Tin Tức

Công nghệ hiện đại để đánh giá độ bền và đảm bảo chất lượng sản phẩm nhựa từ hãng Tinius Olsen

Posted on by Minh Khang
độ bền

Tổng quan

Hệ thống kiểm tra vật liệu (đánh giá độ bền, kiểm soát chất lượng) của Tinius Olsen lý tưởng để thử nghiệm nhiều loại nhựa về khả năng kéo, uốn, cắt và nén.

Các loại thử nghiệm

Đo độ bền kéo, nén, xé rách, tách lớp, uốn, ma sát, đâm thủng, cắt, mỏi, biến dạng

Vật liệu

Nhựa, bọt, màng film

Đáp ứng các tiêu chuẩn chung

ASTM D638, ASTM D790, ASTM D882, ASTM D624, BS2782, BS903, BS4443, BS3704, DIN53457, DIN53576, DIN53455, ISO2439, ISO 8627 và các tiêu chuẩn cụ thể khác của ngành.

Khuyến nghị

Hệ thống ban đầu cần xem xét bao gồm:

  • H5k-S với cảm biến lực 2,5kN
  • Kẹp khí nén hoặc
  • Kẹp ê tô hoặc
  • Jig uốn hoặc
  • Kẹp nêm hoặc
  • Tấm nén

Tùy chọn

  • Phần mềm

Hệ thống cuối cùng sẽ phụ thuộc vào các vấn đề sau:

  • Vật liệu cần thử nghiệm
  • Mẫu thử nghiệm
  • Loại thử nghiệm
  • Kết quả yêu cầu
  • Tải trọng tối đa
  • Tiêu chuẩn thử nghiệm có liên quan

Tiêu chuẩn kiểm tra

Độ bền kéo nhựa cứng –

  • ENISO 527,
  • ASTM D638,
  • BS6319, 2782,
  • DIN 53455

Độ bền kéo nhựa gia cường –

  • ENISO 527-4/-5
  • ISO 4899
  • ASTM D3039
  • DIN 65378, 65466

Độ bền uốn nhựa cứng –

  • ENISO 178
  • ASTM D790
  • BS 782, 2782
  • DIN 53452

Độ bền nén nhựa cứng –

  • ISO 604
  • ASTM D695

Độ bền cắt –

  • ASTM D732, C273

Độ bền kéo màng film nhựa –

  • ENISO 527-3
  • ASTM D882

Độ đâm thủng màng film nhựa –

  • ISO 3303-A
  • ASTM D3787, D5748

Thảo luận

Nhựa nói chung đang tìm thấy ứng dụng thay thế cho kim loại và gỗ trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Có nhiều lý do cho điều này và bao gồm từ tính chất cách nhiệt, khả năng tạo màu, khả năng tạo khuôn cho đến tính khả dụng và chi phí. Do đó, việc thử nghiệm các kết hợp nhựa khác nhau đã và đang được kiểm soát chặt chẽ.

Các quy trình thử kéo cơ bản được nêu trong ASTM D638 tuy nhiên thử nghiệm cũng nên được thực hiện ở nhiệt độ cao và thấp do các đặc tính thay đổi theo nhiệt độ. Các đặc tính uốn cũng được kiểm tra, sử dụng D790 làm hướng dẫn, trong đó có thể sử dụng các công cụ uốn ba điểm hoặc bốn điểm.

Các mẫu thử nghiệm cho những thử nghiệm khác nhau này được làm như một phần đính kèm vào bộ phận ép hoặc được cắt từ các tấm nhựa. Ngoài các thử nghiệm kéo, nén và uốn thông thường, còn có nhiều loại thử nghiệm khác nhau để đo các tính chất vật lý của các vật liệu khác nhau. Các thử nghiệm này bao gồm kiểm tra va chạm, tính chất nhiệt, lưu biến, chỉ số nóng chảy, độ bền xé rách, v.v.

Ngày nay, người ta chú trọng nhiều hơn vào việc sử dụng nhựa có cấu trúc và do đó, nhận thức về nhu cầu thử nghiệm ngày càng tăng. Các nhà sản xuất cần kiểm soát chặt chẽ hơn về chất lượng của cả vật liệu và quy trình để đáp ứng yêu cầu của khách hàng, đặc biệt cho ngành công nghiệp ô tô, y tế, hàng không vũ trụ và thiết bị gia dụng.

Bối cảnh

NHỰA. Trong số những vật liệu đa năng nhất từng được phát triển, nhựa có thể dùng thay thế các vật liệu đa dạng như kim loại, gỗ, thủy tinh, đồ sứ, đá, vải, cao su, đồ trang sức, keo, bìa cứng, vecni và da. Từ nhựa bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp plastikos, có nghĩa là “có thể đúc ép” hoặc “có thể định hình”. Khi được nung nóng thành dạng lỏng hoặc bán rắn, nhựa có thể được đúc ép thành hầu như bất kỳ hình dạng mong muốn nào; khi nguội, chúng cứng lại thành dạng rắn.

Có tới 50 loại nhựa khác nhau hoặc nhiều hơn. Các loại nhựa khác nhau được sử dụng cho các mục đích khác nhau, nhưng hầu hết chúng có xu hướng bền, chắc, nhẹ và chống ăn mòn. Chúng thường rẻ hơn các vật liệu khác và có thể được làm bằng nhiều màu sắc khác nhau.

Nhựa cũng đóng vai trò là chất cách điện hoặc cách nhiệt tốt. Với tính linh hoạt, độ bền và chi phí thấp nên nhựa trở thành vật liệu lý tưởng để sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và thủ công mỹ nghệ. Cũng vì lý do đó, nhựa đã thay thế kim loại, gỗ, thủy tinh và các vật liệu khác trong nhiều ứng dụng.

Nhiều mặt hàng nhựa phổ biến và không phổ biến do ngành công nghiệp sản xuất đã xuất hiện trong hầu hết mọi ngành kinh doanh. Ví dụ, nhựa thường được thay thế cho các vật thể ban đầu được làm bằng kim loại vì trọng lượng nhẹ và khả năng chống gỉ. Ngày càng có nhiều bộ phận ô tô, chẳng hạn như đèn pha, đèn cản và tấm ốp hông, được làm bằng nhựa. Tủ radio, tivi và máy tính có thể được ép hoàn toàn bằng nhựa. Mũ bảo hiểm bảo vệ cho bóng đá, bóng chày, xây dựng và thậm chí cả mũ bảo hiểm chiến đấu đều được làm bằng nhựa. Trọng lượng nhẹ và độ bền của nhựa đã khiến chúng trở nên thiết yếu đối với ngành hàng không vũ trụ.

Nhựa giống thủy tinh được làm thành lenses, gương, đồ trang sức giả, răng giả, mắt nhân tạo, nước ngọt và sữa chai, tranh tường trang trí và các bộ phận chuyển động trong các thiết bị, ô tô và máy móc kinh doanh. Nhựa resin được sử dụng để làm túi chống thấm nước, len không co và cổ áo được giữ độ cứng

Nhựa cũng có thể được chế tạo thành tã dùng một lần; đĩa, cốc, đồ dùng ăn uống và đồ nấu nướng chống dính; lớp phủ và chất kết dính; sản phẩm xây dựng; và quần áo. Polystyrene, một loại nhựa xốp giống như tuyết, không chỉ được các nhà sản xuất ưa chuộng mà còn được những người làm thủ công mỹ nghệ sử dụng để làm ra những vật dụng trang trí mới lạ…

Phát triển nhựa tổng hợp

Nhiều thế kỷ trước khi nhựa tổng hợp đầu tiên được tạo ra, một số chất tự nhiên đã được sử dụng làm vật liệu nhựa. Những vật liệu này bao gồm gutta-percha, shellac và sừng động vật. Gutta-percha được làm từ nhựa của một số loại cây. Shellac được làm từ chất tiết của một loại côn trùng có kích thước nhỏ. Trước khi sử dụng, sừng phải được “dẻo hóa” hoặc làm mềm bằng cách đun sôi trong nước hoặc ngâm trong dung dịch kiềm.

Nhựa tổng hợp đầu tiên được làm từ vật liệu thực vật cellulose. Năm 1869, John Wesley Hyatt, một thợ in và nhà phát minh người Mỹ, đã phát hiện ra rằng cellulose nitrate có thể được sử dụng như một chất thay thế với chi phí thấp hơn cho ngà voi. Hỗn hợp này có thể được làm dẻo bằng cách thêm Camphor (long não). Celluloid, tên gọi của vật liệu mới này, đã trở thành loại nhựa duy nhất có tầm quan trọng về mặt thương mại trong khoảng 30 năm. Nó được sử dụng cho gọng kính, lược, bóng bi-a, cổ áo sơ mi, cúc áo, răng giả và phim ảnh. Ngay trước khi bắt đầu thế kỷ 20, nhựa casein đã được sản xuất tại Pháp và Đức. Protein sữa casein được xử lý bằng formaldehyde để sản xuất vật liệu nhựa. Mặc dù vẫn được những người làm cúc áo sử dụng cho đến ngày nay, nhưng nhựa casein không có nhiều ứng dụng

Năm 1909, Leo H. Baekeland, một nhà hóa học người Bỉ-Mỹ, đã phát triển phenol-formaldehyde, loại nhựa đầu tiên được làm hoàn toàn từ vật liệu tổng hợp. Baekeland đặt tên cho vật liệu mới theo tên của mình, gọi là Bakelite. Các loại nhựa phenolic như Bakelite vẫn được sử dụng trong các thành phần xây dựng, thiết bị dây điện, hộp số ô tô và phanh điện, hệ thống rơle điện thoại và thiết bị chuyển mạch điện.

Sự phát triển Bakelite của Baekeland đánh dấu sự khởi đầu thực sự của ngành công nghiệp nhựa. Nhu cầu về vật liệu này tăng nhanh trong giai đoạn từ cuối những năm 1920 đến Thế chiến II. Trong thời gian đó, nhiều loại nhựa quan trọng nhất đã được đưa vào sản xuất thương mại. Bao gồm polyvinyl clorua, thành viên chính của họ nhựa vinyl; polyethylene mật độ thấp, hiện là loại nhựa được sử dụng rộng rãi nhất, đặc biệt là trong bao bì; acrylic, có thể làm trong suốt như thủy tinh; polystyrene, một loại nhựa cực kỳ linh hoạt; và nylon, một loại vật liệu cực kỳ cứng và bền ban đầu được phát triển như một chất thay thế sợi. Việc sản xuất cao su tổng hợp, được gọi là chất đàn hồi, thường được coi là một phần của ngành công nghiệp nhựa.

Thành phần

Hầu hết các loại nhựa hiện nay được làm từ các sản phẩm phân hủy của dầu mỏ và than đá. Dầu mỏ đã trở thành nguồn nguyên liệu chính cho nhựa.

Thành phần phân tử. Tất cả nhựa tự nhiên và tổng hợp đều là hợp chất hữu cơ, vì chúng chứa nguyên tố cacbon. Các nguyên tử cacbon có thể liên kết với nhau, giống như một chuỗi, để tạo thành “xương sống” cho một phân tử cực dài. Các phân tử chuỗi dài này được gọi là polyme, bắt nguồn từ các từ tiếng Hy Lạp poly, có nghĩa là “nhiều” và meros, có nghĩa là “một phần”.

Một polyme bao gồm một số lượng lớn các phân tử đơn giản được lặp đi lặp lại trong chuỗi. Mỗi phân tử đơn giản hơn này được gọi là monome (“một phần”). Monome được kết hợp về mặt hóa học hoặc trùng hợp để tạo thành chuỗi polyme. Ví dụ, nhiều monome propylene được kết hợp để tạo thành polypropylene. (Tên của nhiều loại nhựa, nhưng không phải tất cả, đều bắt đầu bằng tiền tố poly. Điều này chỉ ra rằng nhựa là vật liệu polyme.) Khi hai hoặc nhiều monome khác nhau được kết hợp, polyme thu được được gọi là đồng trùng hợp.

Các nhà hóa học polyme biết rằng tính chất của vật liệu nhựa bị ảnh hưởng rất nhiều bởi hình dạng và thành phần hóa học của phân tử polyme. Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học này có thể cố gắng thay đổi đặc điểm của chuỗi polyme hoặc tạo ra polyme mới để tạo ra nhựa có một số đặc tính mong muốn. Khả năng chịu nhiệt, độ dẻo dai và tính linh hoạt là một trong những đặc tính có thể bị ảnh hưởng bởi những thay đổi trong phân tử polyme của nhựa.

Nhựa và các thành phần khác. Các từ nhựa và nhựa thường được sử dụng như từ đồng nghĩa, nhưng có một sự khác biệt. Nhựa là vật liệu thô, chưa hoàn thiện; nhựa là vật liệu của sản phẩm hoàn thiện. Nhựa có thể được tạo ra ở nhiều dạng khác nhau, bao gồm xi-rô, bột, vảy hoặc viên.

Mặc dù nhựa có thể được sử dụng riêng để sản xuất các vật thể bằng nhựa, nhưng thường xuyên hơn, các thành phần khác được thêm vào để tạo thành một hợp chất. Các thành phần khác này, thường được gọi là chất phụ gia, có thể hỗ trợ việc ép khuôn vật thể bằng nhựa hoặc thêm các đặc tính quan trọng vào sản phẩm hoàn thiện. Các chất phụ gia thường được sử dụng bao gồm chất độn và chất gia cường, chất hóa dẻo, chất ổn định, chất tạo màu, chất chống cháy và chất ức chế khói, và chất hỗ trợ chế biến.

Chất độn là vật liệu được thêm vào nhựa chủ yếu để giảm chi phí. Một số chất độn chỉ được sử dụng để kéo dài nhựa nhưng nhiều chất độn khác cũng cải thiện các đặc tính của sản phẩm nhựa thành phẩm. Khoáng chất phi kim loại là chất độn được sử dụng phổ biến nhất. Trong số này, canxi cacbonat là phổ biến nhất, đặc biệt là đối với polyvinyl clorua. Các chất độn khác bao gồm kaolin (một loại đất sét), talc và mica. Phụ gia dạng sợi, đặc biệt là sợi thủy tinh, được coi là chất gia cường hiệu quả nhất. Khi được thêm vào nhựa, chất gia cường dạng sợi có thể cải thiện độ cứng, độ bền và khả năng chống va đập và nứt của sản phẩm. Các chất phụ gia dạng sợi khác bao gồm sợi carbon, sợi aramid (một loại nylon) và các kết hợp được gọi là hỗn hợp, chẳng hạn như aramid và carbon hoặc aramid và thủy tinh. Nhựa có chứa chất gia cường như thế này thường được gọi là vật liệu tổng hợp.

Chất hóa dẻo được thêm vào nhựa để làm cho nhựa chảy vào khuôn dễ dàng hơn và trong một số trường hợp, để làm cho chúng linh hoạt hơn. Ví dụ, polyvinyl clorua quá cứng và cứng để có thể sử dụng trừ khi chất hóa dẻo được thêm vào. Chất hóa dẻo hoạt động ở cấp độ phân tử bằng cách nới lỏng các chuỗi polyme, làm mềm polyme. Các chất hóa dẻo thường được sử dụng là các hóa chất gọi là phthalate, dầu epoxy hóa và phosphate.

Chất ổn định ngăn chặn polyme bị phân hủy hoặc phá vỡ. Chất ổn định nhiệt ngăn chặn sự phân hủy do nhiệt độ xử lý. Vì tiếp xúc với oxy hoặc bức xạ cực tím cũng có thể gây ra sự phân hủy polyme, chất chống oxy hóa và chất hấp thụ tia cực tím cũng hữu ích như chất ổn định. Chất tạo màu được thêm vào nhựa để sản phẩm hoàn thiện có màu sắc toàn bộ. Nhựa có ưu điểm hơn gỗ hoặc kim loại, chỉ có thể tạo màu trên bề mặt bằng sơn hoặc lớp phủ. Thuốc nhuộm và chất tạo màu được sử dụng làm chất tạo màu cho nhựa. Ví dụ về chất tạo màu bao gồm titanium dioxide (phố biến nhất), oxit sắt và carbon đen.

Chất chống cháy và chất ức chế khói làm cho nhựa ít bắt lửa và độc hại hơn trong trường hợp hỏa hoạn. Chúng đặc biệt quan trọng đối với nhựa được sử dụng trong các thiết bị, thảm, đồ nội thất, máy bay, ô tô, hệ thống dây điện và vật liệu xây dựng. Việc thêm chất chống cháy và chất ức chế khỏi vào nhựa đôi khi làm giảm các đặc tính mong muốn khác. Nhôm trihydrat là chất chống cháy phổ biến nhất.

Chất hỗ trợ chế biến là các chất phụ gia hỗ trợ sản xuất nhựa. Ví dụ, chất làm trơn cải thiện dòng chảy của nhựa trong quá trình xử lý. Các chất kết dính giúp tạo ra liên kết mạnh hơn giữa các phân tử.

Nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo. Hầu hết các loại nhựa được mô tả là nhựa nhiệt rắn hoặc nhựa nhiệt dẻo. Các thuật ngữ này đề cập đến phản ứng của nhựa với nhiệt (thermo trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là “nhiệt”).

Nhựa nhiệt rắn mềm ra khi tiếp xúc với nhiệt nhưng chỉ mềm trong một thời gian ngắn. Chúng đông lại hoặc cứng lại nếu nhiệt độ tiếp tục tăng. Quá trình làm cho nhựa nhiệt rắn cứng lại này được gọi là quá trình lưu hóa, cũng có thể được thực hiện bằng phương pháp hóa học. Trong quá trình lưu hóa, các phân tử của nhựa liên kết với nhau giữa các chuỗi (liên kết chéo). Khi các liên kết chéo này được hình thành, nhựa không còn mềm nữa và cũng không thể làm mềm lại bằng cách gia nhiệt.

Nhựa nhiệt dẻo cũng mềm đi khi gặp nhiệt nhưng vẫn giữ nguyên độ mềm nếu nhiệt độ tiếp tục được cung cấp. Chúng chỉ đông cứng khi nguội và có thể được làm mềm nhiều lần bằng cách gia nhiệt lại. Trong nhựa nhiệt dẻo, các chuỗi phân tử không liên kết chéo trong quá trình sản xuất.

Các nhà sản xuất chọn nhựa nhiệt rắn cho những vật dụng phải chịu nhiệt. Sản phẩm làm từ những loại nhựa này có thể chịu được nhiệt độ rất cao lên tới 500 độ F (260 độ C) trước khi bắt đầu bị cháy. Nhựa phenolic là loại nhựa nhiệt rắn được sử dụng phổ biến nhất. Các loại nhựa khác bao gồm nhựa epoxy, polyester nhiệt rắn, và polyurethane. Tổng cộng, nhựa nhiệt rắn chiếm ít hơn 15% sản lượng nhựa.

Nhựa nhiệt dẻo được sử dụng cho các sản phẩm không phải chịu sự thay đổi nhiệt độ bất thường. Những loại nhựa này có thể mềm hoặc thậm chí tan chảy ở nhiệt độ gần 200 độ F (93 độ C). Hầu hết sản xuất nhựa đều là nhựa nhiệt dẻo. Các loại nhựa này bao gồm ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene), acetals, acrylics, cellulosics, fluoropolymers, nylons, polycarbonate, polyester nhiệt dẻo, polyethylene, polyethylene terephthalate, polypropylene, polystyrene, và polyvinyl chloride.

Sản xuất

Ép đùn là quy trình tạo hình nhựa chính trong ngành công nghiệp ngày nay. Trong quy trình ép đùn, một hợp chất nhựa nhiệt dẻo được làm nóng và liên tục được ép qua một khuôn tạo hình theo dạng mong muốn. Quy trình này có thể so sánh với việc bóp kem đánh răng từ ống, vì nó tạo ra sản phẩm dài, thường là hẹp và liên tục. Nhựa được tạo hình sẽ nguội dưới luồng không khí hoặc trong bể nước và cứng lại trên một băng chuyền. Các sản phẩm như thanh, ống, ống dẫn và tấm, mỏng (chẳng hạn như bao bì thực phẩm) được ép đùn, sau đó cuộn lại hoặc cắt thành độ dài mong muốn. Sợi nhựa cũng được sản xuất bằng quy trình ép đùn. Nhựa lỏng được ép qua hàng nghìn lỗ nhỏ gọi là spinnerets để tạo ra các sợi mảnh mà từ đó vải nhựa như acetate, nylon, rayon và các loại vải nhựa khác được dệt.

Ép phun là quy trình được sử dụng rộng rãi thứ hai, được áp dụng cho việc tạo hình nhựa nhiệt dẻo và một số vật liệu nhiệt rắn. Hợp chất nhựa, được làm nóng đến trạng thái bán lỏng, được bơm vào khuôn dưới áp lực lớn và nhanh chóng đông cứng. Khuôn sau đó mở ra và sản phẩm được lấy ra. Quy trình này có thể được lặp lại nhiều lần và đặc biệt phù hợp với phương pháp sản xuất hàng loạt. Ép phun được sử dụng cho nhiều loại sản phẩm nhựa khác nhau, từ cốc nhỏ và đồ chơi đến các vật thể lớn nặng từ 30 pound (14 kilogram) trở lên.

Ép thổi sử dụng áp lực không khí để tạo ra các vật thể rỗng từ nhựa nhiệt dẻo. Các nhà sản xuất có thể sử dụng phương pháp ép thổi trực tiếp hoặc gián tiếp. Trong phương pháp trực tiếp, một hình nhựa nóng một phần, gọi là parison, được đưa vào khuôn. Không khí được thổi vào parison, buộc nó mở rộng theo hình dạng của khuôn. Trong phương pháp gián tiếp, một tấm nhựa hoặc hình dạng đặc biệt được làm nóng, sau đó được kẹp giữa một khuôn và một nắp. Không khí được ép giữa nhựa và nắp, ép vật liệu vào hình dạng của khuôn.

Ép nén kết hợp một loại nhựa nhiệt rắn với một chất độn để tạo ra một hợp chất tạo hình. Hợp chất này được đặt vào khuôn, các phần của khuôn được căn chỉnh chính xác bằng các chốt dẫn. Áp lực cơ học được tác động lên khuôn, và hợp chất được làm nóng đến khoảng 350 độ F (177 độ C). Khi hợp chất trở thành bán lỏng, nó được ép vào mọi phần của khuôn. Nhựa được cho nguội và cứng lại thành sản phẩm đã tạo hình hoàn chỉnh. Các sản phẩm được ép nén bao gồm tay nghe điện thoại, tay cầm cho nồi chảo, đĩa nhạc, và các bộ phận trong thiết bị và ô tô.

Ép chuyển là quy trình kết hợp giữa ép nén và ép phun, thường được sử dụng cho nhựa nhiệt rắn. Giống như trong quy trình ép phun, nhựa được làm nóng trong một buồng, sau đó được chuyển vào khuôn bằng một pít-tông hoặc cần. Quy trình này tương tự như ép nén, vì nhựa được làm cứng trong khuôn dưới nhiệt và áp lực. Ép chuyển được sử dụng để sản xuất các bộ phận có hình dạng phức tạp có thể có lỗ sâu hoặc chèn kim loại.

Trong ép nhiệt, một tấm nhựa nhiệt dẻo được làm mềm bởi nhiệt và sau đó được đặt lên một khuôn. Tấm nhựa được làm cho phù hợp với khuôn bằng một trong các phương pháp khác nhau và nguội lại theo hình dạng của khuôn. Các loại bao bì khác nhau được tạo ra bằng ép nhiệt, cũng như các bộ phận cho đồ nội thất, thiết bị, máy bay, ô tô và phương tiện giải trí.

Trong quá trình ép, nhựa lỏng được đổ vào khuôn hở hoặc khuôn kín, và ít hoặc không có áp lực nào được áp dụng. Cả vật liệu nhiệt rắn và nhiệt dẻo đều có thể được ép. Màng nhiệt dẻo ép được sử dụng cho đóng gói và màng phim; và tấm ép làm bằng acrylic được sử dụng để lắp kính, cửa sổ trời, kinh chắn gió và các sản phẩm tương tự. Thanh và ống cũng có thể được ép

Ép cán sản xuất phim và tấm từ nhựa nhiệt dẻo bằng cách ép nhựa giữa các con lăn được làm nóng. Các sản phẩm sàn, chẳng hạn như gạch làm từ polyvinyl chloride, được sản xuất bằng phương pháp ép cán. Quy trình này cũng có thể được sử dụng để áp dụng lớp nhựa lên vải.

Ép ở áp suất thấp, hay còn gọi là gia cố, sử dụng các loại nhựa có thể được tạo hình và làm cứng với ít hoặc không có nhiệt và áp lực. Phương pháp này cho phép tạo hình các vật thể có hình dạng không đều mà quá lớn để tạo hình trong các máy ép. Sợi thủy tinh, vải, giấy và veneer gỗ được ngâm (thấm) với nhựa và sau đó được đặt lên các khuôn. Áp lực hạn chế, nếu cần, có thể được áp dụng, và sự lắp ráp được làm cứng với ít hoặc không có nhiệt. Vỏ cho thuyền nhỏ, các phần thân máy bay, và ống dẫn không khí được hình thành theo cách này.

Lớp vật liệu áp suất cao kết hợp các lớp giấy, vải, hoặc veneer gỗ. Các lớp này được ngâm với nhựa nhiệt rắn và sau đó được liên kết thành các tấm phẳng giữa các tấm nhiệt của một máy ép thủy lực. Các lớp vật liệu rất bền và được sử dụng trong nhà cho bàn và cho tấm tường, và bên ngoài như plywood chống nước. Chúng cũng được sử dụng trong các sản phẩm điện và điện tử, sản phẩm hàng không và vũ trụ, và trong các sản phẩm khác nơi cần độ bền cao.

Ép phun phản ứng (Reaction Injection Molding – RIM) là một quy trình tương đối mới để sản xuất các vật thể làm từ nhựa nhiệt rắn, thường là polyurethanes. Trong quy trình RIM, các thành phần lỏng được cho phép phản ứng (kết hợp hóa học) trước khi chúng được tiêm vào khuôn và làm cứng. Các bộ phận được sản xuất bằng RIM được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô.

Ép tạo bọt đã trở nên phổ biến hơn trong những năm gần đây. Nhựa xốp là các vật liệu mở rộng có cấu trúc tế bào; chúng có thể được sản xuất bằng nhiều quy trình khác nhau. Các tác nhân tạo bọt có thể được thêm vào cả nhựa nhiệt rắn hoặc nhựa nhiệt dẻo để sản xuất các vật thể xốp. Các sản phẩm như hộp đựng trứng và cốc làm từ bọt polystyrene là những ví dụ phổ biến của loại nhựa này.

Lớp phủ mang lại cho các vật liệu không phải nhựa một số đặc tính của nhựa bằng cách áp dụng một lớp màng nhựa lên bề mặt. Các loại vải như chintz có thể có lớp phủ nhựa. Giấy dán tường được phủ nhựa có thể được rửa, và máy móc được phủ nhựa được bảo vệ khỏi gỉ sét. Trong quy trình fluidized-bed hay liên kết nóng chảy (fusion-bond), một bộ phận kim loại được làm nóng trước được vùi vào bột nhựa khô. Bột nhựa sẽ tan chảy và liên kết với bề mặt kim loại để tạo thành một lớp phủ đồng nhất. Gỗ, da, kính, và các vật liệu khác cũng có thể được phủ nhựa.

Nhựa và môi trường

Hầu hết các loại nhựa không thể phân hủy sinh học, nghĩa là chúng không phân hủy theo thời gian thành các chất đơn giản hơn cũng như thực phẩm hoặc sợi tự nhiên. Một số nhà khoa học đang nghiên cứu các phương pháp tạo ra nhựa phân hủy sinh học bị phân hủy, ví dụ, khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Một trong những vẫn đề chính trong loại nghiên cứu này là đảm bảo rằng nhựa chỉ bị phân hủy sau khi sử dụng chứ không phải trước khi sử dụng.

Vấn đề cũng nảy sinh là phải làm gì với hàng triệu tấn rác thải nhựa. Để ứng phó, ngành công nghiệp nhựa và các nhóm bảo vệ môi trường đang nghiên cứu các cách tái chế nhựa. Một số đồ vật bằng nhựa có thể được nghiền nát và tái chế thành các sản phẩm mới. Ví dụ, chai nước giải khát làm từ polyethylene terephthalate (PET) và bình sữa polyethylene mật độ cao đã được chế tạo lại thành các sản phẩm như chất độn cho áo khoác lông vũ và túi ngủ, vật liệu cách nhiệt, vật liệu buộc và gỗ nhựa. (Chai đồ uống bằng nhựa không được tái sử dụng để đựng thực phẩm hoặc đồ uống.) Một số tiểu bang ở Hoa Kỳ có luật kêu gọi tái chế chai đựng nước giải khát PET và nhiều tiểu bang khác đang xem xét các luật như vậy.

Tuy nhiên, tác động của nhựa đối với môi trường không chỉ giới hạn ở vấn đề tái chế. Ví dụ, các nhà chế biến bọt nhựa đã sử dụng các hóa chất gọi là chlorofluorocarbon (CFC) làm chất tạo bọt. Hiện nay có bằng chứng đáng kể cho thấy CFC làm suy giảm tầng ôzôn khí quyển, tầng bảo vệ Trái Đất bằng cách ngăn chặn phần lớn bức xạ cực tím của mặt trời. Theo Nghị định thư Montreal, một thỏa thuận quốc tế được ký kết năm 1987, các quốc gia phê chuẩn phải giảm đáng kể việc sử dụng CFC vào năm 2000. Trong khi đó, các chất tạo bọt khác không gây hại cho tầng ôzôn đang được nghiên cứu.

Lịch sử

Mặc dù các nhà phát minh John Wesley Hyatt và Leo H. Baekeland là những nhân vật huyền thoại trong ngành nhựa, những nhà cải tiến sau này và những phát minh của họ cũng xứng đáng được ghi nhận. Nhựa vinyl được phát hiện như sớm nhất là vào năm 1838, nhưng polyvinyl clorua phải gần một thế kỷ sau mới được đưa vào sử dụng thương mại. Từ năm 1927 đến năm 1933, Waldo Semon của Công ty BF Goodrich đã nghiên cứu quá trình dẻo hóa polyvinyl clorua để tạo ra loại nhựa phù hợp cho việc ép khuôn.

Các nhà nghiên cứu khác đã phát triển nhiều loại nhựa khác nhau trong nhiều thập kỷ tiếp theo. Nhà hóa học người Đức Otto Rohm đã thử nghiệm với nhựa acrylic từ năm 1901. Năm 1931, Công ty Rohm and Haas lần đầu tiên sản xuất nhựa acrylic, dưới tên thương mại là Plexiglas, để sử dụng làm kính an toàn. Một nhà hóa học người Mỹ, Wallace H. Carothers của Công ty Du Pont, đứng đầu nhóm các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra nylon vào năm 1935. Nylon được đưa vào thương mại vào năm 1938 và kể từ đó ngày càng được sử dụng nhiều hơn dưới dạng sợi và nhựa. Có một số loại nylon khác nhau. Năm 1937, Otto Bayer của Đức đã tiến hành nghiên cứu ban đầu cuối cùng dẫn đến việc sản xuất polyurethane, được đưa vào thương mại vào năm 1954.

Năm 1938, Roy Plunkett của Du Pont đã rất ngạc nhiên khi tìm thấy một loại bột màu trắng trong một bình khí tetrafluoroethylene. Loại bột này, polytetrafluoroethylene (PTFE), đã trở thành một loại nhựa quan trọng, được biết đến nhiều hơn với tên thương mại Teflon của Du Pont. Việc sản xuất thương mại PTFE quy mô lớn bắt đầu vào năm 1948. Thường được sử dụng trong đồ nấu nướng chống dính, nó cũng có nhiều ứng dụng khác.

Ngay từ thế kỷ 19, người ta đã biết rằng các monome của styrene, giống như các monome của vinyl clorua và acrylate, có thể được trùng hợp. Tuy nhiên, sản xuất polystyrene thương mại quy mô lớn vẫn chưa bắt đầu cho đến cuối những năm 1930

Từ năm 1940 đến năm 1950, nhiều loại nhựa quan trọng hơn đã được đưa vào sản xuất thương mại, bao gồm polyester không bão hòa, polyethylene mật độ thấp (LDPE), fluorocarbon, cellulose propionate, nhựa epoxy, silicon và acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS). Polyethylene mặt độ cao (HDPE) lần đầu tiên được sản xuất vào năm 1957 bởi Karl Zeigler của Tây Đức. Cùng năm đó, nhà khoa học người Ý Giulio Natta, sử dụng các phương pháp tương tự như phương pháp của Zeigler, đã có thể trùng hợp propylene và do đó sản xuất ra polypropylene.

Từ những năm 1950 đến những năm 1970, một số loại nhựa kỹ thuật đã được phát triển, vì độ bền và độ cứng của chúng, phù hợp để sử dụng trong xây dựng, bộ phận máy móc, hàng không vũ trụ, thiết bị xử lý hóa chất và các mục đích sử dụng đòi hỏi khắt khe khác. Các loại nhựa kỹ thuật này bao gồm polycarbonate, polyacetal, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT) và polyetheretherketone (PEEK). Tầm quan trọng của nhựa kỹ thuật tăng lên vào những năm 1980 và các loại nhựa mới hơn như polyme tỉnh thể lỏng tiếp tục được phát triển.

Vào những năm 1980, nghiên cứu tập trung vào hợp kim và hỗn hợp nhựa và nhựa composite gia cố. Hợp kim và hỗn hợp là sự kết hợp của nhựa được tạo ra để cải thiện vật liệu nhựa với chi phí thấp hơn. Các kết hợp như vậy bao gồm polycarbonate và ABS, PET và PBT. Nhựa composite gia cường được quan tâm đặc biệt vì chúng có độ bền cao và trọng lượng nhẹ. Vật liệu composite đã thay thế kim loại trong nhiều ứng dụng và có thể sẽ tiếp tục như vậy.

Tầm quan trọng và công dụng của nhựa

  • Acrylics: Hợp chất ép, tráng men
  • Epoxies: Lớp phủ bảo vệ, chất kết dính, tấm ghép laminate, vật liệu tổng hợp.
  • Melamine-formaldehyde (aminos): Hợp chất ép đùn.
  • Nylon: Sợi, sợi nhân tạo, lông chổi, ứng dụng kỹ thuật.
  • Phenol-formaldehyde (phenolics): Hợp chất ép đùn và laminate, chất kết dính, tấm đúc, thanh, ống.
  • Polyesters, bão hòa: Vải, bao bì thực phẩm, hợp chất ép đùn, ứng dụng kỹ thuật.
  • Polyesters, không bão hòa: Hợp chất laminate và ép đùn, lớp phủ bảo vệ, vật đúc.
  • Polyethylene: màng film, ống ép, tấm.
  • Polystyrene, hoặc styrene: Hợp chất ép đùn, nhựa xốp.
  • Polyurethanes: Lớp phủ bảo vệ, keo dính, nhựa xốp.
  • Polyvinyl chloride (PVC): màng film, tấm, ống ép, đúc.
  • Silicones: Hợp chất cao su, hợp chất ép đùn, lớp phủ bảo vệ, sơn, véc ni.
  • Urea-formaldehyde (aminos): Hợp chất xử lý vải, hợp chất ép đùn, nhựa xốp.
  • Vinyl (nhiều loại): Lớp phủ bảo vệ, ống ép, phim, hợp chất ép đùn, nhựa xốp.

Nguồn: Tinius Olsen

Minh Khang là nhà phân phối và nhập khẩu trực tiếp các thiết bị kiểm tra vật liệu từ hãng Tinius Olsen tại thị trường Việt Nam.