TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
--------------- o0o ----------------

TIỂU LUẬN HỌC PHẦN CÔNG NGHỆ CHẤT DẺO
Đề tài: Tìm hiểu về phương pháp Rotational Molding
Giáo viên hướng dẫn: TS. Vũ Minh Đức
TS. Đoàn Anh Vũ
Sinh viên:
1. Nguyễn Bá Lâm
2. Ngơ Lê Đồn Lâm

HÀ NỘI - 2021

20180789
20180778


MỤC LỤC

Danh mục hình ảnh tham khảo:

I. PHẦN MỞ ĐẦU
Ngày nay, nhu cầu sử dụng các sản phẩm làm từ nhựa tăng trưởng với tốc độ
chóng mặt. So với các sản phẩm tương tự làm bằng kim loại, nhựa chiếm ưu thế
hơn về độ bền, khơng bị oxy hóa, đảm bảo được vệ sinh. Đồng thời, so với các sản
phẩm kim loại, sản phẩm nhựa nhẹ hơn, sản xuất đơn giản do đó tiết kiệm được thời
gian và chi phí sản xuất. Ngành công ngiệp nhựa phát triển mạnh mẽ dựa trên tiến
trình phát minh và cải tiến khơng ngừng của các phương pháp sản xuất. Trong các
phương pháp sản xuất sản phẩm từ nhựa hiện nay, nổi bật lên một phương pháp đặc
biệt đó là phương pháp khn quay.

Xuất hiện từ sớm, phương pháp đúc khuôn quay hiện nay được ứng dụng vô
cũng phổ biến. Sản phẩm được tạo ra dựa trên hương pháp đúc khuôn quay xuất
hiện trong nhiều mặt của đời sống hiện nay, như các loại thùng chứa nước lớn,
thuyền cano, đồ chơi trẻ em,.v.v. cung cấp cho con người những tiện nghi của cuộc
sống hiện đại.
Trong bài tiểu luận này, nhóm chúng em sẽ tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, bản chất
của phương pháp đúc khn quay, cùng với đó các yếu tố ảnh hưởng quá trình sản
xuất và ứng dụng cụ thể của phương pháp này trong từng mặt đời sống của chúng ta
ngày nay.

2


II. PHẦN NỘI DUNG
1. Giới thiệu phương pháp khuôn đúc quay
1.1. Tổng quan về phương pháp khuôn đúc quay
Nhu cầu sử dụng các sản phẩm làm từ nhựa ngày càng tăng cao, so với các sản
phẩm tương tự làm bằng kim loại, nhựa chiếm ưu thế hơn về độ bền, khơng bị oxy
hóa, đảm bảo được vệ sinh, đồng thời, so với các sản phẩm kim loại, sản phẩm nhựa
nhẹ hơn, sản xuất đơn giản do đó tiết kiệm được thời gian và chi phí sản xuất. Trong
các phương pháp sản xuất sản phẩm từ nhựa hiện nay, nổi bật lên một phương pháp
đặc biệt đó là phương pháp khn quay. (1)
Phương pháp khuôn quay – rotational molding, là một kỹ thuật đúc nhựa được
sử dụng để sản xuất các bộ phận rỗng, liền mạch và có thành đơi. Nó sử dụng một
cơng cụ khn rỗng trong đó bột nhựa nhiệt dẻo được làm nóng trong khi quay và
làm lạnh để đơng đặc. Các bộ phận đúc từ q trình này thường được đánh giá cao
về độ bền và sức mạnh của chúng.
Khơng giống như các loại quy trình đúc khác, đúc quay khơng có sự tham gia
của q trình tạo áp lực, điều này giúp cho máy móc khơng địi hỏi cân phải có giá
thành q cao. Khơng có kích thước tối đa của khn có thể được sử dụng nhờ vậy

phương pháp khuôn quay là phương pháp lý tưởng có thể dùng trong sản xuất các
bộ phận, các sản phẩm có kích thước rất lớn. Ngồi ra, đối với quá trình sản xuất
một sản phẩm dựa trên nhiều chi tiết nhỏ được lắp ghép lại với nhau, do sản xuất
những bộ phận nhỏ để lắp ghép yêu cần sự chính xác cao sẽ gây ra khó khăn trong
3


quá trong quá trình sản xuất, làm tăng giá thành sản phẩm; phương pháp khuôn đúc
quay cho phép sản phẩm được thiết kế được với hình dạng phức tạp, vì hình dạng
sản phẩm sẽ gần như chỉ phụ thuộc vào khn ban đầu, chi phí của phương pháp
khn đúc quay cũng tốt hơn so với các phương pháp khác với cùng loại sản phẩm.
1.2 Lịch sử phát triển
Quá trình đúc quay có nguồn gốc từ người Ai Cập cổ đại, những người đã tạo ra
đồ gốm cách đây hàng trăm năm. Ứng dụng đầu tiên của quy trình đúc quay tiên
tiến hơn những gì người Ai Cập sử dụng là sản xuất đạn pháo vào năm 1855 và
trứng rỗng bằng sô cô la của người Thụy Sĩ vào năm 1910 để tạo ra độ dày và mật
độ thành đồng nhất. Trong những thời kỳ này, đã có một số bằng sáng chế được
đăng ký để ghi lại bản chất của quá trình đúc này. Tuy nhiên, đây được coi là một
quá trình chậm và gặp một số thách thức, dẫn đến q trình này khơng được phổ
biến.
Trong những năm 1940, quy trình này được sử dụng để tạo đầu búp bê và các đồ
chơi nhỏ khác từ nhựa polyvinyl clorua plastisol bằng cách sử dụng nhựa nikenđồng được tạo điện. Việc thiết lập chỉ bao gồm động cơ điện và vịi đốt gas và phần
hồn thiện được làm nguội bằng nước lạnh. Phương pháp này đã thu hút nhiều
ngành công nghiệp áp dụng phương pháp này trong quá trình sản xuất của họ, dẫn
đến việc sản xuất nón đường, phao biển và tay vịn.
Ngày nay, đúc quay được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, sản xuất các
bộ phận lớn hơn và phức tạp hơn. Bản chất của quá trình được hiểu rõ hơn và thiết
kế thiết bị được nâng cao đáng kể. Chu kỳ làm nóng và làm mát kéo dài vẫn là một
điểm nghẽn lớn đối với một số nhà sản xuất. Sự phát triển tập trung vào việc sửa đổi
thiết bị đúc quay của các nhà phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng. (2)

2. Quy trình cơng nghệ phương pháp đúc khn quay
Quy trình cơng nghệ của phương pháp đúc khn quay bao gồm 4 cơng đoạn
chính: (1), (3)

4


Hình 1: Sơ đồ cơng nghệ và hình ảnh mơ tả phương pháp đúc khuôn quay

(1)

Các mục tiếp theo sẽ trình bày kỹ hơn các cơng đoạn trong q trình vận
hành phương pháp đúc khuôn quay lần lượt theo thứ tự tiến hành của chúng.
2.1. Nạp nguyên liệu:
Cơ chế công đoạn nạp nguyên liệu: Sau khi xác định loại polyme sẽ sử dụng,
một lượng polyme, ở dạng bột nhựa, được đưa vào trong một khuôn rỗng và được
đảm bảo không thất thốt trong q trình vận hành phương pháp. Bột nhựa được
dung trong phương pháp phải có kích thước mịn, đồng nhất và được sấy khô để đạt
được độ chảy tốt và ngăn ngừa sự hình thành bong bóng. Lượng nhựa được nạp là
một trong những yếu tố chính sẽ quyết định độ dày của sản phẩm tạo ra từ phương
pháp.

5


Hình 2: Mơ tả q trình nạp ngun liệu

2.2. Quay khuôn và gia nhiệt
Cơ chế công đoạn quay khuôn và gia nhiệt: Nhựa ở dạng bột được nạp ở bước
thứ nhất được gia nhiệt bên trong khuôn rỗng trong khi khuôn quay từ từ cho đến

khi tất cả nhựa được nấu chảy. Khi nhựa nóng chảy, nhựa sẽ bao phủ tồn bộ thành
bên trong của khn. Hoạt động đồng thời của việc làm nóng và quay đảm bảo sự
phân bố đồng đều của nhựa bên trong khuôn. Khuôn quay theo hai trục và tốc độ
quay khuôn thường chậm (dưới 15 vòng/phút).

6


Hình 3: Hình ảnh thực tế mơ tả q trình trong bước quay khuôn và gia nhiệt

Để đạt được sự phân bố độ dày sản phẩm tốt, phải xác định được tỷ lệ quay
thích hợp. Giá trị này là số vịng quay mỗi phút (vịng/phút) trên trục hồnh so với
số vịng quay mỗi phút trên trục tung. Hình cầu hoặc hình khối có thể được đúc theo
tỷ lệ quay 4: 1. Đối với chất rắn không đều, tỷ lệ phải ở mức 1: 8 hoặc 8: 1. Ngồi
ra số vịng quay sẽ phụ thuộc vào cách nhà sản xuất tối ưu hóa yếu tố này để đạt
được sản phẩm tốt nhất dựa trên những yếu tố khác.
Thời gian gia nhiệt của polyme rất quan trọng và là một trong những thơng số
quyết định chất lượng của sản phẩm đã hồn thành. Thời gian gia nhiệt quá lâu sẽ
dẫn đến sự phân hủy nhiệt của polyme và sẽ làm giảm các đặc tính cơ học cuối cùng
của sản phẩm, chẳng hạn như khả năng chống mài mòn và va đập kém hơn. Ngược
lại, thời gian đun nóng khơng đủ sẽ làm cho polyme nóng chảy khơng hồn tồn.
Hạt nhựa chưa được nấu chảy sẽ không kết hợp với phần nhựa đã nóng chảy dẫn
đến hình thành bong bóng. Những sự đa dạng này có ảnh hưởng xấu đến các đặc
tính cơ học cuối cùng của sản phẩm.
2.3. Làm nguội
Cơ chế công đoạn làm nguội: Trong cơng đoạn này, polyme nóng chảy bên
trong khn sẽ cứng lại và đơng đặc thành hình dạng mong muốn. Bên ngồi của
khn quay được làm mát bằng đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức, thường sử dụng
tác nhân làm nguội là khơng khí. Khơng khí làm nguội có thể được cung cấp cho
bên trong khn để duy trì sự ổn định về kích thước trong q trình làm nguội.

Thiết bị xịt nước làm nguội có thể được sử dụng để giảm thời gian làm mát, nhưng
phương pháp này có thể ảnh hưởng đến các đặc tính cơ học và kích thước của chi
tiết.
Thời gian làm lạnh của polyme cũng quan trọng như thời gian gia nhiệt. Vì vậy,
tốc độ làm mát thích hợp phải được xác định. Việc làm nguội nhanh chóng dẫn đến
sự cong vênh và co ngót khơng thể kiểm sốt của sản phẩm. Mặt khác, làm mát
chậm khiến cho dòng chảy của nhựa nóng chảy được hình thành dẫn đến độ dày của
thành khơng cịn được duy trì như u cầu.

7


Hình 4: Hình ảnh thực tế quá trình làm nguội tự nhiên khuôn đúc

2.4. Tách khuôn và lấy sản phẩm
Cơ chế công đoạn làm nguội: Sản phẩm đã được làm nguội được người vận
hành cẩn thận lấy ra khỏi khuôn rỗng. Hệ thống khí được xịt có thể giúp nâng bộ
phận ra khỏi khuôn. Sau khi các bộ phận được tháo ra, nó sẽ chuyển sang các q
trình tiếp theo như kiểm tra chất và đóng gói.

8


Hình 5: Hình ảnh thực tế tháo gỡ khn sau công đoạn làm nguội

3. Các loại máy dùng trong phương pháp khuôn đúc quay
Trong phương pháp khuôn đúc quay, các bộ phận tiêu chuẩn của máy đúc
khuôn quay bao gồm:
-


Bộ phận đỡ: Cánh tay hoặc giá đỡ;
Khuôn (nằm trên bộ phận đỡ);
Lò nhiệt (một hoặc nhiều lò)
Khoang làm mát.

Giữa các loại máy khuôn đúc quay khác nhau, sự khác biệt duy nhất của chúng là
hướng chuyển động các khuôn dựa trên trình tự hoạt động của q trình khn
quay.
Các loại máy khác nhau được sử dụng trong quá trình đúc quay được trình bày
trong phần tiếp theo. (4), (5)
3.1. Máy đúc khn quay vỏ sị (Clamshell Machine) (4)
Giới thiệu máy đúc khn quay vỏ sị
Máy đúc khn quay vỏ sị có lị nhiệt di chuyển theo kiểu vỏ sị. Ưu điểm
lớn của loại máy này là không gian yêu cầu cho lắp đặt nhỏ, thuận lợi trong thao tác
vận hành chế tạo sản phẩm.
Cấu tạo của máy đúc khuôn quay vỏ sị được mơ tả trong Hình 6.

9


Hình 6 : Mơ tả máy đúc khn quay vỏ sị

Cơ chế vận hành
Khn được lắp thành cụm trên bàn xoay thơng qua trục. Khi lị vỏ sị đóng lại,
trục quay sẽ di chuyển các khn theo chuyển động hình cầu đồng thời cũng quay
các khuôn theo trục của chúng. Nhiệt độ cần thiết có được thơng qua q trình gia
nhiệt và tuần hồn khơng khí lưu thơng qua máy. Đối với chu trình làm mát, khơng
khí đã được làm lạnh được lưu thông và nước cũng được phun ở dạng sương vào
máy. Vào cuối chu kỳ, lò mở ra theo cơ chế vỏ sị và khn cũng được mở ra để lấy
thành phẩm; các khuôn được nạp lại nguyên liệu nhựa và chu trình bắt đầu lại từ

đầu.
3.2. Máy đúc khuôn quay băng chuyền (Carousel Machine) (4)
Giới thiệu máy đúc khuôn quay băng chuyền
Máy đúc khuôn quay băng chuyền là loại máy được ứng dụng chủ yếu trong
công nghiệp. Loại máy này được phát triển để dùng cho sản xuất với một lượng lớn
nguyên liệu, thành phẩm tạo thành có kích thước trung bình.

10


Ưu điểm của Máy đúc khuôn quay băng chuyền là khả năng hoạt động với đa
dạng các kích thước khn khác nhau và với nhiều yêu cầu của đa dạng các loại vật
liệu. Một số ưu điểm khác bao gồm khả năng hoạt động với các loại nguyên liệu
khác nhau cũng lúc và khả năng thay đổi khuôn một cách dễ dàng mà khơng làm
ảnh hưởng tới q trình vận hành.
Cấu tạo của máy đúc khuôn quay băng chuyền được mơ tả trong Hình 7.

Hình.7: Mơ tả máy đúc khn quay băng chuyền

Cơ chế vận hành
Trong máy đúc khuôn quay băng chuyền, mỗi cánh tay giữ khuôn cách nhau
120 độ và được điều khiển bởi một tháp trung tâm (khuôn được găn ở cuối mỗi
cánh tay). Cả ba cánh tay đều đồng thời quay trong máy, lần lượt các khuôn sẽ được
quay tới các vị trị theo khác nhau theo quy trình, một nhánh ở khi vực gia nhiệt, một
nhánh ở khu vực làm mát và nhánh còn lại ở khu vực để dỡ khuôn hoặc nạp nguyên
liệu mới.
3.3. Máy đúc khuôn quay con thoi (Shuttle Machine) (5)
Giới thiệu máy đúc khuôn quay con thoi
11



Dịng máy đúc khn quay con thoi hoạt động với một lò nhiệt trung tâm, hai
trạm làm nguội, nạp nguyên liệu, tháo sản phẩm (kết hợp cả ba) ở hai bên và hai xe
đẩy có tay địn thẳng hoặc lệch. Nhờ vào thiết kế như vậy, máy đúc khuôn quay con
thoi có thể được thay đổi khn quay một cách dễ dàng. Loại máy đúc khuôn quay
này cho phép sản xuất các sản phẩm khác nhau thông qua việc sử dụng các khuôn
khác nhau cùng một lúc; thời gian đúc quay và thành phần ngun liệu ở mỗi khn
có thể được điều chỉnh khác nhau ở mỗi khuôn.
Cấu tạo của máy đúc khn con thoi được mơ tả trong Hình 8.

Hình 8: Mơ tả máy đúc khn quay con thoi

Cơ chế vận hành
Máy đúc khn quay con thoi có các cánh tay độc lập quay theo 2 hướng trục.
Nguyên liệu được cho vào khn ở vị trí nạp ngun liệu, khuôn di chuyển đến
buồng gia nhiệt nằm ở giữa đường ray và tiến hành quá trình quay của chúng. Sau
thời gian làm việc trong lị nhiệt trung tâm, khn trở lại vị trí ban đầu sau khi q
trình hồn thành. Sản phẩm được lấy ra ở từng khuôn và sau đó q trình sảm xuất
có thể được tiếp tục với lượng nguyên liệu mới được thêm vào.
3.4. Máy đúc khuôn quay tay quay (Swing arm machine) (5)
Giới thiệu máy đúc khuôn quay tay quay:
12


Máy đúc khn quay tay quay có các cánh tay độc lập với nhau. Mỗi cánh tay
được gắn trên một góc của lị và quay vào và ra khỏi lị. Trên các máy đúc khuôn
tay quay, mỗi cặp cánh tay được gắn trên cùng một góc, sao cho máy bốn cánh tay
có hai điểm trục. Ưu điểm của loại máy này bao gơm việc mỗi cánh tay có thể hoạt
động độc lập với nhau vì vậy khơng cần thiết phải vận hành tất cả các cánh tay cùng
một lúc. Máy được dùng hiệu quả với các loại vật liệu mà thời gian làm nguội và

tách khuôn yêu cầu lâu hơn so với thời gian gia nhiệt trong lò trung tâm.
Cấu tạo của máy đúc khuôn tay quay được mô tả trong Hinh 9.

Hình 9: Mơ tả máy đúc khn quay tay quay

Cơ chế vận hành:
Nguyên liệu được nạp vào khuôn ở vị trí nạp liệu (giống vị trí làm nguội). Các
cánh tay bắt đầu chuyên động để đưa khuôn vào lị gia nhiệt trung tâm và sau đó
q trình đúc khuôn quay bắt đầu. Sau thời gian đúc yêu cầu, các cánh tay sẽ di
chuyển lại về vị trí làm nguội, sản phẩm sau cũng được tháo ra để sau đó chuẩn bị
cho mẻ ngun liệu mới.
3.5. Máy đúc khn quay thẳng đứng (Vertical Wheel Machine) (5)
Giới thiệu máy đúc khuôn quay thẳng đứng:

13


Máy đúc khuôn quay thẳng đứng hoạt động giống như thiết kế của vịng đu
quay. Loại máy này có kích thước khác nhau từ nhỏ đến trung bình so với các loại
máy quay khác. Ưu điểm của máy đúc khuôn quay thẳng đứng bao gồm tiết kiệm
năng lượng do sự nhỏ gọn của các buồng làm nóng và làm mát của chúng. Những
máy này có khả năng tương tự như máy đúc khn quay băng chuyền (đã trình bày
ở trên), nhưng chiếm ít khơng gian hơn nhiều. Máy đúc khn quay thẳng đứng
dùng để san xuất các sản phẩm có kích thước từ nhỏ đến trung bình.
Cấu tạo của máy đúc khn quay thẳng đứng được mơ tả ở Hình 10 :

Hình 10 : Mơ tả máy đúc khn quay thẳng đứng

Cơ chế vận hành:
Nguyên liệu được cho vào ở vị trí nạp liệu. Các khn được đặt trong giá đỡ

riêng và được quay theo trục từ vị trí nạp liệu (tháo sản phẩm), tới vị trí gia nhiệt và
làm mát trong suốt q trình quay của nó. Sản phẩm được tháo ra vào nguyên liệu
có thể được nạp tiếp tục sau qua trình vệ sinh khn.

14


3.6. Máy đúc khuôn quay chuyển động lắc và quay (Rock and roll
machine)(4),(5)
Giới thiệu máy đúc khuôn quay chuyển động lắc và quay
Máy đúc khuôn quay chuyển động lắc và quay là loại chuyên dụng được thiết
kế chủ yếu để sản xuất các chi tiết dài và hẹp. Một số máy thuộc loại vỏ sị, có một
cánh tay; một số máy khác được thiết kế theo kiểu con thoi, có hai cánh tay. Loại
máy này thích hợp nhất cho các sản phẩm có kích thước lớn, có tỷ lệ chiều dài trên
chiều rộng lớn như ca nô hoặc thuyền kayak. Với các buồng sưởi chỉ u cầu có
kích thước nhỏ, loại máy này tiết kiệm chi phí cho lị gia nhiệt trung tâm hơn so với
máy hai trục.
Cấu tạo của máy đúc khn tay quay được mơ tả trong Hình 11.

Hình 11 :Máy đúc khn quay chuyển động lắc và quay

Cơ chế vận hành:
Nguyên liệu được nạp vào trong khuôn. Trong q trình khn được gia nhiệt,
giá đỡ khn bắt đầu chuyển động lắc theo trục dọc từ góc nghiêng 45 độ tới nằm
ngang và ngược lại. Cùng lúc đó, khn cũng được xoay 360 độ trên trục vng
góc. Sau q trình đúc khn, sản phẩm được làm nguội và lấy ra giống các phương
15


pháp khác. Nguyên liệu được nạp vào sau khi vệ sinh khuôn để chuẩn bị cho các

phương pháp khác tiếp theo.
4. Nguyên liệu sử dụng trong phương pháp khuôn đúc quay
4.1. Polyme dùng trong phương pháp khuôn đúc quay
Các loại polyme thường được sử dụng trong đúc quay thường là các loại nhựa
nhiệt dẻo. Một số các polyme thường được sử dụng và các đặc điểm của chúng
trong phương phương pháp đúc khuôn quay(6),(1):
Polyethylene (PE) (7),(11),(12): Polyethylene chiếm hơn 80% polyme được sử dụng
trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp ứng dụng phương pháp khuôn quay. Điều
này xuất phát từ tính chất chi phí thấp và dễ đúc của nó. PE có sẵn ở dạng bột,
khơng giống các loại polyme khơng phải PE khác thường rất khó nghiền. PE cũng
có khả năng kháng hóa chất tốt và độ hấp thụ nước ở mức thấp.
Các loại polyethylene có thể được sử dụng trong quay vòng là Polyethylene mật
độ cao (HDPE), Polyethylene mật độ thấp (LDPE), Polyethylene mật độ trung bình
(MDPE) và Polyethylene mật độ thấp tuyến tính (LLDPE).

Hình 12: Sản phẩm của phương pháp đúc khuôn quay với nguyên liệu là
Polyethylene

Polypropylene (PP)(8),(13),(14),(15): Polypropylene là loại nhựa được xử lý nhiều thứ
hai và là một trong những loại polyme linh hoạt nhất hiện có. Nó có đặc điểm nằm

16


ở giữa LDPE và HDPE. Các đặc tính có giá trị tốt của nó bao gồm khả năng chống
chịu hóa chất, nhiệt và mỏi tốt.

Hình 13: Sản phẩm của phương pháp đúc khuôn quay với nguyên liệu là
polypropylene


Polyvinyl clorua (9): Polyvinyl clorua là dạng polyme của monome vinyl clorua.
Nó là một loại nhựa mạnh và cứng, có khả năng tương thích với nhiều chất phụ gia
để thay đổi các tính chất cơ học của nó.

Hình 14: Sản phẩm bóng đồ chơi được làm từ PVC thông qua phương pháp đúc
khuôn quay

Nylon: Nylon xuất phát từ nhóm nhựa polyamit. Ngồi sản xuất phim và sợi,
polyme này có thể được sử dụng như một hợp chất đúc. Nó thường cứng, có khả
năng chịu nhiệt và hóa chất tốt.

17


4.2. Yêu cầu của nguyên liệu và vai trò các chất phụ gia
4.2.2. Yêu cầu của nguyên liệu
Đối với quá trình lựa chọn nguyên liệu nhựa, nhiều yêu cầu khác nhau được đưa ra
dựa trên điều kiện của các công đoạn trong quy trình đúc khn quay. Các u cầu đó
được trình bày bao gồm:
-

Nhựa nóng chảy sẽ tiếp xúc với oxy ở nhiệt độ cao, có thể bị oxy hóa và làm
mất các đặc tính cơ học mong muốn của polyme. Do đó, phân tử của vật liệu

-

polyme phải có các nhóm có tính chất chống oxy hóa.
Polyme phải có độ bền nhiệt cao để vật liệu chống lại những thay đổi vĩnh viễn

-


do nhiệt độ cao mang lại.
Vật liệu nóng chảy phải dễ dàng chảy trong thành khn vì dịng chảy chỉ phụ
thuộc vào chuyển động quay và khơng có áp lực liên quan. Các đặc tính chảy
của polyme được chọn ở nhiệt độ cao phải được xem xét trong giai đoạn tối ưu
hóa.

4.2.3. Vai trị của các chất phụ gia
Trong q trình đúc khn quay, ngồi ngun liệu polyme sử dụng, các loại chất
phụ gia khác nhau được thêm vào với mục đích tạo ra các sản phẩm có các tính chất
được cải thiện hoặc mang thêm những tính chất mới. Tùy vào yêu cầu của nhà sản
xuất và các ảnh hưởng có thể mang lại của chất phụ gia với q trình đúc khn quay
mà loại phụ gia cũng như hàm lượng của chúng được tính toán trước khi trộn với
nguyên liệu ban đầu. (6),(10)
Các loại phụ gia bao gồm:
-

Phụ gia chính (Primary additives): Có vai trị cải thiện các tính chất cơ học của

-

sản phẩm và hỗ trợ trong q trình đúc;
Chất điều chỉnh dịng chảy (Flow modifiers): Hỗ trợ dòng chảy của nhựa

-

polyme ở trạng thái nóng chảy để đạt được sự phân bố độ dày tốt;
Chất ổn định nhiệt (Heat stabilizers): Ngăn ngừa sự suy giảm nhiệt do nhiệt độ

-


cao gây ra;
Chất độn (Fillers): làm tăng độ cứng;
Chất điều chỉnh tác động (Impact modifiers): Làm tăng độ bền va đập;

18


-

Các chất phụ gia thứ cấp (Secondary additives): Được sử dụng để tạo cho thành
phẩm có các đặc tính đặc biệt như chất tạo màu, chất chống cháy và chất chống
tĩnh điện.

5. Khuôn và chất tách khuôn trong phương pháp đúc khuôn quay
5.1. Khuôn trong phương pháp đúc khuôn quay
Quá trình vận hành trong phương pháp đúc khn quay sử dụng lực ly tâm, không
phải áp lực, để lấp đầy khn. Vì vậy, khn quay sử dụng trong phương pháp đúc
khn quay có chi phí tương đối thấp khi so sánh với các quá trình khác như ép phun
hay đúc thổi. Điều quan trọng là nhà sản xuất phải chọn đúng loại khuôn phù hợp với
yêu cầu sản phẩm. Khuôn rỗng sử dụng trong phương pháp đúc khuôn quay được làm
từ nhôm đúc hoặc thép tấm chế tạo và tạo hình dạng cho sản phẩm được đúc. Đặc
điểm của hai loại vật liệu này khi được sử dụng làm khuôn được mô tả như sau (1),(4):
Khuôn thép:
Thép luôn được chứng minh là kim loại hiệu quả để làm khn. Nó là một kim loại
bền, có thể chịu nhiệt và áp suất cao mà khơng làm thay đổi hình dạng của khn và
nó có thể được sử dụng cho hàng triệu bộ phận từ cùng một khuôn. Không giống như
khuôn nhôm, khn thép có thể dễ dàng chế tạo và bảo trì.
Khả năng chống mài mịn của thép khn là cơ bản và là một trong những quan
trọng nhất. Và độ cứng là yếu tố chính để chống mài mịn. Nói chung, độ cứng cao của

khuôn với độ hao hụt thấp hơn, điều đó có nghĩa là khả năng chống mài mòn tốt. Đồng
thời, khả năng chống mài mòn của thép khn liên quan đến chủng loại, số lượng,
hình dạng của cacbit.
Khn thép làm việc ở áp suất cao. Nó phải chịu tải trọng va đập lớn. Vì vậy nó
phải có sức mạnh và độ dẻo dai rất lớn để có thể xử lý những điều kiện làm việc khó
khăn. Độ bền của nó phụ thuộc vào hàm lượng cacbon và kết cấu khn.
Bởi vì nhựa có clo, flo và các nguyên tố khác cũng như việc các chất gây ăn mịn
khn như HCI, HF sẽ thốt ra sau khi nhựa đun nóng và phân hủy. Điều đó sẽ tấn
cơng bề mặt của khoang khuôn, làm cho bề mặt trở nên cứng hơn và làm tăng mất
khuôn.
19


Hình 15: Khn thép khơng gỉ dùng để chế tạo bể đựng nước trong phương pháp
đúc khuôn quay

Khuôn nhôm:
Khuôn nhôm được sử dụng phổ biến nhất trong phương pháp đúc khn quay. Với
khn nhơm đúc, các nhà sản xuất có thể tạo ra các hình dạng phức tạp với các chi tiết
phức tạp ở nhiều kích cỡ - từ các sản phẩm rất nhỏ (như ống tiêm ống tai) đến các mặt
hàng công nghiệp lớn (như bể chứa nước thải).
Khuôn nhơm có trọng lượng nhẹ, truyền và tản nhiệt tốt khiến chúng trở nên lý
tưởng cho các chu kỳ lặp lại thơng qua lị đúc quay. Các cơng cụ đúc có thể được sửa
đổi sau khi chúng được đưa vào sản xuất để phù hợp với những thay đổi nhỏ trong
thiết kế các bộ phận.

20


Hình 16: Khn nhơm dùng để đúc hai sản phẩm cũng lúc trong phương pháp

đúc khuôn quay

5.2. Chất tách khuôn trong phương pháp đúc khuôn quay
Chất tách khuôn là một lớp phủ có mặt trên thành trong của khn. Nó được sử
dụng để loại bỏ hiệu quả phần khuôn sau khi làm nguội, vì nó ngăn chặn sự dính
khỏi bề mặt khuôn. Các loại chất tách khuôn như sau:
Lớp phủ hy sinh: Loại chất tháo khuôn này, thường là silicone, đi ra khỏi bộ
phận được đúc khi nó được nhả ra khỏi dụng cụ. Do đó, nó được áp dụng khi bắt
đầu mọi quá trình tải.
Lớp phủ bán vĩnh viễn: Chất tháo khuôn bán vĩnh viễn được sử dụng phổ biến
trong hầu hết các ngành cơng nghiệp. Nó kéo dài sau một số chu kỳ làm nóng và
làm lạnh polyme. Nó được bơi lại hoặc bổ sung trước khi sử dụng hết.
Lớp phủ vĩnh viễn: Loại này loại bỏ nhu cầu bơi lại chất tháo khn, vì nó được
cố định vĩnh viễn trên bề mặt khuôn. Tuy nhiên, lớp chất giải phóng khn vĩnh
viễn có thể bị mịn do trầy xước và xử lý sai. Lớp phủ tác nhân giải phóng khn
vĩnh viễn phổ biến nhất là polytetrafluoroethylene (PTFE).
6. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp đúc khuôn quay
Về mặt lý thuyết, phương pháp đúc khuôn quay là một phương pháp tương đối
đơn giản. Tuy nhiên, nhà sản xuất gặp sẽ phải giải quyết nhiều vấn đề để đạt được
sản phẩm tốt khi sử dụng phương pháp này.(1), (4),(5)
Phương pháp đúc khuôn quay được đánh giá cao nhờ vào những ưu điểm của
nó so với các phương pháp đúc khác. Với những thiết kế và lắp đặt hợp lý về mặt
máy móc và quy trình vận hành, nhà sản xuất và người tiêu dùng có thể hưởng
những lợi ích sau đâu từ phương pháp đúc khuôn quay:
-

Độ dày sản phẩm đồng nhất: Độ dày sản phẩm đồng nhất, ở tất cả các mặt,
cạnh và góc, làm tăng độ bền của sản phẩm. Với tốc độ quay và chu kỳ làm
mát thích hợp, có thể đạt được độ dày san phẩm đồng nhất, ngay cả khi sản
xuất các sản phẩm có thành dày. Các góc và cạnh của sản phẩm dày hơn nhờ

đúc khuôn quay khi so sánh với phương pháp đúc thổi khuôn (blow molding)
21


-

Dễ dàng sản xuất các bộ phận thành đôi: Các bộ phận có thành đơi được chế
tạo dễ dàng mà không cần gia công thứ cấp như hàn và chế tạo mối nối. Các
bộ phận được sản xuất có các cạnh liền mạch, giúp loại bỏ các điểm ứng suất,

-

giúp tăng độ bền.
Dây chuyền sản xuất khơng tốn kém: Vì khn khơng phải chịu áp suất cao, nó

-

có thể được sản xuất bằng vật liệu chi phí thấp như nhơm.
Tính linh hoạt của sản xuất: Các sản phẩm khác nhau có thể được đúc trong
một máy cùng một lúc. Với một số thiết bị đúc quay có các cánh tay độc lập,
nó làm cho việc quản lý dụng cụ trở nên dễ dàng; một khn có thể được lên

-

lịch cho các hoạt động bảo trì trong khi các khn khác đang được sử dụng.
Có thể sản xuất các bộ phận lớn hơn: Đúc quay giúp cho việc sản xuất các sản
phẩm rỗng lớn có thể thực hiện được. Hạn chế duy nhất là kích thước của các

-


khoang sưởi và làm mát.
Ít u cầu các quy trình sau đúc: Sản phẩm được sản xuất trong quá trình đúc
quay chỉ là một sản phẩm duy nhất. Do đó, nó khơng bắt buộc phải trải qua các
bước cắt tỉa phức tạp. Đúc khuôn quay cũng tạo ra ít hao phí nhựa polyme hơn

-

so với các phương pháp khác.
Dễ dàng trang trí: Người thiết kế sản phẩm có thể dễ dàng kết hợp các chi tiết
như kết cấu và biểu tượng thông qua việc bổ sung các chi tiết đó trên bề mặt
của khn đúc.
Ngoài những ưu điểm kể trên khi so sánh với các phương pháp khác, phương

pháp đúc khn quay cũng có một số nhược điểm đáng chú ý như sau:
-

Thời gian đúc lâu và chi phí cao : Đúc khn quay có thể khơng phù hợp với
sản xuất khối lượng lớn. Việc quay chậm trong quá trình gia nhiệt đến trạng
thái nóng chảy và làm nguội dần sản phẩm và tồn bộ dụng cụ đến nhiệt độ
phịng sau khi làm khn tiêu tốn rất nhiều thời gian trong một chu kỳ đúc. Hệ
thống nước làm mát hoặc khơng khí có sẵn, nhưng nó địi hỏi thêm chi phí vận
hành. Ngồi ra, quy trình vẫn địi hỏi các bước thủ cơng như tách sản phẩm
khỏi khn mẫu, do tính khả dụng hạn chế của các tính năng tự động hóa. Điều

-

này cũng làm tăng thêm chi phí chung của q trình vận hành.
Các tùy chọn nguyên liệu hạn chế: Rất ít polyme đủ tiêu chuẩn làm nguyên
liệu cho quá trình này vì nó yêu cầu phải được chuyển đổi ở dạng bột để được
22



xử lý thành cơng. Các loại polyme khác ngồi polyetylen có giá thành cao và
khó nghiền. Ngồi ra, q trình này địi hỏi polyme phải có độ ổn định nhiệt
-

cao, điều này hạn chế việc lựa chọn các loại nhựa có thể dung làm ngun liệu.
Tuổi thọ của khn ngắn: Bởi vì các khn chỉ được làm từ kim loại mỏng và
mềm, nên các khuôn phải được thay thế sau nhiều chu kỳ sản xuất để đảm bảo

-

chất lượng của các sản phẩm được sản xuất.
Một số chi tiết, kiểu dáng khó tạo khn: Độ dày đồng đều trên bề mặt phẳng
lớn khó có thể đạt được với phương pháp đúc khn quay. Ngồi ra, máy đúc
khn quay khơng có khả năng đúc các sản phẩm có dung sai cao và có các
cạnh sắc.

7. Ứng dụng của phương pháp đúc khn quay
Đúc khn quay có nhiều ứng dụng như để sản suất các sản phẩm công nghiệp
và ô tô, đồ nội thất, thiết bị xử lý vật liệu, thiết bị y tế, đồ chơi, v.v. Một số sản
phẩm đáng chú ý được làm từ đúc khuôn quay như sau(1), (4),(5):
-

Sản xuất các loại thùng thùng chứa dụng cụ, hộp cách nhiệt, va li, két chưa
nước có dung tích lớn, v.v, những loại sản phẩm này được sản xuất chủ yếu
trong cơng nghiệp bằng phương pháp đúc khn quay.

Hình 17: Thùng chứa dụng cụ và thùng chứa nước được sản xuất bằng phương
pháp đúc khn quay

-

Vật tư phịng thí nghiệm và y tế như ống tiêm, mặt nạ dưỡng khí;
Dụng cụ làm vườn và nông nghiệp được sử dụng để trồng trọt như chậu, máng,
thùng ủ sinh học và xe làm vườn;

23


Hình 18 : Chậu cây được sản xuất bằng phương pháp đúc khuôn quay
-

Các sản phẩm vệ sinh như thùng chứa rác, thùng rác và bể tự hoại;
Các phương tiện và thiết bị hàng hải cho giao thông vận tải và thể thao dưới
nước như thuyền chèo, ca nô, phao và thuyền kayak được sản xuất theo
phương pháp đúc khuôn quay chuyển động lắc và quay (rock and roll
molding);

Hình 19: Hình ảnh thuyền plastic sản xuất bằng phương pháp đúc khn quay
-

Rào chắn an tồn, mũ bảo hiểm và các vật dụng tương tự khác được tìm thấy
trên đường bộ hoặc các công trường xây dựng.

24


Hình 20: Mũ bảo hộ được sản xuất bằng phương pháp đúc khuôn quay
-


Đồ chơi và thiết bị thể thao như các bộ phận của búp bê, bóng đá, cầu trượt ở
sân chơi, các bộ phận của thiết bị tập thể dục và các vật thể nổi cho bể bơi.

Hình 21: Đồ chơi trẻ em sản xuất bằng phương pháp đúc khuôn quay

8. Một số hãng bán công nghệ
Hiện nay, với sự phổ biến của phương pháp đúc khuôn quay, nhiều cơng ty, tập
đồn lớn đang cung cấp cơng nghệ đúc khn quay với quy mơ tồn cầu. Dưới đây
là thông tin về một số công ty như vậy:
25