Cách cấp liệu này sẽgiảm chiều dài hiệu quảcủa máy đùn, có lợi nếu máy
đùn dài hơn chiều dài cần thiết trong quá trình gia công. Tuy nhiên, khi chiều
dài tới hạn,cách cấp liệu này sẽdẫn đến hoạt động kémhiệu quả.
Với máy đùn hai trục vít tốc độcao, cách cấp liệu này khá phổbiến. Với
máy đùn đơn trục thì ít phổbiến hơn. Kiểu cấp liệu này còn giảm tải cho động
cơcủa máy đùn, giảmnhiệt độtạo ra khi nhựa nóng chảy, có thểbổsung
nhiều thành phần phối trộn chỉcần một cổng cấp liệu.
Trong công đoạn trộn, phối trộn cấp nghèo vật liệu hay được sửdụng vìcó
thểloại bỏ được sựvón cục của chất độn.
28 trang |
Chia sẻ: banmai | Lượt xem: 10196 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Chương 2: Thiết bị đùn, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
1
CHƯƠNG 2
THIẾT BỊ ĐÙN
1. Giới thiệu
Nhiệm vụ chính của thiết bị đùn là tạo nên áp suất đủ lớn để đẩy vật liệu
qua khuôn. Áp suất này phụ thuộc: cấu trúc hình học của khuôn, tính chất
dòng chảy của vật liệu và tốc độ chảy.
Plastics extrunder (thiết bị đùn nhựa): di chuyển, bơm nhựa.
Plasticating extrunder (thiết bị đùn gia công): không chỉ vận chuyển nhựa
mà còn làm nhuyễn hoặc nóng chảy vật liệu nhựa. Vật liệu dạng hạt rắn được
cấp vào thiết bị và đưa nhựa đã nóng chảy đến khuôn.
Thiết bị đùn nhựa nóng chảy mà không làm chảy nhựa được gọi là melt-fed
extrunder.
2. Cấu trúc máy đùn
A: trục vít, B: thân máy đùn (xylanh), C: thiết bị gia nhiệt, D: đầu đo nhiệt
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
2
E: họng cấp liệu, F: Phễu cấp liệu, G: giảm áp lực đẩy, H: giảm tốc bằng
bánh răng, I: motor, J:vùng cấp liệu, K: vùng nén, L: vùng đẩy
3. Các loại thiết bị đùn
3.1. Loại đơn trục vít
Trong công nghiệp chất dẻo, có 3 loại máy đùn chính: đùn trục vít, đùn
pittông, và đùn trống hay đĩa (ít sử dụng hơn).
3.2. Loại hai trục vít:
Loại 2 trục, cùng chiều: Hai trục đặt cạnh nhau, quay cùng chiều với nhau
(Co-rotating twin screw extrunder). Dùng ở tốc độ cao 200 – 500 vòng/phút
(rpm). Các loại thiết bị mới có thể đạt tốc độ 1000 - 1600 rpm.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
3
Loại hai trục ngược chiều (counter-rotating twin screw extrunder): tốc độ
làm việc phụ thuộc vào ứng dụng. Sử dụng chủ yếu để phối trộn
(compounding), chạy ở tốc độ 200-500 rpm. Loại tốc độ thấp hay sử dụng
hơn, 10 – 40 rpm.
Loại ngược chiều có đặc tính vận chuyển tốt hơn so với loại cùng chiều.
Một đặc tính khác để phân biệt máy đùn là mức độ ăn khớp vào nhau (screws
intermeshing) của cánh trục vít .
Thông thường, các trục vít xen vào nhau. Hai trục vít không xen kẻ nhau có
ưu điểm là không có tiếp xúc giữa kim loại-kim loại. Tỷ số L/D đạt đến 100:1
hay cao hơn. L/D của trục vít xen kẻ nhau thường nhỏ hơn 60:1. Một nhược
điểm của loại hai trục không ăn khớp nhau là khả năng trộn bị hạn chế.
Máy đùn kiểu pittông: nhờ pitttông tạo một lực đẩy vật liệu đi qua khuôn
(Fig.5). Loại này có vùng đẩy liệu tốt, tạo được áp suất cao. Nhược điểm là
khả năng làm nóng chảy vật liệu thấp. Thiết bị có thể hoạt động liên tục, tốc
độ dây chuyền rất thấp, từ 25-75 cm/h.
3.3. Các thành phần của thiết bị đùn
3.3.1. Trục vít
Hình trụ dài, có các cánh xoắn xung quanh. Các chức năng của trục vít -
vận chuyển, gia nhiệt, nóng chảy và trộn vật liệu nhựa. Độ ổn định của quá
trình làm việc, chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào trục vít.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
4
Các thông số quan trọng của trục vít
Chiều dài trục vít (L) khoảng 15D – 30D; đường kính D; chiều sâu rãnh vít
(h); Bề dày của cánh vít (axial flight width); Bước vít (Pitch); Góc nghiên của
cánh vít (Helix angle)
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
5
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
6
3.3.2. Thân của máy đùn
Có dạng hình trụ. Bên trong được phủ vật liệu cứng, chống mài mòn. Trên
thân máy, có các lỗ thông khí đề thoát các chất bay hơi có trong nhựa - gọi là
quá trình tách khí (devolatilization). Ví dụ như tách lượng ẩm trong nhựa hút
ẩm.
3.3.3. Cấp liệu
Bộ phận cấp liệu được nối vào thân máy đùn. Họng cấp liệu (feed throat)
có hệ thống nước làm mát tránh hiện tượng nóng chảy vật liệu, dính vào thành
thiết bị. Chiều dài của họng khoảng 1,5 lần , rộng khoảng ¾ đường kính của
thân máy đùn.
Một số máy đùn không có họng cấp liệu, liệu được đưa trực tiếp vào thân
máy đùn. Ưu điểm: chi phí thấp, ít chi tiết, không khó khăn để bố trí họng cấp
liệu với thân máy đùn. Nhược điểm: rất khó tạo được cách nhiệt giữa vùng
nhiệt độ cao thân máy với vùng nhịêt độ thấp họng cấp liệu, rất khó làm lạnh
họng cấp liệu.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
7
Phễu nạp liệu được thiết kế sao cho đảm bảo dòng vật liệu chảy ổn định.
Có các thiết bị hỗ trợ để giúp quá trình nạp liệu ổn định.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
8
3.3.4. Gia nhiệt và làm lạnh
Các thiết bị gia nhiệt bằng điện được đặt dọc theo thân máy đùn. Các máy
đùn thường có ít nhất 3 vùng nhiệt độ dọc theo chiều dài của thân máy đùn.
Các máy đùn dài hơn, có trên 8 vùng nhiệt độ. Mỗi vùng có hệ thống gia nhiệt
và làm lạnh riêng, có sensor đo nhiệt độ. Nhiệt độ thường đo bên trong thân
máy. Khuôn có thể có một hay nhiều vùng nhiệt độ phụ thuộc vào độ phức
tạp của nó. Khuôn thường được gia nhiệt, ít khi phải làm lạnh.
Thân máy đùn phải làm lạnh nếu nhiệt độ của nhựa tăng, tránh làm nhiệt độ
của thân máy đùn tăng quá giới hạn cho phép. Điều này cũng xảy ra tương tự
khi đùn nhựa có độ nhớt cao, tốc độ đùn lớn. Làm lạnh có thể bằng không khí.
Quạt gió đặt ở phía dưới máy đùn, mỗi quạt làm lạnh cho mỗi vùng.
Khi cần lấy đi một lượng nhiệt lớn, có thể dùng nước. Máy đùn hoạt động
tốt nhất khi trục vít cấp đủ năng lượng cho quá trình, gia nhiệt hoặc làm lạnh
cũng sẽ ít đi. Do vậy, với máy đùn trục vít đơn, làm lạnh bằng không khí là
đủ. Nước làm lạnh quá nhanh sẽ gây khó khăn cho việc khống chế đúng nhiệt
độ.
3.3.5. Đun nóng và làm lạnh trục vít
Trục vít được đun nóng hay làm lạnh phía bên trong trục vít, chất lỏng trao
đổi nhiệt tuần hoàn bên trong.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
9
3.3.6. Tấm chắn (breaker plate)
Được đặt ở cuối thân máy đùn, là một tấm kim loại dày, dạng đĩa, có lỗ.
Mục đích chính: đỡ các lưới lọc, ngăn cản chuyển động xoáy của nhựa
nóng chảy khi ra khỏi trục vít. Tấm chắn hướng nhựa chảy theo một đường
thẳng vào khuông. Có thể kết hợp bộ phận khuấy đảo vào tấm chắn này. Tấm
chắn khuấy đảo này có nhiều rãnh nhỏ dần, sẽ chia nhỏ dòng chảy, kéo dài
dòng chảy.Thiết bị này sẽ cải thiện khuấy đảo phân bố và phân tán.
Lưới lọc nhiện vụ: giữ lại các tạp chất. Thông thường, nhiều tấm lọc được
kết lại với nhau, bắt đầu là tấm lưới thô, tiếp đến là các tấm lưới có kích thước
nhỏ dần, rồi một tấm lưới thô, áp sát vào tấm chắn. Tấm lưới thô sau cùng chỉ
làm nhiệm vụ đỡ tấm lưới tinh. Sắp xếp các lưới lọc tạo nên hộp lọc (screen
pack)
3.3.7. Hộp lọc (screen pack)
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
10
Ngoài chức năng lọc các tạp chất, hộp lọc còn làm tăng khuấy trộn trong
máy đùn. Hộp lọc thường gồm: lưới lọc 20 mesh, tiếp đến là 40, 60, 80, lưới
20 mesh được áp sát vào tấm chắn. (mesh: số dây kim loại đan lưới trên 1
inch - 25mm, mesh càng cao, lỗ lưới càng nhỏ).
Micron rate: kích thước hạt có thể đi qua lưới lọc.
So sánh các vật liệu làm lưới lọc
3.3.8. Đầu tạo hình (The Extrunsion Die)
Đầu tạo hình đặt ở đầu ra của máy đùn. Tạo ra sản phẩm với hình dạng
mong muốn. Đầu tạo hình dạng vành khuyên (annular die) dùng tạo ống, bọc
dây điện. Đầu tạo hình có khe (slit die) dùng tạo màng mỏng, tấm. Đầu đùn
circular die dùng để tạo sản phẩm dạng sợi, que. Đầu tạo hình profile để tạo
các sản phẩm có các hình dạng khác. Đầu tạo hình được định danh theo loại
sản phẩm nên ta có thể gọi: đầu tạo hình tấm, màng mỏng . . .
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
11
Kênh dẫn vào của đầu tạo hình được thiết kế phù hợp với đầu ra của máy
đùn. Có 3 thành phần chính của máy đùn: kênh dẫn vào (inlet chanel), mặt đa
diện (manifold) và vùng phẳng (land region). Kênh dẫn vào được thiết kế sao
cho vận tốc dòng cắt ngang của nhựa nóng chảy là không đổi trong suốt quá
trình di chuyển.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
12
Trên hình Fig.17, khi nhựa vào đầu tạo hình, chảy quanh torpedo. Qua các
đầu vòng kiềng (spider legs), nhựa chảy thành dòng đều đặn. Chảy về đỉnh
chóp, sản phẩm dạng ống được tạo ra.
Vì có rất nhiều biến ảnh hưởng đến kích thước và hình dạng của nhựa đùn
nên rất khó dự đoán chính xác kích thước và hình dạng của nhựa khi ra khỏi
đầu tạo hình. Chính vì điều này, sẽ rất khó khăn khi tính toán kênh dòng nhựa
chảy trong đầu tạo hình để có được sản phẩm mong muốn. Thường thiết kế
đầu tạo hình chủ yếu dựa vào kinh nghiệm!!
Trên Fig.18, là một dạng điển hình của đầu tạo hình của máy đùn đồng thời
(coextrunsion die) hay sử dụng trong công nghiệp. Đầu tạo hình này có thể
tạo ra sản phẩm có nhiều lớp trong một công đoạn. Có hai hệ chính: hệ cấp
(feed block system) và hệ nhiều lỗ (multimanifold system). Trong hệ cấp, các
dòng nhựa khác nhau được kết hợp và đi vào đầu tạo hình của máy đùn đơn.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
13
Loại nhiều lỗ, các dòng nhựa nóng chảy khác nhau đi vào đầu tạo hình
riêng biệt, mỗi dòng nhựa có một lỗ vào riêng. Các dòng nhựa sẽ kết hợp với
nhau ở gần đầu ra để tạo nên sản phẩm có nhiều lớp.
3.3.9. Động cơ
Động cơ điện dùng để kéo quay trục vít. Tốc độ quay của động cơ 1800
rpm. Tốc độ quay của trục vít thường 100 rpm. Do vậy cần có bộ phận giảm
tốc. Khi gắn trực tiếp động cơ và hộp số - truyền động trực tiếp (direct drive).
Nếu truyền động qua dây đai (cu-roa) giữa động cơ và hộp giảm tốc - truyền
động gián tiếp (indirect drive).
Động cơ DC được sử dụng trong những năm 90, bây giờ thường sử dụng
động cơ AC.
Screw Speed Variation at Different Screw Speeds
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
14
Cần phải sử dụng bộ giảm tốc, vì tốc độ của motor lớn hơn nhiều so với tốc
độ của trục vít. Thường tỷ lệ này là 15:1 đến 20:1; có thể thấp nhất 5:1 và cao
nhất là 40:1.
Để tạo ra độ ổn định của sản phẩm, bơm báng răng (gear pump) được gắn
thêm vào máy đùn, đặt giữa máy đùn và đầu tạo hình. Vật liệu đi vào vùng
không gian giữa hai bánh răng và di chuyển lên phía trước. Khi hai bánh răng
bắt đầu ăn khớp vào nhau, nhựa nóng chảy bị đẩy ra khỏi bánh răng và đi ra
khỏi bơm.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
15
Nhựa trong bánh răng được bơm bánh răng đẩy, tạo ra độ ổn định ở đầu ra
tốt hơn là không có bơm bánh răng. Một thuận lợi khác là tạo ra một áp lực
hiệu quả cho máy đùn. Bơm bánh răng được sử dụng trong trường hợp: i) đùn
với độ chính xác cao, yêu cầu độ ổn định ở đầu ra nhỏ hơn 1%, ii) khi máy
đùn không tạo ra đủ áp lực, ví dụ trong máy đùn có thoát khí cần hoạt động ở
áp suất cao.
Tuy nhiên, khi sử dụng bơm bánh răng cần chú ý i) khi trong nhựa có các
hạt độn có tính mài mòn cao, bánh răng sẽ bị mài mòn, làm giảm độ chính xác
của bơm. ii) nhựa nóng chảy sẽ hoạt động như là chất bôi trơn. Nếu nhựa lưu
lại trong bơm lâu (15 phút hay lâu hơn), với nhiệt độ cao, nhựa sẽ phân huỷ.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
16
4. Một vài dây chuyền sản xuất có sử dụng máy đùn
4.1. Dây chuyền tạo ống
4.2. Dây chuyền tạo màng hay tấm phẳng
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
17
4.3. Dây chuyền tạo màng bằng cách đúc (cast film)
4.4. Phủ nhựa lên các vật liệu khác
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
18
4.5. Tạo lớp
4.6. Thổi màng
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
19
4.7. Trộn bằng máy đùn
4.8. Dây chuyền đùn profile
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
20
5. Các công đoạn của thiết bị đùn
Các chức năng của máy đùn: vận chuyển chất rắn, nóng chảy hoặc làm
nhuyễn dẻo, trộn, vận chuyển vật liệu dạng nóng chảy, tách khí, định hình sản
phẩm. Các chức năng này có quan hệ qua lại lẫn nhau.
Chức năng của mỗi vùng trong máy đùn phụ thuộc hình dạng máy đùn, đặc
tính của nhựa, điều kiện hoạt động của máy. Ranh giới của các phần trên trục
vít là cố định nhưng ranh giới của các vùng chức năng có thể thay đổi theo
tính chất của nhựa và điều kiện hoạt động của máy đùn.
5.1. Vận chuyển vật liệu rắn
Vật liệu sẽ di chuyển trong phễu cấp liệu và dọc theo phương bán kính của
trục vít. Trong phễu cấp liệu, vật liệu di chuyển do tác dụng của trọng lực
(gravity induced conveying). Dọc theo trục vít, lực ma sát tác động lên nhựa,
cách này được gọi là vận chuyển do lực kéo (drag induced conveying). Trong
vùng vận chuyển vật liệu rắn, vùng nóng chảy, vùng vận chuyển vật liệu nóng
chảy, vật liệu vận chuyển được cũng theo cơ chế này.
5.1.1. Cơ chế trọng lực
Dòng chảy khá phức tạp trong vùng này. Khi vật liệu gồm hạt có kích
thước lớn, nhỏ, hạt nhỏ tách khỏi các hạt lớn, tạo nên dòng chảy không ổn
định trong phễu. Điều này gây ra độ bất ổn định ở đầu ra của máy đùn.
Với các vật liệu khó thao tác: phân bố kích thước hạt trong một vùng rộng,
mật độ khối thấp, máy đùn cần phải cải tiến để hoạt động có hiệu quả - đường
kính vùng cấp liệu lớn hơn ở vùng xếp đặt (metering section, vùng đẩy); hoặc
dùng phễu cấp liệu có vít tải. Trong một số trường hợp có thể dùng vùng cấp
có rãnh xoắn. Các tính chất khối quan trọng: mật độ khối, độ nén, hệ số ma
sát trong, hệ số ma sát ngoài, kích thước và phân bố kích thước, hình dạng và
phân bố hình dạng hạt.
Mật độ khối là khối lượng riêng của vật liêu, kể cả thể tích khoảng trống
giữa các hạt (khối lượng/thể tích). Mật độ khối của vật liệu sau khi tạo hạt
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
21
thường bằng 60% mật độ thông thường. Nếu vật liệu có mật độ khối nhỏ hơn
30% mật độ thực, việc vận chuyển sẽ gặp rắc rối, cần phải thay thiết bị. Vật
liệu có độ nén cao sẽ khó thao tác, dễ gặp trở ngại trong phễu cấp liệu.
Hệ số ma sát trong là ma sát giữa các hạt nhựa với nhau. Hệ số ma sát
ngoài là ma sát giữa các hạt nhựa và các bề mặt khác như bề mặt xy lanh máy
đùn. Việc vận chuyển hiệu quả khi cả ma sát trong và ngoài đều nhỏ. Để vận
chuyển dọc máy đùn hiệu quả, ma sát thành máy đùn phải cao, ma sát trục vít
nhỏ.
Thiết kế phễu cấp liệu ảnh hưỏng lớn đến dòng chảy trong phễu. Nên tránh
việc đọng lại vật liệu trong phễu. Phễu có tiết diện hình tròn tốt hơn tiết diện
vuông hoặc chử nhật.
Để đảm bảo dòng chảy trong phễu ổn định, có thể: i)khuấy đảo nhẹ vật
liệu, tách vật liệu ra khỏi thành phễu, có hiệu quả với các vật liệu có độ bám
dính cao, ii) tạo rung động để tránh tắc phễu, phá liên kết cầu (bridge) giữa
các vật liệu, iii) dùng vít xoắn trong phễu (crammer feeder) để cấp liệu.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
22
Độ mở của họng cấp liệu cũng ảnh hưởng đến sự vận chuyển của vật liệu
trong máy đùn. Với loại vật liệu có độ chảy khối thấp, cần mở rộng họng tiếp
liệu theo chiều của di chuyển của cánh trục vít.
5.1.2. Vận chuyển do lực kéo
Do lực ma sát nhựa sẽ vận chuyển dọc theo chiều dài của trục vít. Khi trục
vít quay, lực ma sát giữa nhựa và trục vít đẩy vật liệu lên phía trước. Lực ma
sát nào làm cho vật liệu vận chuyển lên phía trước và lực nào giữ vật liệu lại.
Khi vật liệu chuyển lên phía trước do trục vít quay, dường như lực ma sát
giữa nhựa và trục vít làm cho vật liệu tiến lên phía trước.
Nghe có vẻ hợp lý, nhưng thực ra không hoàn toàn diễn ra như vậy. Lực
ma sát tại thành máy đùn đã đẩy vật liệu tiến lên phía trước. Nếu thành máy
đùn không có ma sát, vật liệu sẽ rơi vào các rãnh của trục vít và chỉ có chuyển
động tròn. Thực vậy, ma sát trên thành máy đùn là điều kiện cần để vận
chuyển vật liệu lên phía trước. Không có ma sát sẽ không có vận chuyển.
5.1.3. Cấp nghèo vật liệu (starve feeding)
Vật liệu rơi trực tiếp vào trục vít, không lưu lại ở phễu cấp. Vật liệu phủ
một lớp trên rãnh vít chỉ bằng vài lần đường kính trục. Khi rãnh trục vít
không đầy hoàn toàn, áp suất trên vật liệu nhựa sẽ không tăng, ít nhiệt sinh ra
do ma sát và khuấy trộn.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
23
Cách cấp liệu này sẽ giảm chiều dài hiệu quả của máy đùn, có lợi nếu máy
đùn dài hơn chiều dài cần thiết trong quá trình gia công. Tuy nhiên, khi chiều
dài tới hạn, cách cấp liệu này sẽ dẫn đến hoạt động kém hiệu quả.
Với máy đùn hai trục vít tốc độ cao, cách cấp liệu này khá phổ biến. Với
máy đùn đơn trục thì ít phổ biến hơn. Kiểu cấp liệu này còn giảm tải cho động
cơ của máy đùn, giảm nhiệt độ tạo ra khi nhựa nóng chảy, có thể bổ sung
nhiều thành phần phối trộn chỉ cần một cổng cấp liệu.
Trong công đoạn trộn, phối trộn cấp nghèo vật liệu hay được sử dụng vì có
thể loại bỏ được sự vón cục của chất độn.
5.1.4. Cấp liệu có rãnh xoắn
Động lực để vận chuyển vật liệu là lực ma sát của bề mặt thành trong của
máy đùn. Lực ma sát có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ thành xy lanh. Tuy
nhiên ảnh hưởng này không lớn. Một phương pháp để tăng ma sát thành
xylanh là gia công các rãnh ở bề mặt trong. Việc này sẽ ảnh hưởng khá lớn
đến đặc tính cấp liệu của máy đùn. Rãnh thường chạy dọc theo thân máy,
chiều dài khoảng vài lần đường kính. Phía ngoài các phần có rãnh, thường
được làm lạnh để tránh nhựa nóng chảy tại các vị trí này.
Trên hình Fig.34, các rãnh ở phần cấp liệu của máy đùn có thể điều chỉnh
được. Có thể thay đổi cách vận chuyển vật liệu phù hợp với đặc tính của nhựa
và cấu trúc máy đùn. Có thể điều chỉnh trong lúc máy đang vận hành.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
24
Nhu vậy, có thể đặt cố định độ sâu của rãnh để có được dao động áp lực là
nhỏ nhất tại đầu ra của máy đùn.
Một vài ưu điểm: 1)năng suất ít phụ thuộc vào áp lực ra nên độ ổn định của
quá trình đùn được cải thiện 2) năng suất cao hơn 3) có thể đùn loại nhựa có
khối lượng phân tử cao
Nhược điểm: 1)Phải làm lạnh phần có rãnh để tránh hiện tượng nóng chảy
nhựa trong rãnh. Điều này làm giảm hiệu suất năng lượng và máy đùn hoạt
động phức tạp, 2) Xuất hiện ứng lực (stress) cao trong rãnh, gây mài mòn.
Cần quan tâm đến việc lựa chọn vật liệu, 3) Áp suất trong rãnh lớn, 70 – 140
Mpa. Thành máy đùn phải chịu được áp suất lớn. 4)Máy đùn loại này được
thiết kế đặc biệt. Nếu thiết kế bình thường sẽ gặp khó khăn như quá nhiệt của
nhựa, lớp kim loại chống mài mòn 5) Tải trọng lớn cho động cơ, lực xoắn cho
trục vít lớn.
Để tăng hiệu quả vận chuyển, ngoài tăng ma sát của thành máy đùn, còn có
thể giảm ma sát trên trục vít. Thực hiện bằng cách: thiết kế trục vít thích hợp,
nhiệt độ trục vít, vật liệu làm trục vít.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
25
Giảm ma sát trục vít có thể thực hiện bằng việc đốt nóng bên trong trục vít
(dùng dầu để trao đổi nhiệt). Một cách khác, đặt bộ phân gia nhiệt bên trong
trục vít. Xử lý hoặc phủ một lớp kim loại khác lên bề mặt trục vít có thể giảm
ma sát bề mặt.
5.2. Nóng chảy
Nóng chảy trong máy đùn xảy ra khi nhựa đạt đên nhiệt độ nóng chảy. Có
hai dạng nóng chảy xảy ra trong máy đùn
5.2.1. Nóng chảy tiếp giáp(contiguous solid melting CSM)
Các hạt rắn bị nén chặt, quay dọc theo chiều dài của kênh trục vít. Một lớp
nhựa nóng chảy mỏng hình thành giữa các hạt rắn và thân máy đùn. Nóng
chảy thường xảy ra giữa bề mặt tiếp xúc pha giữa hạt rắn và màng nhựa nóng
chảy.
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
26
Nhựa tiếp tục nóng chảy được thu vào trong màng nhựa, nhưng bị đẩy ra,
ép vào cánh trục vít đang hoạt động. Kiểu này thường thấy với máy đùn đơn
trục vít.
5.2.2. Nóng chảy phân tán (dispersed solid melting DSM)
Các hạt rắn phân tán trong một môi trường nóng chảy. Chúng giảm kích
thước cho đến khi chảy hoàn toàn. Kiểu nóng chảy này thường thấy trong
máy đùn hai trục vít, máy đùn đơn trục phối trộn. Theo chiều dài của trục,
nóng chảy xảy ra ở điểm 1 – 2D. Trong máy đùn đơn trục chiều dài này là 10-
15D
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
27
Đây là điểm khác biệt quan trọng của máy đùn đơn trục và hai trục vít.
Trong máy đùn đơn trục vít, vùng vận chuyển và nóng chảy của vật liệu
khoảng 15-20D. Điều này có nghĩa trong máy đùn 25L/D, không nhiều
khoảng trống cho viêc vận chuyển nóng chảy, trộn và tách khí. Nếu tách khí,
chiều dài của máy đùn phải 30-35D. Trong máy đùn hai trục vít, vùng vận
chuyển và nóng chảy vật liệu chỉ có thể rộng đến 5-6D. Nếu máy đùn hai trục
vít dài 30D, có nghĩa vẫn còn không gian cho trộn, tách khí, phản ứng hoá
học. Do đó máy đùn hai trục sủ dụng linh hoạt hơn máy đùn đơn trục.
Lý thuyết CSM do Tadmor phát triển những năm 60. Chúng ta có thể xác
định sự ảnh hưởng của tính chất nhựa, điều kiện gia công, cấu trúc của trục vít
đến nóng chảy của nhựa.
Có hai nguồn nhiệt cho nóng chảy. Nguồn nhiệt từ bên ngoài thân, qua
màng nhựa nóng chảy rồi đến lớp vật liệu. Một nguồn khác là nhiệt nhớt
(viscous heating) trong màng nhựa nóng chảy. Lượng nhiệt nhớt này xác định
bằng độ nhớt của vật liệu và tốc đô trượt trên màng nóng chảy.
Cơ chế nóng chảy này được gọi là di chuyển nóng chảy do kéo (drag
induced melt removal). Vật liệu nóng chảy khi tạo ra thêm vào màng nóng
chảy bị kéo ra khỏi vùng nóng chảy do trục vít quay. Do vậy, màng nóng chảy
còn lại rất mỏng, giới hạn duy trì tốc độ nóng chảy cao. Nếu các chất vừa bị
nóng chảy không được đẩy ra, chiều dày màng nóng chảy sẽ tăng dần, hiệu
suất nóng chảy giảm nhanh chóng. Lý do này để giải thích trong máy đùn đơn
trục, hiệu suất nóng chảy cao hơn nhiều so với máy đùn pittông và cũng là lý
do trong các máy đùn thổi lớn, thường sử dụng máy đùn trục vít hơn là máy
đùn pittông (ram extrunder).
Chiều dày của màng nóng chảy rõ ràng là một thông số quan trọng trong
quá trình nóng chảy. Màng nóng chảy mỏng là quan trọng để duy trì hiệu suất
nóng chảy cao. Khi màng nóng chảy mỏng, sẽ tạo ra nhiệt nhớt cao trong
màng nóng chảy và nhiệt từ thành máy đùn truyền đến khối vật liệu rắn nhanh
Bài giảng Thiết bị CN polymer TS. Lê Minh Đức
28
chóng hơn. Chiều dày ban đầu của màng nóng chảy là khoảng hở của cánh
trục vít (flight clearance). Khoảng hở càng lớn, màng nóng chảy càng dày.
Trục vít hay thành máy đùn bị mòn sẽ làm tăng khoảng hở, sẽ ảnh hưởng
không tốt đến quá trình nóng chảy của nhựa và hoạt động chung của máy đùn.
Khi tăng nhiệt độ thành xylanh, nhựa được cấp nhiều nhiệt để nóng chảy.
Nhiệt độ cao, độ nhớt của màng nhựa nóng chảy, sinh nhiệt nhớt giảm. Nếu
giảm sinh nhiệt nhớt nhiều hơn nhiệt thân máy đùn thì hiệu ứng tổng cộng là
giảm tốc độ nóng chảy. Điều này nghe có vẻ không đúng. Tuy nhiên, khi tốc
độ trục vít cao, nhiệt sinh ra chủ yếu là nhiệt nhớt.
Góc xoắn của cánh trục vít ảnh hưởng lớn đến hiệu quả nóng chảy. Khi góc
tăng, để nóng chảy hoàn toàn, chiều dài nóng chảy trên trục giảm. Hiệu quả
nóng chảy cao nhất khi góc nghiêng 90o. Góc nghiêng này tốt cho việc nóng
chảy