Công nghệ gia công điển hình trong sản xuất các sản phẩm chất dẻo

ân ra làm 2 loại: 1. Nhựa nhiệt dẻo (Thermoplastic polymer) 2. Nhựa nhiệt rắn (Thermosetting polymer) Để ứng dụng tốt hơn về nhựa vào ngành cơ khí, đặc biệt là ứng dụng trong quá trình sản xuất khuôn nhựa nên trong đồ án này sẽ trình bày cụ thể về một số loại nhựa theo cách phân loại về tính chất. 3. Nhựa kết tinh và nhựa vô định hình: Trong các vật liệu Polyme (Cao phân tử), tùy theo trạng thái sắp xếp chuỗi mạch của nó mà ta có thể phân loại nhựa có dạng kết tinh hoặc không kết tinh (vô định hình). Nếu các chuỗi mạch của vật liệu Polyme được sắp xếp gần khít nhau theo một trật tự nhất định thì đó là vật liệu Polyme kết tinh. Nếu các chuỗi mạc của vật liệu Polyme được sắp xếp không theo một trật tự nhất định nào, thì ta có Polyme vô định hình. Chú ý: Polyme kết tinh không có nghĩa là tòan bộ khối lượng Polyme đều ở trạng thái kết tinh mà có thể trong đó vẫn có một số “Pha” vô định hình. Các loại Polyme ở trạng thái kết tinh thường đục mờ. Các loại Polyme còn có trạng thái không kết tinh (vô định hình) có độ trong suốt. Như nhựa PMMA còn có độ trong suốt hơn thủy tinh vô cơ. Thí dụ PMMA cho 73% tia cực tím xuyên qua còn thủy tinh Silicat (vô cơ) chỉ cho 1 – 3% tia cực tím đi qua. Người ta có thể có những giải pháp để cho một loại Polyme kết tinh (dạng đục mờ bán trong) trở thành Polyme có nhiều “Pha” vô định hình hơn (trong suốt hơn). Ví dụ như khi gia công, sau khi nhiệt Nhựa PP (thuộc loại nhựa kết tinh), người ta làm lạnh rất nhanh để định hình sản phẩm này, ta sẽ có sản phẩm PP trong suốt hơn bởi vì lúc này sản phẩm nhựa PP có nhiều pha vô định hình. 4. Một số tính chất cơ bản của nhựa: a.Tính chất cơ lý của nhựa: *Phân tử lượng và độ trùng hợp: - Nhựa là vật liệu cao phân tử (Polyme): Vật liệu cao phân tử: là hợp chất gồm các phân tử được hình thành do sự lặp đi lặp lại nhiều lần của một loại hay nhiều loại nguyên tử hay một nhóm nguyên tử (đơn vị cấu tạo là monome) liên kết với nhau với số lượng khá lớn để tạo nên một loạt các tính chất mà chúng thay đổi không đáng kể khi lấy đi hoặc thêm vào một vài đơn vị cấu tạo. Bảng phân loại các chất cao phân tử căn cứ vào trọng lượng của phân tử: Phân loại Trọng lượng phân tử Thấp phân tử Cao phân tử thường Cao phân tử có trọng lượng lớn Siêu cao phân tử Trọng lượng phân tử dưới 1000 Trọng lượng phân tử từ 1000 ÷ 10.000 Trọng lượng phân tử từ 1000 ÷ 800.000 Trong lượn phân tử trên 1.000.000 Tính chất của chất dẻo: được điều chế từ một nhóm đơn phân tử như nhau, chủ yếu do độ dài của mạch phân tử quyết định. Độ lớn của mạch phân tử được xác định bằng phân tử lượng trung bình (M) hoặc độ trùng hợp trung bình (P). Độ trùng hợp trung bình được biểu diễn qua trọng lượng phân tử và phân tử lượng của Monome. P = (1) Trong đó: P – Độ trùng hợp trung bình. M – Phân tử lượng trung bình. Mn – Phân tử lượng của chất trùng hợp. Như vậy qua đó ta hiểu rằng tại sao cùng một loại nhựa lại có nhiều tính chất không giống nhau. Ví dụ: nhựa PS có những loại phân tử lượng là 10.000 hoặc 100.000 hoặc 200.000 Và nếu cùng một loại vật liệu cao phân tử như nhau, khi phân tử lượng của chúng khác nhau thì tính chất của chúng cũng không giống nhau. - Phân tử lượng và độ trùng hợp là hai đặc trưng phụ thuộc lẫn nhau. Qua cách tính ở (1) ta thấy đối với cùng một chất cao phân tử nếu phân tử lượng lớn thì độ trùng hợp cũng cao. Cùng với sự tăng của phân tử lượng các tính chất của vật liệu cũng được hoàn thiện hơn. Độ bền cơ lý hóa đó cũng tăng theo. Tuy nhiên phân tử lượng càng cao thì càng bất lợi trong quá trình gia công vì nhiệt độ chảy sẽ khác và độ nhớt sẽ tăng. * Trọng lượng thể tích và tỷ trọng của nhựa: - Vật liệu dẻo dạng hạt hay dạng bột: đều được xác định bằng khối lượng hoặc thể tích. Và định lượng bằng thể tích dù đơn giản hơn song lại không chính xác như cách xác định định lượng bằng trọng lượng. -Tỷ trọng của nhựa: + Tính ưu việt của vật liệu nhựa là tương đối nhẹ. Do đó tỷ trọng của vật liệu nhựa thường giao động từ 0,9 ÷ 2 g/cm3. So với các kim loại thì nhựa nhẹ bằng ½ nhôm, nhẹ hơn sắt, thép, đồng, chì từ 5 ÷ 7 lần. Đặc biệt khi gia công vật liệu nhiệt thành các sản phẩm xốp thì có tỷ trọng rất thấp (0,02 ÷ 0,1 g/cm3) và độ truyền nhiệt nhỏ. Độ kết tinh của nhiệt càng cao thì tỷ trọng nhựa cũng càng cao, tỷ trọng có liên quan đến độ bền của sản phẩm.  Dưới đây là tỷ trọng một số lọai vật liệu: Vật liệu Tỷ trọng Kim loại Gốm sứ Mica Sợi thủy tinh Oxy Titan Carnonate Canxi Bột hoạt thạch Polypropylene PP High Density PE (HDPE) Low Density PE (LDPE) Polystyrene PS Polymetyl meta acrylat PMMA PVC Nylon EVA Polycarbonate PC PET ABS Composite chất dẻo gia cường sợi thủy tinh 2,9 ÷ 9,0 2,1 ÷ 5,3 2,0 ÷ 3,8 2,54 3,9 ÷ 4,2 ~ 2,7 2,8 0,9 0,95 0,9 1,05 1,14 1,4 1,09 ÷ 1,14 0,93 1,2 1,34 1,04 1,7 * Quan hệ ứng suất – biến dạng của vật liệu nhựa: Biểu đồ kéo của vật liệu Polyme Đường A: Biểu diễn độ bền kéo của Polyme giòn. Đường B: Biểu diễn độ bền kéo của Polyme dẻo. Đường C: Biểu diễn độ bền kéo của Polyme đàn hồi cao. Biểu đồ biểu diễn độ bền kéo của các loại Polyme chính. Độ bền kéo là đại lượng đặc trưng cho sự chống đối lại lực kéo của vật liệu. Đối với loại nhựa giòn: thì nó sẽ bị đứt ngang khi còn biến dạng đàn hồi (đường A). Ví dụ nhựa giòn như Polymetyl mecrylat (PMMA) ở 4oC, Polyestyren (PS) Đối với các loại nhựa dẻo: cũng giống như kim loại có 3 giai đoạn: đàn hồi – dẻo – phá hủy (đường B). Đối với vật liệu nhựa đàn hồi thì khi bị biến dạng hòan tòan đàn hồi tức là loại biến dạng lớn gây ra do ứng suất thấp song phục hồi lại được – hoàn toàn bị mất đi khi bỏ tải trọng (đường C). Ví dụ như PMMA ở 50 ÷ 60oC. Nói chung nhựa có độ bền rất thấp, so với thép, nhựa kém hơn khoảng 10 lần. Còn về độ dẻo thì nhiều loại nhựa có độ dãn dài d lớn hơn 100% thậm chí 1000%, trong khi đó thép thường chỉ vài chục %. * Độ hút ẩm (độ hấp thụ nước), độ co rút và độ chịu lạnh của nhựa: - Độ hút ẩm (độ hấp thụ nước): Độ hút ẩm của nhựa càng thấp càng tốt bởi khi nhựa hập thụ nước sẽ làm giảm bớt một số tính chất cơ lý và ảnh hưởng đến sự ổn định kích thước của sản phẩm. Độ hấp thụ nước cao đối với nhựa có nhóm phân cực (như PA, Nylon). Độ hấp thụ nước thấp đối với nhựa không có nhóm phân cực (như PE,). Phương pháp để xác định độ hấp thụ nước của nhựa là: sấy khô mẫu nhựa rồi cân trọng lượng, sau đó ngâm mẫu nhựa vào nước 24h rồi lấy ra cân. Sự gia tăng trọng lượng chính là lượng nước hấp thụ của vật liệu mẫu nhựa đó. Với các đặc điểm riêng biệt của nhiều loại nhựa nên trước khi gia công cần phải hút ẩm để nâng cao chất lượng sản phẩm. - Độ co rút của nhựa: - Độ co rút của nhựa là khoảng % chênh lệch giữa kích thước của sản phẩm sau khi lấy ra khỏi khuôn được ổn định, định hình và kích thước của khuôn. - Độ co rút của nhựa là một vấn đề quan trọng, cần được chú ý trong quá trình thiết kế khuôn nhằm tạo ra các sản phẩm có độ chính xác cao, tránh các sản phẩm khi sản xuất ra không đạt yêu cầu. - Độ co rút của nhựa kết tinh và nhựa vô định hình rất khác nhau. Độ co rút của nhựa kết tinh lớn hơn nhiều lần so với độ co rút của nhựa vô định hình. - Phương pháp làm giảm độ co rút của nhựa là cần thêm chất dẻo gia cường sợi thủy tinh (composite) - Độ chịu lạnh của nhựa: Khi tính tóan và thiết kế các sản phẩm làm lạnh như: các tủ đá công nghiệp, các loại tủ lạnh thì một chú ý hết sức quan trọng là sử dụng chế tạo sản phẩm nhựa thích hợp vì nhựa là loại vật liệu chịu lạnh rất kém. * Tính các điện, tính các nhiệt của nhựa: - Tính cách điện: Nhựa là vật liệu dẫn điện kém hoặc hầu như không dẫn điện. Vì vậy người ta thường dùng sản phẩm nhựa làm vật cách điện. - Tính cách nhiệt: Độ truyền nhiệt của nhựa cũng rất kém, so với kim loại thì kém hơn 500 ÷ 600 lần. Do đó người ta ít sử dụng nhựa để chế tạo các chi tiết máy vì ở chi tiết máy cần sự tản nhiệt nhanh. bTính chất hóa học cơ bản của nhựa: Để sản xuất ra các sản phẩm bằng nhựa mang tính công nghệ và kinh tế cao. Người ta thường ít dùng riêng các loại nhựa nguyên chất mà cần pha trộn nhiều loại chất khác vào. Do đó, khi nói về tính chất hóa học của nhựa thì ta thường quan tâm đến hai tính chất cơ bản là tính ảnh hưởng của nhựa với các hóa chất và tính ảnh hưởng của thời tiết khí hậu: * Tính ảnh hưởng của nhựa đối với các loại hóa chất: Đa số các loại nhựa thường rất bền khi chịu tác động của môi trường khí quyển và các loại hóa chất như axit, kiềm, các chất hóa học khác. Vậy nên để hòan thiện các tính chất của nhựa làm chúng trở nên hữu ích hơn người ta thuờng thêm vào lúc sản xuất nhựa các chất phụ gia như: Chất độn: ngòai cải thiện một số tính chất cơ lý của nhựa thì chúng còn làm giảm giá thành sản phẩm vì các chất độn rất rẻ như bột gỗ, đất sét, - Hóa chất chất: cải thiện độ mềm dẻo và giảm độ cứng của nhựa bằng cách thêm vào các hóa chất dẻo. Đồng thời làm tăng khoảng cách giữa các mạch để giảm lực liên kết giữa chúng. Các hóa chất dẻo thường dùng là các este: phtalat, adipat, sebacat - Chất ổn định: dưới tác dụng của ánh sáng, đặc biệt là tia tử ngoại và oxy, vật liệu nhựa bị hỏng nhanh chóng vì chúng gây đứt liên kết đồng hóa trị tạo nên một số mạch lưới và ôxy hóa nhiệt. Các chất như muội than và 1 số chất hữu cơ khác làm giảm được các tác nhân trên. - Chất tạo màu: Các sản phẩm nhựa có màu sắc rất phong phú là nhờ vào chất tạo màu TiO2, ZnO,CdS, - Chất chống cháy: nhựa là loại vật liệu dễ cháy nên phải đưa các chất chống cháy vào các sản phẩm. * Tính ảnh hưởng của thời tiết, khí hậu: Dưới tác dụng của anh sáng (đặc biệt là tia cực tím), oxy, ozon, nhiệt độ, vật liệu nhựa bị ảnh hưởng rất lớn. Người ta gọi là sự lão hóa của nhựa. - PVC, Polyeste: dễ biến màu dưới ánh sáng mặt trời. - PE: sử dụng rất bền nếu không có ánh sáng (sau hàng chục năm), nếu vật liệu nhựa PE tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời thì chỉ bền trong khoảng 1 năm. CHƯƠNG II NHỰA NHIỆT DẺO I. Các khái niệm về đặc tính chung của nhựa nhiệt dẻo: 1. Các khái niệm nhựa nhiệt dẻo: Nhựa nhiệt dẻo: là loại vật liệu Polyme có khả năng lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình chảy mềm dưới tác dụng của nhiệt và trở nên cứng rắn (định hình) khi được làm nguội. Hay nói các khác ở loại vật liệu này, dưới tác dụng của lực tại một nhiệt độ nhất định, các phân tử có thể trượt lên nhau có nghĩa là phân tử có đủ năng lượng để thắng lực tương tác giữa các phân tử. Như vậy trong quá trình tác động của nhiệt thì nhựa nhiệt dẻo chi thay đổi tính chất vật lý chứ không có phản ứng hóa học xảy ra. Chính đặc tính trên mà nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh nhiều lần. Những sản phẩm phế phẩm có thể làm vật liệu để sản xuất ra các sản phẩm mới khác. 2. Đặc tính chung của nhựa nhiệt dẻo: - Nhiệt độ là yếu tố hết sức quan trọng ảnh hưởng đến một số tính chất của vật liệu. Nó gây ra các biến dạng, mềm dẻo, rạn nứt, phân hủy, lão hóa, biến màu. Khi giảm nhiệt độ thì theo cớ chế phá hủy giòn sẽ xẩy ra, tăng mức độ biến dạng, bề mặt có khía nhọn, tăng chiều dày mẫu. - Khi gia công chế tạo vật liệu nhựa nhiệt dẻo cần lưu ý đến đặc tính chỉ số chảy của nhựa. Chỉ số chảy càng lớn thể hiện tính lưu động của vật liệu càng cao và càng dễ gia công. Chỉ số chảy vật liệu càng thấp thể hiện tính lưu động của vật liệu kém và khó gia công. - Nhựa nhiệt dẻo được gia công ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ thủy tinh hóa và áp lực phải duy trì đến khi làm nguội sản phẩm vẫn đảm bảo toàn hình dáng. Hiện nay thường có xu hướng dùng nhựa nhiệt dẻo vì kinh tế, có thể tái sinh. II. Một số loại nhiệt dẻo thông dụng: 1. Nhựa polyetylen: Ký hiệu khoa học là PE và gồm 2 loại: - PE mềm. - PE cứng. b. Kết cấu hóa học: c.Đặc tính cơ bản: * Polyetylen cứng (High Density PE): - Ký hiệu khoa học: HDPE. - Đặc tính: HDPE được tổng hợp từ Etylen ở áp suất thấp 8 – 40 kg/cm2 và nhiệt độ trung bình 80oC. HDPE có phần tử lượng cao trung bình: 80.000 – 3.000.000. Phân tử lượng càng lớn thì độ bền ứng suất càng lớn (kéo đứt, dãn dài, va đập ... tăng). Độ bền kéo 22 – 30 N/mm2 (có loại tốt cường độ kéo đứt đạt tới 60N/mm2). Độ dãn dài 200 – 400%. Nhiệt độ giòn (-80oC) – (-120oC). Độ bền uốn 17 N/mm2. Độ cứng Brinel 0,4 – 0,5 N/mm2. Chỉ số chảy MI: 0,1 – 20g/10phút. Tính bám dính kèm. Độ kết tinh 85 – 95% nên sản phẩm đục mờ. Tỷ trọng thấp 0,95 – 0,96 (nhẹ hơn nước) Điểm hóa mềm thấp (120oC) nên dễ gia công. HDPE có mức hấp thụ nước <0,01%/24giờ nên không hút ẩm; dễ cháy, cách nhiệt, cách điện tốt. HDPE cháy với ngọn lửa màu xanh, khói trắng, chảy thành dòng nóng, không mùi, không vị, không độc. Chịu hóa chất tốt, không bền vững với axit Crômic và các hợp chất có nitơ. Dưới tác dụng của Oxy trong không khí, PE dễ bị lão hóa. - Ứng dụng HDPE vào sản xuất: Sản phẩm HDPE được ứng dụng rộng rãi vào cuộc sống. + Sản xuất các loại ống dẫn nước, dẫn chất lỏng hóa chất, ống xốp cách nhiệt, ... với chỉ số chảy là 0,01 – 5,5g/10phút. + Sản xuất các loại sản phẩm gia dụng, thùng chưa các loại, giá kê hàng, phụ tùng cho công nghiệp... với chỉ số chảy 2 – 18g/10phút. + Sản xuất loại màng (Film), túi xốp, túi đựng hóa chất, thực phẩm ... với chỉ số chảy thấp 0,5 – 0,35g/10phút. + Sản xuất sợi dệt, sợi đơn làm bao dệt, bao che phủ... chỉ số chảy thường dùng: 0,8 – 1,0g/10phút. + Sản phẩm thổi các loại thùng thứa, chai, lọ ... chỉ số chảy thường dùng: 0,05 – 0,3g/10phút. + Sản xuất các sản phẩm dạng tấm cho những nhu cầu đặc biệt...với chỉ số chảy từ 0,1 – 0,2g/10phút. * Polyetylen mềm (Low Density PE) - Ký hiệu hóa học: LDPE Polyetylen mềm có nhiều đặc tính và ứng dụng giống với polyetylen cứng. Tuy nhiên Polyetylen mềm có những điểm khác với Polyetyeln cứng. - Cấu trúc hóa học: Cấu trúc mạch dài, có chưa nhiều mạch nhánh ngắn và cũng có mạch nhánh dài làm hạn chế sự phân bố đều đặn của phân tử. Cấu trúc này làm cho LDPE có tỷ trọng và độ kết tinh thấp hơn HDPE. Đặc tính: Phân tử lượng trung bình từ 80.000 – 500.000. Độ bền kéo đứt, dãn dài, va đập theo lượng phân tử. Độ bền kéo 11 – 15 N/mm2. Độ dãn dài: 400 – 600%. Nhiệt độ giòn: (-80oC) – (-120oC). Độ bền uốn 6N/mm2. Đố cứng Brinel: 0,18 – 1,25 N/mm2. Chỉ số chảy MI: 0,1 – 60g/10phút. Tính bám dính kém. Độ kết tinh 60 – 70% nên sản phẩm trong hơn HDPE. Tỷ trọng thấp: 0,92 – 0,93 (nổi trong nước) Điểm hóa mềm thấp (90oC) dễ gia công. LDPE có mức hấp thụ nước 0,02%/24h, không hút ẩm, dễ cháy. LDPE cháy với ngọn lửa màu xanh, khói trắng chảy thành dòng nóng, không mùi, không vị, không độc. Chịu hóa chất tốt. Nhưng không bền vững với axit Cromic và các hợp chất có nitơ. Dưới tác dụng của tia cực tím và oxy trong không khí LDPE bị lão hóa. - Ứng dụng LDPE vào sản xuất; - Nhựa sản xuất ra dưới dạng hạt và bột tùy theo yêu cầu. + Sản xuất các sản phẩm gia dụng, các sản phẩm thổi như chai lọ, màng co ... với chỉ số chảy thường dùng là 0,8 – 1g/10phút. + Sản xuất các loại ống mềm. + Sản xuất các loại sợi đơn với các loại dây thường (kết hợp với HDPE) dùng để phủ và cán tráng lên các loại màng mỏng khác, lên giấy Craft. Chỉ số chảy thường dùng 4 – 25g/10phút. 2. Nhựa Polypropylen: Ký hiệu hóa học: PP. a.Kết cấu hóa học: b.Các tính chất của PP: + Có trọng lượng phân tử: 80.000 – 200.000. + Tỷ trọng thấp: 0,9 – 0,92g/cm3.S + PP là loại nhựa có độ kết tinh 70% không màu bán trong. Nhưng trong quá trình gia công có thể tạo ra nhiều pha vô định hình làm sản phẩm rất trong (như màng BOPP). + PP có tính chất hóa học tốt, tính chất cơ học cao trong một số trường hợp có thể thay các loại vật liệu khác như ABS, HIPS, PVC và PS trong một số công dụng thích hợp. + Độ bền kéo 25 – 40N/mm2. + Độ dãn dài 300 – 800% (cao hơn PE). + Nhiệt độ giòn gãy thấp hơn PE: (-5oC) – (-15oC). + Chỉ số chảy khoảng: 260g/10phút. + Độ cứng Brinel: 0,6 – 0,65 N/mm2. + Độ bóng cao, tính bám dính kém, không mùi, không vị, không độc, dễ cháy. + Tính gia công ép phun tốt. c.Ứng dụng PP vào sản xuất: PP thông thường (General Homo PP) để sản xuất các loại vật dụng thông thường. PP trùng hợp khối (block PP) sản xuất các vật dụng chất lượng cao, các chi tiết công nghiệp, các loại van, vỏ hộp acqui, điện gia dụng... PP tính năng co lý cao (High impact PP) dùng sản xuất vật dụng chất lượng cao, chi tiết công nghiệp, các loại van, điện gia dụng... Hiện nay hãng Samsung có sản xuất loại HIPP (High Lotracti City PP). PP đặc biệt: chuyên dùng cho chi tiết sản phẩm công nghiệp, chi tiết nhựa trong xe máy, ô tô, điện gia dụng, điện tử, hộp thực phẩm, ghê, sản phẩm có kích lớn, bộ phận ngòai máy giặt ... PP trong: tức là loại PP có nhiều “pha” vô định hình (không kết tinh) dùng cho bao bì y tế, bao bì thực phẩm khó, kệ video, CD,... Sản phẩm loại đặc biệt trong cho thực phẩm không mùi, có độ bóng bề mặt cao. Tạo ra các sản phẩm thổi và chai trong, c hai cho y tế, bao dệt các loại. Các loại lưới (lưới đánh cá, lưới bóng chuyền, thảm trải,...), các phụ tùng nội thất xe ôtô... 3. Nhựa Polyvinyl Clorit: a.Ký hiệu khoa học: PVC. b.Kết cấu hóa học: c.Đặc tính: Trong PVC các đại phân tử có độ phân nhánh không cao, phân tử lượng trung bình của các PVC cũng gần như nhau. Nhựa PVC có tỷ trọng cao: 1,38 – 1,4 nênPVC nặng hơn một số loại nhựa khác. PVC là loại nhựa vô định hình nên có độ trong cao, chịu thời tiết tốt, có khả năng chống lão hóa cao. Độ bền cơ lý cao, tùy theo công thức khác nhau mà PVC có tính chất cơ lý khác nhau, PVC mềm dẻo khi dùng các chất hóa dẻo, không độc và cách điện tốt, PVC chịu lực va đập kém. PVC có độ bền nhiệt thấp, mềm hóa ở khoảng 60oC – 85oC. Khi nhiệt độ gia công lớn hơn 190oC dễ rạn nứt và tỏa khí độc HCl. Nếu tăng tiếp nhiệt độ sản phảm sẽ biến sang màu vàng nâu, màu sẫm và cháy đen. Khi phân hủy sẽ bị oxy hóa và tạo khí CO và phẩn hủy càng nhanh, tạo ra các sản phẩm phân tử thấp khác nhau. Do đó nhiệt độ gia công thích hợp 150oC – 180oC. PVC là nguyên liệu không dễ cháy bởi vì có mặt Clo trong phân tử (Clo có bản chất chống cháy). Khi cháy PVC ít sinh nhiệt vì có hàm lượng Cacbon thấp. Vì thế căn cứ vào một số xét nghiệm PVC cứng là loại nhựa đầu bảng so với các loại nhựa xét về khả năng chống cháy. a.Phân loại PVC và các ứng dụng: PVC có 2 loại là: PVC cứng và PVC mềm. - PVC cứng: là loại chất dẻo trên cơ sở PVC mà thành phần chủ yếu là bột PVC, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn và các phụ gia khác... Hỗn hợp của chúng được trộn và làm nhuyễn trong máy đùn, máy cán ở nhiệt độ 160oC – 180oC. Vật liệu này có độ đều cơ học và hóa học vững, cách điện tốt và có thể dùng phương pháp gia công thông thường để tạo ra sản phẩm. PVC cứng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học và nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác. - PVC mềm: PVC mềm (hay PVC được dẻo hóa) là loại vật liệu được tạo ra bởi các trộn bột PVC với chất hóa dẻo, chất ổn định, chất độn và chất tạo màu. Tỷ lệ chất dẻo càng tăng, thì độ bền sẽ giảm và độ dãn dài sẽ tăng. Tính chất cách điện và độ bền hóa cũng giảm theo. PVC mềm được dùng để sản xuất các loại sản phẩm như màng mòng, băng dính ống mềm, phủ lên giấy và bả, bọc dây điện... 4. Nhựa Polyestyren: a.Polystyren: * Ký hiệu hóa học: PS * Cấu trúc hóa học: * Đặc tính: PS thông thường được tạo thành bằng cách trùng hợp các đơn chất Styren. PS trong suốt, không màu và dễ tạo màu, hình thức đẹp dễ gia công (nhiệt độ gia công: 180oC – 200oC) Nhược điểm của PS: dài, dễ rạn nứt, chịu va đập kém, chịu hóa học kém, tan trong dung môi Benzen, Aceton, MEK (Metyl Etylen Keton) Tỷ trọng: 1,05 – 1,1g/cm3. Độ bền kéo đứt: 40 – 45 N/mm2. Độ dãn dài thấp: 1 – 2%. Độ cứng Brinel: 1,4 – 1,6 N/mm2.S Chỉ số chảy MI: 1 – 8g/10phút. Độ bền va đập thấp, cách điện tốt, nhiệt độ biến dạng thấp, vật liệu không phân cực, không hút ẩm. Là vật liệu nhựa vô định hình nên rất trong. Độ co rút khi định hình 0,3 – 0,5%. Như vậy ngòai PS thông thường còn có PS chịu va đập (HÍP) và nhựa EPS (PS có chất tạo xốp, nhẹ hơn PS thường hàng chục lần). * Ứng dụng: PS thông thường: dùng để tạo ra sản phẩm gia dụng rẻ tiền, có tính trong suốt: hộp, cốc, lọ, đồ gia dụng. EPS: làm vật liệu bao bì xốp, cách nhiệt, bao bì thực phẩm giữ lạnh... a.Nhựa Polyacrylonitrit butadien styren. * Ký hiệu hóa học: ABS. * Cấu trúc hóa học: * Đặc tính: ABS: đồng trùng hợp, có phân cực và độ kết tinh thấp. Độ bền kéo đứt 35 – 60 N/mm2. Độ dãn dài: k – 50%. Độ bền va đập và độ bền nhiệt hơn PS nhiều lần. Tính chất của ABS phụ thuộc vào thành phần chất đồng trùng hợp. ABS thường có tỷ lệ (25:25:50) tỷ lệ này thay đổi thì tính chất của ABS sẽ thay đổi theo. Khi hàm lượng Acrylonitrin thấp thì độ bền kéo, độ cứng và tính cách điện sẽ tăng đồng thời, giảm độ bền va đập, tăng khả năng khán dung môi, kháng nhiệt độ. Hàm lượng Styrenl tăng: tăng độ chảy khi có nhiệt, cứng hơn song giòn, độ bóng bề mặt rất tốt. * Ứng dụng: Sử dụng phương pháp ép phun để sản xuất ra: vỏ tivi, vỏ điện thoại, cánh quạt điện... Sử dụng phương pháp ép dài để sản xuất ra các loại nhựa tấm sử sụng cho nhiều phương pháp gia công khác nhau để tạo ra nhiều loại sản phẩm khác nhau. 5. Nhựa Polyamit: a.Ký hiệu khoa học: PA (thường gọi là nylon) b.Cấu tạo phân tử: Có nhiều loại Polyamit vì trong quá trình trùng ngưng tạo ra sản phẩm các axit amin hoặc hợp chất của nó. Polyamit có chứa nhóm (-CO-NH-) Polyamit có phân tử lượng khoảng 8.000 – 25.000. Trong công nghiệp chất dẻo tồn tại các nhóm Polyamit sau: + Nylon 6: [– NH(CH2)5 – CO –]n + Nylon 6.6: [– NH(CH2)6NH – CO(–CH2)4 – CO –]n + Nylon 6.10: [–NH(CH2)6NH – CO(CH2)8 – CO –]n + Nylon 11: [–NH – (CH2)10 – CO –]n + Nylon 12: [–NH – (CH2)11 – CO –]n + Nylon 6.12: [–NH – (CH2]5 – NHO – CO – (CH2)11 – CO –]n a.Đặc tính: Phân tử lượng thấp, mạch đại phân tử ngắn thì polyme có trữ lượng pha kết tinh cao và không phân tán. Do đó khoảng nhiệt nóng chảy nhỏ và PA dễ cháy lỏng. Nếu nhóm (CH2) tăng thì độ cứng của PA giảm, modul đàn hồi nhỏ, độ bền hóa học và tính cách điện tăng. Tỷ trọng: 1,02 – 1,16. Nhựa kết tinh cao, màu trắng sữa hơi vàng, tính hút ẩm cao, kích thuớc và cơ lý biến đổi lớn. Độ bền kéo đứt: 35 – 90N/mm2. Độ dãn dài: 10 – 40 %. Độ bền nhiệt: 140 – 230oC. Nhiệt độ nóng chảy 135 – 238oC. Các tính chất cơ học tốt nhưng chúng phụ thuộc vào nhiệt độ (nhiệt độ lớn honư 50oC và đổ ẩm cao thì tính chất cơ học của chúng giảm). a.Ứng dụng của PA vào sản xuất: Với nhiều tính năng tốt nên PA được ứng dụng rộng rãi trong đới sống hàng ngày và trong công nghiệp. Gia công ép đùn để sản xuất. + màng mỏng bao bì cao cấp cho thực phẩm. + Đùn kéo sợ dệt lưới đánh cá, sợi bàn chải đánh răng, sợi cho các loại dụng cụ thể thao (thường dung nylon 6 và 6.6) + Bọc dây cáp điện (dùng nylon 6 và 10). Sản xuất bằng phương pháp ép phun để làm ra bánh răng hộp số, dụng cụ thể thao, chi tiết quạt điện, vỏ ô tô, phụ tùng cho xe hơi như nắp đậy xilanh, ống chưa nhiên liệu, vòi phun nhiên liệu, puli căng curoa... Khi thềm vào PA một hàm lượng sợi thủy tnh từ 10 – 40% thì cường độ kéo đứt, sức đàn hồi nhiệt độ biến hình tốt hơn hẳn so với PC, ABS, PP, POM. 6. Nhựa Polycacbonat: a.Ký hiệu khoa học: PC. b.Cấu trúc hóa học: c.Đặc tính: Vì có chứa nhóm cacboxyn nên PC có kết câu phân cực mạnh. Tỷ trọng 1,2. Tỷ trọng suất cao. §ộ bền kéo đứt: 68 N/mm2. Độ dãn dài: 110%. Độ bền nhiệt trên 100oC, độ chịu lạnh -100oC. Khó chảy và có khả năng tự tắt, cách điện tốt ở nhiệt độ cao, không độc. So với PA thì PC chịu tải liên tục kém hơn (đây là tính chất kém nhất của PC). Do đó không dùng để chế tạo ra các chi tiết chịu độ rung động và chịu tải liên tục được. Tính chịu hóa chất kém. Tan trong dung môi thơm và Hydrocabon chưa Clo. Tính hấp thụ nước lớn nhất 0,1%. Tính chống ma sát kém. a.Ứng dụng PC vào sản xuất: Dùng PC để sản xuất ra các loại tấm thủy tinh an toàn. Sản xuất ra các ống dùng trong y tế, chai sữa trẻ em chịu nhiệt tốt, không độc, nón bảo hộ, kính mắt, thiết bị chiếu sáng... Khi ta gia cường thêm 30% sợi thủy tinh vào PC thì độ bền kéo tăng 2 lần, nhiệt độ biến dạng tăng lên 10oC, độ giãn nở nhiệt còn 1/3 và độ co rút định hình giảm đi 6 lần. 7. Nhựa Polymetyl metacrylat: a.Ký hiệu hóa học: PMMA. b.Cấu tạo hóa học: c.Đặc tính: Tỷ trọng: 1,17 – 1,20. Cháy với ngọn lửa cháy sáng, có muội, mùi khét hắc và chua nồng, không màu, trong suốt. Tính chất chịu nhiệt kém, biến dạng ở 70o – 110oC. Trong khoảng nhiệt độ 0o – 60oC độ hút nước không đổi. Nếu tăng nhiệt độ thì độ hút nước tăng, còn nếu tăng trọng lượng phân tử thì độ bền vững với nước cũng tăng. PMMA rất bền với thời tiết. Khi cháy tỏa ra lượng lớn Cacbonic, oxit cacbon, hơi nước làm dập tắt đám cháy. Vì thế PMMA được dùng trong kết cấu của thiết bị phóng tia lửa điện tần số cao trong môi trường khô. d.Ứng dụng PMMA trong sản xuất: Dùng PMMA để sản xuất các loại kính như: kính contact lens, mắt kính đồng hồ, thay kính trong xây dựng... Sản xuất ra vỏ tivi, sản phẩm văn phòng... 8. Nhựa Polyetylen teraftalat: a.Ký hiệu khoa học: PET. b.Công thức hóa học: c.Đặc tính: Tỷ trọng:1,33 – 1,4, trong suốt. Độ bền kéo đứt: 100 – 500 N/mm2. Đồ giãn dài: 50 – 60%. Nhiệt độ gia công: 240 – 260oC. Nhiệt độ hóa thủy tinh: 78 – 80oC. Tuy nhiên khả năng chịu nhiệt kém (ở 70oC chai PET đã bị biến dạng). Độ bền hóa chất tốt, chu kỳ ép sản phẩm rất ngắn. Tính hút ẩm thấp, ổn định kích thước, không mùi vị, không độc với con người. a.Ứng dụng của PET: Tạo thành màng để bao gói thực phẩm. Tạo thành các loại sợi (kể cả sợi cho dệt vải). Bao bì to (định hướng 2 chiều) để đựng nước khoáng, nước uống trái cây, nước uống co ga, thực phẩm lỏng ... Trong sản xuất công nghiệp tạo ra các chi tiết có độ trong suốt cao, cường độ va đập tốt. Nhằm mở rộng ứng dụng cũng như gia công người ta cải thiện tính năng của PET bằng cách tạo ra loại Copolyeste PEN – PET để sản xuất các sản phẩm chai lo, tấm trong suốt làm kính máy bay, ô tô, tàu hỏa... PET có độ bền nhiệt đạt tới 115oC (nhựa NOP Lake 931) và dạng sản phẩm trên máy ép phun, đặc biệt dùng cho chi tiết điện. (PEN có tên khoa học: Poly etylen naphtalat). 9. Nhựa Polybutylen terephtalat: a.Ký hiệu khoa học: PBT. b.Cấu tạo hóa học: c.Đặc tính: Độ dai va đập: 0,6 N/mm2. Độ bền kéo: 56 N/mm2. Độ hấp thụ nước thấp (mức hút ẩm ~ 0,08%) Chịu được môi trường hóa chất và chịu mài mòn. Cách điện tốt, điện thế xuyên thủng 17kV/mm. Ở nhiệt độ 60oC môi trường nước nóng thì độ bền kéo không thay đổi sau 5 – 15 ngày ngâm trong đó. Ở 100oC môi trường nước nóng thì độ bền kéo sẽ thay đổi sau 5 ngày. Khi gia cường bằng sợi thủy tinh thì trong nhựa PBT sẽ tăng độ cứng và độ biến dạng nhiệt, độ bền kéo. a.Ứng dụng của PBT: PBT được dùng để sản xuất ra các sản phẩm cách điện như: vỏ động cơ điện, nắp bugi, công tắc điện, chắn bùn xe, nắp các loại thùng thứa nhiên liệu, chi tiết trong xe hơi... 10. Nhựa Polyoxy metylen (hay Polyacetal): a.Ký hiệu khoa học: POM. b.Công thức hóa học: [– O – CH2 –]n c.Đặc tính: Tỷ trọng: 1,41 – 1425. Độ bền uốn, độ bền kéo và modul đàn hồi cao. Độ bền va đập không thay đổi ở nhiệt độ dưới 50%. Chịu hóa chất khá tốt, POM có màu trắng sữa, nhựa bán trong suốt. Tính cháy và tính cách điện ở mức trung bình. Độ hút ẩm: 1,4% (cao hơn PBT, PC). d.Ứng dụng của POM: POM được dùng để sản xuất các sản phẩm có tính năng kỹ thuật cao trong xe máy, ôtô, ... bởi vì POM có độ bền kéo, môđul đàn hồi cao. 11. Nhựa Teflon (hay Polytetra Flo Etylen): a.Công thức hóa học: [CF2 = CF2]n b.Đặc tính: Độ bền nhiệt rất bền, có tính chống cháy tốt. Ở 327oC nhựa teflon mất cấu trúc tinh thể và chuyển sang trạng thái trong suốt vô định hình. Do đó nhựa teflon có thể làm việc liên tục ở 200 – 300oC mà không thay đổi tính chất cơ lý của nó. Độ bền cơ học: teflon có hệ số ma sát thấp và không phụ thuộc vào nhiệt độ vì cấu tạo mạch phân tử của nhựa teflon gồm các liên kết C – F phân bố đồng đều ở mạch cacbon làm cho phân tử không phân cực. Do đó teflon có khả năng chống bám dính tốt, độ bền của nhựa teflon được bảo toàn đến nhiệt độ 300oC. Tính chất điện môi: teflon là một trong những chất điện môi tốt nhất trong kỹ thuật điện, đặc biệt bền với tia lửa điện và có điện thế đánh thủng cao. Độ hòa tan: nhựa teflon không hòa tan với bất kỳ dung môi nào. Vì các nguyên tử Flo che rất kín mạch cacbon nên không phá vỡ được liên kết giữa chúng. CHƯƠNG III NHỰA NHIỆT RẮN I. Khái niệm và các đặc tính chung: 1. Các khái niệm về nhựa nhiệt rắn: Nhựa nhiệt rắn: là loại vật liệu Polyme khi bị tác động của nhiệt, hoặc các giải phá xử lý hóa học khác sẽ trở nên cứng rắn (định hình sản phẩm). Hay nói một cách khác dưới tác động của nhiệt, chất xúc tác hay chất đóng rắn và áp suất nhựa loại này sẽ xẩy ra phản ứng hóa học chuyển từ cấu trúc mạch dài sang cấu trúc không gian 3 chiều (khác nhựa nhiệt dẻo có cấu trúc mạch dài). Như vậy nhựa nhiệt rắn sau khi nóng chảy sẽ đóng rắn và nó không có khả năng chuyển thành trạn thái chảy mềm ra dưới tác dụng của nhiệt nữa. Do đó, nhựa nhiệt rắn không có khả năng tái sinh các loại phế liệu hoặc các sản phẩm đã qua sử dụng. 2. Đặc tính chung của nhựa nhiệt rắn: Nhựa nhiệt rắn có mối quan liên kết giữa các mạch đại phân tử là mối liên kết hóa học chứ không phải do lực liên kết tạo ra như chất nhiệt dẻo. Cấu trúc của nhựa nhiệt rắn là cấu trúc mạch lưới. Năng lượng liên kết của các đoạn mạch tạo ra lưới là như nhau. Vì thế nếu có chuyển dịch tương đối giữa các đoạn mạch so với nhau sẽ dẫn đến hiện tượng phá hủy cấu trúc. Và do đó nhựa nhiệt rắn không hòa tan, không nóng chảy. Theo cơ chế phá hủy chung của nhựa nhiệt rắn là tạo nên vết nứt ở các vùng tập trung ứng suất. Các liên kết đồng hóa trị trong cấu trúc mạch không gian và mạch lưới giúp cho sự phát triển các vết nứt này. II. Một số chất nhựa nhiệt rắn thường gặp: 1. Nhựa Phenolic (Phenol fomaldehit): Nhựa Phenolic hay còn được gọi là nhựa Phenol fomaldehit là loại Polyme được phát hiện ra đầu tiên nên được sử dụng rộng rãi đến ngày nay a.Một số tính chất đáng chú ý của nhựa phonolic: + Độ cách điện cao (điện áp đánh thủng là 8 – 12 kV/mm) + Không chịu tác động của vi khuẩn, bền với hóa chất và các môi trường ăn mòn hóa học khác. + Tổ hợp nhựa Phonofomandehit với sợi amiăng bền trong môi trường axit ở nồng độ < 40%, bền với axeton ở 50oC và bến với axit axetic ở bất kỳ nhiệt độ nào. b.Phương pháp sản xuất: Trong sản xuất nhựa Phenolic người ta sử dụng phương pháp đa tụ, với 2 nguyên liệu chính là Pheno và Fomaldehit. + Phenol (C6H5OH): dạng tinh thể hình tròn, không màu, có mùi đặc trưng. + Fomaldehit (CH2O): rất dễ tan trong nước và tự trùng hợp ở nhiệt độ trong phòng để tạo thành Polyme của Fomaldehit và định hình gọi là Para Fomaldehit (CH2O)n. Phản ứng và cấu tạo hóa học của nhựa Phenolic: Khi gia công nhựa Phenolic thành sản phẩm thì tạo thành kết cấu không gian ba chiều, do đó nó không có khả năng tái sinh. a.Ứng dụng: Như ta biết, nhựa Phenolic chịu cường độ va đập tốt, độ cứng bề mặt cao, cách điện tốt. Vì vậy người ta thường dùng làm các chi tiết trong các dụng cụ điện như: công tắc, ổ cắm, cầu dao điện... hay có thể kết hợp với một số chất độn như vải, sơi amiăng... để sản xuất má phanh ô tô, xe máy, các chi tiết trong môi trường hóa chất... 2. Nhựa Urê (Urê Fomaldehit): a.Một số tính chất Urê: + Khi chưa đóng rắn, nhựa Urê Fomaldehit là loại nhựa ưa nước, dễ hút ẩm và có thể trộn với nước ở bất kì tỷ lệ nào. + Dưới tác dụng của chất đóng rắn (Urê Tropin, Acid Oxalic) và nhiệt độ... nhựa Urê Fomaldehit chuyển sang trạng thái không nóng chảy, không hòa tan. + Urê Fomaldehit có màu sáng, nên có thể nhuộm rất nhiều màu khác nhau. b.Phương pháp sản xuất: Nhựa Urê Fomaldehit được sản xuất theo phương pháp đa tụ (cũng giống như nhựa Phenolic) với 2 nguyên liệu chính là: + Urê (H2NCONH2): có dạng tinh khiết, tinh thể không màu, hình kim tỷ trọng 1,33. + Fomaldehit: (CH2O). Phản ứng và cấu tạo hóa học nhựa Urê Fomaldehit trong môi trường axit yếu: a.Ứng dụng: + Urê Fomaldehit là nguyên liệu chủ yếu làm keo dán gỗ để sản xuất ra các tấm gỗ dán. + Sử dụng nhựa Urê Fomaldhit để tạo ra các sản phẩm gia dụng có màu sáng như: làm mặt bàn, trang hoàng buồng lái máy bay, tàu thủy, tàu hỏa, làm vỏ các dụng cụ âm thanh, âm nhạc. + Sản xuất ra bột ép Urê Fomaldehit... 3. Nhựa Melamin (Melamin Fomaldehit): a.Khái quát: Cũng như nhựa Urê Fomadehit, nhưa Melamin Fomadehit có màu sáng được sản xuất thành bột ép tấm, sơn và keo dán. Một số tính chất: + Nhựa Melamin kháng nước nóng và chất tẩy rửa. + Không cháy nên cho phép sử dụng trong các sản phầm phòng hỏa. + Có độ co ngót cao dễ sinh ra hư hỏng sau khi gia công. + Bền sáng, không độc và nhuộm màu tốt. + Nhựa tấm Melamin đặc biệt là tấm vá vải thủy tinh, sợi thủy tinh có giá trị rất lớn về mặt kỹ thuật vì độ bền dẻo cơ học rất cao và khả năng chịu nhiệt rất lớn. b.Ứng dụng: + Khi thêm chất độn là giấy Xenlulo vào Melamin thì sản phẩm được dùng chủ yếu là vật liệu trang trí nội thất. + Nhựa Melamin dạng bột dùng làm đồ gia dụng như: bát đĩa, cốc chén,... bởi màu sắc đẹp, độ cứng bề mặt cao, không độc. + Cũng như nhựa Urê Fomaldehit, nhựa Melamin có màu sáng được sản xuất thành bột ép tấm, sơn và keo dán. Khi làm keo dán gỗ thì Melamin vượt trội hơn so với Ure Fomaldehit bởi khả năng chịu được nước sôi trong một thời gian dài. Chính vì vậy mà sản phẩm gia dụng từ nhựa Melamin được phát triển rất nhanh chóng ở Việt Nam. 4. Nhựa Polyeste không no: a.Khái niệm tổng quan: nhựa poleste không no thuộc nhóm chất dẻo có khả năng tạo thành mạng không gian nhờ có nhóm phản ứng [-CO-CH=CH-CO-] trong mạch của nó. Trong mạch phân tử của Polyeste không no còn có các mối liên kên kép. Polyeste không no là kết quả đồng trùng hợp của chất trùng ngưng với các hợp chất của vinkil. a.Một số tính chất: Tỷ trọng 1,20kg/m3. Môdul đàn hồi kéo 2,8 – 3,5 GPa. Môđul đàn hồi uốn 3 – 4 GPa. Độ bền kéo 50 – 80 MPa. Độ bền nén 90 – 200 MPa. Độ bền uốn 90 – 130 MPa. Biến dạng phá hủy kéo 2 – 5%. Biến dạng phá hủy uốn 7 – 9%. Nhiệt độ cong chứa tải trọng (1,8 Mpa) 60 – 100oC. *Một số ưu điểm và nhược điểm: + Ưu điểm: Cứng, ổn định kích thước, khả năng thẩm thấu với nhựa tốt, dễ vận hành khi gia công. Chống được nhiều môi trường hóa học. Giá thành hạ. + Nhược điểm: Dễ bị nứt khi làm việc (đặc biệt khi có tải trọng động). Độ co ngót cao (8-10%)/ Khả năng chịu nước nóng kém. Dễ bị hủy hại do tác dụng của tia cực tím. Dễ bắt lửa. Chịu nhiệt độ trung bình dưới 120oC. a.Phương pháp sản xuất: Polyeste được hình thành như các este thông thường bằng phản ứng giữa các axit hữu cơ và rượu. Để sản xuất polyeste không no còn có một phần của axit hữu cơ được sử dụng là hợp chất cacbon không no và phần còn lại là hợp chất cacbon no. Số lượng các mối liên kết kép của polyeste được điều chỉnh bằng tỷ lệ thành phần của các axit hữu cơ no và không no. Khi tỷ lệ axit hữu cơ no mà tăng thì số mối các liên kết kép trong phân tử polyeste sẽ giảm, do đó tính phản ứng sẽ kém đi Anhydrit malic được sử dụng như thành phần axit hữu cơ không no một cách thường xuyên nhất trong việc điều chế Polyeste không no. a.Ứng dụng: Nhựa Polyeste dùng làm vật liệu nền cho vật liệu copozit và dùng để chế tạo ra các sản phẩm có kích thước lớn nhỏ khác nhau: vỏ ôtô, canô tầu thủy cỡ nhỏ... đến các chi tiết trong công nghiệp và dân dụng. 5. Nhựa Epoxy: Cũng như nhựa Polyeste không no, nhựa Epoxy thuộc dạng chất lỏng đặc sệt. Trong phân tử của nó có nhóm phản ứng: Khi muốn tạo thành mạng không gian cần phải có chất đóng rắn. a.Một số tính chất: Tỷ trọng 1100 đến 1500kg/m3. Môđul đàn hồi 3 – 5GPa. Độ bền kéo 60 – 80 MPa. Độ bền uốn 100 – 150 MPa. Biến dạng phá hủy 2 – 5%. Độ bền cắt 30 – 50 MPa. Nhiệt độ uống cong dưới tải trọng 290oC. b.Những ưu điểm và nhược điểm: + Ưu điểm: Độ ổn định kích thước cao, cơ ính cao hơn Polyeste không no. Chịu nhiệt độ cao, liện tục đến 150oC hoặc đôi khi lên đến 190oC. Độ bền hóa học cao. Độ co ngót thấp 0,5 – 1%. Độ thẩm thấu với các chất tăng cường. Độ bám dính tốt với kim loại. + Nhược điểm: Thời gian đóng rắt rất dài. Dễ bị nứt khi đóng rắn và giá thành cao hơn nhiều so với nhựa Poleste không no. c.Ứng dụng: Nhựa Epoxy sau khi đóng rắn là một loại vật liệu tổng hợp có nhiều tính chất quí báu, nổi bật nhất là khả năng bám dính cao vào hầu hết các vật liệu, kể cả kim loại, chịu được tác dụng của nhiều loại hóa chất, bền cơ học, bền nhiệt, đặc tính điện tốt... Vì vậy, hiện nay nhựa Epoxy được sử dụng rộng rãi vào các lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, đặc biệt là công nghệ chế tạo linh kiện điện tử, màng phủ chống ăn mòn, keo dán kết cấu, vật liệu compozit... Màng phủ bảo vệ: màng phủ chống ăn mòn trên cơ sở nhựa epoxy được dùng để bảo vệ cho các thiết bị bằng thép trong các nhà máy hóa chất, lọc dầu, thực phẩm, giấy, .... và kết cấu xây dựng như cầu, cống, đập, .... Hệ sơn epoxy giàu kẽm và epoxy – nhựa than đá được dùng nhiều trong công nghiệp đóng tàu biển. Màng phủ epoxy cũng được dùng rộng rãi để bảo vệ mặt ống thép vận chuẩn khí lỏng, giàu thô, nước muối, dung dịch kiềm, sản phẩm dàu mỏ. Sơn epoxy dạng bột được sử dụng để trang trí dụng cụ nhà bếp, buồng tắm, sơn ô tô, xe đạp, ... Keo dán epoxy: được sử dụng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong công nghiệp hàng không, tự động hóa, điện – điện tử. Ngành kiến trúc và nghệ thuật cũng cần dùng do những đặc tính nổi bật của hệ vật liệu này. Ngòai việc dùng chủ yếu để gắn kim loại, sứ, gỗ, bê tông, chất dẻo.... keo dán epoxy còn được dùng trong ngành y tế để gắn xương giấy, chữa răng. Vật liệu Compozit trên cơ sở nhựa epoxy được tăng cường bằng sợi thủy tinh đã được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, chế tạo thuyền, canô.... vì có độ bền cao, nhẹ, ít bám bẩn. CHƯƠNG IV GIỚI THIỆU CÁC CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐIỂN HÌNH TRONG SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM CHẤT DẺO Hiện nay trong công nghệ sản xuất các sản phẩm từ chất dẻo, người ta thường sử dụng các công nghệ sản xuất điển hình sau: - Công nghệ cán. - Công nghệ phủ. - Công nghệ đùn. - Công nghệ đùn thổi. - Công nghệ gia công vật thể rỗng. - Công nghệ đúc,đúc thổi và đúc xốp chất dẻo dưới áp lực. - Công nghệ ép và ép phun. 1.Công nghệ cán: Phương pháp cán là phương pháp sản xuất của công nghệ gia công chất dẻo mà trong đó vật liệu chất dẻo, nhiệt dẻo được chế tạo thành tấm hoặc máng sau khi đi qua khe hở giữa các trục cán. Các loại nhựa có thể gia công được bằng phương pháp cán: Theo nguyên lý thì hầu hết các chất dẻo có vùng chất dẻo xác định rõ ràng, độ nhớt đủ lớn phù hợp với phương pháp cán. Tuy nhiên người ta thường dùng các chất nhiệt dẻo sau đây để cán, vì các vật liệu đó dùng để tạo ra màng mỏng, tấm... PVC cứng và PVC mềm Các Copolimer từ PVC Polistirol dai và ABS Các Ete xelulo Các chất polyolefin Trong các chất polyolefin chỉ có polyIzobutilen dùng để chế tạo màng mỏng cho công nghiệp xây dựng bằng phương pháp cán. Với PE suốt một thời gian dài người ta không thể tạo màng bằng phương pháp cán, ngày nay với việc sử dụng thêm vào các chất phụ gia phù hợp mới có thể cán được, qua đó ta thấy rằng chế tạo màng PE bằng phương pháp đùn kinh tế hơn và đơn giản hơn. Phương pháp cán sử dụng rộng rãi và có ý nghĩa nhất để gia công PVC có khoảng nóng chảy dẻo xác định và khi chế tạo màng mỏng PVC bằng phương pháp cán là kinh tế nhất. Phương pháp cán thường được sử dụng trên các loại máy cán có bốn hoặc năm trục cán xếp dạng I, L, F, Z... để tạo ra các dạng sản phẩm với các yêu cầu kỹ thuật khác nhau. Các loại thiết bị cán dạng chữ I, L, F,Z Máy dạng chữ L: là loại máy thường được dùng để gia công việc liệu PVC cứng vì ở phía dưới máy có khe tạo hình vật liệu nhằm thuận tiện cho việc tiếp liệu và đứng tiếp liệu ngắn hơn. Cụm trục cán Máy cán 2. Công nghệ phủ: a.Khái quát về công nghệ tráng phủ: Công nghệ phủ: (hay gọi tráng phân lớp) được hiểu là quá trình phủ bọc lớp chất dẻo lên vật liệu cốt dạng tấm mềm dễ uốn (vải, giấy..). Với phương pháp ngày ta thu được loại vật liệu tổ hợp mới. Công nghệ phủ trước hết được sử dụng để tráng bọc lên vải là các tấm đan..Vật liệu của tấm cốt có thể là sợi tơ tự nhiên như: sợi tổng hợp, giấy kim loại, gỗ và chấ dẻo. Chất phủ tráng lên chúng là các chất nhiệt dẻo, nhiệt rắn và cao su..những chất này khi đưa lên phủ trên cốt ở dạng bột nhão hoặc dung dịch, bột hoặc chất nóng chảy có tính tán sắc( tơi mịn). Và khi phủ lên cốt là cố định lớp chất dẻo được thực hiện bằng phản ứng hoá học hoặc quá trình làm nguội. b.Yêu cầu cơ bản của công nghệ phủ Các lớp phủ chất dẻo thường được sử dụng trong kỹ thuật vì ngoài mục đích trang trí bề mặt còn sử dụng trong việc bảo vệ các chi tiết khỏi hiện tượng ăn mòn, mài mòn. Nguyên lý của phương pháp này là bột chất dẻo được phủ rắc đều lên bề mặt được nung nóng của chi tiết, khi đó chất dẻo được nóng chẩy và làm nguội đi để tạo lớp màng mỏng bảo vệ cho bề mặt chi tiết bằng kim loại. Để tạo độ nhám bề mặt với mục đích làm tăng độ bám dính của lớp phủ lên bề mặt kim loại và một số chất dẻo có độ bám dính kém như PVC..thì trước khi phủ cần phải làm sạch lớp bề mặt hoặc phun các chất tạo nền (sơn). Các chất dẻo dùng để phủ phải là các chất tơi, xốp, mịn và có khả năng pha trộn với các chất phụ gia khác nhằm đảm bảo hoàn thiện một số tính chất theo yêu cầu kỹ thuật. Các chất dẻo có thể sử dụng để phủ là các chất bột dẻo tinh thể, chất dẻo vô định hình, và các loại nhựa nhiệt cứng... c.Một số công nghệ phủ lên các chi tiết - Phủ trong tầng giả sôi: là công nghệ được sử dụng rồng rãi và phổ biến nhất. Với công này có thể cho phép ta tiến hành tự động hóa cả quá trình. - Phủ bằng súng phun ngọn lửa: Bột chất dẻo được khí nén thổi qua 1 súng phun, ở đầu ra của súng ngọn lửa gâ sẽ làm nóng chẩy các hạt nhựa và được phun lên bề mặt cầu phủ của sản phẩm. Nhiệt độ ngọn lửa ga tuy ở trên 10000C nhưng bột chất dẻo chỉ ở trong ngọn lử đó với 1 thời lường rất nhỏ nên không xẩy ra hiện tượng cháy hay phân huỷ. Công nghệ này dùng để phủ cho những chi tiết bằng kim loại, phi kim như gỗ, gốm... - Phủ bằng tĩnh điện: Hiện nay phủ bằng tĩnh điện ngày càng được sử dụng nhiều. Phương pháp phủ tĩnh điện được sử dụng để phủ các chất dẻo : nhựa Epoxy, nhựa polieste, polyetylen, poliamid... Bề dày lớp phủ khoảng 300µK. 3. Công nghệ đùn: Phương pháp đùn là phương pháp thu sản phẩm liên tục từ chất dẻo dạng hạt hoặc dạng bột. Trong quá trình đùn: trục vít quay ở trong xilanh 2 trục tròn được nung nóng cố định và trong khe rãnh giữa trục vít và xilanh. Khi đó khối chất dẻo đã được định hướng sẽ được làm nóng chảy, làm nhuyễn và được trục vít vận chuyển lên phía trước, qua khe hở định hình của đầu đùn, sau đó đảy ra ngòai thành sản phẩm. Phương pháp đùn được dùng cho các loại nhựa nóng chảy có độ cứng nhất định, vì khi sản phẩm bắt đầu được định hình trong một thời gian ngắn phải giữ được hình dáng tạo ra nó. - Và người ta thường dùng phương pháp đùn cho các loại nhựa có độ trùng hợp khí lớn hoặc sự phụ trợ thêm của các chất độn. Các chất dẻo có thể gia công đùn. - Các chất dẻo được sử dụng gia công đùn: Tên hoá học Ký hiệu khoa học Nhiệt độ gia công oC Các sản phẩm có thể gia công Cellulo-axetat CA 160 – 200 Các thanh định hình,máng ống Polistirol(bình thường) PS 170 – 210 Màng, màng xốp Copolimer Stirol- butadien SB 170 – 220 Sản phẩm định hinh tấm Akrylnitril butadien-stirol terpolimer ABS 170 – 220 ống, thanh đình hình tấm Polyetilen cao áp PE 130 – 200 ống, tấm, màng cách điện, bọc dây, dây buộc Polyetilen hạ áp PE 140 – 220 ống, tấm, màng, sợi bọc dây điện, dải băng. Polypropilen PP 180 – 260 ống, màng mỏng, tấm sợi, dải băng Polyvinhil chlorid PVC cứng 120 – 200 ống, sản phẩm định hình tấm Các copolimer của Polyvinhil-chlorid PVC 180 – 210 ống, sản phẩm đình hình tấm Polyvinhil-chlorid PVC mềm 150 – 190 ống, sản phẩm định hình, bọc day điện, dây cáp, màng Polymetil-metacyrylic PMMA 160 – 190 Tấm, sản phẩm định hình ống Polycarbonat PC 300 – 340 Tấm, sản phẩm định hình Polyamid PA 260 – 300 ống, bọc dây điện, sợi Polyacetat POM 170 – 200 ống, sản phẩm đinh hình Máy đùn 4. Phương pháp ép phun Gia công vật thể rỗng a.Các khái niệm cơ bản Có nhiều cách tạo hình cho vật thể rỗng: đùn thổi, phun thổi, đúc li tâm, ghép 2 nửa vỏ mà ta có thể chế tạo bằng phương pháp đúc phun, ép, tạo hình.. Phần lớn các vật thể rỗng sản xuất từ phôi liệu được đùn ra với lý do phí tổn ít hơn. Công nghệ vật thể rỗng được hiểu là : người ta tạo hình đoạn ống chất nhiệt dẻo được đùn ra bằng khí nén áp lực cao từ phía trong nó thành sả phẩm cấu thiết. Khâu thổi sản phẩm được tiến hành trong khuôn rỗng 2 nủa sao cho đoạn ống chất dẻo được đùn ra ở trạng thái dẻo móng sẽ tiếp nhận biên dạng của khoan rỗng trong khuôn mẫu, ssau đó được làm nguội. Quá trình gia công vật thể rỗng gồm 2 bước: - Bước đùn ống phôi - Bước tạo hình sản phẩm Hệ thống sản xuất vật thể rỗng 1: Máy đùn; 2: Đầu đùn; 3: Ống; 4: Khuôn thổi 5: Tấm kẹp khuôn; 6: Cụm đóng mở khuôn. b.Vật liệu dùng để gia công các vật thể rỗng Với các sản phẩm được gia công các vật thể rỗng trước tiên phải kể đến Polyetilen (85%), các mặt hàng để đóng gói thực phẩm, vật phẩm để trang điểm thường dược sản xuất từ PVC Các chất nhiệt dẻo còn lại rất ít được dùng để thổi. Các máy đùn sử dụng trong dây chuyền thổi giống như các máy đùn ở phần công nghệ đùn. 5.Công nghệ đúc, đúc thổi và đúc xốp chất dẻo dưới áp lực : a.Đúc dưới áp lực - Vật liệu sử dụng để đúc Trong công nghệ đúc dưới áp lực vật liệu thường dùng ở dạng hạt, và có thể gia công các chất nhựa nhiệt dẻo cũng như nhựa nhiệt cứng. + Nhựa nhiệt dẻo: được gia công ở dạng nguyên hoặc được pha mầu, pha thêm chất phụ gia hoặc tạo thành xốp. Các chất nhựa nhiệt dẻo được sử dụng trong công nghiệp này: Polytirol (PS), Polytilen mềm_cao áp (LDPE), Polytilen cứng_hạ áp (HDPE), Polyvinhil-chlorid (PVC), Polymetil-metarylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polycacetal (POM), Polyetilen-tereftalat (PETF)... + Nhựa nhiệt cứng : trong công nghệ này nhựa nhiệt cứng dưới tác dụng của nhiệt làm mềm ra, sau đó tạo ra cấu trúc lưới, chuyển sang trạng thái không hoà tan, không nóng chẩy. Để phục vụ cho kỹ thuật người ta sử dụng các vật liệu sau: Nhựa Phenolic Nhựa melamin Nhựa polyeste khong no Nhựa epoxi Nhựa silic hữu cơ - Trong công nghệ đúc dưới áp lực người ta sử dụng máy đúc áp lực hoặc khuôn đúc áp lực tuỳ và yêu cầu của sản phẩm + Máy đúc áp lực : được phát triển để sản xuất các sản phẩm tạo hình. Tuy nhiên việc sản xuất chỉ có tính kinh tế khi hoạt động của máy được tự động hoá, vì khi đó nhân lực hoạt đọng cho máy có thể giảm xuống mức thấp nhất. Quá trình đúc phun Nửa khuôn di động; 2. Sản phẩm; 3. Khoan khuôn; 4. Nửa khuôn cố định; 5. Vòi phun; 6. Phần tủ nung; 7. Xi lanh; 8. Trục vít; 9. PhÔu ®Þnh l­îng vËt liÖu Bản vẽ phác khuôn đúc phun 1. Thanh đẩy ; 2,8. Vành định tâm; 3. Tấm đẩy; 4. Mặt phân khuôn; 5. Các ti đẩy; 6. Thanh dẫn hướng; 7. Khoang khuôn; 9. Nửa khuôn tĩnh tại 10. Nửa khuôn đồng; 11. Mặt đế; 12. Bạc dẫn hướng + Khuôn đúc áp lực Khuôn đúc phun áp lực a: Thanh đẩy; b: Tấm đỡ ti đẩy; c: Ti đẩy Phần lớn các khuôn đúc áp lực đều có những chi tiết như nhau bao gồm: Trục dẫn hướng, bạc dẫn hướng, tẫm đỡ, tấm kẹp, tấm đẩy...Các chi tiết này được chế tạo hàng loạt lớn theo kích thước khác nhau, với công nghệ gia công năng suất. Do đó kinh phí so cho các khuôn đúc lắp ghép từ các chi tiết này sẽ nhỏ hơn rất nhiều so với các khuôn thiết kế chế tạo đơn chiếc. a.Đúc thổi - Đúc thổi hay còn gọi thổi phun : là 1 công nghệ phối hợp giữa phun đúc và công nghệ gia công vật thể rỗng. Sự phối hợp này tạo ra khả năng sử dụng các ưu điểm của cả 2 phương pháp này. Với công nghệ thổi phun có thể gia công các sản phẩm mà không có phế liệu, hơn nữa phẩn cổ và phần đáy sản phẩm tránh khỏi các vấn đề liên quan tới mối hàn và bề dày thành sản phẩm sẽ đều hơn. - Quá trình thổi phun được thực hiện bởi máy thổi phun và khuôn phun thổi. + Máy thổi phun : cũng giống như máy đúc, tuy nhiên phải có khuôn chuyên dùng. + Khuôn phun thổi : gồm có 2 nhóm khuôn là khuôn đơn giản và các khuôn có nhiều đầu thổi, tuỳ vào yêu cầu của sản phẩm để sử dụng chúng. b.Đúc phun xốp nhiệt dẻo. Với sự phát triển của chất dẻo nhiệt dẻo có chứa chất tạo xốp đẵ tạo khả năng cho quá trình gia công các sản phẩm đúc phun có kích thước lớn, có trọng lượng riêng nhỏ do kết quả của sự tạo xốp. 6. Công nghệ ép và ép phun: a, Công nghệ ép - Quá trình ép là phương pháp gia công cổ điền mà trong đó vật liệu đã dẻo hoá sơ bộ hoặc đã nung nóng sơ bộ được tạo viên, được định lượng vào khoang khuôn, sau đó ở nhiệt độ đủ xác định sau khi khuôn đóng, đưới áp lực vật liệu ép được tiến hành tạo lưới thành sản phẩm. Sơ đồ chu trình ép sản phẩm - Như vậy sự đóng rắn của chất dẻo nhiệt cứng khác với các chất dẻo nhiệt dẻo là do tác dụng của phản ứng hóc học xẩy ra trong quá trình ép chứ không phải do kết quả của quá trình làm nguội. - Sử dụng vật liệu nhựa nhiết dẻo cho quá trình ép rất hưu hạn. b, Phương pháp ép phun Công nghệ ép phun khác với công nghệ ép thông thường là ở chỗ vật liệu ép không đổ thẳng vào khoang khuôn mà được đổ vào khoang nung riêng, sau khi đến 1 nhiệt độ xác định dưới tác dụng của Pistiong vật liệu được phun vào khoang khuôn kín. Cả 2 phương pháp đều thích hợp cho việc gia công các sản phẩm có kích thước lớn, đặc biệt là bệ dày thành nhỏ. Phương pháp ép phun là phương pháp gia công đúc chất dẻo mà trong đó chất dẻo ở dạng hát được làm nóng chảy ra trong xilanh. Dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ được máy ép dùng áp lực đẩy tới đầu phun và phun và lòng khuôn. Vật liệu sử dụng trong công nghệ ép phun dưới áp lực thường ở dạng hạt. Với phương pháp ép phun thủy lực có thể gia công các chất dẻo nhiệt dẻo cung như nhiệt cứng. Các vật liệu nhựa thường được sử dụng trong phương pháp ép phun: + Polyetylen mềm và Polyetylen cứng (LDPE, HDPE). + Polypropilen (PP). + Polyetylen – tereftalat (PETF). + Polyvinil – metaacrylat (MAPP). + Polyacetal (POM). + Polyamit (PA). + Polycarbonat (PC) ........ Phương pháp ép phun có lợi về mặt kinh tế khi sử dụng nó để sản xuất các sản phẩm định hình với sản lượng lớn. Nhiệt độ gia công ở vào khoảng 150 – 300oC. Ở khoảng nhiệt độ này các chất dẻo chuyển từ trạng thái nóng chảy thuận tiện cho việc dùng. MỤC LỤC Trang 5. Công nghệ đúc, đúc thổi và đúc xốp chất dẻo dưới áp lực 6. Công nghệ ép và ép phun