GIA CÔNG POLYMER - COMPOSITE BẰNG PHƯƠNG PHÁP ÉP NÓNG(SMC)
1. Nguyên lý
Công nghệ gia công polymer – composite bằng phương pháp ép nóng là khá đơn giản. Đầu tiên, nhựa được cho vào phần nửa dưới của khuôn ép (Bottom Plate), khuôn đã được gia nhiệt trước bằng các điện trở đặt bên trong. Tiếp theo, phần nửa trên của khuôn ép (Top Plate) cũng đã được gia nhiệt trước bằng điện trở, di chuyển xuống tiến hành ép nhựa, chuyển nhựa sang dạng chảy nhớt hay chảy mềm, áp suất tiếp tục được duy trì để nhựa nóng chảy điền đầy khuôn (mold cavity), sau đó đối với nhựa nhiệt dẻo sẽ được làm nguội để đóng rắn; còn đối với nhựa nhiệt rắn, phản ứng đóng rắn sẽ xảy ra ở nhiệt độ cao nên không cần làm nguội. Kết thúc quá trình mở khuôn lấy sản phẩm và vệ sinh khuôn.
Trong quá trình gia công, việc tạo hình sản phẩm có thể chia làm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn thành hình:
Dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất, nguyên liệu trong khuôn sẽ chuyển dần từ trạng thái rắn sang trạng thái chảy nhớt và lấp đầy vùng tạo hình của khuôn.
- Giai đoạn định hình:
Để có thể lấy sản phẩm ra khỏi khuôn mà không bị biến dạng và đạt hình dạng sử dụng cuối cùng của sản phẩm, nguyên liệu trong vùng tạo hình phải được chuyển qua trạng thái rắn. Đối với nhựa nhiệt rắn, quá trình chuyển trạng thái này được thực hiện nhờ các phản ứng hoá học xảy ra ở nhiệt độ gia công để tạo thành mạng lưới không gian. Đối với nhựa nhiệt dẻo thì quá trình chuyển trạng thái này xảy ra do quá trình làm nguội đến nhiệt độ dưới Tg của nhựa.
Tuỳ theo nhiệt độ của giai đoạn thành hình, người ta chia phương pháp ép trực tiếp thành 2 loại:
- Ép nóng: Nhiệt độ giai đoạn thành hình cao, thường trong khoảng 120 ÷ 1800C
- Ép nguội: Nhiệt độ giai đoạn thành hình là nhiệt độ thường
Phương pháp ép nóng thích hợp cho gia công nhựa nhiệt rắn vì nhiệt độ cao thuận lợi cho phản ứng đóng rắn xảy ra và khi lấy sản phẩm ra không cần phải làm nguội khuôn. Do đo, rút ngắn được chu kỳ, tiết kiệm được năng lượng.
2. Máy móc – cấu tạo – hoạt động
2.1. Máy ép
.jpg)
Dùng để tạo áp suất cho quá trình ép.Có nhiều loại và hoạt động chủ yếu bằng thuỷ lực, một số ít làm việc theo nguyên tắc cơ học hoặc kết hợp giữa cơ học và thủy lực. Trong đó, loại máy ép thủy lực được dùng nhiều hơn do cơ cấu tạo và vận hành đơn giản.
2.2. Khuôn ép
Có nhiều loại khác nhau và mỗi loại chỉ có thể dùng để ép một số vật liệu nhất định. Việc chọn khuôn phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Hình dạng sản phẩm
+ Tính chất vật liệu
+ Yêu cầu của quy trình công nghệ
Về cơ bản cấu tạo khuôn ép gồm 2 bộ phận chính là:
+ Cối khuôn
+ Chày ép
Ngoài ra còn có những bộ phận phụ như thiết bị gia nhiệt, thanh đẩy, lõi tạo hình, chốt định vị, thanh dẫn...
Việc phân loại khuôn có thể theo nhiều cách khác nhau:
- Theo cách lắp khuôn: Khuôn tháo rời, nữa cố định và cố định...
- Theo cách khép kín vùng tạo hình: Khuôn hở, khuôn kín và nữa kín
- Theo cách lấy sản phẩm:
+ Dùng thanh đẩy
+ Khí nén
+ Mâm trượt
- Theo mặt tháo rời: Thẳng đứng, nằm ngang
- Theo số lỗ khuôn: 1 lỗ hay nhiều lỗ khuôn
2.3. Hoạt động
Trước khi tiến hành quá trình ép sản phẩm, người ta lắp khuôn ép vào 2 bàn ép ở vị trí tương ứng để khi bàn ép chuyển động xuống thì chày ép vào cối chính xác.
Sau khi cho bột ép vào đầy lỗ khuôn, nung nóng đều đến nhiệt độ ép, tiến hành ép sản phẩm. Nhờ piston thuỷ lực đẩy bàn ép có gắn chày ép từ trên xuống. Khi chày ép bắt đầu nén vật liệu thì bơm cao áp bắt đầu hoạt động để tăng áp suất nén ép đến áp suất cần thiết và duy trì ở áp suất này trong suốt thời gian sản phẩm lưu trong khuôn. Khi quá trình ép kết thúc piston sẽ đẩy bàn ép lên, mở khuôn ép để lấy sản phẩm khỏi cối khuôn bằng các thanh đẩy thuỷ lực.
Công nghệ gia công polymer – composite bằng phương pháp ép nóng là khá đơn giản. Đầu tiên, nhựa được cho vào phần nửa dưới của khuôn ép (Bottom Plate), khuôn đã được gia nhiệt trước bằng các điện trở đặt bên trong. Tiếp theo, phần nửa trên của khuôn ép (Top Plate) cũng đã được gia nhiệt trước bằng điện trở, di chuyển xuống tiến hành ép nhựa, chuyển nhựa sang dạng chảy nhớt hay chảy mềm, áp suất tiếp tục được duy trì để nhựa nóng chảy điền đầy khuôn (mold cavity), sau đó đối với nhựa nhiệt dẻo sẽ được làm nguội để đóng rắn; còn đối với nhựa nhiệt rắn, phản ứng đóng rắn sẽ xảy ra ở nhiệt độ cao nên không cần làm nguội. Kết thúc quá trình mở khuôn lấy sản phẩm và vệ sinh khuôn.
Trong quá trình gia công, việc tạo hình sản phẩm có thể chia làm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn thành hình:
Dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất, nguyên liệu trong khuôn sẽ chuyển dần từ trạng thái rắn sang trạng thái chảy nhớt và lấp đầy vùng tạo hình của khuôn.
- Giai đoạn định hình:
Để có thể lấy sản phẩm ra khỏi khuôn mà không bị biến dạng và đạt hình dạng sử dụng cuối cùng của sản phẩm, nguyên liệu trong vùng tạo hình phải được chuyển qua trạng thái rắn. Đối với nhựa nhiệt rắn, quá trình chuyển trạng thái này được thực hiện nhờ các phản ứng hoá học xảy ra ở nhiệt độ gia công để tạo thành mạng lưới không gian. Đối với nhựa nhiệt dẻo thì quá trình chuyển trạng thái này xảy ra do quá trình làm nguội đến nhiệt độ dưới Tg của nhựa.
Tuỳ theo nhiệt độ của giai đoạn thành hình, người ta chia phương pháp ép trực tiếp thành 2 loại:
- Ép nóng: Nhiệt độ giai đoạn thành hình cao, thường trong khoảng 120 ÷ 1800C
- Ép nguội: Nhiệt độ giai đoạn thành hình là nhiệt độ thường
Phương pháp ép nóng thích hợp cho gia công nhựa nhiệt rắn vì nhiệt độ cao thuận lợi cho phản ứng đóng rắn xảy ra và khi lấy sản phẩm ra không cần phải làm nguội khuôn. Do đo, rút ngắn được chu kỳ, tiết kiệm được năng lượng.
2. Máy móc – cấu tạo – hoạt động
2.1. Máy ép
Dùng để tạo áp suất cho quá trình ép.Có nhiều loại và hoạt động chủ yếu bằng thuỷ lực, một số ít làm việc theo nguyên tắc cơ học hoặc kết hợp giữa cơ học và thủy lực. Trong đó, loại máy ép thủy lực được dùng nhiều hơn do cơ cấu tạo và vận hành đơn giản.
2.2. Khuôn ép
Có nhiều loại khác nhau và mỗi loại chỉ có thể dùng để ép một số vật liệu nhất định. Việc chọn khuôn phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Hình dạng sản phẩm
+ Tính chất vật liệu
+ Yêu cầu của quy trình công nghệ
Về cơ bản cấu tạo khuôn ép gồm 2 bộ phận chính là:
+ Cối khuôn
+ Chày ép
Ngoài ra còn có những bộ phận phụ như thiết bị gia nhiệt, thanh đẩy, lõi tạo hình, chốt định vị, thanh dẫn...
Việc phân loại khuôn có thể theo nhiều cách khác nhau:
- Theo cách lắp khuôn: Khuôn tháo rời, nữa cố định và cố định...
- Theo cách khép kín vùng tạo hình: Khuôn hở, khuôn kín và nữa kín
- Theo cách lấy sản phẩm:
+ Dùng thanh đẩy
+ Khí nén
+ Mâm trượt
- Theo mặt tháo rời: Thẳng đứng, nằm ngang
- Theo số lỗ khuôn: 1 lỗ hay nhiều lỗ khuôn
2.3. Hoạt động
Trước khi tiến hành quá trình ép sản phẩm, người ta lắp khuôn ép vào 2 bàn ép ở vị trí tương ứng để khi bàn ép chuyển động xuống thì chày ép vào cối chính xác.
Sau khi cho bột ép vào đầy lỗ khuôn, nung nóng đều đến nhiệt độ ép, tiến hành ép sản phẩm. Nhờ piston thuỷ lực đẩy bàn ép có gắn chày ép từ trên xuống. Khi chày ép bắt đầu nén vật liệu thì bơm cao áp bắt đầu hoạt động để tăng áp suất nén ép đến áp suất cần thiết và duy trì ở áp suất này trong suốt thời gian sản phẩm lưu trong khuôn. Khi quá trình ép kết thúc piston sẽ đẩy bàn ép lên, mở khuôn ép để lấy sản phẩm khỏi cối khuôn bằng các thanh đẩy thuỷ lực.
