Hiện nay, vật liệu Polyurethan (PU) đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi nhờ các đặc tính ưu việt như cách nhiệt, cách âm tốt, khả năng chịu lực cao, bền hóa chất, chống ăn mòn và dễ gia công. Đặc biệt, PU xốp rất nhẹ (20-150 kg/m³) và có khả năng cách nhiệt, cách âm hiệu quả, rất phù hợp cho ngành xây dựng (chống nóng, vách ngăn) và các ngành công nghiệp khác. Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới, có nhu cầu rất lớn về vật liệu chống nóng, giảm nhiệt cho công trình, ước tính khoảng 500.000 - 700.000 tấn/năm và đang tăng. Ngoài ra, các ngành công nghiệp như lạnh, đóng tàu cũng cần nhập khẩu lượng lớn vật liệu cách nhiệt, cách âm, chống cháy. Điều này cho thấy tầm quan trọng và ý nghĩa thực tiễn của việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu PU xốp trong nước. Thị trường toàn cầu cho "tấm panel cách nhiệt" đang phát triển mạnh, với giá trị năm 2018 là 423,6 triệu USD và dự báo đạt 640,4 triệu USD vào năm 2025. Châu Á - Thái Bình Dương được đánh giá là khu vực có tiềm năng tiêu thụ lớn nhất.

 

Trong nghiên cứu này, nhóm đã sử dụng chất tạo bọt vật lý cyclopentane thân thiện với môi trường (không phá hủy tầng ôzôn) thay thế HCFC. Nghiên cứu đã khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng cyclopentane đến tính chất vật lý (khối lượng riêng, thời gian phản ứng), hình thái tế bào kín và tính chất cơ lý (độ bền nén, độ ổn định kích thước) của PU xốp. Kết quả nghiên cứu đã xác định được bộ thông số công nghệ trộn hợp tối ưu trong phòng thí nghiệm và xây dựng được các mối quan hệ giữa các tính chất cơ lý của PU xốp với hình thái và cấu trúc xốp. Khi đưa vào sản xuất thử nghiệm tại Công ty Cổ phần Tập đoàn TONMAT (hệ thống liên tục) và Công ty TNHH Minh Phú (bàn ép thủy lực), các mẫu panel PU đều đảm bảo chất lượng theo tiêu chuẩn trong và ngoài nước, với sản phẩm sản xuất trên hệ thống liên tục cho chất lượng tốt hơn. Nghiên cứu cũng đã làm chủ thiết kế một hệ thống sản xuất tấm panel PU liên tục, cho phép doanh nghiệp trong nước đổi mới công nghệ, tăng năng suất, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất và đầu tư. Hệ thống này được thiết kế theo mô-đun tích hợp, giúp giảm chi phí đầu tư so với việc mua toàn bộ hệ thống nước ngoài. Trọng tâm của việc làm chủ công nghệ là hệ thống buồng gia nhiệt, buồng ép sản phẩm, vòi phun và hệ thống chuyển động đồng tốc V=2-9 m/phút, tích hợp tự động hóa. Công nghệ này cho phép sản xuất tấm panel PU dày 50-200 mm với chiều dài tùy ý, điều mà sản xuất thủ công không thể làm được, đồng thời giảm đáng kể số lượng công nhân vận hành (từ 15-20 người xuống còn 4-6 người/ca).

Nhằm mục tiêu làm chủ công nghệ thiết kế và chế tạo hệ thống sản xuất tấm panel PU liên tục, PGS. TS. Phùng Xuân Sơn và các cộng sự tại Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội (Bộ Công Thương) đã thực hiện đề tài: "Nghiên cứu làm chủ công nghệ thiết kế hệ thống sản xuất tấm panel PU liên tục".

Đề tài nghiên cứu về việc làm chủ công nghệ thiết kế hệ thống sản xuất tấm panel PU liên tục đã hoàn thành các mục tiêu đề ra, bao gồm các nội dung chính sau:

1. Nghiên cứu tổng quan: Đã thực hiện tổng quan về công nghệ, thiết bị chế tạo tấm panel PU và các tiêu chuẩn chất lượng liên quan.

2. Chế tạo thành công tấm panel PU: Đề tài đã thành công trong việc chế tạo 120m dài tấm panel PU với độ dày lớp tôn 0,4 mm, sử dụng hóa chất Polyol C5 và Isocyanate. Các mẫu panel này không chỉ đảm bảo chất lượng tương đương với sản phẩm của các doanh nghiệp hàng đầu trong nước mà còn sử dụng hóa chất an toàn và thân thiện hơn với môi trường và con người.

3. Thiết kế hệ thống sản xuất: Nghiên cứu đã tính toán và thiết kế được một hệ thống sản xuất tấm panel PU liên tục với năng suất 2-9 m/phút, đồng thời tích hợp việc sử dụng hóa chất PU an toàn.

4. Xác định mối quan hệ công nghệ - chất lượng: Các kết quả thực nghiệm đã thiết lập được các mối quan hệ rõ ràng giữa chế độ công nghệ (nhiệt độ, vận tốc, lưu lượng) và các chỉ tiêu chất lượng của tấm panel PU (độ bền kéo, độ bền nén, độ dẫn nhiệt...). Điều này giúp doanh nghiệp dễ dàng xác định được các điều kiện công nghệ tối ưu để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

5. Làm chủ các mô-đun quan trọng: Đề tài đã tập trung làm chủ thiết kế các phần quan trọng nhất của hệ thống, bao gồm buồng gia nhiệt cho 2 lớp tôn, buồng ép sản phẩm và hệ thống phun. Đặc biệt, nghiên cứu đã đề xuất cải tiến vòi phun dạng giàn toàn bộ bề mặt để phun đồng đều hơn và loại bỏ bộ gá dịch chuyển. Các thiết bị khác như máy xả cuộn, máy cán, máy cắt, giàn nâng, bộ dán nilon, băng tải vốn đã đơn giản và có sẵn trên thị trường. Trọng tâm tiếp theo là tích hợp hệ thống tự động đồng tốc V=2-9 m/phút.

Những kết quả đạt được từ đề tài đã chứng minh khả năng làm chủ thiết kế hệ thống sản xuất tấm panel PU liên tục, mở ra tiền đề quan trọng cho việc chuyển giao công nghệ tới các doanh nghiệp sản xuất. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cũng thẳng thắn nhìn nhận những giới hạn nhất định. Cụ thể, đề tài vẫn chưa hoàn toàn làm chủ được quy trình công nghệ chế tạo đầy đủ các chi tiết, điều này đòi hỏi thêm thời gian và kinh phí đầu tư đáng kể để có thể thực sự làm chủ toàn bộ hệ thống sản xuất phức tạp và đắt đỏ này. Bên cạnh đó, các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung giải quyết bài toán tối ưu đa mục tiêu nhằm xác định bộ thông số công nghệ tối ưu, cũng như thiết kế hệ thống tích hợp thêm các mô-đun để đa dạng hóa sản phẩm (như gạch, các loại panel khác), từ đó nâng cao hiệu suất sử dụng khi thị trường biến động. Việc cải tiến hệ thống phun để đơn giản hóa chuyển động của bộ gá đầu phun và tăng năng suất phun cũng là một ưu tiên quan trọng trong các nghiên cứu sắp tới.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 21191/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)