Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong phun ép - Luận án TS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ PHAN THẾ NHÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN ĐẾN ĐỘ ĐIỀN ĐẦY CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG QUY TRÌNH PHUN ÉP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ SKA 0 0 0 0 4 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ---oo0oo--- PHAN THẾ NHÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN ĐẾN ĐỘ ĐIỀN ĐẦY CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG QUY TRÌNH PHUN ÉP LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ---oo0oo--- PHAN THẾ NHÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN ĐẾN ĐỘ ĐIỀN ĐẦY CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG QUY TRÌNH PHUN ÉP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 9520103 Hướng dẫn khoa học 1: PGS. Đỗ Thành Trung Hướng dẫn khoa học 2: PGS.

Phạm Sơn Minh Phản biện 1: PGS. Thái Thị Thu Hà Phản biện 2: PGS. Phạm Thị Hồng Nga Phản biện 3: TS. Phạm Trung Thành Tp.

Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2022 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i ii LÝ LỊCH CÁ NHÂN 1. Họ và tên: PHAN THẾ NHÂN 2. Nam/Nữ: Nam 4. Học hàm: Năm được phong học hàm: Học vị: Thạc sỹ Năm đạt học vị: 2009 5.

Chức danh nghiên cứu: Giảng viên, nghiên cứu sinh Chức vụ: Trưởng khoa Cơ khí, trường Cao đẳng Hàng hải II 6. Điện thoại: Mobile: 0909872367 7. Fax: E-mail: phanthenhan150479@gmail. Quá trình đào tạo Bậc đào tạo Nơi đào tạo Chuyên môn Năm tốt nghiệp Đại học Sư phạm Đại học Cơ khí chế tạo máy 2004 Kỹ thuật Tp.

HCM Đại học Sư phạm Thạc sỹ Kỹ thuật cơ khí 2009 Kỹ thuật Tp. HCM Đại học Sư phạm Chưa tốt nghiệp Tiến sỹ Kỹ thuật Cơ khí Kỹ thuật Tp. Quá trình công tác Thời gian Địa chỉ Tổ (Từ năm đến Vị trí công tác Tổ chức công tác chức năm) 502 - Đỗ Xuân Trường Cao Đẳng Hợp - Phường 10/2004 đến Trưởng khoa Nghề Kỹ Thuật Công Phước Bình - 2/2017 Cơ khí Nghệ Tp. Thủ Đức, Tp.

HCM 33/15 Tân Lập 2 3/2017 đến Công ty TNHH TM - Hiệp Phú - Tp. Phó giám đốc 7/2017 DV KT Miền Nam Thủ Đức, Tp. HCM 232 - Nguyễn Văn Hưởng - Trưởng khoa Trường Cao đẳng 8/2017 đến nay Phường Thảo Cơ khí Hàng Hải II Điền - Tp. Thủ Đức, Tp.

Tham gia đề tài nghiên cứu Tên đề tài/đề án, dự án, Thời gian Tình trạng TT nhiệm vụ khác đã tham (bắt đầu - Cấp đề tài đề tài gia kết thúc) Nghiên cứu thiết kế và chế tạo tay máy gia nhiệt cho Đề tài cấp Sở Từ 06/2015 1 khuôn ép nhựa trong quy KH&CN Đã nghiệm thu đến 12/2016 trình chế tạo thiết bị y sinh Tp.HCM “Lab on Chip - LoC” Nghiên cứu công nghệ và Đề tài cấp Sở chế tạo thiết bị hàn ống vi Từ 09/2019 2 KH&CN Đã nghiệm thu sinh phục vụ công nghiệp đến 03/2021 Tp.HCM thực phẩm Nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị gia công chi Đề tài cấp Sở tiết kim loại dạng thành Từ 07/2020 3 KH&CN Đang thực hiện mỏng trong khuôn bằng đến 01/2022 Tp.HCM công nghệ biến dạng cục bộ Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn ép phun đến Từ 06/2016 Đề tài cấp Bộ 4 Đã nghiệm thu chất lượng sản phẩm nhựa đến 06/2018 GD&ĐT composite Nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị giải nhiệt Từ 01/2018 Đề tài cấp Bộ 5 Đã nghiệm thu gián đoạn cho khuôn phun đến 12/2019 GD&ĐT ép nhựa iv Nghiên cứu công nghệ và Từ 01/2019 Đề tài cấp Bộ 6 thiết bị gia nhiệt bề mặt vi Đã nghiệm thu đến 12/2020 GD&ĐT khuôn Nghiên cứu công nghệ và chế tạo hệ thống điều khiển nhiệt độ bằng khí nóng tích Từ 01/2020 Đề tài cấp Bộ 7 Đang thực hiện hợp trong khuôn phun ép đến 12/2021 GD&ĐT với sản phẩm composite nhựa nhiệt dẻo 11. Thành tích đạt được Năm tặng TT Hình thức và nội dung giải thưởng thưởng Danh hiệu chiến sĩ thi đua cấp Bộ đã có thành tích xuất sắc tiêu biểu trong công tác của Bộ trưởng Bộ Lao động 1 2014 Thương binh Xã hội (số: 197/QĐ-LĐTBXH ngày 19/02/2014) Bằng khen đạt giải Nhất tại Hội giảng Nhà giáo Giáo dục 2 Nghề nghiệp toàn quốc của Bộ trưởng BLĐTB-XH (số 2018 1274/QĐ-LĐTBXH ngày 21/9/2018) Bằng khen đã có thành tích xuất sắc tại Hội giảng Nhà giáo Giáo dục Nghề nghiệp toàn quốc của Chủ tịch Ủy ban Nhân 3 2018 dân Thành phố Hồ Chí Minh (số 5088/QĐ-UBND ngày 14/11/2018) Tp.HCM, ngày tháng năm 2022 Phan Thế Nhân v LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi dưới sự hướng dẫn của tập thể các nhà khoa học. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trên bất cứ một công trình nào khác. Các nội dung tham khảo cho việc thực hiện luận án đã được trích dẫn rõ ràng và đầy đủ.HCM, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án Phan Thế Nhân vi LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là thầy PGS.

Đỗ Văn Dũng và thầy PGS. Lê Hiếu Giang đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi để thực hiện và hoàn thành luận án này. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến quý Thầy/Cô ở Khoa Cơ khí Chế tạo máy, đặc biệt là thầy PGS. Nguyễn Trường Thịnh và quý Thầy/Cô ở các Phòng, Khoa, Ban khác của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ và tạo điều kiện cho tôi trong thời gian vừa qua.

Đồng thời, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến cô PGS. Thái Thị Thu Hà thuộc Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh; thầy PGS. Nguyễn Huy Bích thuộc Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh đã dành nhiều thời gian quý báu của mình để dạy và hướng dẫn cho tôi những kiến thức chuyên môn, cũng như nhiều lời khuyên rất hữu ích trong thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý Thầy/Cô là thành viên hội đồng bảo vệ Tổng quan, Chuyên đề 1, Chuyên đề 2, Cơ sở, đặc biệt là thầy hướng dẫn PGS.

Đỗ Thành Trung và PGS. Phạm Sơn Minh đã dành cho tôi không chỉ là sự chỉ dẫn, góp ý vô cùng quý báu về chuyên ngành, từng bước xây dựng thực hiện thực nghiệm và viết bài báo khoa học mà còn rất nhiều sự quan tâm, động viên và khích lệ của quý thầy trong thời gian dài để tôi thực hiện thực nghiệm, viết báo và viết thuyết minh luận án Tiến sĩ. Cuối cùng và không thể thiếu đó là gia đình, là sự hỗ trợ không giới hạn của vợ và các con tôi đã dành cho tôi, giúp tôi có thêm động lực vượt qua nhiều khó khăn để thực hiện công việc nghiên cứu của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn! vii TÓM TẮT Phun ép là công nghệ tạo hình trong khuôn với sự hỗ trợ của hệ thống gia nhiệt làm nóng chảy vật liệu từ bên ngoài và được phun ép vào khuôn thông qua vít me để tạo thành sản phẩm tương ứng khi khuôn nguội đi.

Hiện nay, nhiều loại vật liệu có thể được sử dụng trong công nghệ phun ép. Trong đó, vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo ngày càng được sử dụng để chế tạo ra nhiều loại sản phẩm phun ép với hình dạng và kích thước rất đa dạng. Hiện tại, phun ép vẫn còn đang đối mặt với nhiều thách thức trong nghiên cứu xử lý vật liệu, cải tiến quy trình chế tạo và thiết bị hiện có nhằm hạn chế các khuyết tật trong quá trình phun ép. Các khuyết tật phổ biến có thể kể đến như: đường hàn, rổ khí, cong vênh,… Nhìn chung, các khuyết tật này đều liên quan đến quá trình điền đầy lòng khuôn.

Vì vậy, để tăng khả năng điền đầy khuôn trong quy trình phun ép với vật liệu composite, cũng như nâng cao tuổi thọ của máy, năng suất và chất lượng sản phẩm, điều khiển nhiệt độ khuôn là một trong những giải pháp được nghiên cứu, qua đó hạn chế hiện tượng đông đặc nhanh của vật liệu composite trong lòng khuôn, tăng liên kết và định hướng sợi trong điền đầy, cũng như tăng khả năng chảy của dòng vật liệu composite trong lòng khuôn. Trong luận án này, khả năng chảy của dòng vật liệu composite thông qua mức độ điền đầy trong lòng khuôn ứng với chiều dày sản phẩm khác nhau và nhiệt độ khuôn khác nhau được nghiên cứu bằng mô phỏng và thực nghiệm với 2 nhóm chính như sau: + Vùng nhiệt độ thông dụng hiện được khuyến cáo sử dụng cho từng loại vật liệu (nhiệt độ thay đổi từ 30 oC đến 110 oC). + Vùng nhiệt độ cao được tạo ra thông qua phương pháp gia nhiệt bề mặt khuôn bằng khí nóng (nhiệt độ cao nhất đến 140 oC). Kết quả nghiên cứu cho thấy: + Với mô hình cơ bản nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và tỉ lệ sợi đến độ điền đầy vật liệu composite trong khuôn phun ép: mô hình nghiên cứu dòng chảy viii xoắn ốc trong lòng khuôn đã được thiết kế và chế tạo với khả năng điều chỉnh nhiệt độ khuôn từ 30 ºC đến 110 ºC thông qua hệ thống kênh dẫn đặt trong khuôn.

Kết quả đánh giá chiều dài dòng chảy cho thấy khi tăng nhiệt độ khuôn từ 30 oC đến 110 oC, chiều dài dòng chảy nhựa tăng cho cả 3 trường hợp chiều dày sản phẩm 0,5 mm, 0,75 mm và 1 mm. Tuy nhiên, mức độ tăng là khác nhau khi chiều dày sản phẩm thay đổi, chẳng hạn với trường hợp vật liệu PA6 + 30 %GF, nhiệt độ khuôn tăng từ 30 oC đến 110 oC và lòng khuôn có chiều dày 1 mm thì chiều dài thực nghiệm dòng chảy tăng từ 79,9 mm lên 100,3 mm, nghĩa là tăng khoảng 25,5 %. Đồng thời, kết quả mô phỏng trên phần mềm Moldex3D cũng cho thấy tương đồng với kết quả thực nghiệm. Ngoài ra, chiều dài dòng chảy cũng bị phụ thuộc vào tỉ lệ sợi, chẳng hạn như với cùng mức nhiệt độ khuôn 110 oC, khi tỉ lệ sợi tăng từ 0 % lên 30 % thì chiều dài thực nghiệm dòng chảy giảm từ 145,8 mm xuống 100,3 mm, tức là giảm khoảng 45,4 %.

Qua đó cho thấy chiều dài dòng chảy không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ khuôn mà còn phụ thuộc vào tỉ lệ sợi gia cường và điều khiển nhiệt độ khuôn như một giải pháp nâng cao khả năng chảy của vật liệu composite trong lòng khuôn.