Tài liệu Máy đùn trục vít đơn (thuyết minh)

Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghiệp hoá hiện nay các sản phẩm công nghiệp đã gắn liền với nhu cầu cuộc sống của con người. Sản phẩm từ công nghiệp mang lại cho đời sống vật chất phong phú hơn, tạo cho cuộc sống tiện nghi hơn. Tùy thuộc vào nhu cầu cần sử dụng mà các loại sản phẩm khác nhau được ra đời. Từ xưa tới nay, nhựa và các sản phẩm của nó đã đóng một vai trò hết sức quan trọng trong lĩnh vực kinh tế quốc dân và sự phát triển của con người. Nhựa cung cấp đồ dùng trong sinh hoạt hằng ngày và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Nhựa cũng được sử dụng rộng rãi làm đồ chơi trẻ em, vỏ máy tivi, tủ lạnh, ống nước, cáp điện… Trước kia sản xuất nhựa chủ yếu bằng thủ công. Nhưng do nhu cầu của con người ngày càng cao cả về chất lẫn về lượng. Cho nên đòi hỏi con người không ngừng cải tiến thiết bị, phương pháp tiến hành để đem lại hiệu quả cho sản phẩm nhựa là cao nhất. Do đó, công nghệ đùn ra đời. Công nghệ đùn đã đem lại nhiều ứng dụng để sản xuất các loại sản phẩm nhựa, đặc biệt trong đó là công nghệ đùn trục vít đem lại sự phát triển cao cho các ngành công nghiệp. Máy đùn trục vít là một loại máy gia nhiệt làm chảy lỏng nhựa rắn thành dung dịch chảy nhớt và nhựa lỏng được định hình, làm lạnh trong khuôn tạo thành nhiều sản phẩm khác nhau. Vì vậy, máy đùn là một loại thiết bị không thể thiếu trong lĩnh vực sản xuất các mặt hàng từ nhựa trong công nghiệp để phục vụ cho cuộc sống con người. Trong phần đề tài này, nhóm chúng em xin được giới thiệu về “Máy đùn trục vít đơn”. Qua quá trình tìm hiểu qua sách vở, tài liệu tham khảo, trao đổi ý kiến của bạn bè, do kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, nhóm em mong được sự góp ý và chỉ bảo của thầy để nhóm em có thể hoàn thành tốt bài đề tài của mình. Trang 1 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ LỜI CÁM ƠN Qua thời gian học tập tại trường, chúng em đã được trang bị những kiến thức cơ bản về công nghệ hoá học và qua bài báo cáo chuyên ngành này đã giúp chúng em hiểu và nắm bắt sâu hơn thực tế sản xuất. Chúng em rất vui mừng khi được thầy Trần Thanh Đại giới thiệu vào tham quan tìm hiểu tại Công ty Cổ Phần Nhựa Xây Dựng Đồng Nai, một đơn vị có uy tín chất lượng từ khi thành lập đến nay vẫn đang sản xuất ra các mặt hàng về nhựa cung cấp cho ngành xây dựng. Những kiến thức mà chúng em đã tìm hiểu và tiếp thu trong thời gian qua là những kiến thức vô cùng quý báu và chúng em tin rằng nó sẽ là nguồn động lực vững chắc cho chúng em trên con đường sự nghiệp sau này. Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đã tận tâm giảng dạy trong suốt thời gian học tập, giúp chúng em có thêm kiến thức để đi vào thực tiễn cuộc sống. Chúng em chân thành cảm ơn thầy Trần Thanh Đại đã nhiệt tình hướng dẫn để chúng em hoàn thành bài báo cáo này. Xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo và toàn thể công nhân viên trong công ty vì đã bỏ nhiều thời gian để hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi và giảng giải tỉ mỉ cho chúng em về công nghệ sản xuất, cung cấp tài liệu để chúng em hoàn thành bài báo cáo này. Do lượng kiến thức còn hạn chế, bắt đầu được tiếp xúc với thực tế và thời gian tìm hiểu không nhiều nên bài báo cáo này không tránh khỏi những thiếu sót. Nên chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và sự phê bình để chúng em có thể sửa đổi và bổ sung làm cho bài báo cáo này tốt hơn. Sau cùng, chúng em xin kính chúc quý thầy cô trường ĐH Công Nghiệp TP.HCM nói chung và thầy cô Trung Tâm Công Nghệ Hóa nói riêng dồi dào sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong sự nghiệp trồng người. Kính chúc quý Công ty ngày càng phát triển, đời sống cán bộ công nhân viên ngày càng được nâng cao để góp phần xây dựng đất nước ngày càng giàu mạnh. Biên Hòa, Tháng 4/2008. Nhóm Sinh Viên Thực Hiện. Trang 2 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) .………………………………...…………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… .…………………………. . . . . .…………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… .…………………………. . . . . .…………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… .…………………………. . . . . .…………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Trang 3 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện hoặc bộ môn) ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Trang 4 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ MỤC LỤC Trang 5 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH Hình 1. Cấu tạo cơ bản của máy đùn trục vít .........................................................................9 Hình 2: Quạt làm mát xylanh ............................................................................................... 10 Hình 3.1: Trục vít phân thành ba vùng ................................................................................. 11 Hình 3.2: Trục vít có độ sâu rãnh giảm dần ......................................................................... 11 Hình 3.3. Các thông số của trục vít ...................................................................................... 12 Hình 3.4 : Trục vít có hai đường răng .................................................................................. 13 Hình 3.5 : Trục vít có trang bị nhân tố nhào trộn ................................................................. 13 Hình 4 : Các loại phễu cấp liệu ............................................................................................ 14 Hình 5 : Hiện tượng trương phồng của sản phẩm ................................................................ 17 Hình 6 : Trục cao su dùng kéo sản phẩm ............................................................................. 19 Hình 7: Máy đùn trục vít đơn ............................................................................................... 21 Hình 8: Máy đùn trục vít đôi ................................................................................................ 22 Hình 9: Máy đùn trục trục hành tinh .................................................................................... 22 Hình 10: Máy nhựa RAM ........................................................................................................ 23 Hình 11: Dây chuyền sản xuất màng mỏng phẳng và sản phẩm .......................................... 24 Hình 12: Dây chuyền sản xuất ống và sản phẩm .................................................................. 25 Hình 13: Dây chuyền sản xuất sợi và sản phẩm ................................................................... 26 Hình 14: Dây chuyền sản xuất tấm và sản phẩm .................................................................. 27 Hình 15: Sơ đồ lắp ráp máy .................................................................................................. 48 Hình 16: Mô hình máy đùn .................................................................................................. 48 Hình 17: Hình cắt trục vít và xylanh .................................................................................... 49 Hình 18: Chi tiết trục vít....................................................................................................... 49 Hình 19: Sản phẩm của máy đùn trong tự động hóa sản xuất .............................................. 55 Bảng tóm tắt các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của PE..................................................... 41 Bảng chiết tính giá thành chế tạo ......................................................................................... 51 Trang 6 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT PVC: PolyVinylClorua. PE: PolyEthylen. PP: PolyPropylen. LDPE: Lowdensitypolyethylene. LLDPE: Linearlowdensitypolythylene. HDPE: Highdesitypolyethylene. MI : Chỉ số chảy. DOP: Dioctylphthalate. DOA: DioctylAdipate. DINP: Disonylphthalate. BBP: Butylbenzylphthalate . EBSO: Dầu đậu nành epoxy hóa. AZ: Azodicarbonamide. EPR: Ethylenpropyleneruber. Trang 7 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Tổng quan về máy đùn trục vít Lịch sử phát triển và ứng dụng của máy đùn Nguồn gốc của máy đùn, theo lịch sử có thuyết nói đó là một cây súng nước làm bằng ống tre. Ngày xưa, từ trước đây cả trăm năm những loại mì ống, đất sét, xà bông đã được chế tạo bằng phương thức đùn. Những máy này có thể được gọi là máy đùn kiểu RAM, khác hẳn với máy đùn nhựa ngày nay. Phương thức đùn ra liên tục nhờ vít đùn được khai thác trong thời gian tương đối gần đây, xác lập quyền sáng chế đầu tiên trên thế giới vào năm 1879. Ba năm sau đó, công ty Paul Troester đưa ra thị trường máy đùn cao su trục vít, trong vòng 20 năm kế tiếp đã sản xuất và bán ra 600 máy. Dựa trên kỹ thuật này công ty Paul Troester đã hoàn thành máy đùn nhựa cơ cấu biến tốc xoắn gia nhiệt bằng điện và tự động điều nhiệt vào năm 1939, lần đầu tiên thử nghiệm tạo hình đùn nhựa bằng loại hai ống cứng. Đấy là hình dạng gốc của máy đùn nhựa hiện nay. Máy đùn nhựa là máy gia công các nguyên liệu có tính tạo hình, vì vậy đã phát triển cùng với việc sản xuất chất tổng hợp thời hậu chiến. Đặc biệt các loại nhựa sợi Olefin, sợi Styrene, sợi Polyamid không thể tạo hình được bằng phương pháp Roll Calendar vì vậy máy đùn nhựa cần tồn tại. Hậu thập kỷ 1950, thời kỳ sản xuất số lượng lớn nhờ công nghệ hoá dầu, đánh dấu một thời kỳ mới máy đùn nhựa và kỹ thuật tạo hình tiến bộ vượt bực. Thời gian ấy các kỹ thuật thực dụng hoá đều đùn chữ T dùng trong phạm vi rộng, đùn nhựa nhiều lớp, đùn nhựa Tandem (ghép nối), đùn nhựa hai trục các loại, phương pháp cán tấm hai trục, kỹ thuật đùn nhựa phức hợp… khai thác rất nhiều kỹ thuật khác nhau. Thời kỳ đen tối của tạo hình Plastic trong và sau chiến tranh đã qua đi, năm 1949 hãng NRM (Mĩ), năm 1952 hãng Windsor (Anh) đã đưa kỹ thuật đùn nhựa vào nâng cao kỹ thuật quốc hữu hoá sản xuất, thêm nữa kỹ thuật gia công và máy đùn nhựa của Nhật Bản hiện nay đã vượt qua được biến cố dầu lửa và phát triển, đạt mức hàng đầu trên thế giới. Máy tạo hình nhựa bằng phương pháp đùn theo sự phát triển kỹ thuật bằng những kinh nghiệm như vậy, bên cạnh các máy tạo hình Calendar hiện đại, máy tạo hình phun là ba loại máy tạo hình lớn dùng nhựa tổng hợp. Ngoài ra máy đùn nhựa có nhiều phạm vi lựa chọn vật liệu và chủng loại sản phẩm tạo hình, có khả năng ứng dụng tạo hình từ sản xuất nguyên liệu, nguyên liệu trung gian Trang 8 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ đến các sản phẩm cuối cùng, vì vậy có thể nói nó là máy tiêu thụ nguyên liệu nhiều nhất trong công nghệ sản xuất nhựa. Cấu tạo cơ bản của máy đùn trục vít Hình 1. Cấu tạo cơ bản của máy đùn trục vít Cho biết các bộ phận chính của máy đùn một vít. Thành phần chính của máy là một xylanh làm bằng trụ thép, bên trong có một trục rỗng hay đặc có tạo các rãnh xoắn trên bề mặt. Trục này gọi là trục vít, do vậy máy đùn được gọi là máy đùn trục vít. Cỡ máy đùn thường do kích thước trong của xylanh quyết định và thường được chuẩn hoá theo các số sau: 30, 45, 65, 80, 90, 100, 120, 150, 200mm. Chẳng hạn máy đùn Φ90 nghĩa là đường kính trong của xylanh là 90mm. Năng lượng để làm quay trục vít được cung cấp bởi bộ truyền động có tốc độ thay đổi theo từng bậc (khi thay đổi ở hộp số) hay vô cấp (dùng động cơ có tốc độ thay đổi được). Quá trình đùn như sau: nguyên liệu nhựa được cho vào xylanh qua phễu nạp liệu, được trục vít vận chuyển lên phía trước, trong quá trình vận chuyển nguyên liệu bị ép nén sinh ra nhiệt ma sát kết hợp với nhiệt gia nhiệt từ bên ngoài bị nóng chảy và được ép qua lưới lọc, tấm đỡ lưới lọc và vào đầu khuôn có hình dạng thường là giống với hình dạng sản phẩm. Áp lực nhựa trước khi vào đầu khuôn có thể thay đổi có thể điều chỉnh được bằng cách thay đổi cỡ lưới và số lưới. Sau khi ra khỏi đầu khuôn, nhựa nóng chảy được làm lạnh, định hình cho ra kích thước cuối cùng và cắt thành sản phẩm. Xy lanh Trang 9 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ Xy lanh là một ống thành dày được đặt cố định trên giá đỡ. Hệ thống giá đỡ này phải đảm bảo khi gắn đầu khuôn xylanh không bị cong (khi đầu khuôn quá nặng phải dùng bộ phận đỡ phụ bên ngoài) và bộ phận đỡ xylanh phải đảm bảo xylanh có thể giãn nở được theo chiều dài khi nung nóng và co lại được khi làm nguội. Vật liệu chế tạo xylanh phải có tính bền mài mòn, chống ăn mòn và có độ bền cơ học tốt. Vì vậy phải dùng thép có độ bền cao và bề mặt làm việc thường được thấm Nitơ. Tỷ lệ chiều dài/đường kính trong của xylanh là (L/D) là một đặc tính quan trọng trong xylanh vì nó xác định tỉ lệ giữa bề mặt xylanh dùng để trộn và tạo nhiệt masat (kết hợp với trục vít) và bề mặt xylanh dùng để nhận / thải nhiệt gia nhiệt từ / ra bên ngoài. Chẳng hạn nếu xylanh ngắn thì rõ ràng diện tích để trao đổi nhiệt với bên ngoài giảm đi, còn nhiệt masat gần như không đổi (nhiệt masat phụ thuộc nhiều vào cấu tạo, tốc độ quay của trục vít) nên máy ngắn đòi hỏi nhiệt độ gia nhiệt cao hơn hoặc nếu cần giải nhiệt thì hiệu quả giải nhiệt phải tốt. Tỷ lệ L/D của xylanh được định nghĩa là tỷ lệ giữa chiều dài xylanh ứng với phần trục vít có răng và đường kính trong của xylanh. Tỷ lệ này thường nằm trong khoảng 16/1 – 32/1 nhưng thông thường là các tỷ lệ sau: 20/1, 24/1, 28/1. Xylanh thường được gia nhiệt bằng điện trở quấn ở bên ngoài có công suất nằm trong khoảng 25 – 45 W/in2 (1in = 2.54cm). Khi cần giảm nhiệt độ thì xylanh phải được làm nguội. Tác nhân làm nguội có thể là không khí (dùng quạt gió) hay một chất lỏng tải nhiệt khác (như nước, dầu) trong đó giải nhiệt bằng không khí là phương pháp ưa dùng nhất giá thành lắp đặt thấp, dễ điều khiển. Nước hay dầu chỉ dùng khi cần tốc độ giải nhiệt cao khi bị quá nhiệt. Xylanh Điện trở gia nhiệt Quạt giải nhiệt X y la n h Ð i ? n t r? g ia n h i ? t Q u t? là m mát Hình 2: Quạt làm mát xylanh Bề mặt trong xylanh thường trơn láng, tuy nhiên khi cần tăng năng suất phần ngay dưới phễu bên trong xylanh có thể tạo các rãnh có hình dạng thích hợp thường có đầu vào lớn đầu ra nhỏ. Khi hạt nhựa vào rãnh, nó bị nén lại một phần khi chạy trong rãnh vì vậy năng suất sẽ tăng lên vì tác dụng nén xảy ra ngay ở đoạn đầu xylanh (bình thường đối với xylanh trơn, tác dụng nén do trục vít tạo ra). Trục vít Trang 10 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ Đây là thành phần chính của máy đùn, hình dạng trục vít quyết định tính năng của máy đùn. Có hai dạng trục vít sau đây: V ù n g3 V ù n g1 V ù n g2 Hình 3.1: Trục vít phân thành ba vùng Vít có ba vùng phân biệt rõ rệt, vít này hay gặp trong máy đùn Nylon (PA). Vùng 1: Vùng cấp liệu, răng có độ sâu nhất. Mục đích vùng cấp liệu là để vận chuyển nguyên liệu từ phễu vào các vùng sau của vít. Cần tránh gia nhiệt mạnh vùng này để nguyên liệu không bị dính vào các rãnh vít, khi bị dính nhiều thì nhựa không thể đi vào xylanh được nữa. Vùng 2: Vùng nén có độ sâu răng giảm nhanh. Tại vùng này nguyên liệu bị nén mạnh và nóng chảy, đồng thời chất khí sẽ bị đẩy ngược lại và thoát ra khỏi máy qua phễu hoặc lỗ xylanh có lỗ thoát khí thì khí sẽ thoát ra đường này. Vùng 3: Vùng bơm, có độ sâu răng nông nhất. Tại vùng này nhựa tiếp tục được đồng nhất và tạo áp lực cao để đẩy nhựa nóng chảy vào đầu khuôn. Hình 3.2: Trục vít có độ sâu rãnh giảm dần Vít có độ sâu rãnh giảm dần đều từ đầu vít đến cuối vít. Như vít cho PVC, PE. Vít vẫn có ba chức năng như trên. Chiều dài các vùng phụ thuộc nhiều vào loại nhựa gia công, chúng ta hãy xét chiều dài các vùng này của trục vít cho gia công PE và PA: Nhựa PE có điểm nóng chảy thấp và khoảng nóng chảy rộng. Nhựa PA có điểm nóng chảy cao hơn và khoảng nóng chảy hẹp hơn. Như vậy: Chiều dài vùng 1 của vít PE phải ngắn để nhựa PE không bị nóng chảy trong vùng này, trái lại vùng 1 của vít PA phải dài để có thể cung cấp đủ nhiệt cho nhựa nóng chảy được khi vào vùng 2. Trang 11 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ Chiều dài vùng 2 của vít PE phải dài vì do PE có khoảng nóng chảy rộng, cần phải có thời gian để các phần có khối lượng phân tử cao hay thấp nóng chảy được. Trái lại chiều dài vùng 2 của vít PA ngắn vì nhựa PA nóng chảy rất nhanh khi đạt nhiệt độ nóng chảy. Cũng vì lý do này vùng 3 của vít PA dài hơn để nhựa có thời gian đồng nhất hoàn toàn khi nóng chảy nhanh hơn PE. Qua ví dụ trên có thể thấy được ảnh hưởng của loại nhựa đến cấu tạo trục vít. Chính vì vậy khi gia công các loại nhựa khác nhau thì phải thay đổi trục vít. Tuy nhiên cũng có nhiều loại nhựa có thể sử dụng cùng một trục vít như PE, PP, PS chẳng hạn. Các thông số cấu tạo của một trục vít như sau: e t e t D D h h 2 h2 L 1 h φ 1 L Hình 3.3. Các thông số của trục vít D: đường kính ngoài trục vít L: chiều dài phần trục vít có răng t: bước vít, thông thường t = D φ : góc nghiêng của răng vít, thường φ = 17,5o e : bề rộng răng vít h1 : độ sâu răng vít tại vùng cấp liệu h2: độ sâu răng vít tại vùng bơm liệu Tỷ số nén là tỷ số giữa thể tích một bước vít tại đầu nạp liệu với thể tích một bước vít tại đầu bơm liệu, h1/h2 là tỷ số nén của trục vít, khi trục vít có bước vít không đổi. Tỷ số này phụ thuộc vào loại nhựa (PE, PVC...) dạng vật lý của nguyên liệu (bột hay hạt) và khối lượng của phân tử nhựa. Trục vít cũng có thể có cấu tạo đặc biệt hơn, chẳng hạn tại vùng 2 có hai đường răng để tăng cường quá trình làm nóng chảy: Trang 12 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ Hình 3.4 : Trục vít có hai đường răng Hoặc có thể trang bị thêm nhân tố nhào trộn để làm tăng hiệu quả trộn vì đi qua bộ phận này dòng nhựa bị chảy hỗn loạn: Ð o ? n t r? c v ít c ó t ra n gb ? n h â n t? n h Phần đầu trục vít có trang bị nhân tố nhào trộn à o t r? n (c ó t h ? c ó n h i? u lo ? ic ó h ìn h d ? n g k h á cn h a u ,c ó th ? d ? t? d ? u v íth a y t ro n g v ù n gb o m v à d ? n g lu ? n g ) Hình 3.5 : Trục vít có trang bị nhân tố nhào trộn Giữa xylanh và đỉnh răng vít phải có khe hở bằng khoảng 0,10mm, khe hở này tăng lên khi trục vít bị mòn. Trục vít còn có thể có lõi rỗng để cho nước giải nhiệt vào khi cần giải nhiệt mạnh (trong gia công nguyên liệu sinh nhiệt masat lớn). Lưới lọc và tấm đỡ lưới lọc Mục đích: Lưới lọc tạp chất khỏi khối nhựa nóng chảy, không cho vào đầu khuôn. Tạo ra áp lực ngược để làm tăng hiệu quả trộn và nhựa hoá của vít. Giữ cho dòng nhựa vào đầu khuôn được ổn định. Cấu tạo: Lưới lọc là lưới thép không gỉ có cỡ lưới từ thô (20 – 40mesh) đến mịn (200mesh) khi sử dụng thì sử dụng nhiều lưới kết hợp với nhau để tạo ra hiệu quả cao nhất. Tấm đỡ lưới lọc là một tấm kim loại tròn có khoan nhiều lỗ nhỏ có đường kính 3 – 5mm, có hai mặt được vát để giảm bớt trở lực cục bộ vòng ngoài các lỗ này phải nằm sát với xylanh để loại trừ những vùng chết do nguyên liệu bị ứ đọng và bề mặt phía đặt lưới lọc phải làm lõm. Phễu cấp liệu Nguyên liệu nhựa có hai dạng : Dạng bột : PVC bột Dạng hạt : hạt PP, PE, PET... Việc cấp liệu dạng hạt có ưu điểm là không gây bụi, không gây nghẹt cổ phễu, ít không khí bị kéo vào máy đùn (gây bọt cho sản phẩm), dễ sấy khô khi nguyên liệu cần sấy trước khi đùn. Thường chỉ cần dùng phễu thông thường để cấp nguyên liệu dạng hạt, hạt Trang 13 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ nhựa sẽ đi vào xylanh máy đùn do trọng lực và do tác dụng quay của các răng vít của vùng cấp liệu. Đối với nguyên liệu dạng bột có thể dùng phễu có hút chân không thay cho phễu thường để loại trừ hiện tượng sản phẩm bị bọt khí vì bột chứa nhiều không khí bên trong. Đôi khi việc dùng phễu có hút chân không gặp nhược điểm là cổ phễu có thể bị tắc do không có không khí làm trơn giúp cho việc chảy dễ dàng hơn. Hiện tượng này phụ thuộc vào cỡ hạt và công thức sản xuất. Ngoài ra đối với bột cũng thể dùng việc cấp liệu cưỡng bức như các hình vẽ sau : Phễu cấp liệu Ph?u c?p li?u Vít khu?y Máy m? t vít Vít khuấy Máy một vít Phiễu Vít tải Ph?u Vít t?i Trục vít máy đùn 2 vít Tr?c vít máy dùn hai tr?c vít Hình 4 : Các loại phễu cấp liệu Trong trường hợp dùng phễu thường cấp liệu cho bột khi tạo hạt thì nguyên liệu phải có tính chảy tốt, chẳng hạn bột PVC sau khi trộn phải tơi xốp. Hầu hết các phễu cấp liệu đều trang bị quạt hút để hút nguyên liệu từ bồn chứa vào phễu. Quạt này hoạt động theo chu kỳ để hút nguyên liệu lên từng đợt một cách tự động. Phễu cấp liệu có thể đóng cả vai trò phễu sấy trong trường hợp ẩm bề mặt có thể sục dòng khí nóng từ dưới lên trên vào khối hạt. Các loại nhựa về mặt hấp thụ ẩm có thể chia làm hai loại : Loại không ưa nước : ẩm chỉ bị tích tụ trên bề mặt. Loại ưa nước : ẩm có mặt cả bên trong hạt. Trang 14 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ Ẩm bề mặt có thể loại bằng cách cho một luồng không khí nóng vào khối nguyên liệu. Máy dùng để gia nhiệt không khí thường bao gồm một bộ lọc không khí vào, một quạt, một bộ điện trở điều khiển bằng bộ vi xử lý hoặc các thiết bị điện khác. Với loại nhựa ưa ẩm như PET, người ta hay dùng phương pháp tách ẩm là dùng không khí có điểm sương thấp (điểm sương của không khí là nhiệt độ tại đó ẩm bị ngưng tụ) để sấy và tái sinh không khí (tách ẩm) sau khi sấy bằng chất hấp phụ. Trong máy sấy có chất hấp phụ nước, chất hấp phụ này có các lỗ li ti trên bề mặt. Khi không khí ẩm đi qua chất hấp phụ, nước được giữ lại trên các lỗ li ti và được tách ra ở chu kì tái sinh bằng nhiệt mà không làm thay đổi tính chất nào của chất hấp phụ. Vì vậy chu kỳ sấy có thể lặp lại được liên tục như sau. Không khí sấy được lấy từ bên ngoài do một quạt, qua một bộ lọc, sau đó được gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp và vào ngăn sấy có chứa hạt nhựa chưa sấy. Không khí sau khi sấy tiếp tục đi qua một hệ thống chứa chất hấp phụ ẩm. Tại đây ẩm được tách ra và không khí khô lại được gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp để vào ngăn sấy chứa hạt nhựa, quá trình này xảy ra trong một ngăn riêng, ngăn còn lại đồng thời xảy ra quá trình tái sinh (tách ẩm) khỏi chất hấp phụ. Tại ngăn tái sinh không khí ngoài môi trường được kéo vào trong bằng một quạt khác thông qua một bộ lọc khí (lọc bụi) được gia nhiệt và đưa vào hệ thống chứa chất hấp phụ để tái sinh chất hấp phụ. Sau khi sấy chất hấp phụ, không khí này được kéo ra ngoài môi trường. Tổng thời gian cho một máy sấy thường là 8 giờ trong đó 4 giờ dùng để sấy và 4 giờ để tái sinh chất hấp phụ. Lý do chính của thời gian chu kỳ dài là cần có thời gian để hệ thống chứa chất hấp phụ lặn xuống sau khi chất hấp phụ được tái sinh ở nhiệt độ cao, sau đó quá trình hấp phụ mới xảy ra. Thời gian chu kỳ dài cũng giúp cho tuổi thọ máy sấy cao (ví dụ bộ gia nhiệt cho không khí tái sinh chỉ hoạt động 25% thời gian so với toàn bộ chu kỳ). Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình sấy là : nhiệt độ, điểm sương, lưu lượng của không khí sấy, hàm lượng ẩm ban đầu và cuối cùng cần đạt được của nguyên liệu và dạng hình học của hạt nhựa, trong đó ảnh hưởng của nhiệt độ là quan trọng nhất. Truyền động cho máy đùn Chức năng của bộ truyền động cho máy đùn là làm quay trục vít (khi trục vít quay sẽ tạo ra năng lượng vận chuyển nguyên liệu dọc theo xylanh, tạo ra áp lực để đẩy nhựa nóng chảy ra khỏi đầu khuôn). Bộ truyền động cho máy đùn gồm có : động cơ, hộp số, ổ đỡ cho trục vít : Trang 15 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ Động cơ : thường dùng hai loại động cơ la DC và AC. Động cơ DC có giá thành thấp hơn AC, nhưng có hiệu suất thấp hơn, vận tốc có thể bị giảm khi chịu tải nặng. Ngoài ra các tính năng khác của hai loại này là như nhau. Động cơ DC có thể thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp vào, còn động cơ AC thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi tần số dòng điện. Thông số quan trọng của động cơ là công suất động cơ, công suất động cơ sẽ tăng khi : Tăng năng suất Tăng đường kính xylanh (hay đường kính vít) Tăng chiều dài trục vít Và còn phụ thuộc vào loại nhựa gia công (ví dụ gia công PVC cần động cơ có công suất cao hơn gia công LDPE) và đặc điểm đầu khuôn (cụ thể là trở lực đầu khuôn). Thông số hoạt động quan trọng nhất của động cơ là cường độ dòng điện (đơn vị đo là Ampe). Ampe động cho cho biết tình trạng hoạt động của máy đùn, ví dụ nếu đặt nhiệt độ quá thấp, hoặc khi có vật lạ lọt vào máy thì Ampe máy có thể lên cao. Nếu Ampe quá cao có thể gây cháy động cơ, vì vậy một máy đùn hiện đại thường có trang bị hệ thống bảo vệ tự ngắt dòng khi Ampe quá cao. Hộp giảm tốc Vì động cơ thường có tốc độ từ 1750V/ph – 2000/ph, trong khi đó tốc độ trục vít chỉ từ 15 – 200V/ph nên giữa động cơ và trục vít phải có hộp số. Hộp số cấu tạo chủ yếu gồm các cặp bánh răng ăn khớp với nhau và Puly để gắn với nhau truyền động từ động cơ vào hộp giảm tốc. Thông số quan trọng nhất của động cơ là tỷ số truyền (tỷ số vận tốc đầu vào/ đầu ra), thường tỷ số truyền của hộp số từ 6 : 1 cho đến 12 : 1. Ngoài cách thay đổi tốc độ trục vít bằng cách thay đổi tốc độ động cơ, tốc độ trục vít còn có thể thay đổi bằng cách thay đổi vị trí các cần gạt ở hộp số để thay đổi, lựa chọn các cặp bánh răng truyền động thích hợp. Tốc độ trục vít phụ thuộc chủ yếu vào loại nhựa và cấu tạo đầu khuôn, thường có các vùng vận tốc sau đây : 2 - 35V/ph, 10 – 90V/ph, 15 – 150V/ph. Ví dụ gia công PVC cứng tốc độ trục vít thường thấp hơn gia công LDPE để hạn chế nhiệt masát sinh ra quá mức. Ổ đỡ : tại chân trục vít có gắn một ổ đỡ. Ổ đỡ này phải chịu được lực đẩy từ đầu vít (do áp suất ngược) nên thường là loại ổ đũa đỡ chặn (bi có dạng trụ) khi hoạt động ổ này luôn bị mài mòn, vì vậy phải thường xuyên kiểm tra và có chế độ bôi trơn đúng. Nếu bi quá mòn, có thể làm cho trục vít không quay đồng tâm và có thể chạm vào xylanh gây hư hỏng bề mặt xylanh và trục vít. Trang 16 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ Đầu khuôn Đầu khuôn là bộ phận dùng để tạo hình sơ bộ sản phẩm sao cho gần giống nhất với dạng sản phẩm. Vì vậy có rất nhiều dạng đầu khuôn khác nhau tuỳ theo sản phẩm sản xuất. Đầu khuôn phải đáp ứng các yêu cầu sau : Khi ra khỏi đầu khuôn, vận tốc của dòng nhựa phải như nhau tại mọi vị trí. Rõ ràng tại một vị trí nào đó dòng nhựa có vận tốc cao hơn các vùng lân cận thì chỗ đó sẽ dày hơn và gây hiện tượng nhăn. Còn ngược lại vận tốc chậm hơn thì sẽ bị mỏng. Khi ra khỏi đầu khuôn, nhiệt độ của dòng nhựa cũng phải như nhau tại mọi vị trí. Trong quá trình tạo hình trong đầu khuôn, nhựa bị nén lại (chịu lực nén ép), hình dạng bị thay đổi. Khi ra khỏi đầu khuôn, dòng nhựa sẽ có xu hướng khôi phục lại trạng thái ban đầu. Xu hướng khôi phục này phải như nhau tại mọi vị trí khi nhựa ra khỏi đầu khuôn. Hiện tượng dòng nhựa có xu hướng khôi phục lại hình dạng ban đầu của nó gọi là hiện tượng trương phồng. Phôi đùn sau khi đã bị trương phồng Chiều rộng miệng đầu khuôn: d Phần lối ra nhựa chảy trong hai thành kim loại song song có chiều dài L Hình 5 : hiện tượng trương phồng của sản phẩm Và với kích thước như hình vẽ tỷ số D/d được gọi là độ trương phồng. Một ví dụ thực tế là trong khi sản xuất màng, nếu đặt miệng líp có khe hở là 1,0mm thì chắc chắn độ dày lớp nhựa khi ra khỏi đầu khuôn phải lớn hơn nhiều. Để đạt độ dày cuối cùng của sản phẩm phải kéo mỏng đi nhiều. Nhựa không được bị cháy trong đầu khuôn : Không có những vùng gây ứ đọng nhựa. Có thể đó là những vùng chết (nhựa không ra được khi chảy vào đó) hoặc chất lượng bề mặt kém (bị tróc lớp xi mạ chẳng hạn) gây dính cháy. Thời gian lưu của nhựa trong đầu khuôn phải thích hợp. nếu đầu khuôn chứa được quá nhiều nhựa thì nhựa sau khi đi vào thì lâu ra, tức là thời gian lưu lớn. Tại đầu khuôn thường có nhiệt độ cao, nếu thời gian lưu lớn có thể gây cháy nhựa. Trang 17 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ Độ bóng bề mặt của dòng nhựa khi ra khỏi đầu khuôn phải tốt: nếu như chiều dài L (xem hình vẽ trên) càng lớn thì nhựa càng bóng. Tất nhiên nếu lớp mạ tốt, nhiệt độ nhựa cao thì nhựa cũng bóng trơn. Nói chung độ bóng sẽ không cao và nếu được thì cần công đoạn tạo bóng thêm, như dùng các cục bóng để tiếp nhận và làm lạnh phôi đùn. Kích thước rãnh chảy phải đủ lớn : đôi khi nhựa có thể thể bị lẫn tạp chất, bị dính cháy. Nếu kích thước rãnh chảy quá nhỏ thì khi bị lẫn tạp chất dòng nhựa có thể bị tắc. Để ngăn ngừa hiện tượng này chiều rộng rãnh phải đủ lớn. Trở lực đầu khuôn : không quá nhỏ cũng không quá lớn : Nếu trở lực quá lớn : sẽ gây nặng tải. Từ đó làm giảm tuổi thọ của máy, gây rò rỉ nhựa tại các chỗ nối, tăng nhiệt masát, tăng tốc độ mài mòn trục vít. Nếu áp suất quá thấp sự phân bố độ dày sẽ không đều, độ đồng nhất kém, có thể thấy các vết hàn trên bề mặt sản phẩm. Bảo trì đầu khuôn : đầu khuôn phải dễ tháo lắp, như thế đầu khuôn càng nhỏ gọn càng tốt. Vật liệu làm đầu khuôn thường là thép có xử lý tăng cứng, hoặc thép đã Nitrit hoá (xử lý trong môi trường Amoniac), hoặc thép chịu ăn mòn có hàm lượng Crôm cao (~15%), bên trong đầu khuôn thường được mạ một lớp Crôm dày khoảng 0,025mm. Bộ phận kéo sản phẩm Có hai loại chính : Loại dùng cặp trục kéo, thường dùng một trục phủ cao su, một trục là kim loại, loại này dùng cho màng mềm. Loại dùng cặp trục để kéo phôi đùn Hình 6 : Trục cao su dùng kéo sản phẩm Loại dùng băng chuyển động có hai mặt ép vào sản phẩm, loại này hay dùng cho các sản phẩm cứng. Ví dụ sử dụng hệ thống kéo trong dây chuyền đùn ống. chiều dài băng chuyển động là một yếu tố quan trọng. Vì nếu băng càng dài thì lực ép phân bố càng đều Trang 18 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ và nhỏ thay vì phải dùng lực ép lớn nếu dùng băng ngắn lực ép quá lớn có thể làm biến dạng sản phẩm. Dù có cấu tạo thuộc dạng nào thì hệ thống kéo phải đáp ứng các yêu cầu sau : Phải giữ được sản phẩm ở vận tốc không đổi ở vận tốc thích hợp. Vận tốc này phải ≥ vận tốc nhựa ở đầu khuôn. Nếu vận tốc này < vận tốc nhựa ra khỏi đầu khuôn thì sản phẩm đùn bị trùng và rơi xuống nền do trọng lực của nó. Bộ phận kéo còn có tác dụng kéo mỏng sản phẩm để hạn chế hiện tượng trương phồng của sản phẩm khi ra khỏi đầu khuôn. Kéo là một trong những cách giảm được độ dày của sản phẩm. Làm lạnh Sau khi ra khỏi đầu khuôn nhựa ở trạng thái nóng chảy (lỏng), vì vậy cần phải làm lạnh để định hình sản phẩm. Làm lạnh trực tiếp hay gián tiếp : nếu cho sản phẩm chạy thẳng vào trong nước (ví dụ : ống nước ) thì phương pháp này là làm lạnh trực tiếp. Còn nếu nước hay dầu chạy vào một ống kim loại , bề mặt trục này mới làm lạnh sản phẩm thì gọi là làm lạnh gián tiếp (các sản phẩm dạng tấm, màng mỏng ). Ngoài ra sản phẩm còn dùng không khí là tác nhân làm lạnh trực tiếp. Giá thành : rõ ràng nếu cho sản phẩm chạy thẳng vào trong nước thì chi phí về thiết bị sẽ thấp hơn phương pháp gián tiếp cần sử dụng các trục làm lạnh đắt tiền. Năng suất của máy đùn Khi trục vít quay nếu như không bị trở lực gì cả (tức là không dùng lưới lọc, tấm đỡ lưới, đầu khuôn) và nếu khe hở giữa đỉnh trục vít và xylanh bằng 0, thì dòng nguyên liệu vận chuyển lên phía trước là lớn nhất. Dòng này gọi là dòng dọc trục. Tuy nhiên trên thực tế có một khe hở nhỏ giữa đỉnh răng vít và xylanh nên có một dòng vật liệu rò qua khe hở này. Dòng này gọi là dòng rò. Khi lắp đầu khuôn vào, áp suất trước đầu khuôn sẽ tăng lên và lớn hơn áp suất trong xylanh. Nguyên liệu sẽ tự chảy tại vùng có áp suất cao sang vùng có áp suất thấp, tức là có một dòng nguyên liệu chảy từ đầu vít ra phía chân vít, dẫn đến giảm lưu lượng của máy đùn. Dòng này gọi là dòng áp suất. Năng suất máy đùn như vậy được tính như sau : Năng suất M = dòng dọc trục – dòng áp suất – dòng rò Người ta đã xác định được công thức tính toán sau đây : Dòng dọc trục = 1/2∏2.D2.n.H.sinφ.cosφ Trong đó : Trang 19 Trung tâm CN Hóa học Đồ án chuyên ngành hữu cơ D : đường kính trục vít n : tốc độ quay của trục vít (vòng/phút) H : độ sâu rãnh vít trong vùng bơm và định lượng φ : góc nghiêng của răng vít Dòng áp suất = ∏.D.H3.Psin2φ/12.µ.t Trong đó : P : áp suất trước đỉnh vít t : khoảng cách giữa hai đỉnh răng vít liên tiếp µ : độ nhớt của nhựa tại vùng bơm (không đổi) Dòng rò thường có giá trị nhỏ và được bỏ qua. Như vậy : M = 1/2∏2.D2.n.H.sinφ.cosφ – ∏.D.P.H3.sin2φ/12µ.t Bây giờ nếu đặt : α = 1/2∏2.D2.H.sinφ.cosφ β = 1/2∏.D.H3.sin2φ/12.t Thì công thức trên có thể viết gọn lại là : M = α.n – β.P/µ Rõ ràng α và β là các hằng số chỉ phụ thuộc vào cấu tạo trục vít. Nếu như cấu tạo của trục vít không đổi thì năng suất của máy đùn chỉ phụ thuộc vào : n : tốc độ quay của trục vít, n càng lớn thì M càng lớn. P : khi áp suất trước đầu vít (ví dụ khi giảm nhiệt độ, dùng lưới lọc mịn, dùng đầu khuôn có trở lực lớn) thì năng suất sẽ giảm. Nguyên tắc hoạt động của máy đùn Do có nguồn nhiêt cung cấp lam nóng chảy vật liệu và nhờ chuyên động của trục vít tăng khả năng trộn đồng đều giữa phụ gia và nhưa . Đưa vật liêu vào tới giới han gia công. Vùng phối liệu nhiêt độ rất phức tạp, độ nhớt của vật liệu thay đổi tuỳ theo vân tốc. Trục vít có thêm các cánh phụ thì dòng chay của nhưa trong xy lanh rất phức tap, nhưng có khả năng trộn rất cao, ngay nay đã có loai may đùn ở cuối trục vít có canh phụ hoặc kết câu răng để tăng khả năng lam đồng đều vật liêu. Mức độ hình thanh ap lực trong xy lanh tuỳ thuộc vao cấu trúc của trục vít: bước vít và việc tính toan chiều sâu ranh vít. Ngoai ra áp lực trong xy lanh còn phụ thuộc vào độ lơn của momen quay, mức độ của dòng chay, khe hở giữa trục vít và xy lanh, sức cản của dòng chảy. Trang 20