Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong phun ép

Phan Thế Nhân

Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong quy trình phun ép - Phan Thế Nhân, ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong quy trình phun ép, đề xuất giải pháp tối ưu hóa hiệu quả sản xuất.

Trường ĐH

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

Chuyên ngành

Kỹ thuật cơ khí

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án tiến sĩ

Năm xuất bản

2022

Số trang

180

Thời gian đọc

27 phút

Lượt xem

1

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tổng quan nhanh

Chủ đề:: 1. Tác động của nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy composite
Số trang:: 180 trang
Trường:: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành:: Kỹ thuật cơ khí
Tác giả:: Phan Thế Nhân
Năm:: 2022

Tóm tắt nội dung luận án

I. Tác động của nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy composite

Nhiệt độ khuôn là thông số công nghệ cốt lõi trong ép phun vật liệu composite. Thông số này quyết định trực tiếp đến tốc độ truyền nhiệt từ nhựa nóng chảy sang thành khuôn kim loại. Khi khuôn đạt mức nhiệt tối ưu, dòng nhựa composite duy trì trạng thái lỏng lâu hơn. Khả năng chảy tràn vào các vị trí hình học phức tạp tăng lên đáng kể. Ngược lại, nhiệt độ khuôn quá thấp khiến nhựa bị mất nhiệt nhanh chóng. Dòng vật liệu trở nên đông cứng sớm trước khi điền đầy toàn bộ thể tích lòng khuôn. Điều này dẫn đến sự suy giảm nghiêm trọng về chất lượng chi tiết và tính toàn vẹn cấu trúc. Việc kiểm soát chính xác nhiệt độ bề mặt khuôn giúp mở rộng cửa sổ công nghệ gia công. Quá trình ép phun diễn ra ổn định và đạt hiệu suất cao hơn.

1.1. Cơ chế truyền nhiệt và sự hình thành dòng chảy nhựa

Quá trình điền đầy bắt đầu khi vật liệu nhựa nóng chảy được đẩy vào lòng khuôn kín. Tại đây, nhiệt độ nóng chảy vật liệu (melt temperature) thường duy trì ở mức rất cao so với nhiệt độ vách khuôn. Sự chênh lệch nhiệt độ này tạo ra dòng truyền nhiệt cưỡng bức mãnh liệt từ tâm dòng chảy ra ngoài biên. Nếu bề mặt khuôn không được gia nhiệt đủ, nhiệt lượng của nhựa sẽ tiêu tán tức thì. Độ linh động của các mạch polymer giảm nhanh. Dòng chảy bị cản trở và mất dần động năng tiến về phía trước. Duy trì nhiệt độ khuôn hợp lý giúp làm chậm tốc độ tản nhiệt qua thành khuôn. Nhờ đó, nhựa composite giữ được trạng thái dẻo trong suốt hành trình di chuyển. Trạng thái dẻo đồng đều đảm bảo mọi góc cạnh của sản phẩm đều được tiếp cận hoàn chỉnh.

1.2. Mối quan hệ giữa nhiệt độ vách khuôn và chiều dài dòng chảy

Chiều dài dòng chảy tối đa phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ của thành khuôn. Khi nhiệt độ vách khuôn tăng lên, nhựa composite có thể chảy xa hơn đáng kể trong các khoang mỏng. Lực ma sát giữa dòng nhựa và bề mặt kim loại giảm mạnh nhờ lớp tiếp xúc luôn duy trì trạng thái nóng dẻo. Chiều dài điền đầy mở rộng giúp giảm tải cho hệ thống dẫn nhựa và miệng phun. Các chi tiết dạng tấm mỏng hoặc có gân tăng cứng sâu dễ dàng đạt kích thước chuẩn. Hiện tượng tắc nghẽn dòng chảy cục bộ bị loại bỏ hoàn toàn. Nhiệt độ khuôn cao mang lại khả năng tái lập quy trình ổn định giữa các chu kỳ dập ép liên tiếp.

II. Kiểm soát độ nhớt dòng chảy polymer composite ép phun

Vật liệu composite chứa hàm lượng lớn sợi gia cường như sợi thủy tinh hoặc sợi carbon. Sự xuất hiện của các sợi rắn này làm tăng đáng kể độ cản trở chuyển động nội tại của nhựa dẻo. Do đó, kiểm soát lưu biến học trở thành thách thức hàng đầu trong sản xuất. Nhiệt độ khuôn đóng vai trò như một bộ điều tiết nhiệt động lực học cho dòng vật liệu. Bằng cách điều chỉnh nhiệt độ khuôn, trạng thái chảy của hỗn hợp polymer và sợi được cải thiện rõ rệt. Khả năng truyền dẫn xung áp lực từ trục vít vào sâu trong lòng khuôn cũng trở nên đồng đều hơn.

2.1. Giảm trở lực dòng chảy nhờ kiểm soát nhiệt độ tối ưu

Nhiệt độ vách khuôn cao tác động trực tiếp làm giảm độ nhớt dòng chảy polymer composite trong quá trình điền đầy. Khi độ nhớt giảm, polymer nóng chảy chuyển động linh hoạt hơn qua các tiết diện hẹp. Nhựa dễ dàng bao bọc xung quanh các sợi gia cường mà không sinh ra ma sát quá lớn. Lực cản thủy lực giảm mạnh cho phép hạ thấp áp suất phun ép nhựa cần thiết từ máy ép. Điều này bảo vệ cấu trúc trục vít và khuôn đúc khỏi tình trạng quá tải cơ học. Tiêu hao năng lượng vận hành của toàn bộ hệ thống cũng giảm theo. Quá trình nạp liệu diễn ra êm ái, trơn tru và ít hao mòn thiết bị.

2.2. Kiểm soát lớp đông kết vách khuôn khi ép phun

Khi nhựa lỏng tiếp xúc với bề mặt khuôn nguội, một lớp polymer rắn chắc lập tức hình thành dọc theo thành vách. Đây chính là lớp đông kết (frozen layer) làm thu hẹp tiết diện lưu thông thực tế của dòng chảy. Độ dày của lớp này tăng dần theo thời gian nếu khuôn không đủ nóng. Khi diện tích dòng chảy lõi bị bóp nghẹt, áp lực cần thiết để đẩy nhựa đi tiếp sẽ tăng vọt. Nâng cao nhiệt độ khuôn giúp làm chậm và thu mỏng đáng kể lớp vỏ đông này. Lòng kênh dẫn nhựa duy trì được độ mở tối đa. Nhựa composite nóng chảy tiếp tục cuộn chảy vào các vị trí xa nhất mà không bị cản trở.

2.3. Rút ngắn thời gian điền đầy lòng khuôn hiệu quả

Tốc độ di chuyển của đầu dòng nhựa được cải thiện trực tiếp khi nhiệt độ khuôn ở mức cao. Thời gian điền đầy lòng khuôn giảm xuống rõ rệt nhờ dòng chảy không gặp lực kháng cự lớn. Nhựa lỏng nhanh chóng lấp kín các khoang rỗng trước khi xảy ra hiện tượng mất nhiệt cục bộ. Việc rút ngắn giai đoạn điền đầy còn ngăn ngừa sự phân tầng giữa pha nhựa nền và pha sợi gia cường. Sản phẩm composite đúc ra đạt tính đồng nhất cao từ gốc cổng phun đến mép ngoài cùng. Chu kỳ ép phun tổng thể nhờ đó được tối ưu hóa một cách khoa học.

III. Giải pháp giảm khuyết tật short shot trong lòng khuôn

Khuyết tật điền đầy không hoàn toàn là lỗi nghiêm trọng hàng đầu trong gia công composite nhiệt dẻo. Sự cố này gây phế phẩm hàng loạt và lãng phí vật tư kỹ thuật đắt đỏ. Nguyên nhân chính thường xuất phát từ việc cân bằng nhiệt lượng không chuẩn xác trong lòng khuôn. Nhiệt độ khuôn không đều tạo ra các điểm nghẽn dòng chảy và làm suy giảm độ liên kết cấu trúc. Ứng dụng chế độ nhiệt độ khuôn chuẩn xác là giải pháp then chốt để loại bỏ triệt để các sai hỏng phổ biến này.

3.1. Ngăn chặn triệt để hiện tượng thiếu liệu ở chi tiết mỏng

Nhiệt độ khuôn quá thấp khiến đầu dòng chảy bị đông cứng đột ngột trước khi hoàn tất hành trình. Hiện tượng này trực tiếp gây ra khuyết tật short shot (thiếu liệu) ở các góc xa hoặc vách mỏng của sản phẩm. Khi bề mặt khuôn được duy trì ở mức nhiệt độ cao ổn định, nhựa composite không bị mất nhiệt sớm. Dòng chảy bảo toàn động năng và áp lực để nén chặt vào từng khe rãnh nhỏ nhất. Lòng khuôn được điền đầy 100% thể tích hình học danh nghĩa. Tỷ lệ phế phẩm do thiếu hụt vật liệu giảm xuống mức tối thiểu. Chất lượng biên dạng sản phẩm luôn đạt độ sắc nét và chính xác tuyệt đối.

3.2. Cải thiện độ bền mối nối và giảm đường hàn

Khi hai hoặc nhiều đầu dòng nhựa nóng chảy gặp nhau sau khi đi qua lỗ lõi hoặc vật cản, chúng tạo thành đường hàn (weld line). Ở nhiệt độ khuôn thấp, các đầu dòng này đã bị nguội bớt, khiến các chuỗi polymer khó khuếch tán đan xen vào nhau. Hậu quả là đường hàn bị lộ rõ và trở thành vị trí tập trung ứng suất yếu nhất trên sản phẩm. Gia nhiệt khuôn lên mức thích hợp giúp giữ cho các đầu dòng chảy luôn ở trạng thái nóng dẻo linh động. Các phân tử polymer hòa quyện sâu sắc vào nhau tại điểm tiếp giáp. Độ bền cơ học tại vị trí đường hàn được phục hồi gần như tương đương với thân chi tiết.

3.3. Hạn chế hiện tượng co ngót và cong vênh sản phẩm

Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các khu vực trong lòng khuôn tạo ra ứng suất nhiệt dư không đồng đều. Ứng suất dư này là nguyên nhân chính dẫn đến co ngót và cong vênh sản phẩm (shrinkage & warpage) sau khi đẩy khỏi khuôn. Khi khuôn được giữ nhiệt đồng nhất và làm nguội có kiểm soát, quá trình kết tinh của nhựa diễn ra đều khắp mọi vị trí. Sự co rút thể tích diễn ra đồng bộ trên toàn bộ cấu trúc không gian 3D. Chi tiết composite giữ được kích thước chuẩn xác, không bị vặn xoắn hay méo mó hình học. Độ phẳng bề mặt đáp ứng nghiêm ngặt các tiêu chuẩn lắp ráp công nghiệp khắt khe.

IV. Tối ưu hệ thống gia nhiệt và làm mát khuôn composite

Để hiện thực hóa việc kiểm soát nhiệt độ lòng khuôn chính xác, trang bị phần cứng chuyên dụng đóng vai trò quyết định. Các phương pháp làm mát truyền thống thường không đáp ứng đủ tốc độ thay đổi nhiệt cần thiết cho composite cao cấp. Việc tích hợp các giải pháp điều nhiệt tiên tiến giúp nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt trong từng giây của chu kỳ ép. Quá trình gia nhiệt và làm nguội biến thiên linh hoạt theo từng giai đoạn làm việc của khuôn. Điều này vừa đảm bảo chất lượng điền đầy, vừa bảo toàn năng suất dập ép hàng loạt.

4.1. Ứng dụng công nghệ gia nhiệt động cho bề mặt lòng khuôn

Công nghệ gia nhiệt nhanh bề mặt khuôn sử dụng hơi nước nóng, điện trở nhiệt hoặc khí nóng cục bộ mang lại đột phá lớn. Một hệ thống gia nhiệt và làm mát khuôn hiện đại cho phép tăng vọt nhiệt độ vách khuôn lên trên nhiệt độ chuyển thủy tinh của polymer ngay trước thời điểm phun. Dòng composite lỏng điền đầy dễ dàng vào khuôn nóng mà không gặp trở lực. Ngay sau khi kết thúc giai đoạn nén giữ, hệ thống lập tức chuyển sang chế độ làm lạnh nhanh bằng nước tuần hoàn áp lực cao. Nhựa nhanh chóng đông đặc để chi tiết được đẩy ra sớm. Giải pháp động này dung hòa hoàn hảo giữa chất lượng điền đầy và tốc độ chu kỳ ép.

4.2. Cân bằng nhiệt trường và tối ưu hóa chu kỳ sản xuất

Thiết kế mạng lưới kênh dẫn nhiệt theo biên dạng sản phẩm (conformal cooling) giúp phân bổ nhiệt trường đồng nhất. Các điểm nóng cục bộ bị triệt tiêu hoàn toàn nhờ dòng chất tải nhiệt lưu thông liên tục. Sự phân bố nhiệt độ đồng đều ngăn ngừa tình trạng một phần sản phẩm nguội quá nhanh trong khi phần khác còn mềm dẻo. Thời gian làm nguội tổng thể giảm xuống rõ rệt mà không làm phát sinh khuyết tật nứt ngầm. Năng suất của dây chuyền ép phun composite tăng lên đáng kể. Tuổi thọ của khuôn đúc cũng được kéo dài nhờ giảm bớt sốc nhiệt chu kỳ.

V. Định hướng sợi gia cường và nâng cao cơ tính sản phẩm

Sự hiện diện của sợi gia cường tạo ra tính dị hướng cơ học đặc thù cho chi tiết composite. Chiều hướng sắp xếp của sợi trong ma trận polymer phụ thuộc hoàn toàn vào trường vận tốc và trạng thái nhiệt của dòng chảy. Nhiệt độ khuôn là yếu tố điều khiển then chốt quyết định hình thái phân bố sợi trong toàn thể tích chi tiết. Khi khuôn được duy trì ở mức nhiệt thích hợp, ma trận nhựa nâng đỡ và dẫn dắt các sợi di chuyển êm dịu. Hiểu rõ quy luật phân bố này giúp chủ động điều chỉnh cơ tính sản phẩm theo đúng hướng chịu tải trọng mong muốn.

5.1. Kiểm soát định hướng sợi gia cường trong dòng chảy

Trạng thái nhiệt độ khuôn ảnh hưởng sâu sắc đến định hướng sợi gia cường (fiber orientation) ở cả lớp bề mặt và lớp lõi. Khi nhiệt độ vách khuôn cao, vùng trượt cắt mở rộng giúp sợi có không gian tự xoay và sắp xếp song song với hướng dòng chảy. Sự định hướng này giúp tăng cường vượt bậc độ bền kéo và độ cứng uốn dọc trục. Hiện tượng sợi bị gãy vụn hoặc uốn cong do va đập với thành khuôn nguội được loại bỏ. Các sợi gia cường phân tán đều khắp thể tích mà không bị vón cục hay kết tụ cục bộ. Nhờ đó, sản phẩm composite đạt được độ ổn định cơ học vượt trội dưới tải trọng động.

5.2. Nâng cao chất lượng bề mặt và độ bền cơ lý chi tiết

Nhiệt độ khuôn cao giải quyết triệt để khuyết tật sợi nổi (fiber floating) làm nhám bề mặt chi tiết composite. Dưới tác động nhiệt của thành khuôn, một lớp nhựa nền mỏng giàu polymer được giữ lại bao phủ trọn vẹn lớp ngoài cùng. Các sợi gia cường được nhấn chìm hoàn toàn vào bên trong ma trận nhựa. Bề mặt sản phẩm sau khi ra khuôn đạt độ bóng mịn cao, không cần trải qua công đoạn đánh bóng hay sơn lót tốn kém. Độ bền va đập và khả năng chống mài mòn của chi tiết tăng lên rõ rệt. Sản phẩm đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn thẩm mỹ và kỹ thuật khắt khe của ngành ô tô, điện tử.

02/07/2026

Mục lục chi tiết luận án

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

QUYẾT ĐỊNH GIA HẠN THỜI GIAN BẢO VỆ LUẬN ÁN CẤP TRƯỜNG

LÝ LỊCH CÁ NHÂN

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Mục đích nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu và giới hạn đề tài

Phương pháp nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học

Giá trị thực tiễn

Cấu trúc của luận án

1. Chương 1: Tổng quan

1.1. Giới thiệu công nghệ phun ép

1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước

1.4. Nhu cầu thực tiễn sản phẩm nhựa và composite nhựa nhiệt dẻo

1.5. Vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

2. Chương 2: Cơ sở lý thuyết

2.1. Vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo

2.2. Tỉ lệ sợi của vật liệu composite

2.3. Định hướng sợi trong quá trình phun ép

2.4. Quá trình truyền nhiệt

2.5. Bức xạ nhiệt

2.6. Mối quan hệ giữa độ nhớt và nhiệt độ

2.7. Dòng chảy nhựa trong chi tiết dạng tấm/hộp

2.8. Đặc điểm của dòng chảy “Fountain flow”

2.9. Mô hình phương pháp phần tử hữu hạn trong mô phỏng gia nhiệt khuôn

2.10. Lý thuyết về phần tử hữu hạn khi chia lưới sản phẩm

2.11. Mô hình số trong mô phỏng

2.12. Nhiệt lượng trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh phần tử dòng chảy

2.13. Phương trình cân bằng dòng chảy vật liệu trong lòng khuôn phun ép

2.13.1. Nguyên lý bảo toàn khối lượng trong hệ tọa độ Đề các

2.13.2. Phương trình bảo toàn động lượng trong hệ tọa độ Đề các

2.13.3. Phương trình bảo toàn năng lượng trong hệ tọa độ Đề các

2.14. Hệ phương trình cơ bản chuyển động của dòng chảy

2.15. Phương trình mô phỏng gia nhiệt lòng khuôn

3. Chương 3: Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng và thực nghiệm

3.1. Mô hình cơ bản dòng chảy xoắn ốc

3.1.1. Mô hình dòng chảy xoắn ốc

3.1.2. Thiết lập dòng chảy xoắn ốc trong mô phỏng

3.1.3. Điều kiện mô phỏng dòng chảy

3.1.4. Quá trình mô phỏng dòng chảy

3.1.5. Thực nghiệm dòng chảy xoắn ốc

3.1.6. Chế tạo lòng khuôn dòng chảy xoắn ốc

3.1.7. Điều kiện thực nghiệm dòng chảy

3.1.8. Quá trình thực nghiệm dòng chảy

3.2. Mẫu sản phẩm thành mỏng

3.2.1. Mô phỏng sản phẩm thành mỏng

3.2.2. Thiết lập sản phẩm thành mỏng

3.2.3. Điều kiện mô phỏng phân bố nhiệt độ

3.2.4. Quá trình mô phỏng phân bố nhiệt độ

3.2.5. Tiêu chí chọn kết quả mô phỏng phân bố nhiệt độ khuôn

3.2.6. Thực nghiệm sản phẩm thành mỏng

3.2.7. Chế tạo lòng khuôn sản phẩm thành mỏng

3.2.8. Điều kiện thực nghiệm phân bố nhiệt độ

3.2.9. Quá trình thực nghiệm phân bố nhiệt độ và chiều dài dòng chảy

3.3. Mô hình sản phẩm gân mỏng

3.3.1. Mô hình mô phỏng

3.3.2. Thiết lập mô hình sản phẩm gân mỏng

3.3.3. Điều kiện mô phỏng gia nhiệt khuôn

3.3.4. Quá trình mô phỏng gia nhiệt khuôn

3.3.5. Mô hình thực nghiệm

3.3.6. Chế tạo lòng khuôn sản phẩm gân mỏng

3.3.7. Điều kiện thực nghiệm gia nhiệt khuôn

3.3.8. Quá trình thực nghiệm điền đầy sản phẩm gân mỏng

4. Chương 4: Kết quả và thảo luận ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến chiều dài dòng chảy

4.1. Kết quả mô phỏng chiều dài dòng chảy với mô hình xoắn ốc

4.2. Kết quả thực nghiệm chiều dài dòng chảy với mô hình xoắn ốc

4.3. Kết quả so sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng

4.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều dài dòng chảy vật liệu

4.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến chiều dài dòng chảy

4.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến liên kết sợi thủy tinh

4.7. Ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến phân bố sợi thủy tinh

4.8. Xây dựng phương trình hồi quy xác định chiều dài dòng chảy vật liệu composite trong quy trình phun ép

4.9. Mối quan hệ giữa tỉ lệ chiều dài dòng chảy và chiều dày sản phẩm đối với vật liệu composite

5. Chương 5: Ứng dụng phương pháp điều khiển nhiệt độ khuôn nâng cao độ điền đầy sản phẩm thành mỏng, gân mỏng

5.1. Mô hình dòng chảy lòng khuôn sản phẩm thành mỏng

5.2. Kết quả mô phỏng gia nhiệt lòng khuôn sản phẩm thành mỏng

5.3. Kết quả thực nghiệm phân bố nhiệt độ và chiều dài dòng chảy

5.3.1. Kết quả phân bố nhiệt độ khuôn

5.3.2. Kết quả xác định chiều dài dòng chảy

5.4. Mô hình dòng chảy lòng khuôn sản phẩm gân mỏng

5.5. Kết quả mô phỏng gia nhiệt khuôn sản phẩm gân mỏng

5.6. Kết quả thực nghiệm gia nhiệt và độ điền đầy

5.6.1. Kết quả quá trình gia nhiệt

5.6.2. Kết quả độ điền đầy chiều cao gân mỏng

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận của luận án

Tính mới của luận án

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Phụ lục 1: Kết quả thực nghiệm và mô phỏng chiều dà

Xem trước tài liệu

Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Luận án tiến sĩ kỹ thuật cơ khí nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy của vật liệu composite trong quy trình phun ép

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (180 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

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.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Trích dẫn luận án này

Phan Thế Nhân (2022). Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong phun ép [Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh]. LuanAn.net. https://luanan.net/ky-thuat-co-khi/cong-nghe-vat-lieu/luan-an-anh-huong-nhiet-do-khuon-den-do-dien-day-vat-lieu-composite-phun-ep

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong phun ép" nghiên cứu về vấn đề gì?

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong quy trình phun ép, đề xuất giải pháp tối ưu hóa hiệu quả sản xuất.

Luận án "Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong phun ép" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Năm bảo vệ: 2022.

Luận án "Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong phun ép" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong phun ép" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí. Danh mục: Công Nghệ Vật Liệu.

Luận án "Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong phun ép" có bao nhiêu trang?

Luận án "Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong phun ép" có 180 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ điền đầy vật liệu composite trong phun ép" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter