Giới thiệu về công nghệ ép phun

Phát minh ra vật liệu nhựa là một trong những bước tiến cơ bản và vĩ đại của con người, vì nó làm nền tảng cho hàng loạt những phát minh khác. Không ai có thể chối cãi rằng nhựa là một loại vật liệu do chính con người tạo ra. Cũng như phần lớn những loại vật liệu khác, nhựa cũng có nguồn gốc từ tự nhiên. Cấu trúc vật liệu của nhựa được cấu thành từ những nguyên tố hoá học cơ bản như Carbon, Oxy, Hydro, Nitơ, Clo và Lưu huỳnh. Những nguyên tố này được trích xuất từ trong không khí, nước, khí, dầu mỏ, than đá, và thậm chí từ những thực vật sống như cây cối.

Con người đã truyền cảm hứng bằng việc đem những nguyên tố hoá học này kết hợp với nhau qua hàng loạt những phương trình phản ứng hoá học phức tạp để tạo ra những chuỗi các liên kết phân tử phong phú và đa dạng, từ đó đem sản xuất ra nhiều loại vật liệu polymer khác nhau mà ngày nay chúng ta gọi là nhựa.

Người ta còn có thể tiếp tục nghiên cứu tạo ra thêm nhiều loại vật liệu nhựa có đặc tính khác nhau bằng cách tạo ra nhiều kiểu liên kết mới từ những thành phần nguyên tố kể trên với tỉ lệ khác nhau từ đó sản xuất ra được những loại vật liệu nhựa mới có tính năng phù hợp theo yêu cầu. Điều này cung cấp một hệ sinh thái phong phú những loại nguyên vật liệu mới có nhiều tính năng phù hợp hơn, với mức giá thành hợp lý hơn, đáp ứng nhu cầu sáng tạo không ngừng nghỉ của con người.

Hiện nay có rất nhiều công nghệ sản xuất sử dụng vật liệu nhựa đang được sử dụng, và rất nhiều phương pháp gia công mới cũng đang được nghiên cứu phát minh ra từng ngày. Có thể kể tên một số phương pháp sản xuất thông dụng như bên dưới:

• Ép Phun - Injection molding
• Ép Đùn - Extrusion
• Ép Thổi – Blow molding
• Ép nén – Compression molding
• Định hình nhiệt - Thermoforming
• Ly tâm – Rotational Molding

Phương pháp ép phun được định nghĩa là một phương pháp sản xuất các sản phẩm từ loại vật liệu nhựa được làm nóng chảy bằng nhiệt thông qua việc sử dụng một thiết bị gọi là máy ép phun.

Công nghệ ép phun vẫn được xem là công nghệ khá mới mẻ góp phần vào qui trình sản xuất ra sản phẩm. Chiếc máy ép phun đầu tiên chỉ mới được chế tạo và đưa vào sử dụng vào đầu những năm 1930. Trong khi các phương pháp sản xuất khác có thể đã ra đời từ hơn 100 năm trước đó.

Tuy vậy, công nghệ ép phun có thể xem là một trong những công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực sản xuất các sản phẩm từ vật liệu nhựa hiện nay. Nó được xem là qui trình chủ lực để chuyển đổi hai loại vật liệu chính là nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn sang nhiều dạng sản phẩm phục vụ cho những công năng khác nhau như chi tiết xe hơi, linh kiện điện tử, thiết bị y khoa, dụng cụ thể dục thể thao, vật tư xây dựng, bao bì thực phẩm, và nhiều mặt hàng tiêu dùng phục vụ đời sống hàng ngày.

Sản phẩm ép phun được tạo hình và được kiểm soát bởi một thiết bị dạng buồng kín được gọi là khuôn ép phun. Khuôn ép phun được chế tạo riêng theo từng hình dáng sản phẩm và đi kèm với loại vật liệu nhựa cụ thể. Một bộ sản phẩm nhựa được lắp ráp từ nhiều chi tiết nhựa khác nhau phải cần đến nhiều bộ khuôn ép phun khác nhau.

Máy ép phun có hai bộ phận cơ bản là bộ phận phun và bộ phận kẹp.

Bộ phận phun có nhiệm vụ làm nóng chảy vật liệu nhựa và chuyển tải vật liệu vào trong lòng khuôn.

Bộ phận kẹp của máy ép phun có chức năng giữ cho bộ khuôn ở trạng thái đóng kín trong suốt quá trình phun để chống lại áp lực phun, chờ cho vật liệu nhựa đang ở trạng thái lỏng nguội dần và chuyển hóa sang trạng thái đông đặc theo hình dạng trong lòng khuôn nhờ hệ thống giải nhiệt được bố trí trên bộ khuôn. Bộ phận kẹp sau đó mở ra, kéo mở bộ khuôn ra làm hai nửa theo mặt phân khuôn và đẩy sản phẩm nhựa vừa được tạo hình ra khỏi khuôn.

Quá trình ép phun là quá trình lặp đi lặp lại của máy ép phun bao gồm ba hoạt động cơ bản: Hoạt động đầu tiên là gia nhiệt cho vật liệu nhựa đến mức nó có thể hóa lỏng và chảy được trong môi trường áp suất. Điều này được thực hiện bằng cách vừa gia nhiệt vừa nghiền nhỏ chất rắn dạng hạt cho đến khi nó tạo thành chất lỏng nóng chảy và đạt tới một độ nhớt đồng nhất.

Trong hầu hết các máy ép phun hiện nay, quá trình làm nóng chảy vật liệu nhựa được thực hiện trong một bộ phận gọi là nòng máy có bố trí các hệ thống điện trở gia nhiệt. Nòng máy được trang bị một trục vít chuyển động tới lui. Trục vít cung cấp sự chuyển động cũng như gia nhiệt cho vật liệu nhựa. Quá trình này được gọi là quá trình làm dẻo hóa vật liệu.

Hoạt động thứ hai là cho phép phần vật liệu nhựa nóng chảy nguội đi và đông đặc lại trong lòng khuôn trong khi bộ khuôn đang được bộ phận kẹp của máy ép giữ chặt. Nhựa nóng chảy ở dạng chất lỏng từ nòng máy ép được phun dưới áp lực cao qua hệ thống kênh dẫn nhựa hay còn gọi là xương nhựa vào điền đầy các lòng khuôn để tạo thành các hình dáng vật thể như mong muốn.

Hoạt động thứ ba cũng là hoạt động cuối cùng là quá trình mở khuôn để đẩy sản phẩm nhựa ra khỏi khuôn sau khi phần vật liệu tạo hình sản phẩm đã được làm nguội đến trạng thái đông đặc và định hình theo hình dạng mong muốn.

Một bộ khuôn ép phun có thể bao gồm một (single cavity) hoặc nhiều lòng khuôn (multi Cavity) có hình dáng tương tự hoặc là khác nhau, mỗi lòng khuôn được kết nối với các kênh dẫn nhựa còn gọi là xương nhựa có chức năng dẫn hướng dòng chảy của nhựa lỏng từ đầu phun trên máy ép đến từng lòng khuôn.

Công nghệ ép phun cần sự kết hợp hài hòa của ba yếu tố chính: Vật liệu nhựa, khuôn ép phun và máy ép phun. Chúng ta sẽ lần lượt làm quen với các yếu tố trên qua những chủ đề tiếp theo.