Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Duplex cho chi tiết khuôn ép nhựa làm việc trong môi trường ăn mòn cao
Thị trường đóng chai nhựa và hộp đựng đồ uống quốc tế dự kiến sẽ đạt giá trị 192,48 tỷ USD đến năm 2023 từ mức 140,107 USD vào năm 2017. Lợi ích của việc áp dụng hộp nhựa thay cho các vật liệu khác để đựng đồ uống là bao bì nhẹ và các đặc tính bảo vệ vượt trội của nhựa đối với độ ẩm và nói chung chống lại các điều kiện môi trường. Ngoài ra, hộp nhựa có thể có hầu hết mọi thể tích mong muốn ngay cả với các kết cấu vỏ hộp phức tạp do tính chất vật lý của vật liệu nhựa trong quá trình chế tạo. Do đó, việc thực hiện các kỹ thuật chế tạo chai hay hộp nhựa rỗng đòi hỏi nhiều nghiên cứu trong nhiều năm. Chai đựng đồ uống bằng nhựa chủ yếu được hình thành bằng quy trình Đúc ép thổi căng (ISBM-Injection Stretch Blow Molding). ISBM là sự lựa chọn phổ biến của các nhà sản xuất hộp nhựa để sản xuất bao bì đựng đồ uống.
Vật liệu được chấp nhận rộng rãi nhất để chế tạo chai/hộp nhựa rỗng là PET (PolyEthylene Terephthalate) do tính chất cơ học và khả năng bảo vệ của nó. Trong quy trình ISBM, phôi chai nhựa PET được ép phun bằng khuôn đúc. Sau đó, phôi đã đúc được chuyển đến thiết bị thổi chai PET, nơi thực hiện thổi căng phôi nhờ áp suất khí bên trong làm cho phôi nở ra trong khuôn. Phôi được làm nóng và thổi căng sẽ chiếm đầy thể tích của lòng khuôn và với việc làm lạnh nhanh chóng, sẽ đông đặc lại tạo thành hình dạng chai / hộp đựng đồ uống mong muốn.
Tại Việt Nam, mặc dù có rất nhiều doanh nghiệp qui mô khác nhau tham gia sản xuất chai nhựa PET, nhưng toàn bộ máy móc và hầu hết khuôn mẫu đều phải nhập ngoại từ nước ngoài như Nhật Bản, Đài Loan, Trung Quốc... Khó khăn trong chế tạo chi tiết khuôn mẫu không nằm ở công nghệ gia công cơ khí, mà chủ yếu là: công nghệ hóa nhiệt luyện và xử lí bề mặt chi tiết khuôn, đặc biệt là với khuôn đúc phôi PET.
Nhằm góp phần nâng cao năng lực công nghệ chế tạo khuôn mẫu, ThS. Nguyễn Thành Hợp cùng nhóm nghiên cứu tại Viện Ứng dụng Công nghệ thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Duplex cho chi tiết khuôn ép nhựa làm việc trong môi trường ăn mòn cao” với mục tiêu ứng dụng công nghệ Duplex (hóa nhiệt luyện và phủ màng cứng) nhằm nâng cao chất lượng cho chi tiết khuôn ép chai nhựa PET.
Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:
Nghiên cứu vật liệu chế tạo khuôn, đã nghiên cứu thử nghiệm quá trình hóa nhiệt luyện mác thép 1.2083 đạt độ cứng trên 60 HRC.
Nghiên cứu thử nghiệm mạ các màng cứng TiN, CrN lên các mẫu thép nhiệt luyện, hóa nhiệt luyện. Nghiên cứu các tính chất của lớp phủ duplex như độ bám dính, mài mòn, ăn mòn, ma sát. Kết quả độ cứng của hệ lớp phủ duplex đạt trên 1500HV.
Đã xây dựng đựng quy trình công nghệ chế tạo lớp phủ Duplex cho mác thép 1.2083, đã áp dụng quy trình này chế tạo 02 loại lõi khuôn (lớp phủ TiN, CrN) đúc phôi PET đáp ứng yêu cầu đặt ra.
Đã tiến hành thử nghiệm hai loại lõi khuôn chế tạo với hai lớp phủ cứng khác nhau TiN, CrN lắp trên khuôn đang sản xuất của doanh nghiệp.
Kết quả số phôi PET với mỗi lõi khuôn đạt được trên 350.000 sản phẩm (so với đăng ký 300.000 sản phẩm). Đã đăng 02 bài báo: 01 bài báo tại kỷ yếu Hội nghị Vật lý kỹ thuật và
Ứng dụng lần thứ VI; 01 bài tại Tạp chí Khoa học công nghệ Kim loại. Hỗ trợ đào tạo 01 NCS (NCS Nguyễn Văn Thành, cán bộ Trung tâm Quang điện tử đang làm nghiên cứu sinh tại Trường Đai học Bách khoa Hà Nội, chuyên ngành: Khoa học vật liệu.
Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 20002/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
