Quy trình pha trộn nguyên liệu và máy trộn chất dẻo

1. Mục Tiêu Của Quá Trình Pha Trộn

Hai yếu tố then chốt trong pha trộn là:

• Phân tán đồng đều các thành phần (phụ gia, chất độn, chất tạo màu…)

• Tối ưu hóa hỗn hợp sao cho phù hợp với công nghệ định hình tiếp theo

Việc pha trộn phải được thực hiện nhanh chóng, hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Đặc biệt trong sản xuất quy mô lớn, yêu cầu kiểm soát chất lượng hỗn hợp càng trở nên quan trọng.

2. Bột Màu Đậm Đặc và Hệ Thống Định Lượng

Bột màu đậm đặc

Thường được dùng để phối trộn với hạt nhựa, giúp tạo màu đồng đều mà không cần lượng bột màu lớn. Trong một số trường hợp đơn giản, người vận hành chỉ cần định lượng bằng tay. Tuy nhiên, để đảm bảo chính xác, nhất là trong sản xuất liên tục, người ta sử dụng máy định lượng chuyên dụng.

Hệ thống định lượng

Có hai loại chính:

a. Định lượng theo thể tích

• Dùng trục vít tải có số vòng quay cố định theo thời gian.

• Ưu điểm: Giá thành thấp, phù hợp sản xuất quy mô lớn.

• Nhược điểm: Sai số cao do kích thước hạt không đồng đều, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

b. Định lượng theo khối lượng

• Tích hợp hệ thống cân và điều khiển điện tử.

• Ưu điểm: Độ chính xác rất cao, đặc biệt phù hợp khi sử dụng các phụ gia đắt tiền.

• Nhược điểm: Thời gian xử lý dài hơn, chi phí đầu tư cao, nhưng có thể được bù đắp trong thời gian dài.

Thiết bị định lượng hiện đại có thể giảm lượng vật liệu cấp vào tới 30% và tăng độ bền màng, đồng thời đảm bảo tỷ lệ phần trăm chính xác theo yêu cầu kỹ thuật

3. Các Loại Máy Trộn Trong Gia Công Chất Dẻo

3.1. Máy trộn cao tốc (High-Speed Mixer)

Ứng dụng:

Máy trộn cao tốc là thiết bị công nghiệp chuyên dụng để trộn và tạo hạt các vật liệu dạng bột ướt một cách nhanh chóng và hiệu quả. Phù hợp để trộn bột PVC với các phụ gia, tạo hỗn hợp khô trước khi gia công tiếp.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

• Buồng trộn hình trụ, bên trong chứa cánh khuấy gắn trên trục quay thẳng đứng hoặc ngang.

• Trục quay với tốc độ rất cao (lên đến 1500–3000 vòng/phút hoặc vận tốc đầu cánh có thể đạt 20–50 m/s).

• Nhiệt sinh ra chủ yếu từ ma sát giữa vật liệu và cánh khuấy, không cần cấp nhiệt từ ngoài.

• Nhiệt độ đạt được từ 110–130 °C, đủ để các chất phụ gia bám dính lên bề mặt hạt nhựa PVC.

Ưu điểm:

• Tốc độ trộn cực nhanh, năng suất cao

• Kết hợp gia nhiệt và phân tán trong cùng một thiết bị

• Phù hợp cho hỗn hợp cần nhiệt độ cao tạm thời

• Đảm bảo sự đồng đều tối ưu cho thành phẩm

Nhược điểm:

• Không thích hợp với vật liệu nhạy cảm với nhiệt.

• Gây bám dính nhẹ hỗn hợp lên thành và cánh khuấy nếu quá nhiệt.

• Cần kết hợp với máy trộn nguội để hạ nhiệt hỗn hợp.

3.2. Máy trộn nguội (Cooler Mixer)

Ứng dụng:

Thường dùng song song với máy trộn cao tốc trong công đoạn chuẩn bị compound PVC. Sau khi hỗn hợp được trộn ở nhiệt độ cao, máy trộn nguội giúp giảm nhiệt độ xuống mức an toàn để tiếp tục gia công.
 

 

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

• Dung tích: Lớn hơn máy trộn nóng (gấp 3–4 lần)

• Thể tích tham khảo: 1000L cho máy trộn nguội khi máy trộn nóng 500L

• Cánh khuấy: Tốc độ thấp (60 vòng/phút) giúp đảo trộn hỗn hợp nhẹ nhàng

• Hệ thống làm mát: Quạt hoặc áo nước làm mát giúp giảm nhiệt độ vật liệu xuống khoảng 40°C

• Thiết kế: Dạng thùng đứng hoặc thùng ngang

• Cấu trúc cánh vít: Một cánh ngang, đúc bằng thép không gỉ 304

Ưu điểm:

• Làm nguội nhanh, giúp ổn định hỗn hợp.

• Giúp các chất phụ gia kết dính hoàn toàn lên hạt PVC sau khi trộn nóng.

• Thời gian làm mát hiệu quả khoảng 10 phút/mẻ.

Nhược điểm:

• Không có khả năng phân tán mạnh.

• Cần sử dụng kết hợp với máy trộn nóng để tạo hỗn hợp hoàn chỉnh.

3.3. Máy trộn tầng sôi (Fluidized Bed Mixer)

Ứng dụng:

Dùng trong các quá trình trộn liên tục có yêu cầu nhiệt độ cao và hiệu suất đồng đều hóa nhanh. Máy sấy tầng sôi tạo hạt tích hợp 3 chức năng: Trộn, tạo hạt và sấy khô.

Nguyên lý:

• Nguyên liệu được đưa vào buồng có luồng khí hoặc cơ chế cơ học làm các hạt vật liệu "lơ lửng" trong không khí – giống như trạng thái "sôi"

• Có thể kết hợp gia nhiệt bằng dòng khí nóng và đảo trộn bằng cánh khuấy trục đứng

• Tốc độ khuấy: 11 r/min

• Thời gian làm việc: 15-30 phút

Ưu điểm:

• Trộn nhanh, hiệu quả đồng đều cao.

• Có thể tích hợp sấy khô và gia nhiệt trong cùng quá trình.

• Ứng dụng công nghệ tiên tiến với hệ thống phun đỉnh

Nhược điểm:

• Cấu tạo phức tạp, khó bảo trì.

• Tốn năng lượng hơn so với máy trộn cơ học truyền thống.

3.4. Máy trộn rơi tự do (Free-Fall Mixer)

Ứng dụng:

Phù hợp trộn hạt nhựa với phụ gia dạng bột có độ phân tán không quá cao. Thích hợp để trộn hạt nhựa với các phụ gia bột, dựa vào trọng lực và chuyển động rơi để phân tán nguyên liệu.

Cấu tạo:

• Gồm thùng trộn dạng hình trụ hoặc hình nón, có thể xoay quanh trục.

• Khi thùng quay, các hạt vật liệu rơi tự do trong không gian, từ đó đảo lẫn vào nhau.

• Hoạt động theo nguyên lý đối lưu đơn giản.

Ưu điểm:

• Cấu tạo đơn giản, chi phí thấp.

• Không tạo lực cắt nên phù hợp với vật liệu dễ vỡ, hoặc cần bảo toàn hình dạng hạt.

• Dễ vận hành bảo trì.

Nhược điểm:

• Hiệu suất phân tán kém hơn các máy trộn năng động.

• Không phù hợp khi cần trộn hỗn hợp có độ chính xác cao về tỷ lệ thành phần.

3.5. Máy trộn lắc đảo (Tumbling Mixer / Drum Blender)

Ứng dụng:

Trộn hỗn hợp nhựa hạt và phụ gia bột trong ngành nhựa và xây dựng. Được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong ngành xây dựng.

Nguyên lý:

• Tốc độ quay: Thùng trộn quay với tốc độ thấp (25–35 vòng/phút)

• Hiệu ứng tĩnh điện: Hạt nhựa lăn trong thùng tạo điện tích tĩnh điện

• Cơ chế bám phụ gia: Tĩnh điện giúp các hạt nhựa hút phụ gia và bám lên bề mặt

• Thiết kế: Có thể thiết kế dạng đứng hoặc ngang

Ưu điểm:

• Hiệu ứng bám phụ gia nhờ tĩnh điện giúp cải thiện độ phủ.

• Thích hợp cho các hỗn hợp nhạy cảm hoặc không đồng nhất về tỷ trọng.

Nhược điểm:

• Tốc độ trộn chậm.

• Chỉ phù hợp cho mẻ nhỏ hoặc hỗn hợp đơn giản.

3.6. Máy trộn liên tục (Continuous Mixer)

Ứng dụng:

Trộn nguyên liệu đầu vào liên tục không ngắt quãng, đặc biệt cho dây chuyền ép đùn, ép phun tự động. Phù hợp với sản xuất quy mô lớn, yêu cầu tự động hóa cao.

Cấu tạo:

• Gồm trục vít hoặc băng tải xoắn

• nguyên liệu được cấp liên tục từ đầu vào và đẩy dần về phía đầu ra.

• Có thể tích hợp hệ thống gia nhiệt hoặc làm mát.

• Điều khiển tự động hóa hoàn toàn bằng PLC

Ưu điểm:

• Tốc độ xử lý cao, phù hợp sản xuất hàng loạt.

• Tự động hóa hoàn toàn, ít cần can thiệp thủ công.

• Thời gian trộn nhanh (5-10 phút/mẻ)

• Cho ra sản phẩm có độ đồng đều cao

Nhược điểm:

• Không linh hoạt, không phù hợp khi cần thay đổi công thức liên tục.

• Chi phí đầu tư và điều khiển cao.

3.7 Tổng kết so sánh giữa các loại máy trộn chất dẻo

4. Chất Phụ Gia Trong Pha Trộn

4.1 Chất hóa dẻo

Chất hóa dẻo là những chất khi cho vào vật liệu làm tăng độ mềm dẻo của vật liệu, được sử dụng nhiều khi gia công các vật liệu polymer. Hàm lượng chất hóa dẻo thường từ 35-50%, thường là este của các hợp chất hữu cơ như DBP (Dibutyl Phtalat), DOP (Dioctyl Phtalat).

Phân loại chất hóa dẻo:

• Chất hóa dẻo chính: Những loại ester của axit hay rượu

• Chất hóa dẻo phụ: Các dầu thơm và dầu béo paraffin cloro hóa và ester.

4.2 Chất độn CaCO3

Canxi cacbonat (CaCO3) được sử dụng phổ biến làm chất độn trong ngành sản xuất các sản phẩm chất dẻo. Có hai loại chính:

• GCC (Ground Calcium Carbonate): Từ đá vôi tự nhiên nghiền

• PCC (Precipitated Calcium Carbonate): Sản xuất bằng phương pháp hóa học, thường đắt hơn GCC

Thiết bị phối trộn hiện đại thường sử dụng máy đùn ép hai vít quay với các vít có thể thay đổi lẫn cho nhau để liên kết chất độn vào nền polyme bằng cách nấu chảy.

Kết Luận

Pha trộn là một trong những công đoạn then chốt quyết định chất lượng sản phẩm cuối cùng trong gia công chất dẻo. Tùy vào đặc điểm vật liệu, yêu cầu chất lượng, khối lượng sản xuất, doanh nghiệp nên lựa chọn phương pháp định lượng và hệ thống trộn phù hợp để tối ưu hóa chi phí và hiệu quả sản xuất.

Đặc biệt với PVC, việc đầu tư vào máy trộn nóng-nguội và hệ thống định lượng chính xác sẽ giúp nâng cao độ ổn định và đồng đều của compound, từ đó đảm bảo chất lượng cao và ổn định cho sản phẩm đầu ra. Với sự phát triển của công nghệ, các thiết bị pha trộn hiện đại không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giúp tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành và tăng năng suất sản xuất đáng kể.