Nhựa HIPS (High Impact Polystyrene) là một loại nhựa nhiệt dẻo thuộc nhóm Styrene ở trạng thái nguyên sinh có màu trắng đục hoặc trắng mờ, sở hữu bề mặt láng mịn, có độ bóng tự nhiên và đồng nhất. Các nhà sản xuất cũng dễ dàng pha màu cho nhựa HIPS để tạo ra thành phẩm có màu sắc đa dạng. Hệ thống tiêu chuẩn quốc tế (ASTM) phân loại nhựa HIPS thuộc nhóm tái chế số 6.
Bài viết này phân tích chi tiết đặc tính kỹ thuật, mức độ an toàn sức khỏe và các ứng dụng thực tế của nhựa HIPS trong đời sống và công nghệ in 3D.
Nhựa HIPS là gì?
Nhựa HIPS (High Impact Polystyrene) là vật liệu nhựa nhiệt dẻo được hình thành từ quá trình trùng hợp giữa Polystyrene và phụ gia cao su Polybutadiene (tỷ lệ 5-15%). Cấu trúc hóa học này giúp vật liệu khắc phục hoàn toàn nhược điểm giòn của nhựa PS thông thường, đồng thời gia tăng đáng kể khả năng chịu va đập. Các nhà sản xuất cũng dễ dàng pha màu cho nhựa HIPS để tạo ra thành phẩm có màu sắc đa dạng.
Nhựa HIPS có các đặc trưng:
- Màu sắc và mùi: có màu trắng đục hoặc trong mờ và hoàn toàn không có mùi.
- Tỷ trọng: Khối lượng riêng nằm trong khoảng 1.04 – 1.06 g/cm³.
- Nhiệt độ gia công: Nhựa nóng chảy và định hình tốt ở nhiệt độ từ 230°C đến 250°C.
- Độ bền va đập: HIPS sở hữu khả năng chịu va đập vượt trội so với GPPS
- Độ ổn định kích thước: duy trì hình dáng tốt sau khi gia công, ít bị co rút
- Khả năng chịu nhiệt (Hạn chế): chỉ dao động trong khoảng 71°C đến 87°C
- Khả năng kháng hóa chất: chịu được axit và kiềm nhẹ, nhưng kém bền đối với các dung môi hữu cơ, đặc biệt là Ketone, Este và các loại dầu thơm.
Nhựa HIPS có an toàn cho sức khỏe không?
Mức độ an toàn của nhựa HIPS phụ thuộc vào điều kiện sử dụng và các chứng nhận chất lượng đi kèm.
- Độ an toàn hóa học: Nhựa HIPS không chứa chất độc hại, không gây mùi và có khả năng ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn.
- Tiêu chuẩn thực phẩm và y tế: Các sản phẩm nhựa HIPS đạt chứng nhận FDA (Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ) hoặc NSF đủ tiêu chuẩn để sản xuất bao bì thực phẩm và dụng cụ y tế.
Lưu ý khi sử dụng: Nhựa HIPS chịu nhiệt kém và bắt đầu biến dạng ở nhiệt độ trên 85°C. Người dùng tuyệt đối không sử dụng hộp nhựa HIPS trong lò vi sóng hoặc đựng thực phẩm quá nóng để đảm bảo an toàn.
Ứng dụng phổ biến của nhựa HIPS trong sản xuất sản phẩm
Nhựa HIPS có khả năng ứng dụng đa dạng trong nhiều ngành công nghiệp nhờ đặc tính dễ gia công và giá thành rẻ.
Ngành bao bì thực phẩm: hũ sữa chua, khay đựng thịt cá, hộp đựng thực phẩm mang đi (take-away) và khay trứng
Lĩnh vực y tế: khay đựng dụng cụ, hộp phân loại thuốc và các thiết bị y tế dùng một lần yêu cầu độ vệ sinh cao.
Điện tử và công nghiệp: vỏ tivi, vỏ máy tính, băng cassette, ổ cắm điện, bảng mạch và các linh kiện kỹ thuật chịu lực trung bình
Đồ gia dụng: đồ chơi trẻ em, vỏ bút viết và hộp đựng đa năng thường được sản xuất từ nhựa HIPS.
Ngành công nghiệp ô tô, xe máy: tấm ốp cửa và các chi tiết trang trí nội thất, các chi tiết vỏ xe máy
Quảng cáo và trưng bày: trưng bày, giá đỡ sản phẩm, đạo cụ trang trí, loại biển báo trong nhà, ki-ốt thông tin
Ưu và nhược điểm của nhựa HIPS
Việc lựa chọn nhựa HIPS cần dựa trên sự cân nhắc kỹ lưỡng giữa hiệu quả kinh tế và giới hạn kỹ thuật.
Ưu điểm:
- Chi phí nguyên liệu thấp, giúp tối ưu giá thành sản phẩm.
- Khả năng chịu va đập vượt trội so với nhựa PS thường.
- Quá trình gia công dễ dàng (cắt, dán, uốn nhiệt, in ấn).
- Khả năng tái chế 100% (mã tái chế số 6), thân thiện với môi trường nếu được xử lý đúng cách.
Nhược điểm:
- Khả năng chịu nhiệt kém, không chịu được nhiệt độ cao.
- Dễ bị ố vàng và giòn gãy khi tiếp xúc lâu dài với tia UV (ánh nắng mặt trời).
- Dễ cháy và có khả năng kháng hóa chất thấp hơn so với nhựa PP hoặc ABS.
So sánh Nhựa HIPS với ABS và PP
Các kỹ sư vật liệu đánh giá HIPS, ABS và PP dựa trên các tiêu chí về cơ tính, khả năng chịu nhiệt và tính chất gia công để quyết định vật liệu phù hợp cho dây chuyền sản xuất. Dưới đây là bảng dữ liệu đối chiếu trực tiếp các thông số kỹ thuật của ba loại nhựa này.
| Tiêu chí so sánh | Nhựa HIPS | Nhựa ABS | Nhựa PP |
| Độ bền va đập | Tốt. Chịu được lực tác động vừa phải nhờ pha cao su. | Rất cao. Cứng và bền bỉ hơn HIPS, chịu lực va đập mạnh tốt. | Cao. Có độ dẻo dai tuyệt vời, khó bị nứt vỡ (tính đàn hồi cao). |
| Khả năng chịu nhiệt | Thấp. Biến dạng ở 70°C – 85°C. Không dùng được trong lò vi sóng. | Trung bình. Chịu nhiệt khoảng 90°C – 100°C. | Khá. Chịu nhiệt lên tới 100°C – 120°C. An toàn trong lò vi sóng. |
| Kháng hóa chất | Kém. Bị ăn mòn bởi dung môi hữu cơ (Limonene, Acetone) và xăng dầu. | Trung bình. Chịu được một số axit/kiềm nhưng tan trong Acetone. | Xuất sắc. Kháng hầu hết các loại axit, bazơ, dung môi và dầu mỡ. |
| Gia công hậu kỳ | Dễ nhất. Bám sơn, bám keo dán cực tốt. Dễ chà nhám. | Dễ. Có thể đánh bóng bằng hơi Acetone. | Khó. Bề mặt trơ, khó bám sơn và khó dán keo (cần xử lý bề mặt). |
| Độ ổn định kích thước | Tốt. Ít co rút, giữ form tốt khi in 3D hoặc ép phun. | Kém hơn. Dễ bị cong vênh (warping) khi nguội nếu không kiểm soát nhiệt. | Kém. Có độ co rút cao khi đúc khuôn. |
| Chi phí nguyên liệu | Thấp. Phù hợp sản xuất hàng loạt giá rẻ. | Trung bình – Cao. Đắt hơn HIPS và PP. | Thấp. Cạnh tranh trực tiếp với HIPS về giá. |
Vai trò đặc biệt của HIPS trong công nghệ In 3D FDM
Trong kỹ thuật in 3D FDM, nhựa HIPS giữ vai trò là vật liệu hỗ trợ (support material) chuyên dụng cho nhựa ABS.
Cơ chế hoạt động dựa trên đặc tính hóa học khác biệt của HIPS: vật liệu này tan hoàn toàn trong dung môi Limonene (chiết xuất từ vỏ cam chanh). Khi in các mẫu ABS có cấu trúc phức tạp hoặc phần treo (overhang), máy in sẽ sử dụng HIPS để làm giá đỡ. Sau khi hoàn tất, người dùng ngâm mẫu vật vào dung dịch Limonene để HIPS tan biến, để lại sản phẩm ABS hoàn thiện với bề mặt láng mịn mà không cần cắt gọt thủ công.
