Nhựa nhiệt dẻo hiện là một trong những vật liệu phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp, hiện diện trong hầu hết các sản phẩm như bao bì, linh kiện điện tử, vật liệu xây dựng, chi tiết kỹ thuật cao… Trong bài viết dưới đây, Thái Dương Plastics sẽ giúp bạn hiểu rõ nhựa nhiệt dẻo là gì, tính chất, ví dụ và ứng dụng trong gia công nhựa.
Nhựa nhiệt dẻo là gì?
Nhựa nhiệt dẻo (Thermoplastic) là một nhóm polymer có khả năng nóng chảy thành chất lỏng khi gia nhiệt và đông cứng trở lại khi làm nguội. Quá trình này có thể lặp đi lặp lại nhiều lần mà tính chất hóa học cơ bản không thay đổi, nhưng cơ tính có thể suy giảm do phân mảnh mạch polymer sau nhiều lần gia nhiệt làm nguội, nhờ vậy nhựa nhiệt dẻo dễ dàng tái chế và tái sử dụng.
Nhựa Celluloid ra đời vào thế kỷ XIX và được xem là một trong những loại nhựa nhiệt dẻo đầu tiên. Hiện nay, nhựa nhiệt dẻo đã trở thành vật liệu chủ lực, được ứng dụng rộng rãi trong in 3D, sản xuất bao bì, xây dựng, điện tử, y tế, hàng tiêu dùng…
Ưu điểm và nhược điểm của nhựa nhiệt dẻo
Nhựa nhiệt dẻo có nhiều ưu điểm nổi bật như:
- Dễ tái chế và tái sử dụng nhiều lần.
- Trọng lượng nhẹ, dễ gia công bằng nhiều phương pháp như ép phun, đùn, thổi màng, ép chân không.
- Có dải cơ tính rộng, từ dẻo, mềm đến cứng, chịu lực tốt.
- Bề mặt thẩm mỹ cao, dễ phối màu, phủ lớp trang trí.
- Khả năng kháng hóa chất tốt, ứng dụng trong nhiều môi trường.
- Hiệu quả năng lượng khi gia công nhờ nhiệt độ xử lý thấp hơn kim loại và nhựa nhiệt rắn.
Tuy nhiên, nhựa nhiệt dẻo cũng có hạn chế:
- Nhiệt độ làm việc giới hạn, không phù hợp cho môi trường nhiệt cao.
- Một số loại dễ bị biến dạng chảy xệ khi chịu tải lâu dài (hiện tượng creep).
- Khả năng chịu dung môi, tia UV khác nhau tùy loại, cần bổ sung phụ gia để cải thiện.
Cấu trúc và tính chất của nhựa nhiệt dẻo
Nhựa nhiệt dẻo gồm các chuỗi polymer dài được hình thành từ các monomer liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị. Giữa các chuỗi tồn tại lực tương tác yếu như Van der Waals, liên kết hydro, tương tác phân cực… giúp chúng có khả năng nóng chảy và tái định hình.
Dựa vào cấu trúc, nhựa nhiệt dẻo được chia thành:
- Nhựa vô định hình (Amorphous): Polystyrene (PS), Polyvinyl chloride (PVC), Acrylonitrile butadiene styrene (ABS)… Không có cấu trúc tinh thể, trong suốt, dễ gia công nhưng thường kém bền hóa chất.
- Nhựa bán tinh thể (Semi-crystalline): Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), Polyamide (PA)… Có các vùng tinh thể xen lẫn vùng vô định hình, cơ tính cao, bền hóa chất và chịu nhiệt tốt hơn nhựa vô định hình cùng loại.
Ứng dụng của các loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến
Trong lĩnh vực ép phun, một số loại nhựa nhiệt dẻo được sử dụng phổ biến nhờ giá thành hợp lý và tính chất đa dạng:
- Polyethylene (PE): Dùng cho bao bì, túi nilon, chai lọ, ống dẫn.
- Polypropylene (PP): Ứng dụng trong hộp thực phẩm, linh kiện ô tô, sợi dệt, dụng cụ y tế.
- Polyvinyl chloride (PVC): Sản xuất ống nhựa, cửa, dây cáp, màng phủ.
- Polystyrene (PS): Làm vỏ thiết bị, ly nhựa, hộp xốp cách nhiệt.
- Acrylonitrile butadiene styrene (ABS): Tạo vỏ máy, đồ chơi, phụ kiện điện tử.
- Polycarbonate (PC): Sản xuất kính an toàn, chóa đèn, mũ bảo hộ.
- Polyamide (Nylon): Dùng cho bánh răng, ổ trượt, sợi dệt, sợi kỹ thuật.
- Polyoxymethylene (POM): Gia công bánh răng, chi tiết cơ khí chính xác, thay thế một số chi tiết kim loại nhẹ.
Ngoài ra, trong công nghệ in 3D, các loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến như Thermoplastic Polyurethane (TPU), Thermoplastic Elastomer (TPE)… được ưa chuộng nhờ độ đàn hồi cao, khả năng uốn cong linh hoạt và chống va đập tốt. Ngoài ra, nhựa nhiệt dẻo PLA là vật liệu dễ in và phổ biến nhất trong in 3D.
Quy trình ép phun nhựa nhiệt dẻo và phụ gia sử dụng
Ép phun là phương pháp phổ biến nhất để gia công nhựa nhiệt dẻo. Quy trình này gồm ba bước chính: nhựa hạt được nạp vào xilanh, làm nóng chảy, sau đó được phun vào lòng khuôn dưới áp suất cao. Khi nguội, sản phẩm đông rắn và được lấy ra khỏi khuôn.
Một số phụ gia thường dùng trong các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo:
- Chất ổn định nhiệt và UV giúp tăng tuổi thọ ngoài trời.
- Chất hóa dẻo tăng độ mềm dẻo cho hệ vô định hình như PVC.
- Chất bôi trơn cải thiện chảy khuôn và tháo khuôn.
- Chống cháy đáp ứng chứng nhận an toàn điện, điện tử.
- Màu và chất độn như talc, sợi thủy tinh, sợi carbon… giúp điều chỉnh cơ tính và bề mặt.
Sự khác biệt giữa nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn
Nhựa nhiệt dẻo có thể nóng chảy và tái gia công nhiều lần. Đặc điểm này giúp chúng trở thành vật liệu lý tưởng cho ép nhựa công nghiệp. Sản phẩm từ nhựa nhiệt dẻo có thể tái chế, giảm thiểu tác động môi trường.
Ngược lại, nhựa nhiệt rắn sau khi đóng rắn sẽ tạo thành mạng lưới liên kết bền vững không thể nóng chảy lại. Vật liệu này thường bền nhiệt và bền hóa chất hơn nhưng không thể tái chế bằng cách gia nhiệt. Nhựa nhiệt rắn thường được sử dụng trong các ứng dụng chịu nhiệt cao, cách điện và vật liệu composite.
Nhựa nhiệt dẻo là vật liệu quan trọng trong ngành nhựa với khả năng tái chế, dễ gia công và tính chất đa dạng. Hiểu rõ ưu điểm, hạn chế và ứng dụng của từng loại sẽ giúp doanh nghiệp lựa chọn vật liệu phù hợp, tối ưu chi phí và chất lượng sản phẩm. Nếu gặp khó khăn trong việc lựa chọn loại nhựa và phương pháp gia công tối ưu, hãy liên hệ với chúng tôi để được hỗ trợ chuyên nghiệp.
Tham khảo: Quy trình ép phun nhựa chi tiết