Kỹ thuật đùn nhựa: những nội dung thiết yếu về thiết kế vít xoắn bạn đã học từ xưa, nhưng có thể đã bị quên.

04/10/2016

Allan Griff là một kỹ sư kỳ cựu về kỹ thuật đùn, khởi nghiệp làm dịch vụ kỹ thuật cho một nhà cung cấp nhựa lớn, đồng thời đã hoạt động độc lập từ nhiều năm nay như một nhà tư vấn, chuyên gia chứng nhận trong nhiều trường hợp kiện cáo, đồng thời đặc biệt là một thầy dạy tại các hội thảo trên web và phổ thông, cả cho công chúng và tại cơ sở. Ông đã viết sách về kỹ thuật đùn thực hành trong những năm 1960 cũng như quyển Sổ tay Vận hành Máy đùn Nhựa, hầu như được cập nhật hàng năm bằng tiếng Tây Ban nha, tiếng Pháp và tiếng Anh.

Bạn có biết rằng chiều sâu của các kênh chứ không phải hệ số của chúng mới có tính quyết định?

Tôi giảng trong một hội thảo dài một ngày Nhập môn Kỹ thuật Đùn và nhiều người tham dự đều mới đối với kỹ thuật đùn. Do đó tôi giải thích các nguyên lý cơ bản của các vít xoắn dành cho nhựa nhiệt dẻo. Điều này có ích cho các người mới nhập môn nhưng đoi khi tôi cũng được một số người đã có nhiều trãi nghiệm với kỹ thuật đùn cám ơn về những nội dng cơ bản này mà trước đây họ chưa hề được học. Thế thì đây vậy. Tôi mong tất cả các bạn sẽ thấy hữu ích.

Vít xoắn là một vật chuyền tải. Khi xoay, vít xoắn cố tự xoắn nó lùi lại khỏi nòng nhưng một bạc đạn giử nó lại chặn không cho thoát ra đàng sau. Do mọi tác động đều có phản ứng — có nhớ Isaac Newton?—nó cũng đẩy chiều kia đi tiến lên phía trước, và đó là tác động đẩy vật liệu ra khỏi khuôn.

Vật liệu cần phải ở trạng thái mềm để đi xuyên suốt khuôn . Bất kỳ loại nhựa nhiệt dẻo nào cũng sẽ trở nên mềm và có thể đúc được (nhựa) với sức nóng (nhiệt). Khối vật liệu nạp vào đôi khi được làm nóng trước (thường để cho khô), nhưng nhận được nhiều sức nóng nhất khi từ các ma sát bên trong khi nó di chuyển khỏi các vách nòng và bề mặt vít xoắn. Các độ hở từ các cánh đến nòng là nơi nhiệt được sinh ra nhiều nhất. Các ngoại lệ: Một số vít đôi, thiết bị nhỏ, các loại nhựa nhiệt cao và lớp phủ PE, là những trường hợp sức nóng của nòng cũng quan trọng.

Nguyên lý ba vùng. Vít xoắn bắt đầu bằng một vùng nạp liệu: Chiều sâu không đổi, chiếm từ 15 đến 30% của chiều dài. Ở đoạn giữa là vùng nén , các vách đóng lại trên khối hổn hợp hạt/ nóng chảy, dẫn khí ra sau và được chế tạo để các hạt trượt và lăn trong vùng nạp liệu. Vùng này chứa “vách ngăn” của các vít xoắn ngăn cách: Một đoạn kênh đôi dài ngăn khối nóng chảy với các hạt, để cho các hạt có thể chà xát lẩn nhau nhằm tạo thêm sức nóng, thay vì nổi trong khối lượng nóng chảy tăng lên và chỉ nóng bằng truyền nhiệt. Cuối cùng, tại đầu ra là vùng đo (bơm), chiều sâu kênh ổn định một lần nữa là từ 25 đến 50% chiều sâu nạp, thường với các bộ phận căng và trộn (kiểu Maddocks, dạng trái thơm, đinh ốc).

Các chiều sâu kênh, chứ không phải chỉ là hệ số của chúng, mới mang tính quyết định. Trogn các máy nhỏ, vùng cấp liệu phải đủ sâu để cho phép nạp liệu trơn tru (ít nhất gấp đôi cỡ hạt), nhưng không quá sâu để gây nguy cơ vỡ trục vít. Tại vùng đo, cạn hơn có nghĩa là trộn tốt hơn và ít đầu ra hơn mỗi đợt, trong khi sâu hơn có nghĩa ngược lại, cũng như tăng thêm độ nhạy cho áp suất cao.

Chiều dài: Mét thông thường là hệ số của chiều dài trên đường kính, hoặc L/D, cũng được viết là L:D. Ngày nay , 24:1 là tiêu chuẩn, 20:1 là ngắn (biết lý do vì sao) và 25 đến 30 cũng được được thấy. Chiều càng dài thì thời gian để nóng chảy càng lâu, vốn thường tăng công suất đầu ra, nhưng ở một nhiệt độ cao hơn. Nhiều dây chuyền dài hơn đã được chế tạo và cần cho kỹ thuật đùn thông hơi, nhưng bằng không thì xu hướng là chế tạo to hơn ( mát hơn) thay vì dài hơn.

Các nòng thông hơi có một lổ trong nòng để khử độ ẩm và thông khí (khi nạp bột). Vít xoắn tại điểm đó khá sâu để tránh đẩy khối nóng chảy ra khỏi cửa thông gió, nơi ấy có lắp một thiết bị chân không và sau đó nông trở lại để bơm khôi nóng chảy ra.

Độ dốc ( góc) của các cánh thường là vuông: tức là khảong cách từ cánh này đến cánh kia bằng với đường kính. Điều này tương ứng với góc nghiêng 17.6° nếu kênh dạng “mở”. Góc này tăng lên trong nhiều đoạn vách ngăn, và một ít đoạn dành cho các khối nạp liệu nhẹ.

Bề dày cánh ở vào khoảng 0.1 x đường kính. Dày hơn có nghĩa là có thêm diện tích cho sức nóng phát triển và lượng chuyển tải hơn cho mỗi đợt (cả hai đều thường không được mong muốn), trong khi dày hơn khiến rò rỉ nhiều hơn ở phía sau (bơm ít hơn nhưng trộn nhiều hơn).

Các vít xoắn lõm. Nhiều vít xoắn được khoan suốt chiều dài cho phép cả nước (giúp trộn) dầu ( tránh mòn đầu PC cứng) hoặc thậm chí là không khí (hiếm nhưng rẻ hơn ) đi qua. Một ít vít xoắn chỉ được khoan xuống một phần ba, phòng vât liệu bị dính ở gốc trong vùng cấp liệu.

Bán kính các góc kênh . Quá nhỏ sẽ sẽ tạo tích tụ và khả năng giản chất; quá rộng sẽ lãng phí khối lượng kênh. Một công thức sẽ không đáp ứng hết tất cả: nó tuỳ thuộc vào độ ổn định nhiệt của vật liệu, dòng chảy trong các kênh, việc sử dụng các chất làm sạch và trợ gia công dính kim loại, và vật liệu bề mặt vít xoắn.

Các biến đổi bất thường bao gồm nòng có rảnh nhằm tăng đầu vào mỗi đợt (khá phổ biến đối với HDPE, các vít xoắn tạo ít hoặc không tạo lực nén, các thiết bị trộn được khuyến cáo), và dao động chiều sâu kênh song song với các kênh nhằm nâng cao sức trộn và độ đồng nhất (vít xoắn dạng sóng).

Các vật liệu. Phần lớn các vít xoắn đều có thể gia công trên máy với các bề mặt các cánh được làm rắn, dù bằng một cái nắp hàn lên trên dày khoảng 0.040 đến 0.80 in. (1 đến 2 mm) hoặc bằng cách thấm ni tơ cả bề mặt. Phương pháp sau rẻ hơn, nhưng phòng được sự thay đổi chiều sâu của cánh sau này; Tuổi thọ hữu dụng tuỳ vào chiều sâu ni tơ thâm nhập. Mạ crôm phổ biến: bề mặt vít xoắn hằn sẽ có hình thức tốt hơn và được cho rằng sẽ cho phép thông suốt ( ít sức nóng ma sát hơn) và hầu như ít giảm phẩm chất hơn. Đối với các vật liệu cấp có tính ăn mòn và mài mòn, có thể các kim loại đắt tiền hơn .

Mô phỏng bằng máy vi tính năng suất các vít xoắn được thực hiện rộng rải và không phải là gì mới mẻ. Tôi đã chứng minh điều này trên một máy vi tính DEC (dĩa cứng 20 MB !) tại các hội thảo của tôi trước đây vào năm 1987 đến 1992, sau này việc đó trở nên quá phức tạp đối với một lớp nhập môn. Các chương trình ngày nay thì tốt nhưng thành công thì tuỳ thuộc vào các dữ liệu độ nhớt tin cậy được như là một chức năng của cả nhiệt độ và hệ số cắt xé. Tôi có sẽ chế tạo một vít xoắn chỉ dựa vào mô phỏng? Không. Tôi có sẽ chế tạo một chiếc chỉ dựa vào kinh nghiệm của chính mình mà thôi? Không nếu không có cách nào khác. Tôi muốn phối hợp cả hai cách, nếy dây chuyền đủ to và tôi có dữ liệu đáng tin cậy.

Minh Thy

internet