Quy trình trộn trên máy trộn ly tâm cao tốc cho hỗn hợp nhiều thành phần

 

Quy trình trộn chung

Công thức phối trộn có thể có các thành phần:

1. Hạt nhựa nguyên sinh
2. Hạt nhựa phế liệu 
3. Bột màu
4. Bột phụ gia (siêu tẩy, tăng cứng,....)
5. Dầu phân tán, dầu tăng bóng,...
6. Hạt độn (Taical): thường rất dễ vỡ khi trộn

Các bước chuẩn bị:

• Với hạt tái sinh thường phải sấy ma sát để đuổi ẩm, giúp màng không bị bông, rổ. Thường sấy ma sát trong máy trộn ly tâm cao tốc cần đưa nhiệt độ của hỗn hợp lên khoảng 85-95 độ. Lưu ý là đảm bảo bề mặt của nhựa trong máy trộn phải chuyển động xoáy (tức còn phễu xoáy) thì hơi ẩm mới đi ra ngoài được tốt. 
• Các thành phần dạng bột (bột màu, siêu tẩy, bột phụ gia khác) cần phải bỏ vào 1 túi nylon nhỏ và chà thật đều vào nhau. Trong khi chà nếu phát hiện vón vục cần phải tán cho nhuyễn ra. Việc trộn các thành phần bột đều vào nhau trước giúp chúng tăng thể tích và tỉ lệ đi cùng nhau đồng nhất.

Trình tự các bước cho nguyên liệu vào:

Bước 1: Hạt phế liệu đưa vào máy trộn, tiến hành sấy ma sát, cho đến khi đạt được nhiệt độ mong muốn. Nên mở nắp để hơi ẩm thuận lợi đi ra ngoài.

Bước 2: Bổ sung thành phần hạt nguyên sinh vào máy trộn

Bước 3: Bổ sung các thành phần dạng dầu vào (dầu bóng, dầu phân tán,...); trộn trong 2-4 phút để dầu bám đều bề mặt hạt.

Bước 4: Bỏ hỗn hợp các loại bột trong hỗn hợp (đã được chà kỹ vào nhau sẵn) vào trộn thật kỹ, cho đến khi chúng bám chặt vào bề mặt của hạt.

Bước 5: Bỏ Hạt độn vào trộn 2-4 phút là hoàn tất (vì hạt độn bỏ vào sớm dễ bị bể tạo bột, khi đó sẽ không xuống máy đùn được thuận lợi).

Bộ định lượng (theo trọng lượng) và trộn tự động

 

Bộ cấp liệu định lượng Movacolor

 

Bộ cấp liệu phụ, sử dụng để cấp màu cho thiết bị đùn, ép,...

Bộ cấp liệu phụ có tính năng định lượng (điều chỉnh lưu lượng) được cấp hạt màu hay hỗn hợp chứa bột màu dùng để phối màu cho nhựa. Cụm cấp liệu trên được gắn bổ sung vào cuối phễu cấu liệu chính và kết nối với cổng cấp liệu của máy đùn. Do có thể điều chỉnh lưu lượng (hay thể tích) của hỗn hợp mang màu một cách chuẩn xác nên giúp thuận lợi điều chỉnh cường độ màu trên sản phẩm một cách thuận tiện.

Các ưu điểm dùng bộ cấp liệu phụ để chỉnh màu cho sản phẩm:

1. Giảm khâu phối trộn trong quá trình

2. Điều chỉnh tức thời trong suốt quá trình, đảm bảo kịp thời điều chỉnh màu khi nguồn nguyên liệu có những biến đổi

3. Có thể ngừng cấp màu kịp thời, tránh trường hợp tồn đọng hỗn hợp chứa màu thừa cuối quá trình

4. Có thể dùng để cấp bột màu trực tiếp vào nhựa một cách hiệu quả và kinh tế

Thiết bị đùn nghiền trộn để sản xuất hỗn hợp nhựa (compound)

 

Trộn hợp các loại nhựa Polyethylene trong quá trình đùn thổi màng

CÁC NHÓM NHỰA POLYETHYLENE CHO THỔI MÀNG
Trong đùn thổi màng (thường gọi ngắn là thổi màng) của nhựa Polyethylene (PE) thường sử dụng trộn hợp nhiều nhóm nhựa, như:
* LDPE (low density Polyethylene): tỉ trọng 0.920 - 0.925 g/cm3; chỉ số chảy 0.3 - 6 gam/10 phút
* LLDPE (linear low density Polyethylene): tỉ trọng 0.918 - 0.935 g/cm3; chỉ số chảy 0.8 - 2.5 gam/10 phút
* Dòng LLDPE metalocene thường viết là mLLDPE: tỉ trọng: 0.917 - 0.926 gam/cm3; chỉ số chảy: 0.8 - 1.0 gam/10 phút.
* HDPE (high density Polyethylene): tỉ trọng: 0.949 - 0.960 g/cm3; chỉ số chảy: 0.1 - 2 gam/10 phút

TÁC ĐỘNG CỦA CHỈ SỐ CHẢY VÀ TỈ TRỌNG
Đặc tính kỹ thuật của màng phụ thuộc vào tỉ trọng và chỉ số chảy (như hình tổng hợp ở trên), như sau:
a) Tỉ trọng tăng:
- Độ cứng của màng tăng
- Khả năng chịu lực cũng tăng
- Nhiệt biến mềm tăng: Nên tại đùn tạo màng và hàn dán tương ứng nhiệt cao hơn
- Có tính chống kết đóng khối tăng: Do tỉ trọng càng cao là do độ kết tinh cao, những vùng kết tinh hình thành sẽ làm giảm độ phẳng của bề mặt, nên đã khử hiệu ứng chân không giữa các lớp màng. Ở độ cứng cao, khi tỉ trọng cao, thì hệ số ma sát bề mặt cũng giảm.
- Có tính chịu được hoá chất cũng cao hơn
- Có tính chống thấm cho các thành phần lỏng cũng tăng.
- Độ biến dạng giãn dưới tác dụng lực thường trực cũng giảm
b) Tỉ trọng giảm:
- Có tính chịu va đập tăng
- Có độ biến dạng dài (tại điểm đứt) cũng tăng
- Có tính kháng xé tăng
- Có độ mềm dẻo cao hơn
c) Chỉ số chảy thấp:
- Có khả năng chịu lực va đập tăng
- Có khả năng chịu lực cũng tăng
- Có độ giãn dài khi đứt cũng tăng
d) Chỉ số chảy cao
- Có tỉ số kéo dọc cao, nên thuận lợi sản suất màng mỏng
- Có độ nhớt thấp, thuận lợi cho việc gia công
- Có độ trong tốt hơn
- Có độ bóng cao hơn

TRỘN HỢP CÁC NHÓM NHỰA
Việc trộn hợp các nhóm nhựa nhằm cân đối các đặc tính theo yêu cầu của sản phẩm cuối, đặc tính của sản phẩm trộn hợp nếu được trộn lẫn tốt sẽ nằm giữa đặc tính của các thành phần tham gia trộn hợp.
a. Trộn lẫn giữa LDPE và LLDPE (kể cả mLLDPE)
- LDPE chiếm tỉ lệ chính thì LLDPE không vượt quá 20%
- LLDPE chiếm tỉ lệ chính thì LDPE không vượt quá 40%
b. Bổ sung LDPE và LLDPE để điều chỉnh HDPE
- LDPE thường nên bổ sung ít hơn 12% trong hỗn hợp có thành phần chính HDPE
- LLDPE thường nên bổ sung ít hơn 25% trong hỗn hợp có thành phần chính là HDPE

CÁC LƯU Ý KHI TRỘN CÁC LOẠI NHỰA KHI THỔI MÀNG
Tuy nhiên cần quan tâm một số yếu tố cần để đảm bảo việc trộn hợp đạt được việc trộn lẫn tốt:
- Cấu trúc trộn của thiết bị đùn là yếu tố quyết định hàng đầu, những trục vít dài và có vùng trộn trộn sẽ cho kết quả tốt hơn.
- Thời gian trộn (tức thời gian lưu trong thiết bị đùn) cần phải đảm bảo. Thường khi chạy hỗn hợp nhiều loại nhựa sẽ đạt kết quả tốt hơn khi chạy tốc độ giảm.
- Chọn lựa chỉ số chảy của các loại phù hợp, để tại nhiệt độ gia công, không có sự sai biệt quá lớn về độ nhớt của các thành phần.

Công thức sản xuất hạt độn gia cường, cho nhựa PE

THÀNH PHẦN CÔNG THỨC

- CaCO3 (3-7micron): 100 kg
- PE (MFI = 8): 6 - 10 kg
- Silane (Coupling Agent): 0.6 - 1.0 kg
- PE Wax: 2 - 2.5 kg
- Stearic Acid: 1.5 - 2.0 kg
- Zinc Stearate: 0.5 - 1.5 kg

VAI TRÒ CỦA CÁC THÀNH PHẦN

1) PE (carrier): Nền nhựa mang, có thể dùng nhựa LLDPE hay LDPE.

2) Silane Coupling Agent: Chất tạo cầu liên kết giữa CaCO3 với nền nhựa PE, thường dùng là silane

(3-Aminopropyltriethoxysilane). Ví dụ: KH-550

3) PE Wax: Bôi trơn không phân cực, giảm ma sát của nhựa và nhựa 

4) Stearic Acid: là thành phần hoạt hóa bề mặt CaCO3

Phản ứng: CaCO3 + A. Stearic = Ca. Stearate + CO2 + H2O
Trong đó Calcium Stearate là thành phần bôi trơn hình thành trên bề mặt của hạt CaCO3, giúp bôi trơn CaCO3.

5) Zinc Stearate: thành phần giúp giảm ma sát của hỗn hợp với thành thiết bị kim loại trong quá trình gia công (như chất bôi trơn ngoại).

Hình thái học của hỗn hợp polymer

Hình thái học của hỗn hợp là trạng thái phân bổ và sắp xếp các thành phần trong nhau. Để hiểu được hình thái học của hỗn hợp polymer với polymer ta cần quan tâm đến một số khái niệm
1.. Động lực của quá trình trộn
Động lực của quá trình trộn được hiểu là yếu tố giúp cho các polymer chuyển động và đan xen vào nhau. Để làm được việc này ta phải tạo sự chảy (biến dạng bất thuận nghịch) của ít nhất 1 polymer. Động lực của quá trình trộn phổ biến nhất là sự kết hợp giữa năng lượng cơ và năng lượng nhiệt.
Để có thể tạo ra sự trộn lẫn cao thì bắt buộc động lực trộn phải đủ lớn hơn năng lượng liên kết liên phân tử của các pha.
Ta xét tác động của động lực trộn tác động đến hình thái pha trong quá trình trộn, để hiểu rõ vai trò của nó đến kết quả trộn. Xét việc trộn của polymer A và B; với pha A khó chảy hơn B, thì ta có các tình huống:
- Khi động lực quá trình trộn không đủ làm chảy polymer B, coi như không có quá trình tạo trộn lẫn. Ta không xem xét trường hợp này.
- Khi động lực của quá trình trộn làm đủ chảy polymer B, nhưng chưa đủ lớn để tán đều polymer A, thì tuỳ vào độ lớn năng lượng càng cao ta tán pha A có kích thước càng nhỏ

- Khi động lực của quá trình đủ lớn thì polymer A sẽ tan chảy trong hỗn hợp, kích thước sẽ là kích thước phân tử.
Trong thực tế ta không thể dừng đột ngột năng lượng nhiệt có trong hỗn hợp trộn, nên coi như khi ngừng tác động cơ học và tiến hành giải nhiệt thì động lực trộn suy yếu dần về mức chỉ tác động bởi nhiệt môi trường.
Thời gian của quá trình giải nhiệt rất quan trọng, đó chính là thời gian mà quá trình tái sắp xếp hình thái pha diễn ra mạnh nhất.

2.. Bề mặt liên pha (phase)
Bề mặt liên pha là diện tích tiếp xúc giữa 2 pha, khi trộn hợp làm gia tăng được diện tích liên pha càng lớn thì quá trình trộn được đánh giá càng hiệu quả. Tuy nhiên diện tích liên pha sẽ thay đổi khi động lực của quá trình trộn suy yếu, khi đó hỗn hợp tự cấu trúc hình thái của riêng mình dưới tác động của ái lực liên phân tử và chuyển động nhiệt Brown.
Hình thái ổn định sau quá trình tự tái sắp xếp của các pha ta gọi là hình thái học hỗn hợp sau trộn.

3.. Ái lực liên phân tử và sự tương hợp
Ái lực liên phân tử được hiểu là lực hút tương quan giữa các phân tử. Khi trộn hợp giữa 2 polymer A và B thì ta cần quan tâm đến ái lực liên phân tử giữa: A-A; B-B; A-B
Sự tương hợp là một khái niệm nói lên tính ổn định hình thái sau trộn hợp giữa các polymer. Khái niệm này có thể nhận định dựa trên ái lực liên phân tử. Khi trộn hợp 2 polymer A và B, trong đó ái lực liên phân tử A-A > B-B (A-A là ái lực giữa các phân tử của polymer A), thì tuỳ vào ái lực liên phân tử A-B ta có các tình huống
- Khi A-A > B-B > A-B tức là lực giữ bề mặt liên pha sẽ không bằng lực kéo cô kết của mỗi pha. Các pha sẽ tự tách và co cụm lại riêng mình, làm giảm đến mức tối đa diện tích tiếp xúc liên pha. Đây là trường hợp gọi là không tương hợp.
- Khi A-A> A-B > B-B tức là trạng thái pha A chủ động thu nhỏ đến mức tối đa diện tích liên pha, động lực này dẫn đến việc cô tụ pha A thành giọt (nếu pha A là pha chiếm tỉ lệ thấp), hay sẽ ép pha B thành thể giọt (hình cầu - có diện tích bề mặt nhỏ nhất). Đây cũng được gọi là không tương hợp, có một số quan điểm được cho là tương hợp kém.
- Khi A-B> A-A > B-B là trường hợp các phân tử polymer khác loại chủ động tìm hút lẫn nhau. Khi này các polymer tự phân tán đan xen vào nhau, tạo diện tích liên pha cực lớn. Nếu động lực của quá trình trộn đủ tách liên kết liên phân tử A-A thì chúng sẽ đạt được trạng thái hoà tan hoàn toàn. Đây được gọi là tương hợp cao.

4.. Kết quả của quá trình trộn hợp polymer
Hình thái học cuối cùng của hỗn hợp polymer (chưa xét đến việc dùng chất tương hợp) là kết quả tái sắp xếp lại trạng thái các polymer từ "hình thái trong quá trình trộn".
Nên nếu trong quá trình trộn mà không đạt được trạng thái phân bổ tinh, thì chắn chắn sau khi giảm dần động lực quá trình trộn thì hỗn hợp cũng khó tự phân tán để hình thành phân bổ tinh hay hoà tan (bởi các polymer vốn khó chuyển động, và chuyển động nhiệt - chuyển động Brown - cũng chỉ là rung lắc trong phạm vi hẹp). Nên có thể nói hình thái học sau quá trình trộn hợp quyết định chính bởi "hình thái trong khi trộn".
Sự tái sắp xếp mạch polymer sau quá trình trộn hợp ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm, tuy quá trình này xảy ra chậm nhưng suốt thời gian dài sử dụng sản phẩm cũng đủ tạo ra sự ảnh hưởng không nhỏ.

Các hình thái phân bổ thường thấy khi trộn lẫn 2 polymer
a) Hình thái phân bổ giọt

Là trạng thái điển hình của việc trộn lẫn 2 polymer không tương hợp hay động lực của quá trình trộn chưa đủ lớn. Kích thước của giọt phụ thuộc chủ yếu vào động lực của quá trình trộn.
- Pha ở trạng thái giọt có thể là pha chưa chảy, khi động lực trộn kém
- Khi các pha đã đủ chảy, và chúng không tương hợp nhau thì pha giọt là pha có tỉ lệ thấp.

 b) Đây là hình thái phân bổ vô định hình rời rạc

Nếu động lực của quá trình trộn là đủ lớn, thì đây là hình thái tương hợp yếu giữa các pha.

c) Đây là hình thái phân bổ đồng liên tục

Nếu khoảng cách giữa các nhánh trong mỗi pha là rất nhỏ <40nm, ta có thể gọi đó là quá trình hoà tan, bởi như thế nó đã đảm bảo không ảnh hưởng đến sự truyền suốt ánh sáng. Đó là trạng thái tương hợp cao.
Nếu khoảng cách giữa các nhánh lớn, dù đã rất đủ động lực của quá trình trộn, thì đó chỉ là trạng thái tương hợp kém.
Các polymer tương hợp cao với nhau, nhưng động lực của quá trình trộn không đủ cao, thì hình thái của hỗn hợp cũng chỉ dừng ở mức này.

Trộn lẫn giữa các nhóm nhựa thuộc polyethylene (LDPE, LLDPE, MDPE và HDPE)

1. Một số đặc tính nhiệt của các nhóm trong nhựa PE
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

Với tỉ lệ kết tinh càng cao thì có sự dịch chuyển tăng về giá trị của Tg và Tm, đó là giá trị bình quân trọng số giữa trạng thái vô định hình và kết tinh.
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.

Chọn lựa chỉ số chảy của PE và PP để thuận lợi cho trộn lẫn

Để trộn hợp thuận lợi giữa 2 loại nhựa PE và PP thì yếu tố quan trọng cần quan tâm là độ nhớt động học của chúng tại vùng nhiệt độ gia công.
- Nếu độ nhớt động học của chúng sai lệch nhau nhiều thì sẽ có hiện tượng phân pha và khó khăn trong việc trộn lẫn giữa chúng. Hình thái học của quá trình trộn hợp sẽ là 2 pha liên tục tách rời nhau.
- Nếu độ nhớt động học của chúng sai lệch không nhiều thì chúng có thể thuận lợi hơn cho quá trình trộn, và khi đó ta có thể tạo được trạng trái đồng nhất hay trạng thái phân bổ giọt trong pha liên tục
- Khi độ nhớt động học nằm gần nhau, thì chúng sẽ đáp ứng giống nhau dưới tác dụng của lực cơ học trong quá trình gia công, nên chúng sẽ dễ phân tán đồng nhất trong nhau, tạo thành thể hoà tan trong nhau.
Chúng ta có thể thấy sự phân tán của 1 pha (có tỉ lệ dùng ít) trong pha chính ở những mức độ khác biệt độ nhớt, như hình bên dưới. Ở hình đầu là sai lệch ít về độ nhớt, hình cuối bên phải là có sự sai lệch lớn về độ nhớt

Ở trạng thái phân tán còn tách biệt pha thì tính chất cơ lý của hỗn hợp sẽ không ổn định và thường suy giảm dưới mức giá trị của các loại vật liệu tham gia. Khi chúng phân tán đồng nhất trong nhau, tính chất cơ lý của chúng sẽ ổn định, tính chất cơ lý sẽ là sự cộng hợp tính chất của các thành phần tham gia.
Vì thế ta cần quan tâm đến độ nhớt động học của từng loại PE, PP tham gia vào phối trộn. Một trong những thông số có liên quan đến độ nhớt của nhựa thường được liệt kê trong bảng thông số kỹ thuật của nhựa là chỉ số chảy (Melt Flow Index - MFI). Nhưng do PE và PP thường đo chỉ số chảy trên vùng nhiệt độ khác nhau, PE đo ở nhiệt độ 190oC còn PP ở 230oC nên cần phải được lưu ý.
Ngoài ra cần phải quan tâm tải trọng sử dụng cho phép đo, với chuẩn phổ thông thì PE sẽ đo ở 190oC và tải là 2.16kg (ghi là 190/2.16); còn PP là 230/2.16. Theo bảng các chế độ đo bên dưới thì ta thấy rằng PE có rất nhiều chuẩn đo, như: 125/0.325; 125/2.16; 250/1.2; 190/0.325; 190/2.16; 190/10; 190/21.6;....nhưng lưu ý mức chuẩn thường đo là 190/2.16.

Như ta biết, chỉ số chảy (MFI) là lượng nhựa (tính bằng gam) chảy qua thiết bị trong 10 phút. Ở nhiệt độ càng cao, thì độ nhớt càng thấp nhựa càng dễ chảy và ngược lại khi nhiệt độ tăng thì chỉ số chảy càng cao.
Chính vì thế khi chọn nhựa PE trộn lẫn cùng PP thì người ta chọn loại PE có chỉ số chảy thấp hơn loại PP trộn cùng. Thực tế rằng không thể biết được nên thấp hơn bao nhiêu, bởi thay đổi độ nhớt của nhựa theo nhiệt độ là không tuyến tính và việc thay đổi độ nhớt của PE và PP khi thay đổi nhiệt độ đáp ứng cũng rất khác nhau. Nhưng một điều nên làm là nên chọn PE có chỉ số chảy thấp hơn PP, nhưng đừng quá khác biệt. Một số người làm trong lĩnh vực dệt bao PP, kéo chỉ HDPE thì họ nói kinh nghiệm là nên chọn PE có chỉ số chảy thấp hơn so với PP tối đa 20%
Do PE cần thời gian dẻo hoá thường dài hơn PP (do cấu trúc kết tinh khó phá vỡ hơn), nên đòi hỏi thời gian lưu trong thiết bị đùn cao hơn, người ta nên sử dụng loại trục vít dài hoặc đùn ở tốc độ chậm. Nên trong quá trình trộn lẫn PE và PP cũng cần phải đảm bảo quá trình dẻo hoá đủ cho PE.
Kinh nghiệm cho thấy với những thiết bị đùn cho PP, trục vít ngắn dùng để trộn lẫn hỗn hợp PE/PP thì phải cài nhiệt độ rất cao. Do PP có độ nhớt thay đổi nhanh hơn PE ở vùng nhiệt độ cao nên khi gia công ở nhiệt độ rất cao thì cần phải chọn PE/PP có chỉ số chảy là như nhau, thậm chí lúc này phải chọn PP có chỉ số chảy thấp hơn của PE.


Tham khảo tiêu chuẩn đo chỉ số chảy ASTM D1238-04

TÍNH TOÁN TỈ TRỌNG CỦA HỖN HỢP NHỰA

#CalDensity ; #TinhTiTrong

TÍNH TOÁN TỈ TRỌNG CỦA HỖN HỢP NHỰA.

Tùy thuộc vào ái lực giữa các thành phần trộn hợp trong công thức nhựa mà lực Van der Waals sẽ cao hay thấp. Nếu ái lực giữa chúng cao, thì sẽ làm thể tích của hỗn hợp trộn sẽ nhỏ hơn tổng thể tích các thành phần ban đầu. Trong trường hợp này thì tỉ trọng của chúng sẽ cao hơn so với công thức tính toán trên cơ sở các thành phần không có ái lực lẫn nhau.

Công thức tính tỉ trọng của hỗn hợp, khi các thành phần không có ái lực rất lớn với nhau:

Công thức 1:
Den = 100/{(P1/Den1) + (P2/Den2) + (P3/Den3) + ...}
Với:
- Den: là tỉ trọng của hỗn hợp cuối
- Den1, Den2, Den3,..: là tỉ trọng của thành phần 1, 2, 3,... trong hỗn hợp
- P1, P2, P3,...: là tỉ lệ phần trăm của các thành phần 1, 2, 3,... (tính theo trọng lượng)

.....................xxxxx.....................
Công thức 2:
Den = (M1 + M2 + M3 +...)/{(M1/Den1) + (M2/Den2) + (M3/Den3) +...}
Với:
- Den: là tỉ trọng của hỗn hợp cuối
- Den1, Den2, Den3,..: là tỉ trọng của thành phần 1, 2, 3,... trong hỗn hợp
- M1, M2, M3,...: là trọng lượng của thành phần 1, 2, 3,...

....................xxxxx.....................
Ví dụ 1: Người ta trộn 70% nhựa HDPE nguyên sinh (tỉ trọng 0.96 g/cm3) với 30% hạt độn CaCO3 (tỉ trọng công bố 1.4 g/cm3).
Ta có tỉ trọng của hỗn hợp:
Den = 100/{(70/0.96) + (30/1.4)} = 100/(72.917 +21.428) = 100/94.345 = 1.06 g/cm3

.....................xxxxx.....................
Ví dụ 2: Người ta trộn 70% nhựa HDPE nguyên sinh (tỉ trọng 0.96 g/cm3) với 30% hạt độn CaCO3 (loại làm trên nền LLDPE và tỉ lệ CaCO3 là 80%).

Ta tính toán:
- Tỉ lệ % LLDPE: {30% x (100% - 80%)}/100 = 6%
- Tỉ lệ % CaCO3: 30% - 6% = 24%
Tra dữ liệu thì ta có:
- Den (LLDPE)=0.95 g/cm3
- Den (CaCO3) = 2.71 g/cm3
Vậy tỉ trọng của hỗn hợp:

Den = 100/{(70/0.96) + (6/0.95) + (24/2.71)} = 100/88.088=1.133 g/cm3