinh nghiệm pha màu, muốn sử dụng đơn giản. Nhà sản xuất đã pha trộn sẵn và chỉ cần hướng dẫn hàm lượng sử dụng. Màu dạng hạt mịn hay dạng bánh: phân tán sẵn với nhựa nên độ phân tán cao, không gây bụi, dễ cân đo, giá thành cao hơn dạng màu bột. Màu dạng paster: thường là màu phân tán trong chất hóa dẻo. Loại này thường dùng cho PVC, có giá thành thấp hơn loại màu phân tán trong nhựa. PVC compound đã pha sẵn trước, khi gia công không cần pha nữa. ví dụ PVC compound làm ống nước. Tất nhiên sẽ gặp khó khăn khi thay màu khác. Theo bản chất có thể phân loại màu thành hai dạng. Màu vô cơ: thường là các oxit vô cơ kim loại như: FeO2, TiO2, Ca, Pb & MoCr2O3, Ultramarine, Mn Violet, CobanViolet, Fe blue có đặc điểm sau đây: Màu đục. Cường độ yếu. Kích thước hạt lớn. Thường dễ phân tán. Không bị hòa tan và không bị di hành. Chịu nhiệt và ánh sáng. Chịu hóa chất cao. Trang 36

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Màu hữu cơ: thường được tổng hợp từ các dẫn xuất của sản phẩm dầu mỏ như monoAzo, diazo, Quinacridone, perylene, phthalocyanine, bezimidazolene… có tính chất ngược lại với màu vô cơ. Các dạng màu đặc biệt có thể sử dụng là: Các loại màu nhũ: có sắc trắng hay nhiều sắc khác. Ví dụ các loại nhũ Peral (TiO2 phủ mica), nhũ loại kim loại Al (nhôm) sắc bạc, nhũ hợp kim đồng sắc vàng… Màu huỳnh quang: là loại màu tạo độ tươi sáng cao do màu này có khă năng hấp thụ tia UV (có bước sóng trong vùng không nhìn thấy được) và phát tán ra năng lượng trong vùng có thể nhìn thấy được. Chất trợ gia công Chất trợ gia công là một loại nhựa khi cho vào PVC thì có các kết quả sau đây: Cải thiện sự nhũ hóa, như thế các tính chất cơ lý của hỗn hợp PVC mới được phát triển đầy đủ sau khi gia công và trong công thức có thể đưa vào hàm lượng độn cao hơn. Có thể tạo ra các sản phẩm có hình dạng phức tạp khi đùn profile (khung của sổ). Tính ổn định trong quá trình sản xuất cao hơn vì vậy năng suất sẽ tăng. Các sự cố ở bề mặt sản phẩm và sự cố do năng suất không ổn định giảm đi hoặc không còn xuất hiện. Sự phân bố các tế bào xốp đồng đều hơn, tế bào xốp nhỏ hơn so với sản phẩm PVC xốp. Khả năng chịu nhiệt, chịu thời tiết, độ bền màu có xu hướng ổn định. Nếu sản phẩm cần định hình nhiệt thì khi dùng chất trợ gia công công đoạn định hình được thực hiện dễ dàng hơn. Thường khi sử dụng chất trợ gia công thì độ nhớt của hỗn hợp tăng lên và máy có xu hướng nặng tải hơn. Tuy nhiên cần chú ý là nếu do nhựa hóa không hoàn toàn thì máy còn nặng tải khi có chất trợ gia công. Điều này có thể thấy rõ khi công thức có hàm lượng độn cao. Chất tạo xốp Chất tạo xốp là một hỗn hợp chất hóa học bị phân hủy ở nhiệt độ cao tạo ra các sản phẩm khí, các chất khí sinh ra tạo ra các lỗ xốp trong sản phẩm. Chất tạo xốp thông dụng nhất là PVC là Azodicarbonamide (thường ký hiệu là AZ). H2N – CO – N = N – CO – NH2

Trang 37

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Đây là chất tạo xốp dạng bột có màu từ cam đến vàng nhạt, nhiệt độ phân hủy 205oC – 215oC và hiệu xuất tạo khí là 220 ml/g. Các sảm phẩm phân hủy của AZ có thành phần như sau: N2 chiếm 65% thể tích. CO chiếm 32% thể tích. CO2 chiếm 3% thể tích. Nhiệt độ phân hủy của AZ nguyên chất khá cao, vì vậy cần phải dùng xúc tác để hạ thấp nhiệt độ của nó xuống. Các hợp chất có khả năng xúc tác là các hợp chất urê, amine, các hợp chất kim loại đặc biệt là các hợp chất của chì (Pb), cadmium (Cd), kẽm (Zn) và hỗn hợp của các kim loại trên. Các chất xúc tác khác nhau về nhiệt độ xúc tác và tốc độ xúc tác (tức là có chất xúc tác ở nhiệt đô thấp, có chất xúc ở nhiệt độ cao, có chất xúc tác với tốc độ chậm, có chất xúc tác với tốc độ cao). Chất lượng tạo xốp của PVC khi sản xuất giả da xốp phụ thuộc vào: Giá trị K của PVC. Loại và hàm lượng chất xúc tác. Hàm lượng chất tạo xốp AZ. Nhiệt độ hấp xốp. Hàm lượng chất độn. Các chất phụ gia khác như là chất điều chỉnh cơ cấu xốp. Các yếu tố trên có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. 1.2.3. PE, PP a. PE: LDPE (low density polyethylene) LDPE là loại nhựa được trùng hợp ở áp suất cao đi từ ethylene; có tỷ trọng từ 0.9100.925 g/cm3 .

Trang 38

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

LDPE có cấu tạo mạch phân nhánh như sau: Nhựa LDPE được phân loại chủ yếu theo tỷ trọng và chỉ số chảy và khi lựa chọn người ta để ý đến khi yếu tố này là chủ yếu. LDPE là loại nhựa có tính chất kếp hợp được nhiều tính chất như độ dai, độ va đập, chịu lạnh, độ mềm dẻo, dễ gia công, chịu hóa chất, ít thấm nước, tính chất cách điện tốt. LDPE chịu nước tốt, chịu được dung dịch muối, kiềm và acid nhưng bị oxy hóa khi gặp các chất oxy hóa mạnh như H2SO4, HNO3… Do bản chất trơ nên LDPE rất khó kết dính với các loại keo, mực in nếu không xử lý bề mặt (bằng dòng điện cao tần, hay bằng ozon…). Dưới 60oC, PE không tan trong tất cả các dung môi clo. Độ thấm hơi ẩm của LDPE khá nhỏ nhưng khi tăng tỷ trọng thì độ thấm giảm xuống. khả năng cháy chậm. Các loại PE còn khác nhau độ kết tinh và sự phân bố khối lượng phân tử: Khi giảm MI, nhựa khó chảy hơn, khó kéo mỏng phôi đùn hơn (khó sản xuất màng có độ dày thấp) nhưng bù lại tính chất cơ lý của sản phẩm tốt hơn. Độ kết tinh của LDPE thường nằm trong khoảng 30 – 40 % . khi tăng độ kết tinh thì độ cứng, độ chịu hóa chất, độ chống thấm khí, độ bền kéo đứt, độ chịu nhiệt tăng lên còn độ bền va đập và độ bền xé giảm xuống. Khi cùng M ( tức là cùng MI), phân bố rộng thì nhựa dễ chảy hơn lại có có phân bố hẹp. Phân bố M cũng ảnh hưởng đến tính chất sủ dụng của sản phẩm nhưng khi thay đổi MI thì tính chất sử dụng của sản phẩm bị thay đổi nhiều hơn. Sau đây là bảng tóm tắt các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của LDPE cũng như các loại PE khác: Tính chất

Độ kết tinh

Tỷ trọng

Mức độ phân nhánh

MI

Phân bố M

0.915 0.97

Cao thấp

Cao thấp

Hẹp rộng

↔

←

←

→

→

→

→

←

Độ bền kéo đứt

→

→

→

→

Độ giãn đứt

←

→

→

←

Độ cứng

→

→

0

←

Trang 39

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Độ bền va đập

←

→

→

←

Độ chịu hoá chất

→

→

→

0

Độ thấm khí.

→

→

0

0

Độ trong

←

←

0

0

Giải thích: ↔ :có thể tăng hoặc giảm. 0 :không ảnh hưởng. Tăng (→)hay giảm(←) theo chiều mũi tên. LLDPE (Linear low density polythylene). LLAPE là nhựa PE có mạch phân tử thẳng có nhánh ngắn. Xem hình vẽ sau đây so sánh dạng mạch phân tử của ba loại LDPE, LLDPE và HDPE:

LDPE

LLDPE

HDPE

Qua đó có thể nhận thấy giữa LDPE và LLDPE có sự khác nhau về số luợng mạch nhánh và LLDPE có mạch nhánh ngắn hơn nhánh của LDPE. Còn giữa HDPE và LLDPE chỉ khác nhau về số luợng mạch nhánh, ở loại mạch này cả hai loại này mạch nhánh đều ngắn như nhau. Mạnh nhánh trong LLDPE thường tạo ra bằng cách đưa vào các comonmer như hexene, octene, butene. So với LDPE, do mạnh nhánh ngắn hơn nên độ kết tinh của LLDPE cao hơn, do đó sản phẩm cứng hơn, nhiệt độ kết tinh cao hơn và nhiệt độ nóng chảy của LLDPE cao hơn LDPE khoảng 10 - 15oC . LLDPE có sự phân bố khối lượng phân tử hẹp hơn LDPE và kết hợp với cấu trúc mạch thẳng nên tạo ra độ nhớt nóng chảy cao hơn LDPE đáng kể dù hai loại có cùng chỉ số chảy. Trang 40

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Do đặc điểm trên nên LLDPE có độ bền đứt, độ bền sáng, độ bền xuyên thủng, độ giãn đứt cao hơn LDPE, màng LLDPE đục hơn màng LDPE (do độ kết tinh cao hơn). độ trong màng LLDPE có thể được cải thiện khi cho vào một lượng nhỏ LDPE. Do đặc điểm độ nhớt nóng chảy cao và khả năng dòng chảy dễ bị không ổn định nên nói chung các máy gia công LDPE thường không dùng được để gia công LLDPE. Tuy nhiên nếu dùng hỗn hợp với LDPE, với tỷ lệ LLDPE không quá 50% thì có thể sử dụng máy LDPE để chạy hỗn hợp này. Nếu chạy 100% LLDPE thì cần phải xem xét thêm. Tăng khe hở đầu khuôn. Thay đổi phòng làm lạnh không khí thổi khi đùn thổi. Thay đổi thiết kế trục vít. Tăng công suất và momen của động cơ. Đối với các sản phẩm ép phun thì không cần thay đổi thiết bị mà thường chỉ cần tối ưu các thông số hoạt động. LLDPE có các ứng dụng giống như LDPE khi người sử dụng các tính chất của LLDPE như độ bền kéo đứt, độ bền xuyên thủng, độ bền xé, độ bền va đập cao hơn LDPE. HDPE (high desity polyethylene): HDPE là một loại nhựa PE trùng hợp ở nhiệt độ thấp, có tỷ trọng độ kết tinh cao nên cứng hơn nhựa LDPE. Sau đây là hình dạng mạch phân tử của HDPE, xem thêm các phần trên để so sánh với các nhựa LDPE và LLDPE: Tính chất của các loại HDPE khác nhau chủ yếu là do:

Có tỷ trọng khác nhau: đây là tính chất quyết định các tính chất HDPE. Giữa tỷ trọng và độ kết tinh có quan hệ chặt chẽ với nhau. muốn giảm tỷ trọng, khi dùng hợp người ta đưa vào các comonomer như butene, hexene để làm giảm độ kết tinh xuống. Khi độ kết tinh giảm xuống thì tỷ trọng cũng giảm xuống. Theo tỷ trọng người ta có thể phân HDPE thành các loại có tỷ trọng cao (từ 0.940 - 0.956 g/cm3) và có tỷ trọng trung bình MDPE (từ 0.926 - 0.940 g/cm3). Tỷ trọng của loại PE không có các Trang 41

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

monomer đưa vào (gọi là homopolymer) là cao nhất. Khi tăng tỷ trọng độ bền đứt và độ cứng cao lên nhưng độ bền va đập giảm xuống. Có khối lượng phân tử khác nhau: điều này cũng chung cho mọi polymer. Khi giảm MI (tăng M) độ bền sản phẩm tăng lên, độ dai tốt hơn nhưng gia công khó hơn. Phân bố M: có thể thay đổi từ phân bố rộng đến phân bố hẹp phụ thuộc vào xúc tác và công nghệ sản xuất. Thường thì loại phân bố hẹp thích hợp cho ép phun, còn loại phân bố rộng đến trung bình thích hợp cho đùn. Sở dĩ có hiện tượng như vậy vì sự phân bố M cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của nhựa nóng chảy và sự ổn định của dòng chảy. Các phụ gia khác nhau cũng ảnh hưởng đến tính chất của HDPE (cũng như các loại nhựa khác. Ví dụ khi đưa vào chất oxy hoá thì độ bền chống oxy hoá cao hơn (khó cháy khi gia công hơn), khi đưa vào chất chống tĩnh điện thì sản phẩm khó bị tĩnh điện khi ma sát do đó bề mặt sản phẩm khó bị bám bụi hơn nên sạch sẽ hơn. Khi đưa vào chất hấp phụ tia UV thì sản phẩm bền với thời tiết hơn. Nếu sử dụng màu carbon black (màu đen) thì sản phẩm cũng chịu thời tiết tốt hơn.nhiệt độ nóng chảy khoảng 130 – 140oC. HDPE có độ bền kéo cao, nhưng độ bền xé, độ bền va đập kém hơn LDPE. Khả năng chống thấm khí và hơi nước tốt hơn LDPE. HDPE bền với hóa chất hơn so với LDPE. Do bản chất trơ nên khó kết tinh với các loại keo, mực in nếu không xử lý bề mặt. Khả năng cháy chậm. HDPE có thể gia công bằng phương pháp đùn, ép phun, ép thổi, đùn thổi, đúc quay để cho ra nhiều sản phẩm khác nhau như các loại chai, can, ván nhựa, ống nước, xô, chậu, các loại màng. Sau đây là các thông số MI theo các phương pháp gia công của HDPE: Phương pháp gia công:

MI (g/cm3)

Ép phun

1 - 20

Ép thổi

0.03 - 0.9

Đùn sợi

0.3 -1.0

Đùn thổi màng

0.03 - 0.30

Đùn ống

0.2 - 0.8

b. PP (polypropylene) PPcũng là một loại nhựa thuộc nhóm polyolefine như PE nhưng do có các nhóm ethylene dọc theo mạch phân tử nên PP có độ cứng cao hơn các loại PE, có nhiệt độ nóng Trang 42

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

chảy cao hơn PE, độ bền kéo đứt cao hơn PE (nhất là sau khi đã được kéo định hướng) nên thường là các loại sợi, dây. Có hai loại PP chính: Homopolymer: trùng hợp chỉ từ propylene. Copolymer: thường hay sử dụng comonomer là ethylen. Khi tăng hàm lượng ethylene thì độ kết tinh của PP giảm xuống.PP càng mềm và cuối cùng thì tạo thành cao su ethylen propylene ký hiệu là EPR. Trong copolymer có hai loại nhỏ: Loại bền va đập: sản phẩm này tạo ra bằng cách trùng hợp EPR, đôi khi là trùng hợp PE trong hỗn hợp homopolymer PP. Loại có độ bền va đập tốt hơn, có dạng mạch vô trật tự. Loại này thường cho sản phẩm có độ trong cao và thường chỉ sử dụng loại này khi cần sản phẩm tương đối và có độ trong cao. Các tính chất điển hình của PP là kháng hoá chất tốt, bền với các acid, kiềm, dầu ngay ở nhiệt độ cao. Ở nhiệt độ thường nó không tan trong bất kỳ dung môi nào, nhưng ở nhiệt độ trên 80oC nó tan trong hydrocacbon thơm, parafin clo hoá. Tỷ trọng thấp (0.90 0.91 g/cm3), nhiệt độ nóng chảy khoảng 160 – 170oC, độ bền kéo đứt cao và có giá thành vừa phải. PP có thể bị oxyhoá khi gia công và sử dụng nên khi phải sử dụng thêm chất chống oxy hoá. Ngoài ra cũng như PE, có thể sử dụng thêm các chất phụ gia khác như chất chống tạo khối (để lớp màng PP không bị dính vào nhau) chất làm trơn bề mặt, chất chống tĩnh điện. Cũng như PE, bề mặt PP rất trơ nên khi in, sơn, dán keo phải xử lý bề mặt. Khả năng cháy chậm. PP có thể gia công bằng nhiều phương pháp để tạo ra các sản phẩm khác nhau như màng PP làm bao bì (bao gồm các loại không định hướng và có định hướng), làm các sản phẩm profile, đùn tấm định hình nhiệt cho bao bì thực phẩm, các loại sợi để dệt bao,các loại chai lọ, vỏ ắc quy, các bộ phận trong ôtô... Việc lựa chọn PP cho từng sản phẩm phụ thuộc vào chỉ số chảy MI, loại homopolymer hay copolymer (chỉ số MI đối với PP không những phụ thuộc vào khối lượng phân tử M mà còn phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng phân tử, trong khi với các nhựa khác chủ yếu MI phụ thuộc vào M). 1.2.4. Chất độn và màu cho PP, PE Ở trên ta đã đề cập đến các phụ gia như chất chống tạo khối, chất chống tĩnh điện ... tiếp theo sẽ xét thêm các phụ gia khác là chất độn và chất màu cho PE, PP. Trang 43

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Các chất màu khi sử dụng cần đáp ứng các tiêu chuẩn sau đây: Không bị biến màu ở nhiệt gia công. Không bị di hành khi sử dụng (màu trôi ra bề mặt sản phẩm và mất đi). Có khả năng phân tán tốt vào nhựa. Dễ cân đo nên giảm sự sai lệch màu. Không gây bụi khi cân và các công đoạn sau. Chịu được thời tiết (có độ bền quang). Đôi khi độc hại khi sản phẩm tiếp xúc với thực phẩm. Để đáp ứng các yêu cầu trên thì người ta hay dùng đã phân tán trong một loại nhựa mang thích hợp gọi là bã màu masterbach. Quá trình phân tán cao của màu trong nhựa mang, điều này tạo ra khả năng màu dễ phân tán khi trộn với nhựa PP, PE khi sử dụng. Màu này có dạng hạt nên việc cân đo dễ dàng, không gây bụi. Cũng vì các ưu điểm trên nên hầu hết các phụ gia khác đều ở dạng masterbach. Nhựa mang trong masterbach thường là loại nhựa có cùng bản chất với nhựa mà nó cần tạo màu. Nhựa mang phải có chỉ số chảy cao (dễ chảy) để đảm bảo masterbach nóng chảy trước nhựa.Như thế mới đảm bảo khả năng phân tán màu tốt. Hàm lượng màu trong masterbach thường nằm trong khoảng 20 – 80%. Các loại masterbach màu nhủ Pearl thường có hàm lượng nhũ thấp vì cần tránh khả năng nhũ bị vỡ khi trộn và nghiền.Các loại màu masterbach TiO2 thường có hàm lượng TiO2 cao. Khi sử dụng màu masterbach vẫn phải chú ý đến các yếu tố công nghệ và thiết bị để đảm bào độ phân tán màu. Các chú ý đó là : Đặt nhiệt độ vùng cấp liệu thấp, tránh hiện tượng màu bị nóng chảy quá sớm. Sử dụng trục vít có cấu tạo thích hợp như có độ dài vừa đủ, cần thiết có thể trang bị thêm nhân tố nhào trộn. Sử dụng lưới lọc thích hợp để tăng áp xuất ngược. Có thể pha loãng màu thêm một lần nữa trước khi chạy thành sản phẩm. Chất độn dùng cho PE, PP, EVA cũng có dạng như masterbach, người ta hay dùng CaCO3 làm chất độn. Một chất độn thường dùng với mục đích chủ yếu là giảm giá thành sản phẩm. Tuy nhiên khi sử dụng có thể tạo ra các hiệu quả khác như sau : Tăng độ đục cho sản phẩm nên có thể giảm được lượng TiO2 sử dụng. Tăng độ cứng cho sản phẩm. Trang 44

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Giảm độ co rút của sản phẩm ép phun. Tăng tỷ trọng của sản phẩm. Giảm độ bóng của sản phẩm. Tăng khả năng mài mòn thiết bị. Chất độn thường xuyên dùng cho PE hoặc PP phải đảm bảo độ tương hợp tốt (nếu không tương hợp rất khó phân tán và làm suy giảm nhiều tính chất cơ lý). Đôi khi trong chất độn có thể pha thêm một lượng nhỏ TiO2 để tăng độ trắng của sản phẩm mà không cần dùng loại masterbach TiO2 chuyên dụng.

Trang 45

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÁY ĐÙN TRỤC VÍT ĐƠN

2.1. Bố trí lắp ráp

Nhập liệu

Hộp số

Trục vít

Đầu tạo hình

Xylanh

Động cơ

Máng làm lạnh

Trục kéo sản phẩm

Nước hoàn lưu

Gia nhiệt

Hình 15: Sơ đồ lắp ráp máy

2.2. Bản vẽ thiết kế

Hình 16: Mô hình máy đùn

Trang 46

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Trục vít

Đầu định hình

Điện trở gia nhiệt

Hình 17: Hình cắt trục vít và xylanh

e t e t

D

D h

2

h2

h

f

L

φ

1

L

h1

Hình 18: Chi tiết trục vít

2.3. Các thông số tính toán Các thông số cơ bản Đường kính trục vít: 40 mm. Chiều dài trục vít: 800 mm. Đường kính trong xylanh: 40 mm. Đường kính ngoài xylanh: 80 mm. Chiều dài xylanh: 1000 mm. Tính toán Bước răng cánh vít: A = 0.8/1.2×D = 0.0266 m. Bề dày cánh vít: b = 0.1× D = 4.10-3 m. Đường kính lõi vít: Do = D – 2H = 22.10-3 m. Lưu lượng: Qlt = H.D2.N = 2.4×10-3 m3/s = 138 g/phút. Trang 47

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Trong đó : D (đường kính trục vít ) = 40 mm. H (chiều sâu rãnh vít) = 8 mm. N (số vòng quay của trục vít) = 187 vòng/phút. t (bước vít) = 20 mm. φ (góc nghiêng của răng vít) = 17.5º. μ (độ nhớt của nhựa PE) = 7.9×10-3 Pas.

Tỷ lệ L/D Chiều dài trục vít

L

= 800/40 = 25.

= D

Đường kính trục vít

L/D thường từ 16 – 36 tuỳ theo vật liệu. Vít xoắn ngắn chất lượng trộn kém, năng suất kém, nhựa hóa không ổn định. Nói chung trục vít dài có chất lượng tốt hơn dễ đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật. Nhưng trục vít dài thì độ bền của trục vít yếu hơn và giá thành cao hơn. 2.4. Thực nghiệm 2.4.1. Bài thí nghiệm:VẬN HÀNH MÁY ĐÙN TRỤC VÍT A: Lý thuyết 1. Mục đích thí nghiệm: Khảo sát nhiệt nóng chảy của PE, PP và các lọai nhựa khác. Thực tập vận hành máy đùn trục vít. Khảo sát năng suất của máy đùn. 2. Nguyên tắc: Quá trình đùn như sau: nguyên liệu nhựa được cho vào xylanh qua phễu nạp liệu, được trục vít vận chuyển lên phía trước, trong quá trình vận chuyển nguyên liệu bị ép nén sinh ra nhiệt ma sát kết hợp với nhiệt gia nhiệt từ bên ngoài bị nóng chảy và được ép qua lưới lọc, tấm đỡ lưới lọc và vào đầu khuôn có hình dạng thường là giống với hình dạng sản phẩm. Áp lực nhựa trước khi vào đầu khuôn có thể thay đổi có thể điều chỉnh được bằng cách thay đổi cỡ lưới và số lưới. Trang 48

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Sau khi ra khỏi đầu khuôn, nhựa nóng chảy được làm lạnh, định hình cho ra kích thước cuối cùng và cắt thành sản phẩm. Khi trục vít quay nếu như không bị trở lực gì cả (tức là không dùng lưới lọc, tấm đỡ lưới, đầu khuôn) và nếu khe hở giữa đỉnh trục vít và xylanh bằng 0, thì dòng nguyên liệu vận chuyển lên phía trước là lớn nhất. Dòng này gọi là dòng dọc trục. Tuy nhiên trên thực tế có một khe hở nhỏ giữa đỉnh răng vít và xylanh nên có một dòng vật liệu rò qua khe hở này. Dòng này gọi là dòng rò. Khi lắp đầu khuôn vào, áp suất trước đầu khuôn sẽ tăng lên và lớn hơn áp suất trong xylanh. Nguyên liệu sẽ tự chảy tại vùng có áp suất cao sang vùng có áp suất thấp, tức là có một dòng nguyên liệu chảy từ đầu vít ra phía chân vít, dẫn đến giảm lưu lượng của máy đùn. Dòng này gọi là dòng áp suất. Năng suất máy đùn được tính như sau : Năng suất M = dòng dọc trục – dòng áp suất – dòng rò Người ta đã xác định được công thức tính toán sau đây : Dòng dọc trục = 1/2∏2.D2.n.H.sinφ.cosφ Trong đó : D : đường kính trục vít = 40 mm. n : tốc độ quay của trục vít = 187 vòng/phút. H : độ sâu rãnh vít trong vùng bơm và định lượng = 8 mm. φ : góc nghiêng của răng vít = 17,5o. Dòng áp suất = ∏.D.H3.Psin2φ/12.µ.t Trong đó : P : áp suất trước đỉnh vít. t : khoảng cách giữa hai đỉnh răng vít liên tiếp = 20 mm. µ : μ (độ nhớt của nhựa PE) = 7.9×10-3 Pas. Dòng rò thường có giá trị nhỏ và được bỏ qua. Như vậy : M = 1/2∏2.D2.n.H.sinφ.cosφ – ∏.D.P.H3.sin2φ/12µ.t Bây giờ nếu đặt : α = 1/2∏2.D2.H.sinφ.cosφ Trang 49

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

β = 1/2∏.D.H3.sin2φ/12.t Thì công thức trên có thể viết gọn lại là : M = α.n – β.P/µ Rõ ràng α và β là các hằng số chỉ phụ thuộc vào cấu tạo trục vít. Nếu như cấu tạo của trục vít không đổi thì năng suất của máy đùn chỉ phụ thuộc vào : n : tốc độ quay của trục vít, n càng lớn thì M càng lớn. P : khi áp suất trước đầu vít (ví dụ khi giảm nhiệt độ, dùng lưới lọc mịn, dùng đầu khuôn có trở lực lớn) thì năng suất sẽ giảm. B. Thực hành Dụng cụ và nguyên liệu: Máy đùn, cân, dụng cụ đo nhiệt độ, đồng hồ đo thời gian, nhựa HDPE, LDPE, PP Cách tiến hành: Khởi động máy đùn, gia nhiệt ở khoảng 120 – 130oC rồi cho từ từ nhựa PE vào phễu nạp liệu. Khối lượng nhựa cho vào máy đùn một lần khoảng 300g. Khi nhựa ra khỏi đầu định hình nhựa sẽ ở trạng thái chảy (lỏng), khi đó kéo sản phẩm qua máng làm lạnh và tiếp tục đến trục kéo cao su. Khi sản phẩm đã đủ độ dài yêu cầu ta cắt sản phẩm. Ghi nhận kết quả (khối lượng nhựa) đùn trong một phút. Tường trình Tính năng suất của máy. Tính hiệu suất. Câu hỏi 1. Nhiệt nóng chảy của LDPE? 2. Năng suất thực tế của máy đùn. 3. Các sự cố thường gặp của máy và cách khắc phục? 4. Các lỗi sản phẩm và cách khắc phục? C. Tường trình kết quả thí nghiệm D : đường kính trục vít = 40 mm. n : tốc độ quay của trục vít = 60 vòng/phút. H : độ sâu rãnh vít trong vùng bơm và định lượng = 8 mm. Trang 50

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

φ : góc nghiêng của răng vít = 17,5o. P : áp suất trước đỉnh vít. t : khoảng cách giữa hai đỉnh răng vít liên tiếp = 20 mm. µ : μ (độ nhớt của nhựa LDPE) = 7.9×10-3 Pas. Khe hở giữa xy lanh và vít xoắn: L = 0,003.D = 0,003.40 = 0,12 mm Vận tốc quay của động cơ: 60 vòng/phút. Trong quá trình chạy thử nghiệm sử dụng nhựa LDPE: Nhiệt nóng chảy của LDPE: 110 ÷ 125oC. Khối lượng nhựa cho vào máy đùn 1 lần khoảng: 250 ÷ 300g. Gia nhiệt ở nhiệt độ:vùng 1: khoảng 120 ± 5oC. vùng 2: khoảng 130 ± 5oC. Nhiệt độ gia nhiệt thường lớn hơn nhiệt độ nóng chảy 5 ÷ 10oC. Khi chảy nhựa LDPE trung bình cho năng suất máy đùn khoảng 30 ÷ 60g/phút. Mà năng suất lý thuyết là: Qlt = H.D2.n. Năng suất tối đa của máy đùn: M = Dòng dọc trục – Dòng áp suất – Dòng rò = 1/2.π2.D2.n.H.sinφ.cosφ - π.D.H3.P.sin2φ/12μ.t Hiệu suất máy: H = (Qlt/Qtt)x100%. D: Trả lời câu hỏi 1. Nhiệt nóng chảy của LDPE? Nhiệt nóng chảy của LDPE ở khoảng 110 – 125oC. 2. Sự cố thường gặp của máy và cách khắc phục? Năng suất không ổn định Biểu hiện ở lượng nhựa được đùn ra ở đầu khuôn lúc nhiều lúc ít, độ dày sản phẩm biến động. Nguyên nhân: Sử dụng máy đùn nhỏ đối với năng suất cần có hoặc vùng vận tốc vít không thích hợp cho loại nhựa đang chạy. Bị lẫn kẹt tạp chất trong xylanh, ví dụ mảnh kim loại… Trang 51

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Các thông số hình học của vít không phù hợp với tỷ trọng của bột hay hạt cấp vào phễu. Ví dụ: đùn phế liệu không cần nếu không cấp liệu cưỡng bức thì không thể đùn được, máy đùn dùng cho đùn hạt thì không thể sử dụng để đùn bột. Cấp liệu không đủ hoặc không ổn định. Nhựa bị dính vào trục vít tại vùng cấp liệu, điều này có thể do đặt nhiệt độ vùng cấp liệu quá cao hoặc thời gian gia nhiệt quá lâu. Khi đặt nhiệt quá thấp có thể làm cho nhựa không nóng chảy bị kẹt tại vùng nóng chảy cũng dẫn đến năng suất không ổn định. Tốc độ quay của trục vít không ổn định. Dao động ở điện áp cung cấp làm cho công suất gia nhiệt không ổn định. Thiết bị kéo bị trượt không kẹp chặt phôi đùn. Áp suất đùn quá thấp (cần tăng lưới lọc mịn). 3. Các lỗi sản phẩm và cách khắc phục? Nhựa bị cháy Cháy tổng thể: toàn bộ sản phẩm bị ngả vàng, biến màu. Do đặt nhiệt độ xylanh quá cao, công thức thiếu ổn định, tốc độ đùn quá cao. Cháy cục bộ: xuất hiện những vệt cháy rải rác. Do nhựa bị dính cháy tại nơi nào đó trong máy, thường tại đầu khuôn và đỉnh trục vít. Nếu phát hiện vị trí cháy cục bộ có thể hạn chế cháy bằng cách giảm nhiệt độ nơi bị cháy, đùn với tốc độ cao để kéo vết cháy ra ngoài. Nếu cháy mạnh thì phải ngừng máy vệ sinh. Cháy cục bộ còn có thể do nhựa chạy trước không được vệ sinh sạch và từ từ kéo ra khi chạy cho đợt sản xuất mới. Độ đồng nhất kém (các phụ gia phân tán không tốt) Do nguyên liệu phân tán không tốt. Cách khắc phục: Giảm vận tốc đùn để tăng thời gian lưu của nhựa trong máy. Tăng áp suất đùn. Dùng phụ gia dạng đã phân tán trước, nếu vẫn còn thì pha loãng tiếp. Thay trục vít khác, thêm vào nhân tố nhào trộn, tăng chiều dài L/D của máy. Lẫn tạp chất (bẩn, bụi…) Tạp chất có thể gây ra những chấm nhỏ, nhất là khi nguyên liệu bị lẫn bụi. Trang 52

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Tạp chất cũng có thể là loại nhựa khác không tương hợp với loại nhựa đang chạy. Bọt trong sản phẩm Do nguyên liệu bị ẩm, sấy không kỹ. Bọt cũng có thể do không khí bên ngoài bị cuốn vào điều này sảy ra khi sử dụng trục vít không thích hợp, (nếu trường hợp này xảy ra thì có thể giảm vận tốc đùn) hoặc chạy ở nhiệt độ thấp tại vùng cấp liệu hay nóng chảy làm cho nguyên liệu bị nén muộn làm cho một phần không khí bị cuốn vào đầu khuôn tạo bọt trong sản phẩm 2.4.2. Nhận xét Trong quá trình chạy thử nghiệm sử dụng nhựa LDPE: Nhiệt nóng chảy của LDPE: 110 ÷ 125oC. Khối lượng nhựa cho vào máy đùn 1 lần khoảng: 250 ÷ 300g. Gia nhiệt ở nhiệt độ:vùng 1: khoảng 120 ± 5oC. vùng 2: khoảng 130 ± 5oC. Nhiệt độ gia nhiệt thường lớn hơn nhiệt độ nóng chảy 5 ÷ 10oC. Khi chảy nhựa LDPE trung bình cho năng suất máy đùn khoảng 30 ÷ 60g/phút. Những sự cố thường có trong khi hoạt động máy. Năng suất không ổn định. Nhựa bị cháy. Bọt trong sản phẩm. 2.5. Bảng chiết tính giá thành chế tạo Chi tiết

Giá (vnđ)

Môtơ máy đùn (sửa lại)

500.000

Môtơ kéo sản phẩm

1.500.000

Khung đỡ

900.000

Bộ phận trục kéo

600.000

Máng làm lạnh

100.000

Bể chứa nước

25.000

Bơm nước tuần hoàn

70.000

Trang 53

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Bảo ôn

20.000

Dây điện, ổ cắm

160.000

Atomat 5A

30.000

Bàn cắt

105.000

Hạt nhựa

900.000

Sơn

70.000

Bảng tên

250.000

Tổng cộng

5.230.000

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

3.1. Một số sự cố nguyên nhân và cách khắc phục Việc nắm vững nguyên nhân và cách khắc phục sự cố là yêu cấu rất quan trọng để vận hành máy đùn tốt. ở đây chúng em chỉ trình bày một số sự cố thông dụng. 3.1.1. Năng suất không ổn định Biểu hiện ở lượng nhựa được đùn ra ở đầu khuôn lúc nhiều lúc ít, độ dày sản phẩm biến động. Nguyên nhân: Sử dụng máy đùn nhỏ đối với năng suất cần có hoặc vùng vận tốc vít không thích hợp cho loại nhựa đang chạy. Bị lẫn kẹt tạp chất trong xylanh, ví dụ mảnh kim loại… Các thông số hình học của vít không phù hợp với tỷ trọng của bột hay hạt cấp vào phễu. Ví dụ: đùn phế liệu không cần nếu không cấp liệu cưỡng bức thì không thể đùn được, máy đùn dùng cho đùn hạt thì không thể sử dụng để đùn bột. Cấp liệu không đủ hoặc không ổn định. Trang 54

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Nhựa bị dính vào trục vít tại vùng cấp liệu, điều này có thể do đặt nhiệt độ vùng cấp liệu quá cao hoặc thời gian gia nhiệt quá lâu. Khi đặt nhiệt quá thấp có thể làm cho nhựa không nóng chảy bị kẹt tại vùng nóng chảy cũng dẫn đến năng suất không ổn định. Tốc độ quay của trục vít không ổn định. Dao động ở điện áp cung cấp làm cho công suất gia nhiệt không ổn định. Thiết bị kéo bị trượt không kẹp chặt phôi đùn. Áp suất đùn quá thấp (cần tăng lưới lọc mịn). 3.1.2. Nhựa bị cháy Cháy tổng thể: toàn bộ sản phẩm bị ngả vàng, biến màu. Do đặt nhiệt độ xylanh quá cao, công thức thiếu ổn định, tốc độ đùn quá cao. Cháy cục bộ: xuất hiện những vệt cháy rải rác. Do nhựa bị dính cháy tại nơi nào đó trong máy, thường tại đầu khuôn và đỉnh trục vít. Nếu phát hiện vị trí cháy cục bộ có thể hạn chế cháy bằng cách giảm nhiệt độ nơi bị cháy, đùn với tốc độ cao để kéo vết cháy ra ngoài. Nếu cháy mạnh thì phải ngừng máy vệ sinh. Cháy cục bộ còn có thể do nhựa chạy trước không được vệ sinh sạch và từ từ kéo ra khi chạy cho đợt sản xuất mới. 3.1.3. Độ đồng nhất kém (các phụ gia phân tán không tốt) Do nguyên liệu phân tán không tốt. Cách khắc phục: Giảm vận tốc đùn để tăng thời gian lưu của nhựa trong máy. Tăng áp suất đùn. Dùng phụ gia dạng đã phân tán trước, nếu vẫn còn thì pha loãng tiếp. Thay trục vít khác, thêm vào nhân tố nhào trộn, tăng chiều dài L/D của máy. 3.1.4. Lẫn tạp chất (bẩn, bụi…) Tạp chất có thể gây ra những chấm nhỏ, nhất là khi nguyên liệu bị lẫn bụi. Tạp chất cũng có thể là loại nhựa khác không tương hợp với loại nhựa đang chạy. 3.1.5. Bọt trong sản phẩm Do nguyên liệu bị ẩm, sấy không kỹ.

Trang 55

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Bọt cũng có thể do không khí bên ngoài bị cuốn vào điều này sảy ra khi sử dụng trục vít không thích hợp, (nếu trường hợp này xảy ra thì có thể giảm vận tốc đùn) hoặc chạy ở nhiệt độ thấp tại vùng cấp liệu hay nóng chảy làm cho nguyên liệu bị nén muộn làm cho một phần không khí bị cuốn vào đầu khuôn tạo bọt trong sản phẩm. 3.2. Bảo trì máy đùn Kiểm tra tình trạng hoạt động của quạt làm mát động cơ, kiểm tra chiều quay của quạt cùng dây đai truyền động. Nếu môtơ có bộ phận lọc khí thì phải thường xuyên vệ sinh bộ lọc này. Kiểm tra dầu bôi trơn hộp số và tất cả chế độ bôi trơn cho các bộ phận truyền động. Kiểm tra độ đồng tâm của trục vít khi quay. Kiểm tra dầu mỡ rò rỉ. Kiểm tra độ mài mòn của trục vít, xylanh. Vệ sinh trục vít, xylanh nếu cần. Kiểm tra sự tiếp xúc của các vòng nhiệt. Kiểm tra các đầu dò tại các vùng nhiệt. Đảm bảo dây dẫn điện an toàn. Kiểm tra sự rò rỉ của ống dẫn nước, dầu giải nhiệt. Kiểm tra sự rò rỉ của nhựa khỏi đầu khuôn. Vệ sinh tấm đỡ lưới lọc và độ phẳng của nó. Mạ lại đầu khuôn, trục vít khi chất lượng không đảm bảo. Kiểm tra độ đàn hồi của trục cao su. Kiểm tra độ kín của bộ phận định hình chân không. 3.3. Một số tiến bộ gần đây của máy đùn nhựa 3.3.1. Tiến bộ về tự động hóa Máy đùn nhựa được cấu thành do hai bộ phận là trục vít và xylanh, là một máy có cơ cấu đơn giản nhưng lại có khả năng tạo hình hơn hẳn các loại máy tạo hình khác. Nhưng ngược lại với công dụng của nó lớn thì hạn chế cũng nhiều vì là kiểu máy chế tạo nhiều chủng loại mà sản lượng ít. So sánh với các máy có sản lượng cao như máy kiểu phun tạo hình thì việc tự động hóa còn chậm, làm theo kiểu cũ, đại bộ phận kỹ thuật tạo hình phải rút kinh nghiệm trong nhiều năm. Thêm vào nữa là máy đùn nhựa có các thiết bị phụ tùng để đáp ứng mục đích đa chủng, đa dạng nên rất khó tự động hóa. Trang 56

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Tiền đề để tự động hóa là phải tự động hóa các loại máy phụ thuộc. Như cung cấp tự động nguyên liệu, điều khiển bộ số, chu kỳ trục và lượng nhựa đùn ra , tự động hóa gia nhiệt và làm nguội, tự động sửa chữa mép bên phần lõi…, nhưng gần đây những điều thực dụng hóa này tiến bộ rất mau chóng, vì vậy việc tự động hóa cũng dễ dàng. Đây là sản phẩm của việc tự động hóa trong sản xuất, được điều khiển bằng computer.

Hình 19: Sản phẩm của máy đùn trong tự động hóa sản xuất

3.3.2. Đùn nhựa phản ứng Nhờ chính xác hóa điều khiển do thực hiện việc tự động hóa, máy đùn nhựa có thể trở thành loại máy phản ứng . Cơ năng được yêu cầu để đùn nhựa phản ứng phải tinh vi hóa thời gian đọng trong xylanh, tan chảy, nhào trộn, thoát khí, thể dẻo chuyển thành thể rắn, tạo hình, tính tự làm sạch. Đặc biệt là cơ năng đầu đùn nhựa tạo hình ở thể rắn của bộ phận đầu bằng thể lỏng của bộ phận cấp liệu. Thực hiện đùn nhựa phản ứng có khả năng tạo hình liên tục Polymer từ Monomer ở trong quá trình đùn, việc tạo hạt liên tục từ Monomer là đương nhiên, việc sản xuất liên tục sợi tổng hợp từ nguyên liệu Monomer ở một nhà máy không còn là một giấc mơ. Hiện nay việc chế tạo vải sợi kiểu đùn nhựa do phương pháp “Dòng chảy khô”, mà tỷ lệ phát triển của nó được chú ý tới, đang được cụ thể hóa nhanh nhất. 3.3.3. Máy đùn nhựa trong tương lai Từ nay trở đi trong việc đùn nhựa tạo hình, không nên hiểu máy móc là một đơn thể mà cần phải đánh giá là thiết bị tổng hợp, cần chú ý ba điểm sau đây: Kỹ thuật chế tạo máy móc. Kỹ thuật điện để đáp ứng việc tự động hóa. Kỹ thuật gia công tạo hình. Trang 57

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

Đối với kỹ thuật về máy móc, không phải chỉ máy trục đôi mà mà còn cả việc phân đoạn hóa trục đơn, khuynh hướng chuyển thành trục vít nghiêng cũng rất mạnh. Ngoài ra, đối với nhựa phức hợp, kể cả đồ gốm Ceramics thì việc cải tiến chất thép về các tính chịu masát, chịu ăn mòn… cũng rất quan trọng. Thêm nữa, để tự động hóa, việc nâng cao độ tinh vi khi đùn nhựa là quan trọng, vì vậy cùng với việc gia tăng sử dụng các bơm còn phải đưa vào các lỗ thoát, và kỹ thuật đưa chất vào phụ gia. Ở ngành này việc sử dụng bơm có khuynh hướng gia tăng. Sự phát triển cách tân các dụng cụ điện tử cho đến sự cách tân các loại chất dẻo, các nhu cầu của nó là những loại chất dẻo kỹ thuật cao cấp, các loại Polymer alce dần dần được khai thác, các nguyên liệu dùng cũng được yêu cầu ngày một nhiều. Ở thời đại như vậy, việc buôn bán máy móc cần tổ chức phối hợp khai thác kỹ thuật gia công tạo hình, không nên phân biệt từng ngành sản xuất nguyên liệu, sản xuất máy móc, người gia công… Đặc biệt trong tương lai của ngành sản xuất máy đùn nhựa sẽ tiến tới thời đại phải đòi hỏi kỹ thuật điện đến kỹ thuật gia công tạo hình.

Trang 58

Độ giãn dài

Trung tâm CN Hóa học

Đồ án chuyên ngành hữu cơ

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Tài liệu bồi dưỡng tay nghề công nhân công nghệ nhà máy nhựa I. Trung tâm nghiên cứu chất dẻo. Công ty nhựa Rạng Đông. Xuất bản năm 2004. [2] Thuật định hình nhựa bằng phương pháp đùn. Trong hội thảo kỹ thuật nhựa PVC lần 2.Công ty cổ phần: KASAMASTU KAKO KENKYUSHO. [3]. Báo cáo đồ án chuyên ngành “Máy Đùn Trục Vít” nhóm SV lớp CDHC6K, GVHD ThS. Trần Thanh Đại. [4]. Báo cáo thực tập tốt nghiệp tại công ty cổ phần nhựa xây dựng Đồng Nai, nhóm SV lớp CDHC6K, GVHD ThS. Trần Thanh Đại. [5]. Tài liệu giảng dạy lưu hành nội bộ môn Công Nghệ Polymer, ThS. Trần Thanh Đại, năm 2006. [6] Internet: Googgle.com…

Trang 59