Tối ưu hóa công nghệ sản xuất tấm polyuretan dạng xốp thân thiện với môi trường trên dây truyền liên tục

Nội dung text: Tối ưu hóa công nghệ sản xuất tấm polyuretan dạng xốp thân thiện với môi trường trên dây truyền liên tục

1. KHOA H ỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 TỐI ƯU HÓA CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TẤM POLYURETAN DẠNG XỐP THÂN THIỆN VỚI MÔI TRƯỜNG TRÊN DÂY TRUYỀN LIÊN TỤC OPTIMIZING THE PRODUCTION TECHNOLOGY OF ECO-FRIENDLY FOAM POLYURETHANE PANELS ON THE CONTINUOUS LINE Phùng Xuân Sơn1, Vũ Thị Huệ1, Bàn Tiến Phi1, Tống Thái Bảo1, Nguyễn Minh Quang1, Nguyễn Tiến Tùng1, Mai Đức Thuận2, Lê Thị Phương Thanh1,* TÓM TẮT Với tính năng ưu việt của tấm panel polyurethane (PU) như: Cách âm, cách nhiệt, chống cháy, chịu tải cao, trọng lượng nhẹ, thẩm mỹ cao, đặc biệt sử dụng phương pháp thi công lắp ghép đơn giản dễ dàng tháo lắp, di chuyển nên tấm panel PU mới hiện nay là lựa chọn hàng đầu cho các công trình xây dựng. Trong nghiên cứu này, các tác giả nghiên cứu chất tạo bọt vật lý thế hệ mới cyclopentane có tính thân thiện với môi trường và hoàn toàn không gây phá hủy tầng ôzôn. Nghiên cứu khảo sát và đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo bọt vật lý cyclopentane đến trọng lượng riêng nở tự do, thời gian phản ứng của xốp cứng polyurethane (R- PUF) và các giá trị thời gian phản ứng (cream time, gel time, tack-free time và rise time). Hình thái và kích thước tế bào kín của các mẫu R-PUF với các hàm lượng cyclopentane tăng dần từ 0% đến 20% được quan sát bởi ảnh kính hiển vi quang học và biểu đồ phân bố kích thước tế bào kín được xác định bằng phần mềm IT3. Ngoài ra, tính chất cơ lý độ ổn định kích thước và độ bền nén được phân tích để đánh giá chất lượng của vật liệu cách nhiệt R-PUF nở trong khuôn sử dụng tác nhân tạo bọt vật lý cyclopentane. Các tiến trình thực nghiệm theo phân tích thực nghiệm Taguchi trên dây truyền sản xuất liên tục nhằm đưa ra các thông số tối ưu cho quá trình sản xuất tấm panel PU trong công nghiệp. Các kết quả nghiên cứu đưa ra giá trị tham khảo tuyệt vời cho các nhà sản xuất nhằm nâng cao hơn nữa năng suất và chất lượng của tấm panel PU. Từ khóa: Polyurethane, Panel PU, cyclopentane, R-PUF. ABSTRACT With the preeminent features of polyurethane (PU) panels such as sound insulation, heat insulation, fireproof, high load capacity, lightweight, high aesthetics, especially using simple and easy assembly construction and move, so new PU panel is now the first choice for construction projects. In this paper, the authors study the new generation physical foaming agent cyclopentane that is environmentally friendly and completely does not destroy the ozone layer. Study investigating and evaluating the effect of content of physical foam cyclopentane on free expansion density, reaction time of rigid polyurethane foam (R-PUF), and reaction time values (cream time, gel time, tack-free time, and rise time). The morphology and size of the closed-cell of the R-PUF samples with cyclopentane concentrations increasing from 0% to 20% are observed by the optical microscope image and the closed-cell size distribution chart is determined by IT3 software. In addition, the physical and mechanical properties of dimensional stability and compressive strength were analyzed to evaluate the quality of the expanded R-PUF insulation in the mold using a cyclopentane physical foaming agent. Experimental procedures according to Taguchi analysis on the continuous production line are aimed at giving optimal parameters for the industrial PU panel manufacturing process. The research results provide an excellent reference value for manufacturers to further improve the performance and quality of PU panels. Keywords: Polyurethane, Panel PU, cyclopentane, R-PUF. 1Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 2Khoa Chấn thương - Chỉnh hình, Bệnh viện Quân y 108 *Email: lethiphuongthanh2@gmail.com Ngày nhận bài: 10/7/2021 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 25/9/2021 Ngày chấp nhận đăng: 27/12/2021 1. GIỚI THIỆU nhau như sơn, chất đàn hồi, lớp phủ lỏng, chất cách điện, Polyurethane (PU) thuộc nhóm vật liệu polyme có khả sợi đàn hồi cùng với các đặc tính về độ bêǹ cơ lý cao do năng kết hợp với nhiều loại vật liệu có các tính chất khác đó chúng được ứng dụng rộng rãi trong y sinh, xây dựng, 64 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số 6 (12/2021) Website:
2. P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY tự động hóa, dệt may và trong một số lĩnh vực khác. Ngoài đoạn sản xuất thử nghiệm, nên phạm vi sử dụng cũng như ra, PU có thể tổng hợp từ nhiều nguồn nguyên liệu khác giá trị sản phẩm chưa được đánh giá một cách đúng mức. nhau do đó có được nhiều đặc tính khác nhau và được Với mục đích nhằm đưa ra công nghệ chế tạo vật liệu xốp phân thành nhiều loại dựa trên các tính chất của nó như trên vật liệu polyurethane (PU) để gia công thành vật liệu xốp cứng, xốp mềm, nhựa nhiệt dẻo, chất kết dính, lớp phủ, hữu ích, thân thiện với môi trường, ứng dụng trong công chất bịt kín và chất đàn hồi [1]. nghiệp và đời sống các tác giả đi vào nghiên cứu thực Ngày nay, các tác động ảnh hưởng tới môi trường và nghiệm theo phương pháp Taguchi nhằm đưa ra được bộ biến đổi khí hậu đang trở thành mối quan tâm hàng đầu thông số tối ưu quá trình sản xuất tấm Panel PU thân thiện của nhân loại. Do nhu cầu phát triển của xã hội, con người với môi trường trên dây chuyền liên tục. đã phát thải vào khí quyển những khí thải gây ô nhiễm như 2. POLYURETHANE SOx, NOx, CH4 và các chất thải độc hại khác thông qua Các nghiên cứu trong nước về R-PUF mới chỉ dừng lại những hoạt động sản xuất hằng ngày. Để giảm tác động bởi các nghiên cứu trong quy mô thí nghiệm, trong đó chủ đến môi trường, phải kể đến các chất tạo bọt vật lý sử dụng yếu nghiên cứu tạo ra R-PUF với các hóa chất CFCs, HCFC. trong công nghiệp như sản xuất polyurethane, đặc biệt là Tuy nhiên ngày nay các hóa chất CFCs, HCFC đang dần hạn xốp cứng polyurethane (R-PUF). Trong đó, R-PUF được xếp chế sử dụng do có tác động tiêu cực tới môi trường [11]. vào nhóm vật liệu cách nhiệt tốt và được sử dụng phổ biến Các nghiên cứu gần đây chủ yếu tập trung vào nghiên cứu hiện nay, đây thuộc nhóm biện pháp tối ưu trong tiết kiệm về hình thái tạo xốp, ảnh hưởng của một số thông số đến nguồn năng lượng [2]. R-PUF có mật độ liên kết ngang cao quá trình tạo xốp PU và ảnh hưởng của chúng đến một số nên có độ cứng cao, độ mềm dẻo rất thấp và không thể chỉ tiêu chất lượng [9]. Chưa có công trình nào nghiên cứu phục hồi lại hoàn toàn sau khi bị nén [3]. Đặc tính quan ảnh hưởng của quá trình tạo xốp đến các thông số chất trọng của R-PUF là trong cấu trúc có hàm lượng bọt kín lượng của vật liệu R-PUF trên dây chuyền sản xuất liên tục (chứa các khí có hệ số dẫn nhiệt thấp) trên 90%. Do đó, R- (tỉ trọng, tỉ suất hút ẩm, độ bền kéo, độ bền nén). Các PUF có độ cách nhiệt vượt trội so với các vật liệu cách nhiệt nghiên cứu về thiết kế, chế tạo, ảnh hưởng của hệ thống tương tự khác [4]. công nghệ tới quá trình sản xuất tấm PU trên hệ thống máy Tuy nhiên, mối quan tâm lớn nhất trong công nghiệp sản thực còn thiếu và chưa đầy đủ. xuất xốp cách nhiệt polyurethane (PU) là tìm ra chất tạo bọt Để khắc phục vấn đề này các tác giả tiến hành theo vật lý thân thiện với môi trường mà vẫn cho hiệu quả làm việc phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi nhằm đưa ra cao. Loại chất tạo bọt vật lý đầu tiên được sử dụng trong công các thông số tối ưu cho quá trình sản xuất tấm panel PU liên nghiệp sản xuất R-PUF là các hợp chất chlorofluorocacbons tục nhằm tạo ra năng suất và chất lượng của tấm panel PU từ (CFCs), điển hình là trichlorofluoromethane (CFC11) được sử đó đưa ra mục tiêu tối ưu hóa quá trình sản xuất tấm PU. dụng phổ biến do khối lượng phân tử thấp, điểm sôi gần với Polyurethane là sản phẩm do polyisocyanat tác dụng nhiệt độ phòng, không cháy, ít độc và độ dẫn nhiệt thấp [5]. với polyancol. Do kết quả phản ứng isocyanat tác dụng với Nhưng CFC11 được xác định là nguyên nhân chính gây nên sự nước tạo ra amin. Nhưng khi tác dụng với rượu thì tạo ra suy giảm tầng ôzôn với chỉ số suy giảm ôzôn (ozone depletion este aminocacboxylic gọi là urethane. potential, ODP) xấp xỉ 1 và gây ra hiệu ứng nhà kính với chỉ số làm nóng trái đất (global warming potential, GWP) lên đến R N=C=O + R1 OH R NH COOR 1 4600, cao gấp hàng nghìn lần so với CO2 [6]. Hợp chất thay thế Nếu thay monoisocyanat và thay rượu một nguyên tử cho CFC 11 được sử dụng sau đó là 1,1-dichloro-1- thành rượu hai nguyên tử sẽ tạo ra Polyurethane thẳng. Tri- fluoroethane (HCFC-141b) [7]. Tuy nhiên, với các chỉ số ODP và isocyanat và Triol tạo ra sản phẩm có cấu trúc không gian. GWP lần lượt là 0,11 và 630, loại H-CFC này cũng góp phần vào nO=C=N R N=C=O + HO R' OH OCNH R NH COOR quá trình suy giảm tầng ôzôn và tăng hiệu ứng nhà kính [8].  1n Yêu cầu đặt ra cho ngành công nghiệp sản xuất PU là phải sử Nghiên cứu bởi Buyer và các cộng sự [16] đã tạo ra dụng các tác nhân tạo bọt thay thế hoàn toàn CFCs và thân Polyurethane mạch thẳng thích hợp cho quá trình kéo sợi. thiện với môi trường. Cyclopentane với các chỉ số ODP = 0 và Sợi Polyurethan có tính chất giống polyamit, do có chứa GWP = 11 có thể thay thế được các loại tác nhân tạo bọt CFCs, nhóm amit (-NH-CO-) có khả năng tạo liên kết hidro nên lực bên cạnh đó với khối lượng riêng tương đối thấp, tác dụng giữa các phân tử lớn. Nhưng lại mềm hơn polyamit cyclopentane hoàn toàn thích hợp làm tác nhân tạo bọt trong do mạch chính của polymer có chứa nguyên tử oxi. quá trình chế tạo PU cứng cho sản phẩm có độ xốp cao, tính Nguyên liệu chính để sản xuất Polyurethane là cơ lý ổn định và độ bền nén cao [9, 10]. isocyanat và tri-isocyanat. Phương pháp cơ bản dựa vào Trong những năm gần đây, nhiều nhà khoa học trong phản ứng tác dụng của isocyanat và tri-isocyanat với fotgan nước đã tiến hành nghiên cứu và tìm cách ứng dụng về vật trong môi trường dung môi (toluen, o-clobenzen, liệu polyurethane xốp, tuy nhiên kết quả nghiên cứu còn p-clobenzen) trong điều kiện nhiệt độ (0 - 150oC) rất hạn chế, các kết quả nghiên cứu mới dừng ở quy mô H N R NH 2COCl OCN R NCO 4HCl phòng thí nghiệm. Việc triển khai nghiên cứu trong sản 2 2 2 xuất những loại vật liệu đặc chủng này mới dừng ở giai Isocyanat và tri-isocyanat là chất có mùi hắc mạnh và độc. Website: Vol. 57 - No. 6 (Dec 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 65
3. KHOA H ỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Các hợp chất chứa nhóm -OH dùng để sản xuất: Glycol, Những loại sản phẩm polyeste, polyete tùy thuộc vào polyete mạch thẳng và nhánh. mục đích sử dụng mà có khối lượng phân tử M từ 200 đến Vật liệu Isocyanat được tổng hợp dựa trên các hợp chất 2000. hữu cơ: Khối lượng phân tử thấp thường sử dụng dẻo hoặc xốp cứng. O=C=N R N=C=O +HO R1 OH O=C=N R NHCOO R 1 OH Hoạt tính phụ thuộc vào nhóm: N=C=O Những sản phẩm có khối lượng phân tử cao, sử dụng chế tạo ra elastome, sơn, các sản phẩm bám cứng và mềm. 3. TÍNH TOÁN TỐC ĐỘ VÀ LƯU LƯỢNG VÒI PHUN PU TRÊN DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 3.1. Mạch gồm m nhánh chảy song song bằng nhau R2 SO 4 HNCO RNOC K 2 SO 4 Trong đó: Pn là áp suất trong trục đục lỗ; d1 đường kính H N R NH + HCl H N R NH. HCl 2 2 2 2 trong trục đục lỗ; p là áp suất tại vị trí phun z; d2 đường kính lỗ phun trên trục đục lỗ; m là số lỗ, m = x. y lỗ, với x là số lỗ H2 N R NH 2. HCl+ COCl 2 H 2 N R NCO + HCl trên 1 hàng; y là số hàng lỗ; z là khoảng cách phun. Khi Kết quả các phản ứng tạo ra sản phẩm: chuyển mỗi lỗ là 1 điện trở khi đó mô hình mạch điện gồm m điện trở R2 mắc song song, R1 là điện trở đầu vào, mối quan hệ giữa p và Pn, R1, R2 được xác định như sau: P p n R (1) RR td 1 td R2 Rtd (2) m Trong đó có thể tách riêng 2,4 TDI và 2,6 TDI tuy nghiên RPP. trong sản xuất công nghiệp thường sử dụng hỗn hợp tồn p 2 n n (3) tại cả 2,4 và 2,6 TDI với tỷ lệ 80/20 hoặc 65/35 isocyanat R2 mR1 R1 . m 1 dạng mạch thẳng và mạch vòng: HNDI, IPDI, MDI, NDI. m R 2 Trên thị trường có khoảng 450 loại chứa nguyên tử 1 1 hidro linh động. Về nguyên tắc: tất cả các sản phẩm chứa từ RR1 ; 2 (4) FF2 2 hai nguyên tử hidro linh động đều được dùng để tổng hợp 1 2 Polyurethane. 2 R F2 4d z2 Các hợp chất chứa nhóm OH, NH, hay COOH là những 1 2 2 . (5) RF2 d 4 nhóm thông dụng nhất để chế tạo ra. 21 1 HO CH O H PEG 2 n HO C H O H PPG 3 6 n HO C H O H PTG 4 8 n Tuy nhiên trong quá trình biến tính sản phẩm còn sử dụng thêm: Hình 1. Sơ đồ quy trình phun tấm Panel PU liên tục Phương trình biểu diễn mỗi quan hệ giữa áp suất tại lỗ Polyol là hợp chất có khối lượng phân tử nhỏ, thuận tiện phun P và áp suất nguồn P : cho việc tổng hợp. Ngoài những loại đa chức có khối lượng n P phân tử nhỏ, còn sử dụng chủ yếu hai loại: Polyeste polyol p n 2 (6) và polyete polyol. a. z 1 Sử dụng cấu tạo ở mạch thẳng hay vòng polyete polyol m được sử dụng hạn chế hơn với sản lượng gần 10%. 4. d Trong đó: a 2 d1 66 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số 6 (12/2021) Website:
4. P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY Có thể thấy áp suất phun P phụ thuộc vào áp suất 3.2. Lưu lượng phun trên dây chuyền sản xuất nguồn Pn và d1, d2 và khoảng cách phun z và số lỗ phun m. Trên dòng chảy của khí nén với áp suất P1 cố định, ta có Tính toán tỉ số truyền lớn nhất: tiết diện độ thắt F1, độ thắt F1 sẽ làm cản trở dòng khí chảy qua nó. Giả thiết là không khí nén được sấy khô, quá trình 0, 65 aPn imax (7) chảy đoạn nhiệt. Sau khi chảy qua F , áp suất giảm xuống P , m 1 2 lưu lượng khí chảy qua F1 là Q. Theo phương trình Becnuli ta 0,.,. 4 m 0 8 m có phương trình xác định lưu lượng khí chảy qua F2: Giới hạn phun z: z1 ; z 2 a a 2 k 1  k k So với trường hợp đầu phun 1 lỗ phun 1 nhánh chảy thì 2 k PPP2 2 2 FP1 1 khi  trường hợp đầu phun 1 lỗ phun m nhánh chảy song song gRt k 1 P1 P 1 P 1 Q (/) l ph (8) có tỉ số truyền giảm m lần và phạm vi làm việc m lần.  2 2 k 2 k 1 P FP khi 2  1 1 gRt k 1 k l1 P 1  Trong đó: μ: Hệ số chảy kể đến tính chịu nén của không khí; g: Gia tốc trọng trường (g = 9,81m/s2); R: Hằng số chất khí; t: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí; P1, P2: Áp suất tuyệt đối của dòng khí nén trước và sau cản trở F2; k: Chỉ số đoạn nhiệt của không khí (k = 1,4); Điểm tới hạn của sự chảy: β = 0,528. Để làm sạch đạt hiệu quả cao nhất thì áp suất P và khoảng cách phun L sẽ nằm trong một khoảng giá trị hợp Hình 2. Đường cong đặc tính quan hệ áp suất P và khoảng cách Z lý nhất ứng với mỗi loại vòi phun tương ứng. Nếu L quá nhỏ máy sẽ quá tải áp suất gây nguy hiểm cho công nhân và Đường đặc tính của chuyển đổi khí nén (hình 2): Đường máy móc thiết bị. Nhưng nếu L quá lớn thì hiệu quả làm cong đặc tính có điểm uốn tại K và đoạn xung quanh K sạch giảm. Trong điều kiện làm việc P = 7 - 8 (bar) thì xác được coi là đoạn tuyến tính. Người ta chọn K làm điểm định được L = 100 - 200 (mm). tham khảo để xác định đoạn làm việc của đầu phun, khi thiết kế chọn điểm k nằm ở giữa lớp vài được nhuộm. Đoạn MN là đoạn làm việc của đầu phun, đoạn trước điểm M áp suất lớn nhưng tốc độ dòng chảy cao nên độ bám dính của hóa chất PU không tốt, đoạn sau điểm N có áp suất thấp nên không nên sử dụng để làm việc. Tóm lại đoạn phù hợp nhất để phun là chiều cao nằm trong khoảng Z1- Z2. Bảng 1. Bảng thông số cơ bản của vòi phun Số thứ tự Chỉ tiêu làm việc Công thức Kết quả tính Pn 2 1 p az p = 0,797 1 m 1 Hình 3. Sơ đồ tính lưu lượng phun 2 i* -0,65Pn.a i*= -0,07 m 4. THIẾT LẬP THÍ NGHIỆM 4.1. Thiết lập tỉ trọng hóa chất, hệ thống bơm hóa chất, 1 3 z* 0,6 m z* = 41,396 làm sạch vòi phun hóa chất a Thông qua những yêu cầu của thí nghiệm từ đó điều 1 chỉnh (calib) tỉ trọng và khối lượng hóa chất. 4 Z1 0,4 m Z1 = 27,597 a Sau khi cân định lượng, tiến hành kiểm tra hệ thống 1 bơm áp lực hóa chất, đảm bảo khi thí nghiệm sẽ không bị 5 Z2 0,8 m Z2 = 55,195 sự cố. Tiến hành vệ sinh đầu van dẫn khí, các mạch điện, a bình khuấy hóa chất và đo nhiệt độ của hóa chất khi được 1 bơm. Kiểm tra và thay thế các thùng hóa chất đã hết bằng 6 p* 0,75Pn. p* = 1,148 m thùng hóa chất mới đảm bảo quá trình thí nghiệm được thực hiện thuận tiện nhất. Website: Vol. 57 - No. 6 (Dec 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 67
5. KHOA H ỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Sau khi kiểm tra hóa chất và vòi phun, điều chỉnh nhiệt Bước 5: Làm sạch. Sau khi ép, tôn được làm sạch những độ của bàn ép sao cho thỏa mãn với yêu cầu của thí hóa chất và ba via còn xót lại, đánh bóng phần PU đầu tấm nghiệm thông qua bảng điều khiển nhiệt độ bàn ép. Thay tôn và hai bên mép tôn để khi lắp ghép dễ dàng hơn. thế những khuôn bị lỗi và biến dạng, điều chỉnh khoảng Bước 6: Đóng gói. Tôn đã được làm sạch sẽ được chuyển cách giữa hai bề mặt khuôn ép. đến khâu đóng gói sản phẩm. 4.2. Quy trình thí nghiệm Bước 1. Trải phẳng tôn Bước 2. Kiểm tra quá trình trải tôn Hình 5. Sản phẩm thí nghiệm 5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết quả thực nghiệm các nhân tố ảnh hưởng đến tỷ Bước 3. Ép đầu tôn Bước 4. Phun thử và làm sạch đầu phun trọng như mô tả trên hình 6. Kết quả khảo sát cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ lớp tôn và nhiệt độ buồng chứa đến tỉ trọng G là lớn nhất, ảnh hưởng của vận tốc ép là nhở nhất đến tỉ trọng G. Bảng 2 cho thấy sự kết hợp của các mức yếu tố tối đa hóa tỷ trọng (G) trên vùng được thực nghiệm. Kết quả phân tích chỉ ra khu vực mà tối ưu hóa sẽ được thực hiện. Qua đó có thể đặt giá trị của một hoặc nhiều yếu tố thành một hằng số, bằng cách đặt giới hạn thấp và cao cho giá trị đó. Bước 5. Đưa tôn vào khuôn Bước 6. Định vị tôn vào khuôn ép PU Hình 4. Quy trình thực nghiệm trên dây chuyền sản xuất liên tục Sau khi kiểm tra và hiệu chỉnh nhiệt độ, hóa chất, khí nén xong; bắt đầu khởi động toàn bộ hệ thống làm việc. Các bước thực nghiệm như sau: Bước 1: Cán sóng. Theo yêu cầu của thí nghiệm tôn được cắt theo kích thước sau đó được đưa vào máy cán sóng điều chỉnh khuôn và tốc độ cán để đạt hiệu suất tối ưu. Bước 2: Xử lý hóa chất. Đo nhiệt độ hóa chất và lưu lượng khí nén, điều chỉnh buồng khuấy hóa chất để hóa chất lưu thông ổn định, xử lý những sự cố về khí về hóa chất trong quá trình thí nghiệm. Bước 3: Điều chỉnh hệ thống phun hóa chất và bàn ép. Hiệu chỉnh thông số của hóa chất (tỉ lệ thành phần các hóa chất, nhiệt độ hóa chất); thông số của bàn ép thủy lực (nhiệt độ bàn ép, lực ép ) sao cho chất lượng sản phẩm thí nghiệm tốt nhất. Bước 4: Đưa tôn vào bàn ép và tiến hành làm việc. Tôn sau khi được cán đưa vào bàn ép, hóa chất phun với lưu lượng thích hợp. Tiến hành hiệu chỉnh bàn ép đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Hình 6. Biểu đồ các nhân tố tác động đến tỷ trọng G (kg/m3) 68 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số 6 (12/2021) Website:
6. P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY Bảng 2. Giá trị tối ưu hóa tỷ trọng G Hệ số Min Max Tối ưu Đơn vị Vận tốc ép (V) 3,0 5,0 4,89209 m/ phút Nhiệt độ lớp tôn (TT) 50,0 75,0 50,0 °C Nhiệt độ buồng chứa (TH) 3,0 5,0 4,89209 °C Kết quả thực nghiệm các nhân tố tác động đến độ bền nén được mô tả như trên hình 7 kết quả khảo sát cho thấy sự ảnh hưởng của nhiệt độ lớp tôn và nhiệt độ buồng chứa đến độ bền nén là lớn nhất, ảnh hưởng của vận tốc ép là nhỏ nhất. Kết quả phân tích trên bảng 3 cho thấy vận tốc ép 4,42511 (m/phút), nhiệt độ lớp tôn 62,1245°C, nhiệt độ buồng chứa 20°C cho độ bền nén tốt nhất. Mô tả trên hình 8 kết quả khảo sát cho thấy nhiệt độ lớp tôn, nhiệt độ buồng chứa và vận tốc ép đều ảnh hưởng lớn đến độ bền kéo K. Kết quả phân tích bởi Statgraphics cho thấy kết quả tối ưu các thông số công nghệ như mô tả trên bảng 4. Kết quả phân tích cho thấy vận tốc ép 3,64592 (m/phút), nhiệt độ lớp tôn 50oC, nhiệt độ buồng chứa 30oC cho độ bề kéo lớn nhất. Hình 8. Biểu đồ các nhân tố tác động đến độ bền kéo và các hệ số hàm hồi quy Bảng 4. Tối ưu hóa độ bền kéo K (kPa) Hệ số Thấp Cao Tối ưu Đơn vị Vận tốc ép (V) 3,0 5,0 3,64592 m/ phút Nhiệt độ lớp tôn (TT) 50,0 75,0 50,0 °C Nhiệt độ buồng chứa (TH) 20,0 30,0 30,0 °C Hình 7. Biểu đồ các nhân tố tác động đến độ bền nén và các hệ số ảnh hưởng Bảng 3. Tối ưu hóa độ bền nén N (kPa) Hệ số Thấp Cao Tối ưu Đơn vị Vận tốc ép (V) 3,0 5,0 4,42511 m/ phút Hình 9. Biểu đồ các nhân tố tác động đến hàm lượng bọt độc lập và các hệ số hàm hồi quy Nhiệt độ lớp tôn (TT) 50,0 75,0 62,1245 °C Kết quả thực nghiệm các nhân tố ảnh hưởng tới hàm Nhiệt độ buồng chứa (TH) 20,0 30,0 20,0 °C lượng bọt độc lập được mô tả như trên hình 9 cho thấy ảnh Website: Vol. 57 - No. 6 (Dec 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 69
7. KHOA H ỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 hưởng của nhiệt độ lớp tôn là lớn nhất tới hàm lượng bọt, vận tốc ép 4,89209 m/phút; nhiệt độ lớp tôn 50,0°C; nhiệt nhiệt độ buồng chứa và vận tốc ép có sự ảnh hưởng ít hơn. độ buồng chứa 20,63°C. Kết quả phân tích cho thấy vận tốc ép 5 m/phút, nhiệt độ Kết quả phân tích cho thấy ảnh hưởng ảnh hưởng của lớp tôn 50°C, nhiệt độ buồng chứa 30°C cho hàm lượng bọt nhiệt độ lớp tôn và nhiệt độ buồng chứa đến độ bền nén là độc lập cao nhất. lớn nhất, ảnh hưởng của vận tốc ép là nhỏ nhất. Độ bền Bảng 5. Tối ưu hóa hàm lượng bọt độc lập nén tối ưu tương ứng với các thông số công nghệ: vận tốc Hệ số Thấp Cao Tối ưu Đơn vị ép 4,42511 m/phút; nhiệt độ lớp tôn 62,1245°C; nhiệt độ Vận tốc ép (V) 3,0 5,0 5,0 m/ phút buồng chứa 20°C. Kết quả phân tích cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ lớp tôn (TT) 50,0 75,0 50,0 °C Nhiệt độ buồng chứa (T ) 20,0 30,0 30,0 °C lớp tôn là lớn nhất tới hàm lượng bọt , nhiệt độ buồng chứa H và vận tốc ép có sự ảnh hưởng ít hơn. Kết quả độ bền nén Kết quả phân tích được biểu diễn trực quan như mô tả tối ưu tương ứng với các thông số công nghệ: vận tốc ép trên hình 10, kết quả cho thấy vận tốc ép tăng thì tỷ trọng 5m/phút; nhiệt độ lớp tôn 50°C; nhiệt độ buồng chứa 30°C. giảm, nhiệt độ lớp tôn tăng thì tỷ trọng tăng nhưng đến Các kết quả thu được mang lại giá trị tham khảo tuyệt 57oC thì tỷ trọng sẽ giảm, bên cạnh đó nhiệt độ buồng vời nhằm nâng cao hơn nữa năng suất và chất lượng cho chứa tăng thì tỷ trọng giảm nhưng đến 28oC thì tỷ trọng sẽ các nhà máy sản xuất tấm panel PU. tăng lên. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Jegadheeswaran S., S.D. Pohekar, 2009. Performance enhancement in latent heat thermal storage system: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13(9): p. 2225-2244. [2]. Yan R., et al., 2015. Quasi-static and dynamic mechanical responses of hybrid laminated composites based on high-density flexible polyurethane foam. Composites Part B: Engineering, 83: p. 253-263. [3]. Jin L., et al., 2006. Preparation of soap‐free cationic emulsion using polymerizable surfactant. Journal of Applied Polymer Science, 299: p. 1111-1116. [4]. Chang B.P., et al., 2019. Novel sustainable biobased flame retardant from functionalized vegetable oil for enhanced flame retardancy of engineering plastic. Scientific reports, 9(1): p. 15971-15971. [5]. Cinelli P., I. Anguillesi, A. Lazzeri, 2013. Green synthesis of flexible polyurethane foams from liquefied lignin. European Polymer Journal, 49: p. 1174–1184. [6]. Pizzatto L., et al., 2009. Synthesis and characterization of thermoplastic Hình 10. Mối quan hệ giữa các thông số công nghệ tới tỉ trọng, độ bền nén, polyurethane/nanoclay composites. Materials Science and Engineering: C, 29(2): độ bền kéo và tỷ suất hút nước p. 474-478. [7]. Hosur M., M. Al- Mayahi, S. Jeelani, 2005. Manufacturing and low- 6. KẾT LUẬN velocity impact characterization of foam filled 3-D integrated core sandwich Bài báo này trình bày phương pháp xác định hóa chất, composites with hybrid face sheets. Composite Structures - Compos Struct, 69: p. cách tính lưu lượng phun và các thông số công nghệ trong 167-181. dây chuyền sản xuất tấm Panel PU liên tục. Trong đó, các [8]. Middleton J.C., Tipton A.J., 2000. Synthetic biodegradable polymers as vấn đề về độ bền của lớp PU, độ thấm hút ẩm, nước đã orthopedic devices. Biomaterials, 21, pp. 2335–2346. được tối ưu hóa và hoàn thiện hơn trong đó vấn đề về hóa [9]. Morgan A.B., Wilkie C.A., 2007. Flame retardant polyme nanocomposites. chất an toàn đến môi trường cũng đã được giải quyết. Dựa Wiley Interscience. ISBN: 978-0-471-73426-0. vào kết quả đã thực nghiệm theo phương pháp Taguchi, [10]. Grand A.F., Wilkie C.A. (Eds), 2000. Fire Retardancy of Polymeric nghiên cứu đã trình bày được các yếu tố ảnh hướng đến Materials. Marcel Dekker Inc., New York, NY, USA. ISBN 0-8247- 8879-6. chất lượng và năng suất khi chế tạo tấm panel PU trên dây [11]. Lyon R.E., Takemori M.T., Safronava N., Stoliarov S.I., Walters R.N., chuyền liên tục. Các tiến trình thực nghiệm cho ra các tấm 2009. A molecular basis for polymer flammability. Polymer, 50, pp. 2608–2617. panel PU có tính thương mại cao cùng với đó đã đáp ứng được yêu cầu sử dụng thực tế. Các kết quả chính khi phân tích và tối ưu hóa các yếu tố tác động tới các chỉ tiêu chất AUTHORS INFORMATION 1 1 1 1 lượng được mô tả như sau: Phung Xuan Son , Vu Thi Hue , Ban Tien Phi , Tong Thai Bao , Nguyen Minh Quang1, Nguyen Tien Tung1, Mai Duc Thuan2, Kết quả khảo sát cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ lớp Le Thi Phuong Thanh1 tôn và nhiệt độ buồng chứa đến tỉ trọng G là lớn nhất, ảnh 1Faculty of Mechanical Engineering, Hanoi University of Industry hưởng của vận tốc ép là nhở nhất đến tỉ trọng G. Thông số 2Department of Trauma - Orthopedics, 108 Central Military Hospital cho tỷ trọng tối ưu tương ứng với các điều kiện công nghệ: 70 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số 6 (12/2021) Website: