Quá trình Dẻo Hóa trong Gia Công Nhựa – Nguyên Lý, Thiết Bị và Ứng Dụng trong Công Nghệ Gia Công

Quá Trình Dẻo Hóa Là Gì?

Dẻo hóa là quá trình chuyển đổi vật liệu nhựa từ trạng thái rắn (bột, hạt) sang trạng thái nóng chảy, đồng thời đảm bảo sự đồng nhất về cấu trúc và tính chất của khối chất dẻo. Quá trình này thường diễn ra trong các thiết bị chuyên dụng như:

• Máy đùn trục vít đơn: Phù hợp với các vật liệu đơn giản, chi phí thấp.

• Máy đùn trục vít đôi: Tối ưu cho các hỗn hợp phức tạp, đặc biệt là nhựa nhiệt dẻo và composite.

• Máy cán: Dùng trong dẻo hóa không liên tục, thường áp dụng trong phòng thí nghiệm hoặc sản xuất tấm nhựa.

• Máy nhồi: Sử dụng cho các hỗn hợp có độn cao, hoạt động không liên tục.

• Máy đùn trục cán hành tinh: Phù hợp với nhựa nhiệt dẻo và vật liệu có độ nhớt cao.

Dẻo hóa không chỉ là bước chuẩn bị mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính cơ lý của sản phẩm như độ bền, độ dẻo, và độ đồng đều.

Trong sản xuất nhựa, nguyên liệu đầu vào thường ở dạng bột, hạt vụn hoặc granule. Khi được đưa vào thiết bị dẻo hóa, dưới tác dụng của gia nhiệt và lực cơ học, chúng sẽ nóng chảy và sau đó được đồng nhất hóa – nghĩa là nhiệt độ và thành phần phải phân bố đều trong toàn bộ khối vật liệu. Đây là tiền đề quan trọng để quá trình tạo hình đạt chất lượng cao.

Các Phương Pháp Dẻo Hóa Chất Dẻo

1. Dẻo Hóa Không Liên Tục Bằng Máy Cán Nhựa ( 2 trục )

 

Dẻo hóa không liên tục thường được thực hiện bằng máy cán, đặc biệt trong các phòng thí nghiệm hoặc sản xuất tấm nhựa. Máy cán gồm hai trục cán bóng, được tôi cứng và gia nhiệt riêng rẽ, quay ngược chiều nhau để tạo lực cắt và trộn vật liệu.

• Quy trình: Hỗn hợp chất dẻo được đưa vào giữa hai trục cán. Vật liệu chảy qua liên tiếp, được trộn đều nhờ các dao trộn và lực cắt từ trục cán. Quá trình này lặp lại nhiều lần để đạt độ đồng nhất cao. Quá trình gia nhiệt – dẻo hóa – cán mỏng – đồng nhất hóa diễn ra liên tục giữa các khe trục.

• Ưu điểm: Dễ vận hành, phù hợp cho các lô sản xuất nhỏ hoặc thử nghiệm. Chỉ cần một nhóm công nhân có kinh nghiệm để điều khiển.

• Hạn chế: Không phù hợp với các hỗn hợp cao su hoặc hỗn hợp ép do tính chất đặc thù của vật liệu. 

2. Dẻo Hóa Không Liên Tục Bằng Máy Trộn Kín Internal Mixer ( Máy nhồi)

Máy trộn kín (máy nhồi) là thiết bị dẻo hóa hoạt động không liên tục, thường dùng cho các hỗn hợp có hàm lượng chất độn cao. Máy nhồi được trang bị các "cánh tay nhồi" trong buồng kín, được gia nhiệt từ bên ngoài để đảm bảo vật liệu đạt trạng thái nóng chảy. Cánh tay nhồi là các kiểu roto khác nhau tùy thuộc vào loại nhiệt nhựa dẻo.


 

Hỗn hợp vật liệu được khuấy trộn mạnh bằng các cánh tẩy quay trong buồng kín, chịu tác động ma sát cao. Đây là thiết bị chuyên dụng cho các loại hỗn hợp:

• Ứng dụng: Phù hợp với các hỗn hợp cần trộn kỹ, như cao su hoặc nhựa composite.

• Đặc điểm: Thiết bị này tạo ra lực cắt mạnh, giúp phân tán chất độn và phụ gia một cách hiệu quả.

3. Dẻo Hóa Liên Tục Bằng Máy Đùn Trục Vít

 

Máy đùn trục vít là thiết bị phổ biến nhất trong dẻo hóa liên tục, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nhựa và cao su. Có hai loại chính:

a. Máy Đùn Trục Vít Đơn

• Cấu tạo: Gồm một trục vít đơn với thiết kế đặc biệt, vận chuyển vật liệu từ máng nạp đến đầu khuôn.  Vít tải có thể được thiết kế: Có dao cắt, có gờ xoắn, dạng “dao động sóng” giúp cải thiện quá trình đùn

• Ưu điểm: Giá thành thấp, dễ bảo trì, phù hợp với các vật liệu nhựa đơn giản.

• Hạn chế: Hiệu quả trộn thấp hơn so với máy trục vít đôi, không phù hợp với các hỗn hợp phức tạp. máy đùn trục vít đơn thường kém hiệu quả trong việc phối trộn phụ gia hoặc trộn các hệ nhựa phức hợp, do lực cắt yếu, và thời gian lưu vật liệu trong trục không đồng đều.

b. Máy Đùn Trục Vít Đôi

Máy đùn trục vít đôi được chia thành hai loại: quay cùng chiều và quay nghịch chiều.

• Máy đùn trục vít đôi quay cùng chiều:

  • Cơ chế: Vật liệu được vận chuyển dọc theo đường xoắn trong ống hình số 8. Mỗi vòng quay, vật liệu được chuyển từ trục này sang trục kia, tạo lực cắt mạnh, giúp đồng nhất hóa tốt hơn. Lực cắt cao, hiệu ứng trộn mạnh

  • Ứng dụng:. Phù hợp để trộn và phân tán các chất độn, phụ gia dạng bột hoặc hạt. Máy đùn trục vít đôi tạo hỗn hợp nóng chảy đồng nhất cao, phù hợp sản xuất masterbatch, compound, nhựa kỹ thuật cao cấp.  gia công polyolefin, và các vật liệu gia cường như sợi thủy tinh, sợi carbon.

  • Ưu điểm: Tạo độ đồng nhất cao, lý tưởng cho các hỗn hợp phức tạp.

  • Hạn chế: Không phù hợp với PVC do lực cắt mạnh có thể gây phân hủy vật liệu.

• Máy đùn trục vít đôi quay nghịch chiều:

  • Cơ chế: Vít tạo thành các khoang chữ C khép kín, vận chuyển vật liệu với lực cắt yếu hơn, giảm nhiễu loạn trong dòng chảy.

  • Ứng dụng: Thích hợp cho gia công PVC và các chất dễ phân hủy, nơi cần giảm thiểu tác động nhiệt và cơ học lên vật liệu.

  • Ưu điểm: Giảm rò rỉ vật liệu giữa các rãnh xoắn, phù hợp với các hỗn hợp nhạy cảm với nhiệt.
  • Nhược điểm: Hiệu quả phối trộn thấp hơn so với loại quay cùng chiều, dòng vật liệu ít bị cắt, thời gian lưu ngắn hơn

c. Máy Đùn Trục Cán Hành Tinh

• Cấu tạo: Gồm trục chính với đĩa răng trung tâm, truyền động cho các trục hành tinh xung quanh. Các trục hành tinh được điều khiển bởi hộp giảm tốc bánh răng.

• Cơ chế: Vật liệu được cán mỏng nhiều lần, kết hợp gia nhiệt đều từ trục trung tâm và xi lanh, đảm bảo dẻo hóa và đồng nhất hóa hiệu quả.

• Ứng dụng: Phù hợp với nhựa nhiệt dẻo, đặc biệt là các vật liệu có độ nhớt cao như PVC-composite, polyolefin, và nhựa kỹ thuật.

• Ưu điểm: Tạo sản phẩm có độ nhớt cao, hiệu quả nhiệt độ tốt, và khả năng phân tán chất độn vượt trội. Gia công tốt với nguyên liệu chứa phụ gia nhiệt độ thấp, phù hợp với: Polyolefin, Hợp chất composite, chất dẻo khó trộn, chất độn kỹ thuật cao

Ứng Dụng Của Dẻo Hóa Trong Công Nghiệp

1. Chế Biến Nhựa Nhiệt Dẻo

Dẻo hóa là bước đầu tiên trong sản xuất các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo như ống nhựa, tấm nhựa, màng nhựa, và các chi tiết đúc phun. Các thiết bị như máy đùn trục vít đôi và trục cán hành tinh được sử dụng để đảm bảo vật liệu đạt độ đồng nhất cao trước khi định hình.

2. Sản Xuất Cao Su

Trong ngành cao su, máy đùn với trục vít có khấc hoặc rãnh xoắn được sử dụng để trộn và dẻo hóa các hỗn hợp cao su. Quá trình này đảm bảo cao su đạt độ dẻo cần thiết để gia công thành lốp xe, dây đai, hoặc các sản phẩm cao su kỹ thuật.

3. Sản Xuất Composite

Máy đùn trục vít đôi quay cùng chiều là lựa chọn lý tưởng cho việc gia công composite, đặc biệt là các vật liệu gia cường bằng sợi thủy tinh hoặc sợi carbon. Quá trình dẻo hóa giúp phân tán đều các chất độn và phụ gia, cải thiện độ bền và tính chất cơ lý của sản phẩm.

4. Gia Công PVC

PVC là một vật liệu nhạy cảm với nhiệt, do đó máy đùn trục vít đôi quay nghịch chiều và máy trục cán hành tinh được ưu tiên sử dụng để giảm thiểu tác động nhiệt và cơ học, đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Tối Ưu Hóa Quy Trình Dẻo Hóa

Để đạt hiệu quả cao trong dẻo hóa, các yếu tố sau cần được xem xét:

1. Thiết kế trục vít mô-đun: Trục vít được cấu hình theo dạng mô-đun, kết hợp các đoạn nhồi, trộn, và cắt để tối ưu hóa cho từng loại vật liệu.

2. Kiểm soát nhiệt độ: Nhiệt độ phải được điều chỉnh chính xác để tránh phân hủy vật liệu, đặc biệt với các loại nhựa nhạy cảm như PVC.

3. Lựa chọn thiết bị phù hợp: Tùy thuộc vào loại vật liệu (bột, hạt, sợi) và yêu cầu sản phẩm, cần chọn thiết bị dẻo hóa phù hợp (trục vít đơn, trục vít đôi, hoặc trục cán hành tinh).

4. Tối ưu hóa lực cắt: Lực cắt cần được điều chỉnh để đảm bảo đồng nhất hóa mà không làm hỏng cấu trúc phân tử của vật liệu.

Kết Luận

Dẻo hóa chất dẻo là một công đoạn không thể thiếu trong ngành công nghiệp chế biến nhựa và cao su. Với sự đa dạng của các thiết bị như máy đùn trục vít, máy cán, máy nhồi, và máy trục cán hành tinh, quá trình dẻo hóa có thể được tùy chỉnh để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng loại vật liệu và sản phẩm. Việc lựa chọn thiết bị và tối ưu hóa quy trình dẻo hóa không chỉ cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn tăng hiệu suất sản xuất và giảm chi phí.