Nhựa nhiệt dẻoNguyên vật liệu- Đặc điểm và tính chất,Vật liệu nhựa nhiệt dẻo được chia thành hai loại chính dựa trên khả năng chịu nhiệt và đặc tính của chúng: nhựa nhiệt dẻo-chịu nhiệt và nhựa nhiệt dẻo-có mục đích chung.
Các loại và tính chất của nhựa:
△Sự thay đổi nhiệt động của nhựa
Nhựa nhiệt dẻo chịu nhiệt-có thể được đúc thành các bộ phận bằng nhựa có hình dạng-cố định ở nhiệt độ cao và duy trì hình dạng cố định sau khi nguội. Nếu được làm nóng lại, chúng có thể mềm và chảy ra, đồng thời được đúc lại thành các bộ phận bằng nhựa có hình dạng- cố định thông qua quá trình xử lý lặp đi lặp lại - điều này có thể đảo ngược. Vì vật liệu nhựa nhiệt dẻo không trải qua những thay đổi hóa học cơ bản trong quá trình đúc khuôn nên vật liệu phế liệu có thể được tái chế và tái sử dụng, được gọi là "vật liệu thứ cấp" hoặc "nghiền lại".
Nhựa nhiệt dẻo trải qua những thay đổi vật lý trong quá trình đúc, nghĩa là chúng không thể thay đổi trạng thái ban đầu khi đun nóng nhưng vẫn ở trạng thái vô định hình và không thể chảy sau khi làm nguội. Do đó, vật liệu nhựa nhiệt dẻo không thể được nung nóng và đúc lại nhiều lần, do đó phế liệu từ vật liệu nhựa nhiệt dẻo thường không thể tái sử dụng được.
Cuốn sách này chủ yếu thảo luận về "nhựa" - ngoại trừ cao su, cũng là một vật liệu nhựa nhiệt dẻo.
So với các quy trình đúc nhựa, mặc dù ép phun có nhiều khả năng và ưu điểm độc đáo khác nhau nhưng nó cũng có một số khuyết điểm và khuyết điểm cố hữu. Hiểu các đặc tính đúc chính của ép phun nhựa là điều kiện tiên quyết và đảm bảo cho việc thiết kế khuôn chính xác và cải thiện chất lượng của các bộ phận đúc.
(1) Co ngót
Liệu các bộ phận bằng nhựa có thể duy trì sự ổn định về kích thước trong điều kiện nhiệt độ bình thường khi được đúc từ khoang khuôn và làm nguội đến nhiệt độ phòng hay không, kích thước sẽ nhỏ hơn một chút so với khoang khuôn ban đầu. Đặc tính này được gọi là độ co ngót, có thể được bù đắp thông qua việc kiểm soát nhiệt độ đúc.
Sự co ngót này không chỉ do sự giãn nở và co lại nhiệt của nhựa mà còn liên quan đến các điều kiện quá trình đúc khác nhau và các yếu tố thiết kế khuôn. Sau khi nhựa được làm nguội, tốc độ co ngót của bộ phận là độ co ngót của khuôn, có thể giảm hoặc cải thiện thông qua việc điều chỉnh các thông số quy trình hoặc những thay đổi nhỏ về kích thước khoang khuôn.
Các bộ phận bằng nhựa trải qua quá trình co ngót thứ cấp trong một khoảng thời gian sau khi đúc, còn được gọi là độ co ngót sau{0}}đúc,trong khi vẫn duy trì các điều kiện đúc giống nhau:
① Độ co ngót của các bộ phận nhựa không đồng đều. Do tốc độ co ngót của nhựa thay đổi theo điều kiện vật lý và hóa học ở các bộ phận bên trong khác nhau nên tốc độ co ngót của các bộ phận nhựa sau khi làm nguội đến nhiệt độ phòng có kích thước khác nhau và không hoàn toàn đồng đều. Do đó, cần có những hạn chế nhất định về độ chính xác kích thước đúc của các bộ phận bằng nhựa và độ chính xác phải được cải thiện một cách thích hợp thông qua thiết kế khuôn.
② Độ co ngót sau{0}}của các bộ phận bằng nhựa. Trong quá trình đúc, do các ứng suất bên trong khác nhau, phản ứng hóa học và các ngoại lực khác nhau - chủ yếu là áp suất đúc -, phần nhựa tiếp tục tồn tại sau khi đúc với ứng suất dư. Sau khi đúc, do các hiệu ứng ứng suất dư khác nhau, kích thước các bộ phận bằng nhựa tiếp tục thay đổi một chút sau khi sản xuất. Nói chung, hầu hết các bộ phận đúc đều ổn định trong vòng 10 giờ sau khi đúc và về cơ bản ổn định sau 24 giờ, nhưng phải mất hơn 10 ngày để chúng ổn định hoàn toàn.Chú ý và có biện pháp tạo khuôn tương ứnglà chìa khóa để kiểm soát độ co rút sau{0}}đúc.
Để ổn định kích thước cuối cùng của các bộ phận nhựa sau khi đúc, đôi khi cần phải xử lý nhiệt sau khi đúc. Xử lý nhiệt cho phép nhựa nhiệt dẻo được duy trì ở nhiệt độ nhất định gây mềm; loại bỏ các lực bên ngoài lên độ co ngót của khuôn cho phép xảy ra sự bù bên trong thích hợp sau khi đúc, điều này có thể làm giảm kích thước của bộ phận đúc ở nhiệt độ đúc cao hơn.
③ Sự co ngót theo hướng của các bộ phận bằng nhựa. Trong quá trình đúc, hiệu ứng định hướng của các polyme dọc theo hướng dòng chảy dẫn đến tính dị hướng trong phần nhựa. Độ co của bộ phận chắc chắn sẽ khác nhau tùy thuộc vào hướng của dòng vật liệu: nói chung, độ co lớn hơn và cường độ cao hơn dọc theo hướng dòng vật liệu, trong khi độ co nhỏ hơn và cường độ thấp hơn theo hướng vuông góc với dòng vật liệu. Đồng thời, do sự phân bổ và mật độ chất phụ gia không đồng đều ở các phần khác nhau của bộ phận nhựa nên độ co ngót cũng không đồng đều dẫn đến độ co ngót khác nhau khiến bộ phận nhựa dễ bị cong vênh, biến dạng, thậm chí là nứt.
(2) Tính lưu động
Trong quá trình đúc, khả năng nhựa lấp đầy khoang khuôn dưới nhiệt độ và áp suất nhất định được gọi là tính lưu động của nhựa. Đây là một chỉ báo kỹ thuật toàn diện duy nhất cho quá trình ép phun. Trong quá trình đúc, cần chú ý đến kích thước của khoang khuôn và các thông số liên quan của nó. Khi áp suất đúc quá lớn hoặc quá nhỏ, cũng cần xem xét ảnh hưởng của tính lưu động.
Kích thước của tính lưu động có mối quan hệ đáng kể với cấu trúc phân tử của nhựa. Nhựa có cấu trúc phân tử tuyến tính hoặc trọng lượng phân tử thấp hơn sẽ ít cản trở dòng chảy phân tử hơn, dẫn đến tính lưu động cao hơn. Khi thêm chất độn vào nhựa, độ lỏng tăng lên khi hàm lượng chất độn cao hơn. Ảnh hưởng của các yếu tố thiết kế khác nhau và điều kiện quá trình đúc đến tính lưu động của nhựa cũng có thể áp dụng cho tính lưu động của các hợp chất polymer.
Tính lưu động của nhựa không phải là một giá trị bất biến và thiết kế khuôn có thể điều chỉnh nó ở mức độ lớn. Nếu tính lưu động của nhựa tốt, điều đó không nhất thiết có nghĩa là mọi khía cạnh của quá trình ép phun đều trơn tru và đạt yêu cầu. Ngược lại, nếu tính lưu động kém, nó có thể được cải thiện bằng cách tăng nhiệt độ hoặc áp suất ép phun. Tuy nhiên, nếu tính lưu động quá lớn, nó có thể dễ dàng gây ra các khuyết tật như chập chờn trong quá trình sản xuất các bộ phận bằng nhựa. Vì vậy, trong quá trình đúc, việc sử dụng vật liệu nhựa nên xem xét tất cả các yếu tố ảnh hưởng và lựa chọn toàn diện loại nhựa phù hợp. Chỉ khi đó chất lượng mới được đảm bảo và các thông số quá trình đúc cũng như thiết kế khuôn được lựa chọn phù hợp, cuối cùng đạt được mục đích kiểm soát và nâng cao chất lượng.
Theo tính lưu loát của nhựa thông thường trong yêu cầu thiết kế khuôn, việc phân loại tính lưu loát của ép phun nhựa nhiệt dẻo thường có thể được chia thành ba loại:
① Nhựa có tính lưu động tốt: như nylon, polyethylene, polypropylene, polystyrene, acrylic, cellulose acetate butyrate và polyoxymethylene.
② Nhựa có tính lưu động trung bình: chẳng hạn như polystyrene biến tính, ABS, AS, polyformaldehyde, chất đồng trùng hợp vinyl clorua và polytetrafluoroethylene.
③ Nhựa có tính lưu động kém: chẳng hạn như polycarbonate, polyvinyl clorua cứng, polysulfone, polyimide, polyester thơm và nhựa fluoroplastic.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tính lưu loát của nhựa ép phun là:
① Nhiệt độ nhựa. Khi nhiệt độ nhựa cao, tính lưu động tăng tương ứng với nhiệt độ của các loại nhựa khác nhau. Ví dụ, polystyrene, polypropylen, polyamit, polyoxymetylen, polystyren biến tính, xenlulo axetat và ABS có sự phụ thuộc nhiệt độ rất nhạy cảm vào tính lưu động; đối với polyvinyl clorua, polyformaldehyde và polymethyl methacrylate, tác động của sự thay đổi nhiệt độ đến tính lưu động là tương đối nhỏ.
② Áp suất phun. Việc tăng áp suất phun có thể vượt qua lực cản do dòng chảy nóng chảy tạo ra và tương ứng làm tăng tốc độ làm đầy nóng chảy, tạo thành tính lưu động lớn hơn.
③ Kết cấu khuôn. Chẳng hạn như hình dạng của hệ thống cổng, vị trí và kích thước cổng, hình dạng khoang, hệ thống xả, nhiệt độ khuôn, độ dày thành của các bộ phận bằng nhựa và sự hiện diện của các hạt dao, số lượng và vị trí của các hạt dao - tất cả đều ảnh hưởng trực tiếp đến tình trạng làm đầy thực tế trong khoang khuôn và có tác động đáng kể đến tính lưu động của nhựa.
(3) Độ nhạy nhiệt
Độ nhớt của một số loại nhựa thay đổi theo nhiệt độ trong quá trình đúc ở nhiệt độ thấp hơn và nhựa vẫn tương đối ổn định. Tuy nhiên, khi nhiệt độ được duy trì ở nhiệt độ đúc cao hơn trong thời gian dài hoặc diện tích mặt cắt ngang của đường dẫn dòng chảy quá nhỏ hoặc tốc độ cắt quá cao thì các hiện tượng như đổi màu, suy thoái và phân hủy có thể xảy ra do tác động cắt tăng lên. Nhựa có đặc tính này được gọi là nhựa-nhạy nhiệt. Chẳng hạn như PVC cứng, polyvinyl clorua, polyformaldehyde, polyfluoroethylene và fluoroplastic. Nhựa nhạy cảm với nhiệt-phân hủy và giải phóng khí trong quá trình phân hủy, làm ăn mòn khuôn và ảnh hưởng đến hình thức bên ngoài của các bộ phận bằng nhựa. Hơn nữa, tính chất vật lý và cơ học của chúng cũng xấu đi.
Khi nhựa-nhạy cảm với nhiệt trải qua quá trình phân hủy hoặc phân hủy do nhiệt-gây ra trong quá trình nung nóng, nhiều sản phẩm phân hủy khác nhau sẽ được tạo ra, một số trong đó có hại cho cơ thể con người. Khuôn mẫu và thiết bị phải được giữ sạch sẽ. Các tạp chất hoặc bụi bẩn có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ và dẫn đến suy thoái vật liệu.
Các tác nhân và chất phụ gia có thể ngăn chặn sự phân hủy thêm. Ví dụ, thêm chất ổn định nhiệt vào PVC cứng có thể cải thiện hiệu quả phân hủy của nó.
Khi nhựa nhạy cảm với nhiệt-được đúc trong điều kiện quá nóng hoặc xảy ra sự phân hủy, phải thực hiện một số biện pháp trong quá trình thiết kế khuôn. Có thể thêm chất ổn định nhiệt vào vật liệu hoặc có thể sử dụng thiết bị phù hợp (máy phun loại trục vít). Phải duy trì kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ đúc, nhiệt độ thùng, thời gian gia nhiệt, tốc độ quay trục vít và áp suất; và cần thực hiện các biện pháp như ngăn chặn việc lưu giữ nguyên liệu, ngăn ngừa ô nhiễm thiết bị, nấm mốc.
(4) Độ nhạy ẩm
Độ nhạy ẩm của nhựa đề cập đến độ nhạy cảm với sự phân hủy độ ẩm ở nhiệt độ cao và áp suất cao, chẳng hạn như polycarbonate, một loại nhựa-nhạy cảm với độ ẩm điển hình. Ngay cả khi nó chứa một lượng nhỏ độ ẩm, nó sẽ bị phân hủy ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Do đó, nhựa nhạy cảm với độ ẩm-phải được kiểm soát chặt chẽ về độ ẩm trước khi đúc và phải trải qua quá trình xử lý sấy khô.
(5) Độ hút ẩm
Độ hút ẩm đề cập đến ái lực của nhựa với độ ẩm. Dựa vào đó, nhựa có thể được chia thành hai loại: một là nhựa có đặc tính hút nước hoặc bám dính, chẳng hạn như polyamit, polycarbonate, polyester, ABS, v.v.; loại còn lại là nhựa không hấp thụ nước cũng như không bám ẩm, chẳng hạn như polystyrene, polypropylen và polyetylen.
Đối với nhựa có xu hướng hút nước, nếu độ ẩm trước khi đúc không được loại bỏ và vượt quá một giới hạn nhất định thì trong quá trình đúc, hơi ẩm sẽ chuyển thành khí và khiến nhựa bị phân hủy, dẫn đến khả năng chảy của nhựa đúc giảm, khó đúc, chất lượng bề mặt và tính chất cơ học của các bộ phận nhựa bị suy giảm. Vì vậy, để đảm bảo tiến độ và chất lượng quá trình đúc diễn ra suôn sẻ, đối với những loại nhựa có độ hút ẩm và bám ẩm lớn thì phải loại bỏ hơi ẩm trước khi tiến hành đúc và xử lý sấy. Cũng phải chú ý đến việc cài đặt thích hợp nhiệt độ thùng và hệ thống sưởi bên ngoài của máy ép phun.
(6) Khả năng tương thích
Khả năng tương thích đề cập đến khả năng của hai hoặc nhiều loại nhựa khác nhau không trải qua quá trình phân tách pha ở trạng thái nóng chảy.
Nếu hai loại nhựa không tương thích, sự phân tách pha sẽ xảy ra trong quá trình nóng chảy và đúc khuôn, dẫn đến hiện tượng phân tách, bong tróc và khuyết tật bề mặt. Tính không tương thích của nhựa có liên quan đến cấu trúc phân tử của chúng. Các cấu trúc phân tử tương tự hoặc dễ tương thích với nhau thì tương thích, chẳng hạn như polyetylen-áp suất cao và polyetylen-áp suất thấp, polypropylen trộn lẫn với nhau; cấu trúc phân tử khác nhau rất khó tương thích, chẳng hạn như hỗn hợp polyetylen và polystyrene. Khả năng tương thích của nhựa cũng thường được gọi là khả năng trộn lẫn. Hiểu được đặc tính này của nhựa có thể giúp xác định tính tương thích của các nguyên liệu thô tương tự hoặc phổ biến, đây là một trong những cách quan trọng để cải thiện hiệu suất của nhựa.