KỸ THUẬT ÉP PHUN NHỰA 

Hướng dẫn thiết lập thông số, khởi động, vận hành và bảo trì trong gia công ép phun nhựa nhiệt dẻo 

Bảng thông số tham khảo nhanh 

Nhựa tổng hợp thông thường có thể gia công mà không cần sấy khô trước. Tuy nhiên, trong điều kiện độ ẩm cao, hơi ẩm có thể ngưng tụ trên bề mặt hạt nhựa, gây ra các lỗi như vết sọc (splay) quá mức, bọt khí, độ bền mối hàn (weld line) thấp hoặc bề mặt sản phẩm bị khiếm khuyết. 

Nếu nghi ngờ nguyên liệu bị ẩm, có thể sấy khô bằng phễu sấy gắn máy khử ẩm không khí. Nếu không có phễu sấy phù hợp, có thể dùng khay sấy, với độ dày lớp hạt nhựa trong mỗi khay không vượt quá 5 cm (2 in.). Không nên kéo dài thời gian sấy qua đêm hoặc sấy ở nhiệt độ quá cao. 

Cài đặt nhiệt độ vòng gia nhiệt phụ thuộc phần lớn vào kích thước máy, thiết kế trục vít và các thông số vận hành khác như áp lực lùi và tốc độ trục vít. Do nhiệt sinh ra chủ yếu từ ma sát, nhiệt độ hóa dẻo thực tế trong máy ép thường cao hơn nhiệt độ cài đặt trên vòng gia nhiệt. 

Đối với thử nghiệm ban đầu trên máy có lực kẹp 450 tấn, nên sử dụng cấu hình nhiệt dàn nòng khởi động ở mức 176 °C (350 °F) và nhiệt độ đầu phun 193 °C (380 °F). Với máy có lực kẹp dưới 450 tấn, cấu hình nhiệt dàn nòng 182 °C (360 °F) và nhiệt độ đầu phun 193 °C (380 °F) là phù hợp. Các mức cài đặt này cần được điều chỉnh sao cho nhiệt độ hóa dẻo đo được ở mỗi lần phun xả thấp hơn nhiệt độ mong muốn khoảng 5–10 °C (10–20 °F), vì nhiệt lượng sẽ tăng thêm khi máy hoạt động liên tục theo chu kỳ. 

Vì nhiệt cũng sinh ra do tác động cơ học của trục vít lên nguyên liệu, việc nhiệt độ tại vùng nòng giữa và nòng trước tăng cao hơn một chút so với điểm cài đặt là hiện tượng bình thường; tuy nhiên nếu tăng quá mức có thể gây suy thoái nguyên liệu. Khi máy vận hành ổn định (chu kỳ đều đặn), các mức cài đặt này không cần điều chỉnh thêm. Cần theo dõi nhiệt độ nóng chảy bằng pyrometer trong quá trình khởi động ban đầu và sau mỗi lần thay đổi điều kiện vận hành. 

Với thiết kế trục vít được khuyến nghị (xem phần Thiết kế trục vít), tốc độ quay từ 40–50 RPM là phù hợp. Do đường kính lớn hơn, trục vít cỡ lớn có vận tốc bề mặt lớn hơn trục vít nhỏ ở cùng tốc độ quay (RPM), khiến ma sát sinh nhiệt nhiều hơn. Vì vậy, máy có kích thước lớn thường cần tốc độ RPM thấp hơn để đạt điều kiện vận hành tối ưu. 

Áp lực lùi tối ưu thay đổi tùy theo từng máy, nhưng nhìn chung nằm trong khoảng 0,35–0,70 MPa (50–100 psi). Trục vít có tỷ số nén thấp thường cần áp lực lùi cao hơn để đảm bảo nhựa được trộn và nóng chảy đồng nhất. 

Nhiệt độ nóng chảy của nguyên liệu được kiểm soát thông qua sự kết hợp phù hợp giữa cài đặt nhiệt độ vòng gia nhiệt, áp lực lùi và tốc độ trục vít. Để đạt được các tính chất cơ lý tối ưu, cần tuân thủ nghiêm ngặt khuyến nghị của nhà sản xuất về nhiệt độ nóng chảy khi ép các hợp chất nhựa. 

Để đo nhiệt độ nóng chảy khi khởi động máy, sử dụng nhiệt kế cầm tay đã được hiệu chuẩn chính xác. Khi đo bằng đầu dò kim, nhựa nóng chảy nên được phun trực tiếp từ đầu phun lên một miếng bìa cứng hoặc vật liệu cách nhiệt khác, tránh dẫn nhiệt nhanh ra ngoài. Vì áp suất phun, tốc độ phun và áp lực lùi trong quá trình lấy mẫu thường được cài đặt thấp hơn so với chu kỳ sản xuất bình thường, một mục tiêu ban đầu hợp lý là nhiệt độ nóng chảy đo được thấp hơn phạm vi khuyến nghị khoảng 5–10 °C (10–20 °F). Nên đâm đầu dò vào khối nhựa nóng chảy 4–5 lần ở các vị trí khác nhau trước khi ghi nhận kết quả đo thực tế. Sau khi quá trình gia công đã ổn định, cần điều chỉnh lại nhiệt độ vòng gia nhiệt để đạt nhiệt độ nóng chảy phù hợp trong sản xuất khi cần thiết. 

Thỉnh thoảng lau đầu dò bằng dung dịch tẩy rửa khuôn sẽ giúp ngăn nhựa đông cứng bám trên đầu dò. Nếu nhựa đông cứng ngay ở lần đâm đầu dò đầu tiên, lớp nhựa này sẽ đóng vai trò như một lớp cách nhiệt trên bề mặt đầu dò, khiến kết quả đo bị sai lệch thấp hơn thực tế. Nếu quan sát thấy khói hoặc bọt khí trong nhựa nóng chảy khi phun xả, đó thường là dấu hiệu nhiệt độ nóng chảy thực tế cao hơn nhiệt độ cài đặt, và cũng có thể cho thấy nguyên liệu bị ẩm — cần kiểm tra lại nhiệt độ hóa dẻo. Dòng nhựa phun ra sẽ có bề mặt mịn và độ bóng hợp lý nếu nhiệt độ nóng chảy gần với mức tối ưu (khi đánh giá độ bóng, cần bỏ qua hiện tượng phản chiếu ánh sáng bề mặt). Các lỗ rỗng trên bề mặt hoặc trong lõi dòng nhựa phun ra cũng có thể là dấu hiệu của độ ẩm trong nguyên liệu. 

Nên bắt đầu ép phun với tốc độ chậm đến trung bình, sau đó tăng dần cho đến khi sản phẩm được điền đầy hoàn toàn và không còn dấu hiệu đường hàn (weld line) hay vết lõm. Nếu tốc độ phun quá nhanh, nhiệt ma sát sinh ra quá mức có thể gây hiện tượng phun tia (jetting) khi dòng nhựa chảy qua các vật cản hoặc cạnh sắc trong khuôn, dẫn đến khuyết tật bề mặt, giòn hoặc thậm chí suy thoái vật liệu. Tốc độ phun ở giai đoạn cuối nên tương đối chậm để giảm sức cản dòng chảy của nguyên liệu. 

Áp lực ép giai đoạn một (áp lực điền đầy) cần thiết để lấp đầy khoang khuôn phụ thuộc vào nhiệt độ nguyên liệu, tốc độ phun, nhiệt độ khuôn và thiết kế khuôn. Nhìn chung, áp lực trong khoảng 50–70% mức tối đa của máy mang lại độ ổn định và khả năng mở rộng quy trình tốt nhất. Nên bắt đầu với áp lực thấp và tăng dần đến mức mong muốn để tránh hiện tượng bavia (flash). Thời gian của giai đoạn áp lực phun đầu tiên nên được cài đặt sao cho quá trình chuyển sang áp lực giữ diễn ra ngay khi sản phẩm vừa được điền đầy hoàn toàn — thời điểm này cần trùng với lúc trục vít gần hoàn tất hành trình lùi, chỉ để lại lớp đệm khoảng 0,3–0,6 cm (0,125–0,25 in.). Đầu trục vít thường vẫn tiếp tục tiến chậm về phía trước và có thể bổ sung thêm một lượng nhỏ nguyên liệu vào phần đệm. 

Áp lực ép giai đoạn hai (áp lực giữ) chỉ cần đủ để duy trì sản phẩm trong khuôn khi nguội và co lại, thường bằng 1/2 đến 2/3 áp lực ép giai đoạn một. Các sản phẩm có mặt cắt dày hơn thường cần áp lực giữ lớn hơn. 

Trọng lượng sản phẩm vượt mức do áp lực giữ quá cao hoặc thời gian áp lực phun đầu tiên quá dài sẽ làm tăng ứng suất đúc, gây bất lợi cho chất lượng sản phẩm. Nhìn chung, vết lõm (sink mark) xuất hiện xa cổng phun cho thấy cần tăng áp lực/thời gian phun, trong khi vết lõm gần cổng phun cho thấy cần tăng áp lực/thời gian giữ. Khi cổng phun đã đông cứng, nên giảm áp lực giữ để tiết kiệm năng lượng. 

Cần duy trì một lớp đệm nhựa nhỏ phía trước trục vít để bù cho độ co ngót của sản phẩm khi nguội dưới áp lực giữ, nhờ đó ngăn ngừa vết lõm. Lý tưởng nhất, trục vít chỉ nên đạt vị trí lùi tối đa ngay sau khi dòng chảy nguyên liệu vào khuôn vừa dừng lại. 

Kiểm soát nhiệt độ khuôn chính xác là yếu tố cần thiết để tối ưu hóa thời gian chu kỳ và chất lượng sản phẩm. Nhựa tổng hợp thường được gia công với nhiệt độ nước làm mát khuôn trong khoảng 20–65 °C (70–150 °F). Nhiệt độ khuôn cao hơn thường cải thiện độ bóng bề mặt, khả năng chảy của nguyên liệu, độ bền mối hàn và giảm ứng suất nội; nhiệt độ khuôn thấp hơn cho phép rút ngắn thời gian chu kỳ. 

Lưu lượng nước làm mát cao, kết hợp với hệ thống đường nước và khớp nối được thiết kế tối ưu (ít hạn chế dòng chảy), sẽ cải thiện khả năng kiểm soát nhiệt độ khuôn và tối ưu hóa cân bằng giữa chất lượng sản phẩm và thời gian chu kỳ. Vận hành với nửa khuôn “B” mát hơn nửa khuôn “A” thường giúp sản phẩm dễ tách khuôn và đẩy ra hơn. 

Nhựa từ cuống phun (runner) và phần bavia cắt gọt thường có thể tái sử dụng. Nguyên liệu tái chế cần được giữ sạch sẽ; lưỡi dao máy nghiền nên được giữ sắc bén và sạch để giảm thiểu nhiệt sinh ra trong quá trình nghiền. Để tránh suy thoái do nhiệt, vật liệu tái chế nên được làm mát và bảo quản ở nhiệt độ dưới 60 °C (150 °F). 

Tỷ lệ nhựa tái chế thường được sử dụng ở mức 10–30%, phối trộn cùng nguyên liệu nguyên sinh. Không nên sử dụng nguyên liệu tái chế đã bị suy thoái hoặc nhiễm bẩn, vì nó sẽ làm suy giảm chất lượng của cả nguyên liệu tốt được trộn cùng.