ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

---o0o---

NGUYỄN KHOA TRIỀU

NGHIÊN CỨU QUAN HỆ BIỂU ĐỒ PVT TRONG
KHN CĨ KÊNH DẪN NHỰA NĨNG
Chun ngành: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số ngành: 60 52 04

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2013


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

Cơng trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.
HCM
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS Thái Thị Thu Hà
Cán bộ chấm nhận xét 1: …PGS. TS Trƣơng Tích Thiện ………………
Cán bộ chấm nhận xét 2: …PGS. TS Phan Đình Huấn …………………
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM
ngày …29… tháng …07… năm 2013.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. …TS. Hồ Triết Hƣng …………………………………………………
2. …TS. Lƣu Thanh Tùng ………………………………………………

3. … PGS. TS Thái Thị Thu Hà …………………………………………
4. … PGS. TS Trƣơng Tích Thiện ………………………………………
5. … PGS. TS Phan Đình Huấn …………………………………………

Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và Trƣởng khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA

b
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

----------------------------------------


--------------------------------------------------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:

Nguyễn Khoa Triều

MSHV: 11040403

Ngày tháng năm sinh:

23/03/1981

Nơi sinh: Cần Thơ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Mã ngành: 60 52 04

I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUAN HỆ BIỂU ĐỒ PVT TRONG KHN
CĨ KÊNH DẪN NHỰA NĨNG
II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
 Tìm hiểu phƣơng pháp đo và tính tốn các thơng số áp suất, thể tích riêng,
nhiệt độ của polymer từ đó đề nghị một phƣơng pháp thí nghiệm cho polymer nóng
chảy trong một khn thí nghiệm có kênh dẫn nóng.
 Thiết lập các hệ số của phƣơng trình trạng thái thể hiện mối quan hệ giữa các
thông số áp suất, thể tích riêng, nhiệt độ của polymer nóng chảy trong một khn
thí nghiệm có kênh dẫn nóng bằng phƣơng pháp hồi quy phi tuyến.
 Dùng các kết quả ở trên mơ phỏng với Moldflow®.

 Báo cáo các kết quả đạt đƣợc và đề xuất hƣớng nghiên cứu tiếp theo.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21 - 01 - 2013
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21 -06- 2013
V- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS Thái Thị Thu Hà
Tp. HCM, ngày … tháng … năm 2013
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TRƢỞNG KHOA

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

c
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin đƣợc bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn chân thành
nhất đến PGS. TS Thái Thị Thu Hà và PGS. TS Đặng Văn Nghìn, là những

ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ cho em thực hiện luận văn này, đã truyền đạt
cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho em không chỉ để thực hiện
luận văn mà còn cho cuộc sống sau này.
Em cũng xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất đến Ban Giám Hiệu nhà
trƣờng, các Thầy, Cô phòng Đào Tạo Sau Đại Học đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi
trong suốt quá trình em học tập và thực hiện luận văn tại trƣờng.
Và em cũng xin gửi sự biết ơn sâu sắc nhất đến các Thầy, Cô trong Khoa Cơ
Khí, trƣờng Đại Học Bách Khoa, TP. HCM, đã tận tình giảng dạy truyền đạt kiến
thức, là nền tảng hết sức quan trọng để em thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Trong quá trình thực hiện luận văn “Nghiên cứu quan hệ biểu đồ PVT trong
khn có kênh dẫn nhựa nóng”, em đã nhận đƣợc rất nhiều sự hƣớng dẫn, giúp đỡ
của các Thầy, Cơ trong Phịng Thí Nghiệm Trọng Điểm Quốc Gia Điều Khiển Số
Và Kỹ Thuật Hệ Thống (DCSELAB), em xin thành thật cảm ơn.
Đồng thời, em cũng xin cảm ơn quý Thầy, Cô trong Hội đồng chấm luận văn
đã tận tình góp ý, hƣớng dẫn để em hoàn chỉnh luận văn. Đồng thời, em cũng xin
cảm ơn các bạn trong lớp cao học Công nghệ chế tạo máy K2011đã nhiệt tình giúp
đỡ.
Và cuối cùng, khơng thể thiếu là sự quan tâm của gia đình trong suốt q
trình thực hiện luận văn, em xin bày tỏ lịng biết ơn đến tất cả những ngƣời thân yêu
nhất.
Kính chúc tất cả quý Thầy, Cô và các bạn ngày càng đạt nhiều thành công,
lúc nào cũng dồi dào sức khỏe.
Tp. HCM, ngày 21 tháng 6 năm 2013
Nguyễn Khoa Triều
d
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403



Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

LỜI CAM KẾT

Tôi tên: Nguyễn Khoa Triều
Học viên lớp: Cao học Công nghệ chế tạo máy
Mã số học viên: 11040403

Theo quyết định giao đề tài luận văn cao học của phòng Đào Tạo Sau Đại
Học của trƣờng Đại học Bách Khoa Tp. HCM, tơi đã thực hiện luận văn cao học có
đề tài “Nghiên cứu quan hệ biểu đồ PVT trong khuôn có kênh dẫn nhựa nóng”,
dƣới sự hƣớng dẫn của PGS. TS Thái Thị Thu Hà từ ngày 21/01/2013 đến ngày
21/06/2013.
Tôi xin cam kết đây là luận văn cao học do tôi thực hiện. Tôi đã thực hiện
luận văn theo đúng quy định của phòng Đào Tạo Sau Đại Học của trƣờng Đại học
Bách Khoa Tp. HCM, dƣới sự hƣớng dẫn của PGS. TS Thái Thị Thu Hà.
Tôi xin chịu trách nhiệm với những lời cam kết trên đây. Nếu có gì sai phạm
trong q trình thực hiện luận văn, tơi xin hồn tồn chịu các hình thức xử lý của
phịng Đào Tạo Sau Đại Học và Ban Giám Hiệu trƣờng Đại học Bách Khoa Tp.
HCM.

Học viên

Nguyễn Khoa Triều

e
HVTH: Nguyễn Khoa Triều


MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Ngành nhựa nói chung và cơng nghệ sản xuất sản phẩm nhựa từ kỹ thuật ép
phun nói riêng ngày càng đóng vai trị quan trọng trong cơng nghiệp cũng nhƣ trong
đời sống hàng ngày. Ép phun là phƣơng pháp thông dụng nhất cho sản xuất hàng
loạt các chi tiết có hình dáng phức tạp, u cầu các kích thƣớc chính xác. Trong
phƣơng pháp ép phun thì kỹ thuật dùng kênh dẫn nóng là kỹ thuật mới dùng để sản
xuất các sản phẩm có thành mỏng, chiều sâu sản phẩm lớn, làm tăng độ chính xác
của sản phẩm nhựa, làm giảm tổn thất áp suất…
Tuy nhiên, sản phẩm nhựa trong quy trình ép phun nói chung và trong kỹ
thuật kênh dẫn nóng nói riêng vẫn có một số lỗi nhƣ co rút, biến dạng, vết lõm, …
và tác động cả đến độ chính xác kích thƣớc và độ ổn định của các kích thƣớc về lâu
dài. Ở các nƣớc phát triển, vấn đề về chất lƣợng sản phẩm ép phun đã đƣợc các nhà
khoa học nghiên cứu từ năm 1971, mà khởi đầu có thể nói là kỹ sƣ ngƣời Mỹ, Colin
Austin (ngƣời sở hữu phần mềm phân tích mơ phỏng nổi tiếng trên thế giới hiện nay
– Moldflow®). Cho đến cuối thập niên 90 của thế kỷ 20, có hàng loạt phần mềm
mơ phỏng phân tích nhƣ C-Mold®, Moldex®, Simpoe-Mold®, Masterflow®, … ra
đời.
Cịn hiện tại ở nƣớc ta, vấn đề này chƣa đƣợc chú ý đúng mức, chƣa có
nghiên cứu nào về mối quan hệ PVT và cách thức sử dụng chúng trong mơ phỏng
q trình.
Luận văn đã đƣa ra một cái nhìn tổng quan về tình hình nghiên cứu mối quan
hệ giữa các thông số áp suất, thể tích riêng, nhiệt độ của polymer trong ngành sản

xuất các linh kiện nhựa trên thế giới. Từ đó, nghiên cứu các mối quan hệ này trong
ép phun dùng kênh dẫn nóng; thiết lập các hệ số của phƣơng trình trạng thái thể
hiện mối quan hệ giữa các thông số áp suất, thể tích riêng, nhiệt độ của polymer
nóng chảy trong một khn thí nghiệm có kênh dẫn nóng bằng phƣơng pháp hồi
quy phi tuyến; dùng các kết quả ở trên mơ phỏng với Moldflow®.
f
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

Kết quả luận văn cho thấy cơng thức đƣợc trình bày có thể sử dụng đƣợc để
tính thể tích riêng của nhựa nóng chảy trong kênh dẫn nóng. Đồng thời, luận văn
cho thấy tầm quan trọng của thể tích riêng nói riêng và phƣơng trình trạng thái nói
chung với chất lƣợng của sản phẩm. Luận văn cũng trình bày đƣợc cách thức sử
dụng dữ liệu thí nghiệm cho mơ phỏng trong Moldflow®, cũng nhƣ xử lý số liệu
hồi quy phi tuyến làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo.

g
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ


GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

ABSTRACT

Plastic industry in general and injection molding technology in particular are
play an more and more important role in the industry as well as in everyday life.
Injection molding is the most common method for mass production of complexshaped parts, with requisition of precision dimensions. In the injection method, the
technique to use hot runner is a new technique, which is used to produce products
with thin-walled, great depth, increasing the accuracy of the plastic products, reduce
the pressure loss…
However, the plastic products from injection molding process in general and
from hot runner technology in particular still has some NGs, such as shrinkage,
deformation, dents, ... impact on the dimensions and accuracystability in long-term.
In developed countries, the matter of quality of injection molding products were
researched by scientists since 1971, but the start was an American engineer, Colin
Austin (who owns the most famous analysis and simulation software in today's
world - Moldflow®). Until the late 90's of the 20th century, a series of simulation
software as C-Mold ®, Moldex ®, Simpoe-Mold ®, Masterflow ®, ... was created.
At present in our country, this matter has not been given attention, no studies
on the PVT relationship and how to use them in the process simulation.
This thesis gave out an overview of researchs on the relationship between the
parameters of pressure, specific volume, temperature of the polymer in the plastic
industry in the world. Since then, it studied the relationship in injection molding
using hot runner; set the coefficients of the equation of state to show the
relationship between the parameters of pressure, specific volume, temperature of the
molten polymer in experiment mold with a hot-runner system by non-linear
regression method; used the above results to make simulation with Moldflow®.
h
HVTH: Nguyễn Khoa Triều


MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

Results showed that the thesis presented formulas can be used to calculate
the specific volume of molten plastic in the hot channel. At the same time, the thesis
shows the importance of the specific volume in particular and the equation of state
in general to the quality of products. The thesis also shows how the experiment’s
data used for simulation in Moldflow®, as well as data processing, non-linear
regression as the basis for further research.

i
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................vi
DANH SÁCH PHỤ LỤC ....................................................................................... vii
CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ........................................................................... viii
CHƢƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.................................1


1.1. TỔNG QUAN VỀ KÊNH DẪN NÓNG ...........................................................1
1.1.1. Thế nào là kênh dẫn nhựa nóng .................................................................1
1.1.2. Những lợi ích kỹ thuật từ việc sử dụng hệ thống HRM [20, 22] ................3
1.1.3. Giới hạn của hệ thống kênh dẫn nóng [20, 22] .........................................4
1.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÁC THÔNG SỐ PVT .......................................5
1.3. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN .........................................................................7
1.3.1. Mục tiêu của luận văn ................................................................................7
1.3.2. Nội dung thực hiện của luận văn................................................................ 7
CHƢƠNG 2.

LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIẢN ĐỒ PVT ....9

2.1. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PVT .......................................................11
2.1.1. Các phương pháp đo truyền thống ...........................................................11
2.1.2. Các phương pháp đo cải tiến ...................................................................17
2.1.3. Kỹ thuật trực tuyến ...................................................................................23
2.1.4. Các kỹ thuật khác .....................................................................................33
2.2. GIỚI THIỆU PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI BIỂU DIỄN MỐI QUAN HỆ
PVT ........................................................................................................................35
2.3. PHƢƠNG PHÁP HỒI QUY PHI TUYẾN......................................................38
2.4. PHƢƠNG PHÁP MƠ PHỎNG Q TRÌNH TẠO SẢN PHẨM VỚI
MOLDFLOW ® ....................................................................................................40
2.4.1. Mơ phỏng sự co rút và cong vênh của sản phẩm nhựa dùng dữ liệu PVT
của Moldflow® ...................................................................................................40
2.4.2. Xác định các thơng số của phương trình trạng thái từ Moldflow® .........42
2.4.3. Mơ phỏng sự co rút và cong vênh của sản phẩm nhựa dùng dữ liệu PVT
thu được từ thí nghiệm........................................................................................43
CHƢƠNG 3.

THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ....................................45


3.1. SẢN PHẨM ....................................................................................................45
3.1.1. Hình dạng .................................................................................................45
3.1.2. Vật liệu thực nghiệm.................................................................................45


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

3.2. MÁY ...............................................................................................................47
3.3. KHN CĨ KÊNH DẪN NĨNG ..................................................................50
3.3.1. Bộ HRM ....................................................................................................50
3.3.2. Khn .......................................................................................................53
3.4. THIẾT LẬP QUY TRÌNH ĐO........................................................................56
3.5. THỰC HIỆN MƠ PHỎNG Q TRÌNH VỚI MOLDFLOW® ....................58
3.6. TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM ......................................................................60
3.6.1. Thực nghiệm lần 1 ....................................................................................60
3.6.2. Thực nghiệm lần 2 ....................................................................................62
CHƢƠNG 4.
NGHIỆM

XÂY DỰNG ĐƢỜNG CONG PVT TỪ KẾT QUẢ THỰC
........................................................................................................64

4.1. TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ ĐẦU VÀO CỊN THIẾU ............................64
4.1.1. Tính tỷ trọng tan chảy tại áp suất khí quyển ............................................64
4.1.2. Tính thể tích bộ HRM ...............................................................................65
4.2. TÍNH TỐN THỂ TÍCH RIÊNG ...................................................................66
4.3. TÍNH TỐN CÁC HỆ SỐ PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI ......................67

4.4. DÙNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM MÔ PHỎNG VỚI MOLDFLOW® .....73
4.5. SO SÁNH CÁC HỆ SỐ PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA
MOLDFLOW® VỚI CÁC HỆ SỐ PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI TỪ THỰC
NGHIỆM ...............................................................................................................74
4.6. SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TỪ CÁC THƠNG SỐ CỦA
MOLDFLOW® VỚI KẾT QUẢ MƠ PHỎNG TỪ THỰC NGHIỆM ..................77
CHƢƠNG 5. CÁC KẾT LUẬN, ĐỀ NGHỊ, PHƢƠNG HƢỚNG NGHIÊN
CỨU TIẾP THEO ...................................................................................................80
5.1. CÁC KẾT LUẬN ............................................................................................80
5.2. CÁC ĐỀ NGHỊ VÀ PHƢƠNG HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .........81
DANH MỤC TÀI LIỆU CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ..........................................83
1. Bài báo tại Hội nghị Khoa học cơng nghệ tồn quốc về Cơ khí 2013 ...........83
2. Bài báo tại Hội nghị Khoa học cơng nghệ tồn quốc về Cơ khí 2013 ...........84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................85
PHỤ LỤC .................................................................................................................88

ii
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cấu trúc một hệ thống kênh dẫn nóng [23] ................................................2
Hình 1.3. Khn nhiều lớp Husky 4x16 [10] ..............................................................4
Hình 1.4. Giản đồ PVT tiêu biểu cho polymer vơ định hình (a) và polymer bán tinh

thể (b) [10] ..................................................................................................................6
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý kỹ thuật đo a/Piston-xylanh b/ Chất lỏng hãm [29] .......12
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý thiết bị PVT100 (SWO Polytechnik GmbH, 1998)[29] ..12
Hình 2.3. Thiết bị thử nghiệm PVT Gnomix từ Zoller và các đồng tác giả (1976) [1]
...................................................................................................................................15
Hình 2.4. Thiết bị thử nghiệm của Barlow (1978) [29] ............................................16
Hình 2.5. Sơ đồ thiết bị thử nghiệm của Sato và các đồng tác giả (1997) [29] .......16
Hình 2.6. Giản đồ PVT của polymer vơ định hình (a) và polymer bán tinh thể (b)
dưới các tốc độ làm nguội khác nhau (Menges & Thienel, 1977) [29, 39] ..............17
Hình 2.7. Thiết bị thử nghiệm PVT tại các tốc độ làm nguội khác nhau của Menges
& Thienel (1977) [7] .................................................................................................19
Hình 2.8. Lực tốc hai thân Bohlin (a)Nguyên lý (b)Ảnh thực ...................................20
Hình 2.9. Thiết bị thử nghiệm PVT với tốc độ làm nguội nhanh, áp suất cao của
NPL (Chakravorty, 2002) [29] .................................................................................21
Hình 2.10. Thiết bị thử nghiệm PVT của Zuidema và các đồng tác giả (2001) [33]
...................................................................................................................................22
Hình 2.11. Sơ đồ thiết bị thử nghiệm PVT của Van der Beek và các đồng tác giả ..24
Hình 2.12. Thiết bị thử nghiệm PVT của Van der Beek và các đồng tác giả [13] ...25
Hình 2.13. Sơ đồ PVT cho polypropylene, đơn vị áp suất MPa ............................... 27
Hình 2.14. Hệ thống máy ép phun có máy vi tính hỗ trợ được phát triển bởi Chiu và
các đồng tác giả (1995) [29] ....................................................................................28
Hình 2.15. Sơ đồ PVT cho polystyrene thu được bởi Chiu và các đồng tác giả [1] 29

iii
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ


GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

Hình 2.16. Thiết bị đo PVT được phát triển bởi Park các đồng tác giả (2004) [29]
...................................................................................................................................30
Hình 2.17. Khn thử nghiệm đo PVT của Wang các đồng tác giả (2010) [29, 30]
...................................................................................................................................31
Hình 2.18. Máy ép phun với bộ kênh dẫn nóng và hệ thống thu thập dữ liệu [1] ....32
Hình 2.19. Phác họa nguyên lý của thiết bị siêu âm a/ Dạng hình học mà tín hiệu
siêu âm đo b/ Tín hiệu siêu âm kết quả .....................................................................34
Hình 2.20. Sự thay đổi thể tích riêng với áp suất của acrylic tại 250C. Đường đậm
tạo ra bằng phương trình Tait...................................................................................35
Hình 2.21. Cửa sổ hồi quy phi tuyến .........................................................................39
Hình 2.22. Cửa sổ hệ số hồi quy phi tuyến ............................................................... 39
Hình 2.23. Nhập mơ hình sản phẩm 3D dạng IGS ...................................................40
Hình 2.24. Tạo hệ thống kênh dẫn nóng ...................................................................41
Hình 2.25. Lựa chọn vật liệu có sẵn trong cơ sở dữ liệu của Moldflow® ...............42
Hình 2.26. Tạo cơ sở dữ liệu vật liệu trong Moldflow® ...........................................44
Hình 2.27. Tạo cơ sở dữ liệu vật liệu trong Moldflow® ...........................................44
Hình 3.1. Các kích thước của sản phẩm thí nghiệm .................................................45
Hình 3.2. Máy ép nhựa CLF-250T ............................................................................47
Hình 3.3. Máy ép nhựa IN-200 .................................................................................49
Hình 3.4. Bản vẽ lắp của bộ HRM ............................................................................51
Hình 3.5. Bộ HRM khi chưa lắp vào khn .............................................................. 52
Hình 3.6. Bộ kiểm sốt nhiệt độ ................................................................................52
Hình 3.7. Bản vẽ lắp của nữa khn phần di động ...................................................53
Hình 3.8. Bản vẽ lắp của khn ................................................................................54
Hình 3.9. Nữa khn phần di động ...........................................................................55
Hình 3.10. Hình thực của khn ...............................................................................55


iv
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

Hình 3.11. Đồ thị PVT của nhựa PP Moplen EP300L® ..........................................57
Hình 3.12. Mơ phỏng Moldflow® với dữ liệu chuẩn ................................................59
Hình 3.13. Màn hình điều khiển máy ép nhựa CLF-250T ........................................60
Hình 3.14. Sản phẩm thí nghiệm bằng nhựa PP .......................................................61
Hình 3.15. Sản phẩm thực nghiệm bằng nhựa PP (màu trắng) và PA (màu xám ngà)
...................................................................................................................................62
Hình 4.1. Các trình đơn hồi quy phi tuyến ................................................................ 69
Hình 4.2. Nhập phương trình hồi quy để tính b1m và b2m ..........................................70
Hình 4.3. Kết quả các tham số b1m và b2m .................................................................70
Hình 4.4. Nhập phương trình hồi quy để tính b3m và b4m ..........................................71
Hình 4.5. Kết quả các tham số b3m và b4m .................................................................71
Hình 4.6. Chọn loại vật liệu mới khi mơ phỏng ........................................................74
Hình 4.7 Đồ thị PVT của nhựa PP Moplen EP300L®, kết quả thực nghiệm...........75
Hình 4.8 So sánh các phương trình trạng thái của Moldflow® và thực nghiệm ......76
Hình 4.9. So sánh kết quả mơ phỏng với dữ liệu Moldflow® và dữ liệu thí nghiệm 78

v
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403



Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Ý nghĩa của các hệ số của phương trình Tait 2 miền .............................. 37
Bảng 2.2. Các hệ số của phương trình Tait 2 miền của nhựa PP Moplen EP300L®
lấy từ Moldflow® ......................................................................................................43
Bảng 3.1. Đặc tính của nhựa Moplen EP300L® .....................................................46
Bảng 3.2. Đặc điểm kỹ thuật của máy CLF-250T ....................................................48
Bảng 3.3. Đặc điểm kỹ thuật của máy IN-200 .........................................................49
Bảng 3.4.Quy trình thí nghiệm đề nghị ....................................................................56
Bảng 3.5. Bảng ghi nhận số liệu vị trí trục vít lần 1 ................................................61
Bảng 3.6. Bảng dữ liệu vị trí trục vít........................................................................63
Bảng 4.1. Bảng kết quả tính tỷ trọng tan chảy tại áp suất khí quyển theo
Moldflow® ................................................................................................................64
Bảng 4.2. Các trường hợp thể tích bộ kênh dẫn nóng .............................................65
Bảng 4.3. Kết quả tính chọn V HRM ...........................................................................66
Bảng 4.4. Kết quả tính thể tích riêng .......................................................................66
Bảng 4.5. Cách trình bày dữ liệu PVT trong Excel® ..............................................67
Bảng 4.6. Các hệ số của phương trình Tait 2 miền của nhựa PP Moplen EP300L®
được tính bằng SPSS® .............................................................................................. 72
Bảng 4.7. Kết quả các hệ số của phương trình Tait 2 miền của nhựa PP Moplen
EP300L® ...................................................................................................................73
Bảng 4.8. So sánh các hệ số của phương trình Tait của nhựa PP EP300L® ........75

vi
HVTH: Nguyễn Khoa Triều


MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

DANH SÁCH PHỤ LỤC
Phụ lục A: Tính tốn thể tích của kênh dẫn nóng và vịi phun máy ép nhựa.
Phụ lục B: Các thơng số đầu vào của q trình mơ phỏng tạo sản phẩm bằng
Moldflow®.
Phụ lục C: Kết quả của quá trình mơ phỏng tạo sản phẩm bằng Moldflow® dùng
dữ liệu chuẩn của Moldflow®.
Phụ lục D: Quy trình lên khn và thí nghiệm.
Phụ lục E: Kết quả của q trình mơ phỏng tạo sản phẩm bằng Moldflow® dùng
dữ liệu thí nghiệm.
Phụ lục F: Một số báo giá thiết bị thí nghiệm.

vii
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

β

Hệ số giãn nở thể tích

P

Áp suất

k

Chỉ số nén đẳng nhiệt

Pr

Áp suất tham chiếu

ρm

Tỷ trọng tan chảy

PID

Logic mờ tích phân tỷ lệ

υ

Thể tích riêng

PP


Polypropylene

П

Áp lực dính

PS

Polystyrene

a

Độ dốc đƣờng cong vị trí trục

PVT Áp suất-thể tích riêng-nhiệt độ
Khảng cách 2 đầu mút đại phân

vít-thời gian

r

CAD Máy tính hỗ trợ thiết kế

tử

CAE Máy tính hỗ trợ kỹ thuật

C

Hằng số khí phổ biến


cp

RC

Bán kính mao dẫn kế

khơng đổi

SPO

Vị trí trục vít ban đầu

Cv

SPf

Vị trí trục vít sau cùng

t

Thời gian

T

Nhiệt độ

Tg

Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh


V

Thể tích

Nhiệt dung riêng tại áp suất

Nhiệt dung riêng tại thể tích

khơng đổi
D

Đƣờng kính mao dẫn kế

DAQ Hệ thống thu thập dữ liệu
Db

Đƣờng kính khoang rỗng (máy

ép phun)

VHRM Thể tích kênh dẫn nóng

HDPE Polyethylene tỷ trọng cao

vinj

Vận tốc phun

HRM Bộ kênh dẫn nóng


VL

Thể tích rị rĩ

IMM Máy ép phun

VN

Thể tích vịi phun

LL

Sự rị rĩ tuyến tính

Vo

Thể tích ban đầu

m

Khối lƣợng

v

Vận tốc piston

w

Thể tích riêng đại phân tử


MEI Chỉ số đàn hồi chảy dẻo

viii
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1. TỔNG QUAN VỀ KÊNH DẪN NĨNG
Ngành nhựa ngày càng đóng vai trị quan trọng trong công nghiệp cũng nhƣ
trong đời sống hàng ngày. Ngành nhựa có ƣu điểm là khối lƣợng sản phẩm lớn, độ
tƣơng đồng cao, giá thành hạ, công nghệ đƣợc cập nhật hiện đại, thời gian chu kỳ
ngắn, sử dụng lao động kỹ thuật là chính, sản phẩm đa dạng, phục vụ đƣợc nhiều
đối tƣợng, lĩnh vực công nghiệp, cũng nhƣ trong tiêu dùng hàng ngày của xã hội.
Trong ngành nhựa, ép phun là phƣơng pháp thông dụng nhất cho sản xuất hàng loạt
các chi tiết có hình dáng phức tạp, yêu cầu các kích thƣớc chính xác.
Trong phƣơng pháp ép phun thì kỹ thuật dùng kênh dẫn nóng là kỹ thuật mới
dùng để sản xuất các sản phẩm có thành mỏng, chiều sâu sản phẩm lớn, làm tăng độ
chính xác của sản phẩm nhựa, làm giảm tổn thất áp suất…
Hệ thống kênh dẫn nóng đầu tiên đƣợc phát minh vào những năm 1930 [28],
đƣợc phát triển và sử dụng đầu thập niên 60, nhƣng chƣa phổ biến, hiệu quả chƣa
tốt. Chúng trở nên phổ biến vào thập niên 80 và 90 do kỹ thuật phát triển cho phép
cải thiện độ tin cậy và sự tăng giá của vật liệu nhựa làm cho việc sử dụng hệ thống
kênh dẫn nóng càng kinh tế hơn.


1.1.1. Thế nào là kênh dẫn nhựa nóng
Hệ thống kênh dẫn nóng là một hệ thống liên kết giữa bộ phận phun nhựa
của máy ép nhựa và cổng phun của các hốc khn, có chức năng nhƣ là hệ thống
cấp liệu cung cấp nhựa nóng chảy. Nó là một bộ phận của một khuôn ép phun. Trái
ngƣợc với cuống nhựa đƣợc làm nguội và đông đặc trong những khuôn truyền
thống, nhựa nhiệt dẻo lƣu trú trên suốt chiều dài của hệ thống kênh dẫn (nóng) trong
chu kỳ ép phun ở trạng thái nóng chảy. Nó (hệ thống kênh dẫn) không đƣợc lấy ra
cùng với kênh dẫn (khi mở khn). Đó là lý do tại sao kỹ thuật này thƣờng đƣợc đề
cập tới nhƣ “kỹ thuật ép nhựa không cuống” [3].
Tài liệu [25] định nghĩa về hệ thống kênh dẫn nóng nhƣ sau: Hệ thống kênh
dẫn nóng là một phƣơng pháp đƣợc phát minh ra để sản xuất sản phẩm liên tục
1
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

khơng có cuống nhựa (thải bỏ) bằng cách gia nhiệt bạc cuống phun và kênh dẫn tạo
thành một dịng nhựa nóng chảy điền đầy hốc khn và ln duy trì nó ở trạng thái
nóng chảy.
Cấu trúc của một hệ thống kênh dẫn nóng điển hình nhƣ trong hình 1.1.

Hình 1.1. Cấu trúc một hệ thống kênh dẫn nóng [23]
2
HVTH: Nguyễn Khoa Triều


MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

1.1.2. Những lợi ích kỹ thuật từ việc sử dụng hệ thống HRM [20, 22]
- Làm cho đơn giản hóa thiết kế những loại khuôn. Việc sử dụng khuôn với hệ
thống kênh dẫn nguội với mặt phân khuôn phụ (với khuôn ba tấm) có nhiều hạn
chế. Những khn loại này rất khó khăn cho việc tự động hóa bởi vì chúng có
cuống phun. Một tấm di động lớn của khn có thể làm mịn nhanh chóng hệ thống
dẫn hƣớng. Bên cạnh đó thời gian mở và đóng khn loại này thì ln lâu hơn so
với những khn có một mặt phân khn. Tỉ lệ của cuống phun trên toàn bộ khối
lƣợng phun trong khn ba tấm thì cũng lớn hơn.
- Loại trừ sự mất mát nhiệt gây ra trong hệ thống kênh dẫn nguội, cho phép
đƣờng nhựa chảy dài hơn trong lòng khn.
- Dịng chảy nhựa vào lịng khn đƣợc điều khiển nhiệt độ chính xác trong hệ
thống kênh dẫn nóng.
- Tổn thất áp suất trong hệ thống kênh dẫn nóng nhỏ hơn có nghĩa là áp suất
điền đầy trong lịng khn sẽ cao hơn.
- Trong những khuôn cho sản phẩm lớn, thì với hệ thống kênh dẫn nóng ta có
nhiều khả năng lựa chọn vị trí phun tối ƣu, đảm bảo điền đầy cùng lúc và mất mát
nhiệt độ, áp suất trong lịng khn nhỏ hơn. Trong kỹ thuật khn thì cho thấy sự co
rút khác nhau ít hơn và ứng suất trong cũng thấp hơn.
- Việc giảm áp suất phun trong quá trình điền đầy sẽ cho phép lực kẹp của
máy ép nhỏ lại.
- Khơng có cuống nhựa thải bỏ.
- Khơng phát sinh chi phí nghiền tái sinh cuống nhựa.

- Khơng có những rủi ro do nhựa tái chế.
- Khn không cần mở rộng, giảm thời gian chu kỳ.
- Cỡ shot nhỏ hơn do khơng cần tính đến nhựa cuống phun làm thời gian lấy
nhựa giảm đồng thời cần ít áp lực phun hơn.

3
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

- Với khả năng phát triển hơn nữa của khuôn nhiều lớp (stack mold – hình 1.3)
và của thiết kế khn với miệng phun qua một lõi dài.

Hình 1.2. Khn nhiều lớp Husky 4x16 [10]

1.1.3. Giới hạn của hệ thống kênh dẫn nóng [20, 22]
- Một hệ thống kênh dẫn nóng phải đƣợc thiết kế và chế tạo cho những sản
phẩm và chủng loại nhựa riêng biệt. Sự thay đổi màu sắc của nhựa rất khó khăn.
Việc thay đổi vật liệu cũng khó khăn tƣơng tự hoặc khơng thể thực hiện, ví dụ nhƣ
sử dụng loại vòi phun khác cho một loại nhựa mới.
- Làm tăng rủi ro phá hủy đối với các vật liệu nhạy nhiệt, những loại chất dẻo
trong xylanh ép phải chống lại sự quá nhiệt trong hệ thống kênh dẫn nóng. Những
khu vực chết (dead space) có thể gây ra sự ứ đọng hoặc là phá hủy nhựa. Nhiệt
truyền cho nhựa phải đáng kể, đặc biệt là trong suốt giai đoạn dừng hoạt động.
- Hệ thống kênh dẫn nóng phải đƣợc hoạt động liên tục (sản xuất hàng loạt).

Việc khởi động hệ thống kênh dẫn nóng, thay đổi loại nhựa, dừng lại hoặc làm sạch
hệ thống kênh dẫn nóng rất khó khăn.

4
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

1.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÁC THƠNG SỐ PVT
Các đặc tính PVT (áp suất – thể tích riêng – nhiệt độ) của polymer rất quan
trọng cho cả kỹ thuật chất dẻo và vật lý chất dẻo, từ đó rất quan trọng cho kỹ thuật
ép phun, đặc biệt là ép phun có kênh dẫn nóng. Đối với cơng nghệ ép phun, dữ liệu
PVT của polymer quan trọng ở hai lĩnh vực: Mô phỏng số và điều khiển q trình
[29]. Đối với mơ phỏng, khơng có phƣơng trình trạng thái PVT thì chƣơng trình
khơng hoạt động đƣợc. Đối với điều khiển quá trình ép phun, ngƣời ta có thể dựa
vào kinh nghiệm, dùng phƣơng pháp thử và sai, tuy nhiên phƣơng pháp này mất
nhiều thời gian, không kinh tế, trong thời đại kỹ thuật phát triển ngày càng hiện đại,
nhu cầu của con ngƣời ngày càng cao thì rõ ràng phƣơng pháp này có nhiều nhƣợc
điểm.
Hình 1.4 trình bày đồ thị PVT tiêu biểu cho polymer vơ định hình (a) và
polymer bán tinh thể (b). Đồ thị PVT trình bày thể tích riêng nhƣ là hàm của áp suất
và nhiệt độ. Thể tích riêng tăng khi nhiệt độ tăng. Ở đây có một sự chuyển tiếp nhiệt
trong polymer. Sự chuyển tiếp vơ định hình đầu tiên của bất kỳ loại polymer nào
đƣợc biết đến nhƣ nhiệt độ chuyển pha thủy tinh của nó, Tg. Trong khi Tg không
phải là một sự chuyển tiếp đột ngột, dữ liệu phía trên và phía dƣới Tg cho thấy một

sự giao nhau, nói chung là chấp nhận đƣợc, tạo thành Tg. Nhƣ đƣợc trình bày trong
hình 1.4, polymer bán tinh thể cho thấy một sự khác biệt nhiệt độ hồi đáp so với
polymer vơ định hình. Với polymer vơ định hình, Tg rõ ràng có thể đƣợc xem nhƣ
nhiệt độ mà ở đó polymer chuyển từ rắn sang nóng chảy. Tốc độ của sự giãn nở
theo nhiệt độ rất nhỏ ở trạng thái rắn so với trạng thái nóng chảy. Ngƣợc lại,
polymer bán tinh thể có độ kết tinh đủ để tiếp tục duy trì cấu trúc ở trên Tg. Trong
khi lƣợng vơ định hình trong polymer này cho thấy một Tg, cấu trúc tinh thể biểu thị
đặc điểm cho đến gần nhiệt độ mà tinh thể tan chảy.

5
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

Hình 1.3. Giản đồ PVT tiêu biểu cho polymer vơ định hình (a) và polymer bán
tinh thể (b) [10]
Polymer mà ta đang xét, sử dụng trong công nghiệp, là polymer nhân tạo.
Polymer nhân tạo đƣợc sản xuất nhờ các phản ứng hóa học, gọi là “trùng hợp”.
Phản ứng trùng hợp có nhiều loại, chúng ta sẽ không xem xét ở đây, nhƣng về cơ
bản những phản ứng này là quá trình lặp những phản ứng tạo liên kết giữa những
phân tử riêng lẻ, hay monomer – đơn phân tử. Kết hợp với sự hấp thu nhiệt, áp suất
và chất xúc tác hóa học làm biến đổi các liên kết hóa học, giữ các monomer lại với
nhau, làm cho chúng liên kết với nhau. Hầu hết chúng kết hợp theo hình dạng tuyến
tính, tạo thành chuỗi các monomer, gọi là polymer – hợp chất cao phân tử.
Về cơ bản, polymer có hai dạng đƣờng cong phƣơng trình trạng thái nhƣ hình

1.4. Nhƣng nhƣ chúng ta đã thấy, tính chất của các polymer thay đổi tùy theo điều
kiện nhiệt độ, áp suất, chất xúc tác. Nên từng loại polymer, cả vơ định hình và bán
tinh thể, tuy đều tuân theo dạng đƣờng cong trạng thái nhƣ trên nhƣng cũng có
nhiều khác biệt. Ví dụ polymer EP-300L có đƣờng cong trạng thái khác polymer
EP-500L, tuy cùng là nhựa PP của cùng nhà sản xuất. Thậm chí, cùng loại polymer
nhƣng khác lơ sản xuất cũng có thể có khác biệt về đƣờng cong trạng thái. Đó là lý
do tại sao Moldflow® đã thử nghiệm với một lƣợng lớn các polymer để tìm ra các
6
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

hệ số phƣơng trình trạng thái (khác nhau) và xây dựng nên các đƣờng cong trạng
thái (khác nhau).
Kết hợp với sự khác biệt trong điều kiện vận hành thực của từng máy ép nhựa
về điều kiện nhiệt độ, áp suất, tốc độ phun, độ rị rĩ, … chúng ta có các đƣờng cong
PVT riêng cho mỗi một quy trình cụ thể. Tuy nhiên chúng vẫn có hình dạng cơ bản
nhƣ trong hình 1.12.
Mỗi đƣờng cong trạng thái riêng này sẽ ảnh hƣởng quyết định đến chất lƣợng
sản phẩm của từng quy trình. Do đó, luận văn này sẽ tìm hiểu đƣờng cong trạng thái
của một loại polymer nhất định trong điều kiện vận hành nhất định với máy ép nhựa
và khuôn xác định. Sau đó, so sánh đƣờng cong trạng thái này với đƣờng cong trạng
thái của chính loại polymer đó đƣợc Moldflow® xây dựng bằng dụng cụ thí nghiệm
của họ. Sau đó, có những so sánh chất lƣợng sản phẩm thực tế so với mô phỏng.


1.3. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN
1.3.1. Mục tiêu của luận văn
Thiết lập các hệ số của phƣơng trình trạng thái thể hiện mối quan hệ giữa các
thơng số áp suất, thể tích riêng, nhiệt độ của polymer nóng chảy trong một khn
thí nghiệm có kênh dẫn nóng bằng phƣơng pháp hồi quy phi tuyến.
Dùng các kết quả ở trên mơ phỏng với Moldflow®. So sánh các kết quả đạt
đƣợc với các phƣơng pháp khác.

1.3.2. Nội dung thực hiện của luận văn
Để đạt đƣợc các mục tiêu đã đề ra, luận văn thực hiện các nội dung sau:
+ Xác định đƣợc phƣơng pháp xây dựng đƣờng cong PVT của polymer nóng
chảy trong một khn thí nghiệm có kênh dẫn nóng.
+ Tiến hành thí nghiệm để tính thể tích riêng.

7
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Thái Thị Thu Hà

+ Xây dựng đƣờng cong PVT từ kết quả thí nghiệm ở trên:
- Từ các kết quả P, V, T dùng mô hình hồi quy phi tuyến, phần mềm Excel
Solver® hoặc SPSS® để tìm 13 tham số của phƣơng trình trạng thái Tait hai miền
cải tiến;
- Dựa vào các kết quả này tạo cơ sở dữ liệu vật liệu mới (material database)
trong Moldflow®;

- Dùng dữ liệu kết quả này mơ phỏng với Moldflow®.
+ So sánh 2 phần mơ phỏng từ :
* Dữ liệu PVT của vật liệu mới tạo từ phƣơng pháp HRM;
* Dữ liệu PVT chuẩn của Moldflow® (tạo ra bởi thiết bị thí nghiệm
Gnomix pvT® vốn dựa trên kỹ thuật chất lỏng hãm, confining-fluid technique).
+ Kết luận, phƣơng hƣớng nghiên cứu tiếp theo.

8
HVTH: Nguyễn Khoa Triều

MSHV:11040403