9/11/2014

Sản phẩm đùn
CHƢƠNG 2:
CÔNG NGHỆ ĐÙN

Ths.Lê Vũ Hải

2.1 ĐẶC ĐIỂM
Đùn là phƣơng pháp gia công chủ yếu dùng
cho nhựa nhiệt dẻo và vật liệu đàn hồi nhƣ cao su,
trong đó vật liệu ở trạng thái chảy nhớt đƣợc đẩy
liên tục qua một khe hở có tiết diện nhất định gọi
là đầu tạo hình.
Phƣơng pháp đùn liên tục chỉ áp dụng cho vật
liệu đàn hồi và nhựa nhiệt dẻo, còn đối nhựa nhiệt
rắn thì chỉ dùng phƣơng pháp đùn gián đoạn trên
máy đùn piston.

Ths.Lê Vũ Hải

Đặc điểm của phương pháp đùn liên tục
+ Sản phẩm chỉ định hình theo hai chiều
+ Năng suất máy rất cao
+ Sản phẩm: màng mỏng, tấm phẳng, sợ, ống, bọc
cáp, dây dẫn, các sản phẩm rỏng…

2.2 MÁY ĐÙN TRỤC VÍT
4.2.1 Phân loại
A- Phân loại theo số trục vít

Máy đùn 1 trục vít

Ths.Lê Vũ Hải

1


9/11/2014

•

Máy đùn 2 trục vít

Đối với máy nhiều trục,
các trục có thề ăn khớp
hoặc không ăn khớp, quay
cùng chiều hay ngược
chiều. Do cấu tạo truyền
động phức tạp, nên máy
nhiều trục ít được sử dụng
trong công nghiệp đùn tạo
hình, mà thường dùng để
trộn và nhựa hóa hỗn hợp

Ths.Lê Vũ Hải

2.2.2 Cấu tạo máy đùn trục vít

B- Phân loại theo công dùng:
Đùn chi

tiết dạng
profil

SX ống mềm
SX profil
Đùn phôi thổi khí

Đùn

Do tính chất đơn giản, dễ vận hành trong
công nghiệp polime, máy đùn 1 trục vít thường
được sử dụng để gia công sản phẩm

SX ống cứng

SX màng
mỏng

Tráng phủ và
SX tấm
Cán tấm

SX màng ống

SX màng ống

SX màng phẳng

SX màng phẳng


SX dây phẳng

8. lưới
lọc

3.Phiễ
nạp liệu
5.Bộ gia
nhiệt

4.Xy
lanh

Bọc dây và cáp
SX màng phức hợp và
tấm phẳng

7.Đầu
khuôn

2..
Hộp
giảm
tốc

6.Trục
vít

Đúc dưới áp suất
SX sơ, sợi

Ths.Lê Vũ Hải

A Cửa cấp liệu:
- Cữa nạp liệu có thể có tiết diện tròn, chữ nhật, hay
vuông, thành đứng, xiêng, tiếp xúc hay võng sâu
xuống.
- Cữa cấp liệu có hệ thống làm mát tránh hiện tƣợng
nóng chảy vật liệu, dính vào thành thiết bị.
- Dùng phễu có hút chân không dùng cho nguyên
liệu dạng bột để loại trừ hiện tƣợng sản phẩm bị
bọt khí
- Với nguyên liệu dạng hạt dùng phễu thông
thƣờng

Ths.Lê Vũ Hải

1. Động
cơ

- Các phễu cấp nguyên liệu có thể trang bị quạt
hút để hút nguyên liệu từ bôn chứa vào
- Chiều dài của cửa nạp liệu không bé hơn một
bƣớc răng vít

2


9/11/2014

- Thiết kế sao cho đảm bảo dòng vật liệu chảy ổn

định, có thể có các thiết bị hỗ trợ để giúp quá trình
nạp liệu ổn định.

B- Trục vít
Nhiệm vụ:
- Tiếp nhận nguyên liệu tại cửa nạp
- Tải tới vùng nhựa hóa
- Tạo ma sát trượt để nhựa hóa và trộn
- Tác dụng như một máy bơm nhựa lỏng tạo áp
suất để đẩy nhựa thoát khỏi đầu tạo hình.

Phiễu cấp liệu có trục vít tải
Ths.Lê Vũ Hải

Yêu cầu trục vít
-

Vật liệu: thép không gỉ
Độ cứng: cao
Bề mặt răng vít phải bóng
Chiều cao răng nhỏ hơn 0,007D nhưng không
vượt quá 0,1.W
- Khe hở giữa xy lanh và vít xoắn: Nhằm làm
giảm dòng nhựa chảy ngược và ma sát giữa vít
xoắn với xylanh. Thường khe hở δ = 0.002 -:0,005D.
Ths.Lê Vũ Hải

Trục vít chia thành 3 vùng
1. Vùng vận chuyển hạt rắn: trong đó nguyên
liệu thường ở dạng hạt rắn

2. Vùng nhựa hóa: nguyên liệu ở dạng bột
nhão gồm hỗn hợp lẫn lộn polymer nóng
chảy và các hạt rắn.
3. Vùng phối liệu: ở đó nguyên liệu ở dạng chảy
nhớt.

Ths.Lê Vũ Hải

Ths.Lê Vũ Hải

Tỷ số L/D

15

20

25

30

Chiều cao
4,0-:-4,5 4,5-:-5,3 5,6-:-6 5,5-:-6,5
răng vít(mm)

Chiều cao răng vít đùn

Ths.Lê Vũ Hải

Trong qua trình di chuyển của nguyên liệu
từ cửa nạp đến đầu tạo hình, nguyên liệu thay

đổi trạng thái từ rắn đến mềm cao, rồi chảy
nhớt, nên khối lượng riêng thay đổi, và do đó
trục vít phải có một hệ số nén nào đó, cho nên
trục vít có một trong các dạng sau:
Xét về mặt cơ học, trục vít có chiều cao răng
không đổi bền hơn. Trái lại, xét về mặt thiết kế,
chế tạo và tính năng kỹ thuật thì trục vít có
bước không đổi ổn định hơn.

Ths.Lê Vũ Hải

3


9/11/2014

Sơ đồ dạng một số loại vít thông dụng
Ths.Lê Vũ Hải

Dạng e với vùng phối liệu từ 5 đến 10D
thường sử dụng cho gia công các loại nhựa dễ
chảy, bền nhiệt như PE, PB, PA, PUB, PC. Với
các loại nhựa có điểm nóng chảy rõ ràng và PS
thì dạng vít thường dùng là f. Còn để gia công
các loại nhựa như ABS, CA, PVC, người ta dùng
vít a

Ths.Lê Vũ Hải

Một trong những kích thước có ảnh hưởng

nhiều đến chất lượng sản phẩm là chiều dài
trục vít, vì nó ảnh hưởng đến thời gian lưu lại
của nguyên liệu trong máy.
Tùy theo mục đích sử dụng, chiều dài của
trục vít thay đổi trên một khoảng rộng.
Gia công cao su, chiều dài vít so với đường
kính L/D biến thiên từ 3 đến 4.
Gia công nhựa nhiệt dẻo, L/D từ 15 -:- 20.
Phần cấp liệu chiếm khoảng 50%, phần phối
liệu khoảng 25%

Ths.Lê Vũ Hải

Chiều dài của các vùng phân chia trên trục
vít tuy có tính chất quy ước nhưng rất quan
trọng, nhất là chiều dài vùng phối liệu. Những
máy có chiều dài vùng phối liệu ngắn các
thông số nhiệt độ, áp suất, năng suất rất biến
động. Trái lại, máy có chiều dài vùng phối liệu
dài các thông số trên ổn định hơn đồng thời
áp suất cũng lớn hơn, và phải có hệ số ma sát
nhỏ giữa nguyên liệu gia công với bề mặt trục
vít, vì một trong những yếu tố đảm bảo năng
suất cao là hệ số ma sát của vật liệu polyme
trên bề mặt trục vít phải bé hơn hệ số ma sát
trên bề mặt xylanh. Trong nhiều máy để đảm
bảo điều kiện trên, phải tiến hành làm nguội
xylanh.
Ths.Lê Vũ Hải


Ths.Lê Vũ Hải

C- Xylanh
Chế tạo thành 2 lớp: lớp ngoài chịu lực, lớp
trong chịu ma sát và ăn mòn và thay thế dễ
dàng.
Tùy theo cách đốt nóng, lớp ngoài có 1 hay 2
vỏ.
Những máy dùng để gia công cao su thường
có 2 vỏ để có thể gia nhiệt bằng hơi nước, hoặc
tác nhân nhiệt khác, vì đòi hỏi nhiệt độ không
cao, nhưng có yêu cầu kiểm soát nhiệt chặt chẽ.
Ths.Lê Vũ Hải

4


9/11/2014

Còn dùng gia công chất dẻo, vỏ ngoài
thường 1 lớp, được đốt nóng bằng điện trở vì
đòi hỏi nhiệt cao.
Làm nguội bằng nước được bố trí ở vùng
cấp liệu , có van điều chỉnh lượng nước để làm
nguội xuống nhiệt độ mong muốn
Xy lanh là một ống thành được đặt cố
định trên giá đỡ . Bộ phận đỡ xy lanh phải đảm
bảo xy lanh có thể giản nỡ được theo chiều dài
khi nung nóng và co lại khi làm nguội


D- Đầu tạo hình
Bộ phận này giữ nhiệm vụ tạo hình sản
phẩm, vì tính đa dạng của sản phẩm đùn nên
đầu tạo hình cũng đa dạng: đầu tạo hình màng
mỏng, đầu tạo hình ống, đầu tạo hình bọc dây
dẫn, đầu tạo hình profile…

Ths.Lê Vũ Hải

Đầu tạo hình

Ths.Lê Vũ Hải

Sơ đồ cấu tạo một số đầu tạo hình tiêu biểu

a/ Đầu tạo hình tấm
phẳng kiểu đuôi cá

b/ Đầu tạo hình tấm
phẳng kiểu ống góp

- Khi ra khỏi đầu khuôn , dòng nhựa có xu hƣớng
khôi phục lại trạng thái ban đầu, và đƣợc gọi là hiện
tƣợng trƣơng phồng
Ths.Lê Vũ Hải

Đầu tạo hình
sản xuất ống
và phôi ống


Để sản suất ống và các sản phẩm hình rỗng ngƣời ta sử dụng
các đầu tạo hình bên trong có lõi. Các chi tiết cố định lõi sẽ
tách dòng chảy gây ra sự bất đẵng hƣớng dòng chảy. Để khắc
phục ngƣời ta thu hẹp mặt cắt ngang của dòng chảy sau các
chi tiết.
Không khí đƣợc thổi vào giữa lỏi với áp lực cao để tạo
đƣờng kính trong. Áp suất khoảng 0.5 – 2 bar.

Ths.Lê Vũ Hải

Đầu tạo hình sản suất màng ống

Thực chất là công nghệ tạo
ống, sau đó đƣợc thổi bằng khí
nén. Tiếp theo lăn ép thành tấm
phẳng để dể cuộn.

5


9/11/2014

Ngoài các bộ phận chính trên, máy đùn
còn có các bộ phận khác như lưới lọc, bộ
hướng dòng, …

Đầu tạo hình bọc dây dẫn

Ths.Lê Vũ Hải


Ths.Lê Vũ Hải

Tính toán đầu tạo hình
Thiết kế đầu tạo hình cần chú ý 2 vấn đề:
1. Xác định kích thước các bộ phận dẫn nhựa bên
trong đầu tạo hình thích hợp để có tổn thất áp
suất nhỏ nhất, đạt năng xuất cần thiết
2. Xác định hình dạng và kích thước của các bộ
phận biên dạng đầu tạo hình để với chi tiết này
sản phẩm tạo hình đạt được kích thước và
hình dạng cho trước.
Với yêu cầu thứ 2, đầu tạo hình được chia
thành 2 loại
Ths.Lê Vũ Hải

2- Đầu tạo hình khi dòng nhựa chảy trong bộ
phận tạo hình phát triển theo 2 hướng, vd: các
đầu tạo hình kiểu đuôi cá, với loại này dòng
nhựa chảy qua các bộ phận tạo hình sẽ xuất
hiện biến dạng profil tiết diện sản phẩm. Nếu bộ
phận tạo hình giống nhau ở mọi điểm thì vận tốc
ở vùng có tiết diện lớn sẽ lớn hơn ở vùng có tiết
diện nhỏ và với thiết bị tiếp nhận và kéo căng
thông thường, mức độ kéo căng như nhau ở
mọi điểm sẽ dẫn đến những vùng có tiết diện
nhỏ, sản phẩm có chiều dày càng nhỏ hơn nữa
Ths.Lê Vũ Hải

1- Đầu tạo hình trong đó dòng nhựa chảy trong
các bộ phận dẫn nhựa chỉ phát triễn theo một

chiều, vd: đầu tạo hình thanh tròn, ống, … kích
thước và hình dạng cho trước được bảo đảm
một cách tương đối đơn giản bằng cách kiểm
soát mức độ phục hồi cho phép khi nhựa ra khỏi
đầu tạo hình hoặc bằng bộ phận tiếp nhận có tỉ
lệ kéo căng thay đổi được.

Ths.Lê Vũ Hải

F. Lưới lọc và tấm đỡ lưới lọc
- là lƣới thép không gỉ dùng lọc tạp chất
khỏi khối nhựa nóng chảy, không cho vào
đầu tạo hình
- Tấm đỡ lƣới lọc là tấm kim loại tròn có
khoan nhiều lỗ dùng tạo áp lực ngƣợc để
làm tăng hiệu quả trộn và nhựa hóa của vít

Ths.Lê Vũ Hải

6


9/11/2014

Tấm chắn

Đặt ở cuối thân máy đùn, là một tấm kim loại dày, dạng đĩa,
có lổ. Mục đích: đỡ các lƣới lọc, ngăn cản chuyễn động xoáy
của dòng nhựa nóng khi ra khỏi trục vít. Tấm chắn hƣớng
nhựa chảy theo một đƣờng thẳng vào khuôn.


2.2.3 Quá trình hoạt động của máy đùn
Qua cửa nạp, nguyên liệu rớt vào rãnh vít,
trục vít quay nguyên liệu được tải dần về phía
trước đến vùng nhựa hóa. Trong quá trình vận
chuyển do nhiệt cung cấp từ xylanh và do ma sát,
nhiệt độ của nguyên liệu tăng lên và chuyển từ
trạng thái rắn rời, sang mềm cao và cuối cùng là
dạng chảy nhớt liên tục. Ở vùng phối liệu nhờ ma
sát mà nhựa lỏng được đẩy tới trước, tạo một áp
suất ở đầu trục vít đẩy nhựa thoát khỏi đầu tạo
hình. Ra khỏi đầu tạo hình, hình dáng sản phẩm
được hình thành, sản phẩm cần được làm nguội
đến trạng thái thủy tinh.
Ths.Lê Vũ Hải

Sản phẩm sau khi được định hình ở dạng
liên tục, tùy theo mục đích sử dụng và loại
sản phẩm, người ta có thể cắt thành từ đoạn
cần thiết.
Việc làm nguội sản phẩm khi thoát ra khỏi
đầu tạo hình có thể bằng không khí hay nước.

Ths.Lê Vũ Hải

2/ Vùng nhựa hóa(làm chảy): vít đóng vai trò
nhựa hóa khối hỗn hợp. Nguyên liệu ở vùng
này là hỗn hợp nhựa lỏng và nhựa bột, chuyển
động của nguyên liệu tuân theo qui luật ma
sát rắn có bôi trơn, hiện tượng đảo lộn xuất

hiện rõ nét hơn.
3/ Vùng phối liệu hay nhựa lỏng: Trục vít đóng
vai trò như một máy bơm. Nguyên liệu đã
hoàn toàn chuyển sang trạng thái chảy nhớt,
tuy chuyển động mang tính chất chuyển động
khối, nhưng khác với vùng nạp liệu, ở đây
chuyển động tuân theo các qui luật ma sát
nhớt với sự hình thành các lớp mỏng.
Ths.Lê Vũ Hải

2.2.4 Sự biến đổi trạng thái và chuyển
động của nguyên liệu trong rãnh vít
1/ Vùng nạp liệu: ở vùng này vít giữ chức năng là
tải vật liệu. Chuyển động của nguyên liệu tuân
theo qui luật ma sát khô và sự đảo lộn khối
vật liệu chưa rõ ràng, sự chuyển động của vật
liệu mang đặc điểm chuyển động khối, sự thay
đổi khối lượng riêng là kết quả của việc vật
liệu bị nén ép trong rãnh vít.

Ths.Lê Vũ Hải

Tính năng của máy đùn trục vít phụ thuộc
vào nó thực hiện 3 nhiện vụ này như thế nào.
Trên nguyên tắc tổng quát của máy đùn có thể
xác định bằng sự phân tích tính năng của từng
vùng sau đó kết hợp lại. Tuy nhiên khi vùng
phối liệu không bị quá tải, thì chúng ta có thể
sử dụng các kết quả phân tích vùng này để
tính toán vận hành máy. Ngoài ra từ kết quả

phân tích này chúng ta có thể rút ra được một
số kết luận tổng quát về các đặc trưng như độ
đồng nhất về nhiệt độ của sản phẩm, về tốc
độ đùn, … Cho nên trong các phần sau chúng
ta chỉ tiến hành
Ths.Lê Vũ Hải

7


9/11/2014

phân tích vùng phối liệu của máy trong đó coi
như một máy bơm loại vít.

Ths.Lê Vũ Hải

Do răng vít hình xoắn ốc nên vận tốc V được
phân thành 2 thành phần
Vz: hướng dọc theo trục vít
Vx: vuông góc với đường trục

Ths.Lê Vũ Hải

Khi đầu ra của vít bị cản( do lưới lọc, đầu
tạo hình), thì áp suất được hình thành tại đầu
trục vít. Chúng ta xem như có một dòng chảy
ngược hay dòng chảy áp suất ( vì do sự sai biệt
áp suất) được hình thành. Thực tế không có
dòng chảy này, mà dòng chảy dọc trục bị giảm

khi đầu ra cản trở, để dễ phân tích, với khái
niệm dòng chảy áp suất, chúng ta có thể xem
như dòng chảy dọc trục của vít là tổng dòng
chảy nhớt và dòng chảy áp suất, tức lưu lượng
của dòng chảy dọc trục bằng hiệu số lưu lượng
của dòng chảy nhớt và dòng chảy áp suất.
Ths.Lê Vũ Hải

2.3 Đặc điểm dòng chảy của nhựa trong
rãnh vít
4.3.1 Mô tả dòng chảy:
Nhựa lỏng di chuyển trong vít đùn là do
chuyển động tương đối của vít so với xylanh.
Để tính toán, thường chúng ta xem trục vít
đứng yên, còn xylanh chuyển động quay với
vận tốc V = 2.π.R.N
Khi xylanh quay, lớp nhựa lỏng tiếp xúc với
thành xylanh sẽ có vận tốc thành xylanh, vận
tốc này giảm dần theo bề sâu của rãnh vít và
bằng 0 tại đáy trục vít
Ths.Lê Vũ Hải

Nếu đầu ra của trục vít để hở, chúng ta có 2
dòng chảy:
+ Dòng chảy dọc trục, Vz, quyết định lưu lượng
của nhựa được đùn ra
+ Dòng chảy ngang, Vx, dòng chảy này không
ảnh hưởng đến lưu lượng đùn của nhựa,
nhưng có tác dụng đảo trộn chất lỏng trong
rãnh vít, tạo sự động đều nguyên liệu.

Dòng chảy khi đầu ra của vít để hở gọi là
dòng chảy nhớt vì nó hình thành do sự chuyển
động tương đối của xylanh, lưu lượng dòng
chảy này là lưu lượng cực đại của máy đùn.
Ths.Lê Vũ Hải

Khi đầu ra bị bịt kín hoàn toàn, lưu lượng
dọc trục của nhựa bằng khg, nghĩa là hiệu ứng
2 dòng chảy thuận nghịch bằng nhau. Khi đó
áp suất hình thành tại đầu trục vít là cựa đại.

Ths.Lê Vũ Hải

8


9/11/2014

Ngoài hai dòng chảy thuận và chảy nghịch
ảnh hưởng đến lưu lượng của vít đùn. Chúng
ta còn có dòng chảy rò, chủ yếu là do sự sai
biệt áp suất của nhựa lỏng ở 2 bên răng vít.
Dòng chảy này chảy qua khe hở giữa đỉnh răng
vít và thành xylanh. Sự hiện của dòng chảy rò
làm giảm lưu lượng chung của vít đùn. Tuy
nhiên khi khe hở bé và nhựa lỏng có độ nhớt
cao, thì tổn thất lưu lượng của dòng chảy rò
là không đáng kể, nên khi tính toán thường ít
chú ý đến dòng chảy này


2.3.2 Các phương trình xác định đặc tuyến của vít
a/ Dòng chảy dọc trục
Để tính toán về lưu lượng và áp suất và nhựa
chảy trong rãnh vít, với mô hình mặt phẳng song
song, dòng chảy trong rãnh tiết diện chữ nhật.

t

Ths.Lê Vũ Hải

Năng suất của máy đùn
năng suất M = dòng dọc trục – dòng áp xuất –
dòng rò
QD = ½ (W.VZ.H )
W = π.D.sinϕ – e
Vz= π.D.n.cosϕ
D – đường kính trục vít mm
n- tốc độ quay của trục vít vòng/phút
H- độ sâu rãnh vít trong vùng bơm và định lượng mm
𝜑: góc nghiêng cánh vít

Ths.Lê Vũ Hải

Ths.Lê Vũ Hải

Dòng áp suất Qp= 𝐻 3 . 𝑠𝑖𝑛𝜑

𝑃 (π𝐷𝑠𝑖𝑛𝜑−𝑒)
12.𝜇.𝑒


trong đó :
P – áp suất trƣớc đỉnh vít
e - bƣớc vít mm
𝜇 – độ nhớt của nhựa tại vùng bơm

Ths.Lê Vũ Hải

9