Quy trình ép phun nhựa trong suốt

◆Đặc điểm của nhựa trong suốt điển hình

Nhựa trong suốt và đặc tính ép phun của chúng

 

Với những tiến bộ không ngừng trong nghiên cứu và phát triển vật liệu, ngày càng có nhiều vật liệu quang học phù hợp để sản xuất các sản phẩm trong suốt. Lấy ống kính quang học, được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm quang học có yêu cầu chất lượng cao và công nghệ ép phun phức tạp, làm ví dụ, như trong hình, vật liệu ép phun cho ống kính nhựa thông thường thường được chọn vì chi phí thấp, hiệu quả sản xuất cao, độ ổn định cao và độ truyền qua cao. So với nguyên liệu nhựa cho thấu kính nhựa thông thường, các yêu cầu đối với vật liệu ép phun cho thấu kính nhựa quang học hình ảnh thậm chí còn nghiêm ngặt hơn. Nguyên liệu nhựa không chỉ phải có các đặc tính như độ trong suốt cao, tính chất cơ học tốt, độ ổn định cao và khả năng chảy tốt mà việc lựa chọn vật liệu còn phải dựa trên các đặc tính hiệu suất cụ thể như chỉ số khúc xạ.

Các vật liệu ép phun thường được sử dụng để tạo ảnh thấu kính nhựa quang học bao gồm polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) và polyme olefin tuần hoàn (COP). Trong số này, PMMA có độ trong suốt cao-được sử dụng rộng rãi trong quá trình ép phun thấu kính nhựa. PMMA không chỉ được sử dụng trong sản xuất thấu kính nhựa có đường kính lớn-có độ chính xác trung bình-đến{4}}thấp, chẳng hạn như thấu kính ngưng tụ, thấu kính Fresnel, thấu kính chiếu và thấu kính đèn pha ô tô, mà còn trong thấu kính nhựa có độ chính xác cao-, chẳng hạn như thấu kính máy in laze, thấu kính máy ảnh, thấu kính điện thoại di động và thấu kính đầu đọc CD/DVD. PMMA sở hữu độ bền và độ cứng cao cũng như các đặc tính quang học như số Abbe cao và độ lưỡng chiết thấp. Tuy nhiên, PMMA vẫn đặt ra một số thách thức với tư cách là nguyên liệu nhựa cho ống kính quang học. Ví dụ, trong điều kiện ẩm ướt, khả năng hấp thụ nước của PMMA gây ra những thay đổi về chỉ số khúc xạ của thấu kính nhựa, dẫn đến sự giãn nở thể tích và thay đổi kích thước cấu trúc tổng thể. Hơn nữa, nhiệt độ chuyển thủy tinh của PMMA là 100 độ và khả năng chịu nhiệt của thấu kính nhựa tương đối kém, điều này hạn chế đáng kể phạm vi ứng dụng của PMMA.

 

Polycarbonate (PC) là vật liệu quang học thường được sử dụng, được sử dụng rộng rãi trong thấu kính đèn pha ô tô, thấu kính khuếch tán chùm tia- và các thấu kính quang học khác. PC sở hữu độ trong suốt cao, khả năng chịu nhiệt, độ bền cao, chỉ số khúc xạ cao và được coi là một trong những vật liệu nhựa có độ bền va đập tốt nhất. Tuy nhiên, ống kính PC vẫn có những hạn chế đáng kể. Ví dụ, hệ số quang đàn hồi của thấu kính PC cao hơn nhiều lần so với PMMA, dẫn đến hiệu ứng lưỡng chiết rõ rệt ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng hình ảnh quang học của thấu kính nhựa. Hơn nữa, chất liệu PC có độ co ngót lớn khiến tròng kính nhựa rất dễ bị biến dạng, mức độ biến dạng lớn hơn PMMA.

 

Các polyme olefin tuần hoàn (COP) là các polyme hình vòng-được tổng hợp bằng cách sử dụng các olefin tuần hoàn làm monome. COP có độ trong suốt cao, độ hút ẩm thấp, độ lưỡng chiết thấp và khả năng xử lý tốt. Hơn nữa, COP thể hiện sự ổn định môi trường tuyệt vời, không thay đổi cấu trúc ngay cả khi hấp thụ độ ẩm và thường được sử dụng thay thế cho PMMA trong nhựa. Tuy nhiên, COP cực kỳ đắt tiền, đắt hơn khoảng mười lần so với PMMA. Sử dụng COP làm vật liệu ép phun làm tăng đáng kể chi phí sản xuất ống kính nhựa.

Nhìn chung, ống kính làm bằng PC có khả năng lưỡng chiết đáng kể, gây khó khăn cho việc đảm bảo chất lượng hình ảnh. COP và PMMA mang lại những lợi thế vô song về tính chất cơ học và độ ổn định cấu trúc. Tuy nhiên, COP cực kỳ tốn kém, làm tăng chi phí sản xuất và vi phạm các nguyên tắc kinh tế. Mặt khác, PMMA tương đối rẻ và có nguồn cung thị trường lớn, khiến nó phù hợp để sản xuất thấu kính nhựa quang học tạo ảnh-chi phí thấp,{4}}hiệu quả cao. Hơn nữa, đặc tính dòng chảy nóng chảy của PMMA có thể được tăng cường bằng cách thay đổi các thông số quy trình ép phun, cho phép sao chép chính xác hình thái bề mặt của khuôn ép phun.

Công nghệ ép phun nhựa trong suốt

 

Bởi vìnhựa trong suốtđòi hỏi độ truyền ánh sáng cao, chất lượng bề mặt của sản phẩm nhựa phải được kiểm soát chặt chẽ. Các khuyết điểm như vết thâm, lỗ chân lông, làm trắng, mờ, đốm đen, đổi màu và độ bóng kém là không thể chấp nhận được. Do đó, toàn bộ quá trình ép phun đòi hỏi sự chú ý tỉ mỉ và các yêu cầu nghiêm ngặt, thậm chí chuyên biệt đối với nguyên liệu thô, thiết bị, khuôn mẫu và thậm chí cả thiết kế sản phẩm.

Thứ hai, do nhiệt độ nóng chảy cao và khả năng chảy kém của nhựa trong suốt nên việc điều chỉnh tinh tế các thông số quy trình như nhiệt độ máy, áp suất phun và tốc độ phun thường là cần thiết để đảm bảo chất lượng bề mặt. Điều này đảm bảo khuôn được lấp đầy hoàn toàn mà không tạo ra ứng suất bên trong có thể dẫn đến biến dạng và nứt sản phẩm. Phần sau đây phân tích những cân nhắc chính liên quan đến việc chuẩn bị nguyên liệu thô, các yêu cầu về thiết bị và khuôn mẫu, quy trình ép phun và xử lý nguyên liệu thô.

Các điểm kỹ thuật chính trước khi ép phun

Chuẩn bị và sấy khô nguyên liệu

Vì ngay cả tạp chất nhỏ nhất trong nhựa cũng có thể ảnh hưởng đến độ trong suốt của sản phẩm nên điều quan trọng là phải duy trì niêm phong kín trong quá trình bảo quản, vận chuyển và cho ăn để đảm bảo nguyên liệu thô hoàn toàn sạch sẽ. Đặc biệt, sự hiện diện của hơi ẩm trong nguyên liệu thô có thể gây hư hỏng khi đun nóng, vì vậy việc sấy khô kỹ lưỡng là điều cần thiết. Trong quá trình ép phun phải sử dụng phễu sấy để cấp liệu. Điều quan trọng cần lưu ý là không khí được đưa vào trong quá trình sấy khô lý tưởng nhất là phải được lọc và hút ẩm để tránh ô nhiễm nguyên liệu thô.

Vệ sinh thùng, vít và phụ kiện

 

Để ngăn ngừa ô nhiễm nguyên liệu thô và tích tụ vật liệu cũ hoặc tạp chất trong vít và các phụ kiện của nó, cần đặc biệt chú ý đến việc ngăn chặn việc lưu giữ vật liệu cũ có độ ổn định nhiệt kém. Trước và sau khi sử dụng, máy ép phun phải được làm sạch hoàn toàn bằng máy làm sạch trục vít để đảm bảo tất cả các bộ phận phun không có tạp chất. Nếu không có dụng cụ làm sạch vít, có thể sử dụng nhựa PE hoặc PS để làm sạch vít. Trong thời gian ngừng hoạt động tạm thời, để ngăn ngừa sự xuống cấp do nguyên liệu thô tiếp xúc kéo dài với nhiệt độ cao, nên hạ nhiệt độ máy sấy và thùng. Nếu sản xuất PC, PMMA hoặc các loại nhựa khác, nhiệt độ thùng phải giảm xuống dưới 160 độ. Hơn nữa, khi sử dụng PC làm nguyên liệu thô, nhiệt độ sấy phễu phải giảm xuống dưới 100 độ.

Các vấn đề cần quan tâm trong thiết kế khuôn mẫu (bao gồm cả thiết kế sản phẩm)

Để ngăn chặn việc đúc nhựa kém, khuyết tật bề mặt và hư hỏng do phản xạ kém hoặc làm mát không đồng đều, các điểm sau thường phải được xem xét trong quá trình thiết kế khuôn.

Các vấn đề cần xem xét trong quy trình ép phun (Bao gồm các yêu cầu về máy ép phun)

Các vấn đề khác

 

Để ngăn chặn sự suy giảm chất lượng bề mặt, nên sử dụng ít chất tách khuôn trong quá trình ép phun; lượng vật liệu tái chế không được vượt quá 20%. Ngoại trừ PET, tất cả các sản phẩm đều phải trải qua quá trình-xử lý sau để giảm bớt căng thẳng bên trong. PMMA nên được sấy khô trong không khí nóng tuần hoàn ở 70–80 độ trong 4 giờ; PC nên được làm nóng trong không khí sạch, glycerin, parafin lỏng, v.v., ở nhiệt độ 110–135 độ trong một thời gian tùy theo sản phẩm, đôi khi cần hơn 10 giờ. PET phải trải qua quá trình kéo giãn hai trục để đạt được tính chất cơ học tốt.