Nghiên cứu công nghệ ép định hình tạo sản phẩm mỹ nghệ từ bột than đá

Tuy nhiên, do công nghệ khai thác phát triển mạnh việc sử dụng máy móc nên nguồn nguyên liệu cho nghề thủ công mỹ nghệ này ngày càng khan hiếm. Nghề chạm, khắc các sản phẩm mỹ nghệ than đá và đa dạng hóa sản phẩm phục vụ du lịch, Sở Khoa học và Công nghệ đã tham mưu cho UBND tỉnh triển khai thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ ép định hình tạo sản phẩm mỹ nghệ từ bột than đá”. Sau 2 năm triển khai thực hiện đề tài, Liên minh Hợp tác xã Doanh nghiệp ngoài quốc doanh tỉnh Quảng Ninh đã đạt được kết quả như sau:

1. Xác định thành phần hóa học của than đá tự nhiên:

Than được tạo thành qua các quá trình: Xác thực vật → Than bùn → Than nâu → Than đá → antraxit → grafit. Quá tình biến đổi trên kéo dài hàng triệu năm, tính chất của than thay đổi dần theo quy luật cho tới khi không còn dấu vết thực vật ban đầu. Đại bộ phận các mỏ than Quảng Ninh là Antraxit biến tính cao có cấu trúc mạch ngang và mạch dọc. Thành phần hữu cơ bản bao gồm các hợp chất hữu cơ (gồm các nguyên tố Cacbon ©, hydro (H), oxy (O), Nito (N), Lưu huỳnh (S) và các hợp chất vô cơ (gồm cacbonat, sunfat, silicat, sunfua… và một số nguyên tố hiếm như Be, B, Ge, Zr…)

2. Lựa chọn keo kết dính phù hợp với công nghệ:

Trong công nghiệp ép định hình sản phẩm mỹ nghệ từ bột than đá, lượng keo kết dính chiếm một phần không nhỏ trong khối lượng sản phẩm. Để kết dính các hạt than đá thành khổi lớn, đề tài đã lựa chọn thử nghiệm 03 loại keo kết dính là : Keo bitum, keo bitum – epoxy và keo composit – exopy trên 03 loại nguyên liệu (than Khe Chàm, Đèo Nai và Mạo Khê) với các tỷ lệ keo khác nhau. Kết quả thử nghiệm đã chọn được keo composit – epoxy với tỷ lệ 25% phù hợp với công nghệ ép định hình. Sản phẩm tạo ra có độ bền nén, tỷ lệ vỡ vụn, độ bóng… cao hơn than đá tự nhiên.

Bảng 1 . Kết quả thử nghiệm keo composite – epoxy 25%

3. Lựa chọn kích thước hạt nguyên liệu:

Do kích thước hạt keo composit – epoxy không bằng than đá tự nhiên, do vậy cần phối trộn hạt than có kích thước khác nhau để giam tối đa lượng keo. Đề tài đã sử dụng các hạt than đá có kích thước khác nhau: 70-80Mm; 110-120Mm; 160-170Mm;210-220Mm;290-300Mm đế ép với keo composit – eposy 25%. Kết quả thử nghiệm đã lựa chọn được tỷ lệ cấp hạt tối ưu gồm :10% 80Mm + 15% 110Mm + 50% 200Mm + 25% keo composit – eposy. Sản phẩm tạo ra có độ kín khít giữa các hạt tương đương than đá tự nhiên và tính chất cơ lý tốt hơn than đá tự nhiên.

4. Xác định lực ép tối ưu:

Các sản phẩm mỹ nghệ từ bột than đá được ép từ các hạt than có kích thước nhỏ (80-200Mm) nên tổng diện tích xúc bề mặt giữa các hạt này là rất lớn. Để tạo ra khả năng tiếp xúc tốt giữa keo và hạt than cần phải có môt lực ép nhất định. Áp lực ép phụ thuộc rất nhiều yếu tố trong đó có hình dáng và kích thước sản phẩm. Đề tài thử nghiệm ép một số phôi có kiểu dáng, kích thước khác nhau với tỷ lệ cấp hạt tối ưu đã xác định ở trên trong khoang lực ép từ 15kg/cm2 – 30kg/cm2. Kết quả thử nghiệm đã xác định được lực ép tối ưu đối với các phôi có mặt phẳng là 25kg/cm2; đối với phôi có hình dáng phức tạp (lọ hoa mỹ nghệ hoặc tượng) là 30kg/cm2.

5. Thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị ép định hình sản phẩm:

Các thiết bị ép định hình sản phẩm mỹ nghệ từ bột than đá được thiết kế, chế tạo thành công bao gồm:

- Máy ép thủy lực với các thông số kỹ thuật : Áp suất trên mặt khuôn ép tối đa 100kg/cm2; Tổng áp lực trên bàn ép: 50 tấn; Khe hở giữa hai bàn ép tối đa: 500mm; Đường kính bên trong piston từ 120-150mm; Thời gian nâng bàn ép: 10 giây; Thời gian giữ áp lực: 20 phút; Kích thước của bàn ép: 1200mm x 780mm; Kích thước bao của máy ép: 1300 x 780 x 3000mm; Máy ép trực tiếp lên khuôn; Mỗi lần ép được 2-4 khuôn; Nguồn động lực: Động cơ điện 3 pha công suất = 7,5kw và hệ thống ben thủy lực; Hướng nạp khuôn: Theo chiều ngang của máy ép.

- 3 mẫu khuôn sản phẩm (hình hộp chữ nhật 250mm, lọ hoa mỹ nghệ cao 600mm và tượng bán thân Hồ Chủ tịch (600x600x400mm) được chế tạo bằng máy CNC phay khuôn trên thép khối, đạt tiêu chuẩn độ cứng và lực ép theo thiết kế.

Hệ thống thiết bị đã được bàn giao và lắp đặt cho Công ty TNHH Long Ba, Cẩm Phả, Quảng Ninh.

6. Xây dựng quy trình công nghệ ép định hình sản phẩm mỹ nghệ từ bột than đá:

Quy trình công nghệ ép định hình các sản phẩm mỹ nghệ từ bột than đá bao gồm 4 công đoạn sản xuất:

- Công đoạn gia công nguyên liệu bột than đá.

- Công đoạn phối trộn nguyên liệu và keo.

- Công đoạn ép định hình sản phẩm.

- Công đoạn hoàn thiện sản phẩm.

7. Chuyển giao công nghệ và tổ chức sản xuất thử nghiệm:

Sau khi được đào tạo, chuyển giao công nghệ, Công ty TNHH Long Ba đã tổ chức sản xuất thử nghiệm 03 loại sản phẩm: Đĩa mỹ nghệ kích thước 250x250mm; lọ hoa mỹ nghệ cao 600mmm và tượng bán thân Hồ Chủ tịch kích thước 600x600x400mm. Các sản phẩm được các nghệ nhân đánh giá có tính chất cơ lý tốt hơn than đá tự nhiên, độ bóng tương đương than đá tự nhiên, thời gian gia công được rút ngắn, hạn chế được bụi trong quá trình chạm khắc…

Tóm lại đề tài đã hoàn thành tốt các mục tiêu đề ra. Kết quả nghiên cứu có giá trị khoa học và giá trị thực tiễn cao; khẳng định sự thành công mỹ mãn của công nghệ ép định hình các sản phẩm mỹ nghệ từ bột than đá lần đầu tiên được nghiên cứu, triển khai tại Quảng Ninh. Đồng thời đây cũng là căn cứ thực tiễn để tỉnh xem xét, tiếp tục đầu tư nghiên cứu nhằm tạo ra nhiều sản phẩm mỹ nghệ mới từ than đá có kích thước lớn hơn như hòn non bộ, tượng cỡ lớn… góp phần đa dạng hóa mẫu mã sản phẩm, đáp ứng nhu cầu phục vụ khách du lịch và mở ra một hướng ứng dụng mới trong trang trí công trình xây dựng dân dụng.