Nhựa polyethylene có 4 nhóm chính, với các đặc điểm về điểm chuyển thuỷ tinh (Tg) và nhiệt chảy (Tm), các giá trị liệt kê là điểm trung bình tương đối, có các giá trị như sau:
- LDPE (Low Density Polyethylene) - Tg/Tm: -100/103
- LLDPE (Linear Low Density Polyethylene) - Tg/Tm: -85/123
- MDPE (Medium Density Polyethylene) - Tg/Tm: -80/135 (có thông số trùng HDPE)
- HDPE (High Density Polyethylene) - Tg/Tm: -80/135
Ở từng vùng nhiệt độ thì trạng thái của các loại nhựa có những đáp ứng khác biệt
- Ở dưới nhiệt độ chuyển thuỷ tinh: Vật liệu thể hiện tính cứng giòn khi chịu tác dụng của cơ lực
- Ở nhiệt độ giữa nhiệt chuyển thuỷ tinh và nhiệt chảy: Vật liệu thể hiện tính đàn hồi, các phân tử polymer trượt và hồi phục thuận nghịch dưới tác dụng lực
- Ở vùng trên nhiệt độ chảy: Đó là trạng thái trượt bất thuận nghịch của các mạch phân tử polymer, gọi là vùng chảy
2. Nhiệt gia công của các loại nhựa:
Vì PE là nhựa bán kết tinh, nên thông số nhiệt gia công cơ sở của dòng nhựa lỏng thường lấy mức cao hơn Tm là 50 oC, tức nhiệt độ gia công cơ sở tương ứng:
- LDPE (Low Density Polyethylene) - Tp: 150- LLDPE (Linear Low Density Polyethylene) - Tp: 170
- MDPE (Medium Density Polyethylene) - Tp: 185
- HDPE (High Density Polyethylene) - Tp: 185
Do MDPE và HDPE khá gần nhau nên tạm chúng ta xem chúng là một, để giảm phức tạp trong khảo sát.
(Tham khảo thêm bài viết TẠI ĐÂY)
Nhiệt độ của hỗn hợp nhựa đi qua thiết bị gia công giúp chuyển vật liệu từ trạng thái rắn sang trạng thái chảy đến độ nhớt phù hợp cho từng yêu cầu của quá trình gia công.
Nhiệt lượng của nhựa nhận được thông qua:
* Nhiệt lượng cung cấp thừ thành truyền nhiệt của thiết bị: Nhiệt độ cài đặt càng cao thì năng lượng nhiệt nhựa nhận được trong một thời gian cũng tăng.
* Nhiệt lượng nhận được từ nhiệt nội phát sinh do sự trượt giữa các polymer dưới tác động của lực cơ học cưỡng bức: Phần nhiệt lượng này tỉ lệ thuận với 2 tố chính là tốc độ trượt cưỡng bức (như tốc độ của trục vít) và độ nhớt của hỗn hợp. Tốc độ gia công càng cao thì năng lượng do cơ học sinh ra càng lớn; độ nhớt càng cao thì ứng suất ma sát càng cao sinh nhiệt càng lớn.
Nhiệt lượng nhận được của nhựa làm gia tăng nhiệt độ và giảm độ nhớt của dòng nhựa là sự cộng hợp của năng lượng nhận được từ năng lượng cơ và năng lượng nhiệt cấp cho thiết bị.
3. Những điểm cần lưu ý về động học của quá trình trộn lẫn giữa các nhóm nhựa:
Để trộn lẫn các loại nhựa thì có 2 yếu tố được xem là quan trọng hàng đầu cần lưu ý:
a. Độ nhớt động của hỗn hợp tại vùng nhiệt độ gia công
Như ta biết nếu có sự khác biệt lớn giữa độ nhớt của các vật liệu tham gia trộn hợp thì sẽ có hiện tượng tách pha, làm tổng diện tích liên diện (diện tích tiếp xúc giữa các pha) giảm, dẫn đến suy giảm tính chất của hỗn hợp.
Yếu tố chính tác động đến độ nhớt:
- Độ nhớt động của một nhựa giảm tỉ lệ (nhưng không tuyến tính) theo sự tăng của nhiệt độ.
- Độ nhớt động lại tăng tỉ lệ theo kích thước phân tử của nhựa. Đại lượng có mối tương quan với kích thước phân tử, đánh giá độ linh động, đó là chỉ số chảy. Chỉ số chảy càng thấp thì thường phân tử lượng càng cao; ngược lại chỉ số chảy càng cao thì trọng lượng phân tử càng thấp.
Trong trường hợp trộn lẫn giữa các nhóm nhựa PE thì khi gia công ở điều kiện nhiệt độ quá cao hay quá thấp đều dẫn đến sự sai biệt độ nhớt động học giữa các nhóm.
- Nếu gia công ở nhiệt độ của LDPE, trong khoảng 150 +/- 10 oC, thì LDPE sẽ đủ chảy còn HDPE thì còn ở độ nhớt rất cao và tồn tại những vùng kết tinh chưa dẻo hoá.
- Nếu gia công ở nhiệt độ của LLDPE, 170 +/- 10oC thì: LDPE đã bắt đầu quá lỏng và LLDPE sẽ đủ chảy và HDPE thì mới bắt đầu chảy vùng kết tinh vẫn cần thời gian dài mới dẻo hoá hoàn toàn.
- Nếu gia công ở nhiệt độ của HDPE, 185 +/-10oC thì: LDPE quá lỏng, LLDPE bắt đầu suy giảm độ nhớt cao, HDPE thì dẻo hoá và chảy hoàn toàn
Giải pháp để giảm sự sai khác độ nhớt giữa các loại tham gia vào trộn hợp là phải chọn nhựa có nhiệt độ chảy thấp thì chỉ số chảy phải rất thấp, còn nhựa có nhiệt độ chảy cao thì phải có chì số chảy tương ứng cao (phân tử lượng thấp).
b. Nhiệt lượng cung cấp đủ cho quá trình chuyển hoá vật liệu sang trạng thái chảy (biến dạng bất thuận nghịch).
Ta có phương trình tổng quát nhiệt lượng qua thành truyền nhiệt của thiết bị:
Q = T*k*S (t1-t2)
- T: Thời gian truyền nhiệt
- k: hệ số truyền nhiệt
- S: diện tích truyền nhiệt
- (t1-t2): là sai lệch nhiệt độ giữa nguồn cấp và nhựa.
Như vậy nhiệt lượng nhận được tỉ lệ với thời gian nhận nhiệt, do vậy khi cài đặt nhiệt độ thấp thì cần đòi hỏi thời gian lưu (thời gian nhận nhiệt) phải lớn.
Tóm lại: Để hài hoà về nhiệt độ và độ nhớt của hỗn hợp thì khi trộn các loại nhựa cần giảm nhiệt độ gia công (để tránh các thành phần có nhiệt độ chảy thấp trở nên quá loãng) và tăng thời gian lưu (để tăng thời gian nhận nhiệt, giúp các thành phần có nhiệt độ chảy cao nhận đủ nhiệt lượng để phá vỡ hoàn toàn cấu trúc kết tinh của chúng). Điều này có nghĩa rằng chúng ta sẽ gia công ở điều kiện kiện tốc độ chậm nhiệt độ mức thấp so với thành phần nhiệt chảy cao.
4. Các tình huống trộn hợp.
a) Trộn lẫn giữa LDPE và LLDPE:
Người ta trộn lẫn LDPE vào LLDPE nhằm tăng độ bóng và giãn dài của hỗn hợp.
Vùng nhiệt độ gia công sẽ ở mức của vật liệu có nhiệt độ chảy cao: 170+/-10.
Cần phải chọn LDPE có chỉ số chảy thấp hơn LLDPE >20%
Với những công nghệ gia công mà độ nhớt tạo hình ở mức cao: đùn thổi màng, đùn thổi chai lọ, cán tấm, kéo sợi,... thì LDPE chỉ là pha số phụ (tỉ lệ thấp). Trong trường hợp này tỉ lệ tối đa của LDPE trong hỗn hợp là 20%
Với những công nghệ gia công mà độ nhớt có thể rất thấp: ép phun, casting,.. thì có thể tỉ lệ LDPE tăng hơn 20%.
b) Trộn lẫn giữa LLDPE và HDPE
Người ta trộn lẫn LLDPE vào HDPE để tăng độ mềm, tăng khả năng chịu va đập, tăng độ giãn dài,...
Vùng nhiệt độ gia công chọn ở mức của HDPE: 185+/-10 oC.
Và cần phải chọn LLDPE có chỉ số chảy thấp hơn của HDPE ở mức >30% (vì độ nhớt LLDPE giảm rất nhanh so với HDPE khi gia tăng nhiệt độ).
Với cộng nghệ độ nhớt tạo hình thấp thì chỉ nên trộn LLDPE trong HDPE tối đa 15%. Ngược lại trong một số tình huống người ta bổ sung HDPE vào LLDPE nhằm tăng độ cứng và tạo hiệu ứng bề mặt thì tỉ lệ trộn theo kinh nghiệm cũng không quá 2%. Ví dụ người ta bỏ chút HDPE vào LLDPE để bề mặt dễ tách màng (do màng bắt đầu bị hiệu ứng da cam, do HDPE chưa tan hoàn toàn).
Nếu HDPE là pha dùng tỉ lệ thấp, thì người ta thấy tỉ lệ chỉ nên dùng thấp hơn 7%, nếu cao hơn sẽ rất dễ bị tách pha.
c) Trộn lẫn giữa LDPE và HDPE:
Việc trộn lẫn này nhằm mục đích chính là giúp HDPE tăng độ bóng, cải thiện một chút ít về tính chảy. Tuy nhiên do đặc tính chảy của 2 loại vật liệu này quá khác biệt nên người ta khuyên:
- Chỉ nên pha với LDPE là pha số ít, với tỉ lệ tối đa không quá 3%
- Chỉ số chảy LDPE nên thấp hơn 50% so với HDPE
- Nhiệt độ gia công theo nhiệt độ gia công của HDPE: 185+/-10, nhưng nên dùng thêm chất ổn định nhiệt, vì trên 185 oC thì LDPE có nguy cơ phân hủy nhiệt rất cao.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét