Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  36 CHƯƠNG 3 TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU NHỰA VÀ SẢN PHẨM THIẾT KẾ 3.1 Tìm hiểu vật liệu nhựa 3.1.1 Phân loại vật liệu nhựa Trong sản xuất, vật liệu nhựa được chia thành 2 loại: nhựa nhiệt dẻo và nhựa phản ứng nhiệt (nhựa nhiệt rắn). Hình 3.1 Phân loại vật liệu nhựa • Nhựa nhiệt dẻo được sử dụng rất phổ biến, có thể tái sử dụng nhiều lần tuy nhiên sẽ mất dần chất lượng. Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  37 Hình 3.2 Cấu trúc nhựa nhiệt dẻo • Nhựa phản ứng nhiệt ít sử dụng trong sản xuất. Khi nung nóng, lúc đầu nhựa phản ứng nhiệt chảy dẻo ra nhưng sau đó thì đông cứng lại và không có khả năng tái sinh như nhựa nhiệt dẻo. Theo trạng thái pha chúng ta có thể chia nhựa nhiệt dẻo thành 2 loại: nhựa có cấu trúc vô định hình và nhựa có cấu trúc tinh thể. Ngoài ra, theo phạm vi sử dụng chúng ta cũng có thể chia nhựa nhiệt dẻo thành 2 loại: nhựa gia dụng và nhựa kỹ thuật. • Nhựa có cấu trúc vô định hình (PS, PC…) dễ dàng nhận thấy bởi tính chất cứng và trong suốt. Màu sắc tự nhiên của loại này là trong như nước hoặc gần như cát vàng hoặc màu mờ đục. Loại nhựa này có độ co rút rất nhỏ, chỉ bằng 0,5 - 0,8%. • Nhựa có cấu trúc tinh thể (PP, PE, PA…) loại nhựa này thường cứng và bền dai, nhưng không trong suốt, thường được dùng trong làm đồ gia dụng. • Nhựa gia dụng dùng để chế tạo các chi tiết hay các sản phẩm có độ chính xác và cơ tính không yêu cầu cao như vỏ bọc dây điện, dép nhựa, thau giặt đồ, ống nước… • Nhựa kỹ thuật dùng để chế tạo các chi tiết máy, các chi tiết lắp hay các sản phẩm có yêu cầu về độ chính xác và cơ tính cao như bánh răng, bu lông, đai ốc, vỏ máy… 3.1.2 Một số loại nhựa thông dụng a) Các loại nhựa gia dụng • PA (Poly Amide) Còn gọi là nylon, có cấu trúc tinh thể, màu từ trắng đục đến vàng xám, độ bền cao, chống va đập tốt nhưng lão hoá bởi ánh sáng, các loại tia. Nhựa PA dùng để chế tạo bánh răng, ổ lăn, ổ trượt, đai ốc… các chi tiết trong máy dệt, ống dẫn xăng, vật liệu trong các sợi dệt, dây cước, độn với cao su làm vỏ xe… • PC (Poly Cacbonat) Có cấu trúc phân tử, độ cứng cao nên khó gia công, ổn định kích thước khá cao, lão hoá chậm, độ dãn dài cao và chịu va đập tốt nhưng chịu tải có chu kỳ yếu, tính cách điện ở nhiệt độ cao tốt. Nhựa PC dùng để chế tạo các chi tiết giống như nhựa PA. • PE (Poly Etylen) Không màu, độ cứng không cao, dạng tinh thể, oxy hoá chậm ở nhiệt độ thấp nhưng tương đối nhanh ở nhiệt độ cao. PE bền trong nước, chống thấm khí tốt. Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  38 Do độ bền không cao nên dùng để chế tạo các sản phẩm dạng màng, các sợi, dây bọc dây điện, các ống dẫn nước chịu áp lực không cao, chế tạo các chai lọ bằng phương pháp thổi … • PP ( Poly Propylen) Trong suốt, không màu, dạng tinh thể, độ dai va đập kém, có độ bền kéo và độ ổn định nhiệt cao, khó dán. Nhựa PP dùng làm nắp chai, vỏ bút, chai lọ trong y tế, bao bì, dùng trong ngành dệt, giả da, bọc dây điện … • PS (Poly Styren) Không màu, dạng vô định hình, có độ cứng khá tốt, độ dai va đập kém, dễ gia công bằng phương pháp ép phun hoặc đúc áp lực, chịu ăn mòn hoá học tốt. Nhựa PS dùng làm các sản phẩm gia dụng, bàn ghế, ly tách hoặc kết hợp với cao su làm vỏ ruột xe có tính đàn hồi cao… • PVC (Poly Vinyclorid) Màu trắng, dạng vô định hình, độ bền thấp, kháng thời tiết tốt, ổn định kích thước, độ bền sử dụng cao, dễ tạo màu sắc. Nhựa PVC có thể cán mỏng 0,01 - 0,05 mm, làm ống nước bằng phương pháp đùn liên tục, các sản phẩm dạng tấm, cách điện, có thể cán lên vải … • PET (Poly Etylen Terephatale) Có cấu trúc tinh thể, trong suốt, khá bền. Thường dùng để tạo màng mỏng, kéo dài thành các sợi có tính co giãn như len, tơ… b) Các loại nhựa kỹ thuật • PA6 (Polyamide 6, hay Nylon 6, hay Polycaprolactam) Phân tử gồm các nhóm amide (CONH). Có độ bền, độ cứng cao, chịu nhiệt tốt. Được sử dụng làm khung, dầm, các giá đỡ cần độ bền và độ cứng vững cao. • PA 66 (Polyamide hay Nylon 6,6) Có độ bền và độ cứng cao, là một trong các loại nhựa có nhiệt độ nóng chảy cao nhất, hấp thụ độ ẩm trong quá trình ép phun. Thuỷ tinh là chất thêm vào thông dụng nhất để tăng cơ tính vật liệu, ngoài ra còn thêm các chất đàn hồi như: EPDM, SBR để tăng độ bền. Có độ nhớt thấp, dễ dàng chảy vào lòng khuôn, do đó cho phép tạo các vật có thành mỏng. Độ co rút từ 1% đến 2%. Nhựa PA66 dùng để chế tạo các chi tiết trong xe hơi, dùng làm vỏ các thiết bị máy móc… Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  39 • POM (Poly Acetatic) Nhựa Acetals có hai loại Homopolymers và Copolymers. Homopolymer có độ bền kéo tốt, độ bền mỏi cao, cứng nên khó gia công. Copolymers ổn định nhiệt tốt, ít bị ảnh hưởng bởi hoá chất, dễ gia công. Cả hai nhựa Homopolymers và Polymers là nhựa tinh thể, hút ẩm kém. Nhựa Acetals có hệ số ma sát thấp và ổn định kích thước tốt, nên thích hợp cho việc chế tạo bánh răng và trục. Nhựa Acetals chịu nhiệt tốt, nên được sử dụng chế tạo các chi tiết trong máy bơm, van… • ABS (Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) Được tạo từ ba đơn phân tử: acrylonitrile, butadiene, và styrene. Mỗi đơn phân tử có tính chất khác nhau như: tính cứng, bền với nhiệt độ và hoá chất là của acrylonnitrile, dễ gia công, độ bền của styrene và độ dẻo độ dai va đập của butadiene Nhựa ABS dùng để chế tạo các chi tiết trong xe hơi (nắp của các ngăn chứa, vỏ bánh xe…), tủ lạnh, các thiết bị trong gia đình (máy sấy tóc, các thiết bị chế biến thực phẩm, bàn phím máy tính, điện thoại bàn, ván trượt tuyết…) • PMMA (Polymethyl Methacrylate) Có tính chất quang học rất đặc biệt, có thể truyền ánh sáng trắng cao đến 92%, các chi tiết đúc có thể có tính lưỡng chiết rất thấp, do đó rất lý tưởng để chế tạo các đĩa hát. Nhựa PMMA dùng trong xe hơi (các thiết bị báo hiệu, các bảng dụng cụ…), công nghiệp (đĩa hát, các kệ trưng bày …), y tế… • PBT (Polybutylene Terephthalates) Là một trong những nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật có cơ tính rất cao. PBT là một loại nhựa bán tinh thể, có tính kháng hoá chất rất tốt, hút ẩm rất ít, có tính trở nhiệt và trở điện cao, ổn định dưới các điều kiện môi trường. Nhựa PBT dùng để chế tạo các thiết bị, dụng cụ trong gia đình và công nghiệp (lưỡi trong các thiết bị chế biến thực phẩm, các chi tiết trong máy hút bụi, quạt, máy sấy tóc, cửa, vỏ máy, các chi tiết trong xe hơi …), các thiết bị trong ngành điện (công tắc, vỏ cầu chì, bàn phím máy tính, những đầu nối …) Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  40 Hình 3.3 Cho chúng ta một cái nhìn tổng quan về sự tiêu thụ các loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật trên thế giới (năm 1999). Bảng 3.1: Dấu hiệu nhận biết các chất dẻo TT Nhựa Mềm ra Bắt lửa Màu lửa Cháy tiếp Khói Mùi Dấu hiệu 1 ABS Có Dễ Vàng bồ hóng Có Bồ hóng Hăng Hơi giống mùi cao su 2 PA Không Khó Xanh lơ, đỉnh vàng Không Ít Gỗ Sủi bọt khi bắt lửa 3 PP Có Dễ Vàng, xanh lơ ở đáy Có Ít Dầu nóng Mềm ở nhiệt độ cao 4 PVC Có Khó Vàng, xanh lục ở đáy Không Trắng Hăng Dễ hàn gắn 5 PS Có Dễ Da cam Có Bồ hóng Dịu Khói bẩn 6 PF Không Khó Vàng Không Ít Khét Lửa sủi 3.1.3 Các thông số quan trọng của vật liệu nhựa Bảng 3.2 Nhiệt độ gia công TT Nhựa Tên gọi đầy đủ Nhiệt độ khuôn ( 0 C) Nhiệt độ ở cuối piston-vít( 0 C) Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  41 1 PP Polyropylene 10 - 80 220 - 235 2 PS Polystyrene 10 - 75 200 - 280 3 ABS Styren co-polymers 10 - 80 200 - 280 4 PVC Polyvinyle-chlorid 20 - 60 170 - 200 5 PMMA Polymethyl metacrylace 30 - 70 190 - 240 6 PA 6 Polyamide (nylon 6) 50 - 80 250 - 280 7 PA 66 Polyamide (nylon 6,6) 50 - 80 250 - 280 8 PPO Phenylene oxide 40 - 80 300 - 330 9 PC Polycarbonate 70 - 115 300 - 350 10 POM Poly acetatic Resins 60 - 90 190 - 210 11 LDPE Low density polyethylens 50 - 70 160 - 260 12 HDPE High density polyethylens 30 - 70 75 - 110 Ghi chú: Nhựa ABS dễ bị oxi hoá trong khuôn nếu gián đoạn sản xuất quá 15 phút. Bảng 3.3: Nhiệt độ phá huỷ của một số loại nhựa TT Nhựa Nhiệt độ phá huỷ (rữa nát) ( 0 C) 1 ABS 310 2 PA 66 320 - 330 3 PS 250 4 PP 280 5 PVC 180 - 220 Bảng 3.4: Độ co rút của một số vật liệu nhựa TT Nhựa Độ co (%) Mật độ (g/cm 3 ) 1 PS 0,3 – 0,6 1,05 2 ABS 0,4 – 0,7 1,06 3 LDPE 1,5 – 5,0 0,954 4 HDPE 1,5 – 3,0 0,92 5 PP 1,0 – 2,5 1,15 6 PVC mềm > 0,5 1,38 Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  42 7 PVC cứng 0,5 1,38 8 PMPA 0,1 – 0,8 1,18 9 POM 1,9 – 2,3 1,42 10 PPO 0,5 – 0,7 1,06 11 PC 0,8 1,2 12 PA 6 0,5 – 2,2 1,14 13 PA 66 0,5 – 2,5 1,15 14 PF 1,2 1,4 15 MF 1,2 – 2,0 1,5 16 MPF 0,8 – 1,8 1,6 17 UP 0,5 – 0,8 2,0 – 2,1 18 EP 0,2 1,9 Bảng 3.5: Chiều dày thành sản phẩm nhựa nhiệt dẻo TT Vật liệu Chiều dày min (mm) Chiều dày trung bình (mm) Chiều dày max (mm) 1 PA 0,38 1,6 3,2 2 PC 1,0 2,4 9,5 3 LDPE 0,5 1,6 6,4 4 HDPE 0,9 1,6 6,4 5 PP 0,63 2,0 7,6 6 PS 0,76 1,6 6,4 7 PVC 1,0 2,4 9,5 Bảng 3.6: Quan hệ giữa độ nghiêng thành với độ cao và chiều dày thành Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  43 Hoặc có thể dựa vào đồ thị Hình 3.4 để xác định góc thoát khuôn cho thích hợp: Hình 3.4 Góc vát và chiều cao vát 3.2 Sản phẩm thiết kế 3.2.1 Tìm hiểu sản phẩm thiết kế Sản phẩm thiết kế là tay nắm dùng cho xe hơi . Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  44 Hình 3.5 Tay nắm dùng trong xc hơi Đặc điểm của sản phẩm • Chi tiết là một sản phẩm đòi hỏi tính thẩm mỹ cao: hình dáng mẫu mã đẹp, độ bóng bề mặt cao, màu sắc đẹp… • Tay nắm dùng trong xe hơi thường có kích thước nhỏ gọn, chịu tác động ngoại lực bởi những người ngồi trên xe . Do đó nó phải đảm bảo độ cứng vững để chống lại các lực tác dụng sinh ra khi người sử dụng. • Ngoài ra chi tiết phải có độ cứng vững cao. 3.2.2 Vật liệu sử dụng Trong thực tế người ta thường sử dụng hỗn hợp nhựa PP/ABS (Polypropylen/ Acrylonitrile - Butadien -Styren) để làm các chi tiết cần độ thẩm mỹ cao như : vỏ điện thoại, remote, tay vịn dùng trong xe hơi… vì do những tính chất sau: • Hỗn hợp PP/ABS thể hiện những tính chất kỹ thuật tốt hơn so với ABS và dễ gia công hơn so với PP. • PP/ABS có tính thẩm mỹ, tính nhiều màu và có thể sơn lên bề mặt sản phẩm. • Độ bền chống va đập của hỗn hợp PP/ABS là (10-14 ft.-lb/in) Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  45 • Khả năng chống tia tử ngoại tốt • Độ bóng cao • Tính ổn định kích thước cao… Ứng dụng của hỗn hợp PP/ABS • PP/ABS được sử dụng rộng rãi trong bảng điều khiển ôtô, vành bánh xe, bàn phím, màn hình, máy in, mui xe kéo nhỏ, điện thoại, remote, cánh quạt, mũ bảo hiểm, [...]... PC/ABS PBT Nylon K (W/m.0K) 0,264 0,190 0,246 0,264 0,250 Bảng 3. 11: Nhiệt dung riêng của một số loại nhựa Loại nhựa ABS PC PC/ABS PBT Nylon Cp (J/kg.0K) 131 4 1298 1252 1741 4400 Bảng 3. 12: Khối lượng riêng của một số loại nhựa 47 Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  Loại nhựa ABS PC PC/ABS PBT Nylon (kg/m3) 1040 1200 1120 131 0 961 48 ... Strong alkalis P E F Organic Solvents P2 P3 P2 Alkohols G P P Hydrocarbon P P P (Dung môi hữu cơ) 46 Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  Fuels P P P Gamma radiation G G G UV radiation F P F Trong đó: E: Excellent - G: Good - F: Fair - P: Poor (1): Tấn công bởi axit có tính oxy hoá (2): Hoà tan được trong các Hydrocarbon thơm và Hydrocarbon chứa Clo (3) : Hoà tan trong Xêtôn, Ête, Hydrocarbon... Hydrocarbon chứa Clo Bảng 3. 8: Tính chất vật lý của các nhựa PC, ABS, PC/ABS Nhiệt độ (0F) Sấy Điểm ngưng Độ ẩm 0 Melt Mold (0F) Time (h) tụ ( F) PC 550 - 600 180 - 250 250 4 -20 0,02 ABS 400 - 460 145 - 185 180 2 0 0,1 PC/ABS 470 - 525 200 4 -20 0,02 125 - 200 Bảng 3. 9: Nhiệt độ sản phẩm của một số loại nhựa Loại nhựa ABS PC PC/ABS PBT Nylon tE (0C) 82 118 93 116 170 Bảng 3. 10: Độ dẫn nhiệt của một...Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  Hình 3. 6 Các sản phẩm từ nhựa PP - Hỗn hợp PP/ABS chịu được ứng suất gây ra khi đi xe và ảnh hưởng của nhiệt độ - Hỗn hợp này nổi tiếng với sự tuyệt vời của chúng ở nhiệt độ thấp Bảng 3. 7: Khả năng chống lại các yếu tố hoá học và môi trường của PC, ABS, PC/ABS PC ABS PC/ABS . Chương 3 Tìm hiểu vật liệu nhựa và sản phẩm thiết kế  36 CHƯƠNG 3 TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU NHỰA VÀ SẢN PHẨM THIẾT KẾ 3. 1 Tìm hiểu vật liệu nhựa 3. 1.1 Phân. 2 PA 66 32 0 - 33 0 3 PS 250 4 PP 280 5 PVC 180 - 220 Bảng 3. 4: Độ co rút của một số vật liệu nhựa TT Nhựa Độ co (%) Mật độ (g/cm 3 ) 1 PS 0 ,3 – 0,6 1,05