Đồ án Máy đùn trục vít đơn

ó sử dụng máy đùn trục vít Quy trình sản xuất màng mỏng phẳng 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 25 Hình 12: Dây chuyền sản xuất ống và sản phẩm Quy trình sản xuất sợi Sản phẩm dạng sợi Hình 13: Dây chuyền sản xuất sợi và sản phẩm Quy trình sản xuất tấm Sản phẩm dạng tấm Hình 14: Dây chuyền sản xuất tấm và sản phẩm Nguyên liệu và các chất phụ gia PVC PVC được trùng hợp theo sơ đồ sau: N CH = CH ® (- CH – CH - ) n 2 2 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 % PVC mềm : 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 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%. 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). 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 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. 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) 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. 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. 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 k