Nhóm 6 phương pháp spray up có điều chỉnh official (1)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BÁO CÁO ĐỀ TÀI SẢN XUẤT VẬT LIỆU COMPOSITE SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP SPRAY UP Giảng viên hướng dẫn TS Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn Nhóm sinh viên thực hiện Nhóm 6 1 Lâm Thanh Huy 18128019 2 Nguyễn Quốc Thoại 18128059 3 Nguyễn Thái Thành 18128056 4 Nguyễn Trọng Tính 18128064 Thủ đức, 52021 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 5 NỘI DUNG 6 1 GIỚI THIỆU 6 2 NGUYÊN LIỆU 7 3 ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO CỦA THIẾT BỊ 8 3 1 Khuôn 8 3 2 Súng p.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BÁO CÁO ĐỀ TÀI

SẢN XUẤT VẬT LIỆU COMPOSITE

SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP

SPRAY-UP

Giảng viên hướng dẫn: TS.Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn

Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 6

1. Lâm Thanh Huy 18128019

2 Nguyễn Quốc Thoại 18128059

3 Nguyễn Thái Thành 18128056

4 Nguyễn Trọng Tính 18128064

Thủ đức, 5/2021

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 5

NỘI DUNG 6

1 GIỚI THIỆU 6

2 NGUYÊN LIỆU 7

3 ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO CỦA THIẾT BỊ 8

3.1 Khuôn 8

3.2 Súng phun 9

3.2.1 Đầu khí 10

3.2.2 Bộ điều chỉnh lưu lượng 10

3.2.3 Vòi phun 11

3.2.4 Bình chứa (Tank) 11

3.2.5 Bộ phận cắt sợi(Chopper) 11

4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 12

5 QUY TRÌNH THI CÔNG 13

5.1 Các bước xử lý cơ bản 13

5.2 Thuyết minh quy trình 14

5.3 Quy trình chế tạo bồn tắm có sử dụng phương pháp spray-up 16

5.4 Các yếu tố ảnh hưởng trong quy trình thi công 19

5.4.1 Tay nghề 19

5.4.2 Độ nhớt của nhựa 20

5.4.3 Nhiệt độ 20

5.4.4 Styren 20

6 ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA PHƯƠNG PHÁP SPRAY-UP 216.1 Ưu điểm 216.2 Hạn chế 21

7 MỘT SỐ SẢN PHẨM COMPOSITE DÙNG PHƯƠNG PHÁP

SPRAY-UP 21

KẾT LUẬN 24

MỤC LỤC ẢNH

Hình 1 Phương pháp Spray-up 7

Hình 2 Khuôn thiết bị 9

Hình 3 Cấu tạo của súng phun 10

Hình 4 Bộ phận cắt sợi 12

Hình 5 Nguyên lý hoạt động 13

Hình 6 Sơ đồ của quá trình spray-up. 15

Hình 7 Súng phun gel coat 15

Hình 8 Súng phun nhựa / sợi 16

Hình 9 Quy trình spray-up bằng rô-bốt để sản xuất bồn tắm Robot đang sử dụng gel sợi thủy tinh cắt nhỏ. 17

Hình 10 Mặt cắt ngang của tấm composite khuôn hở ba lớp (OMC) được mô hình hóa trong hình này Tất cả các loại nhựa đều là chất dẻo polyester Lớp gel coat, tạo thành lớp ngoài của tấm laminate, được phun trực tiếp lên bề mặt của khuôn mở Lớp màng chắn được thi công sau khi gel coat đóng rắn một phần Lớp phủ bảo vệ làm giảm biến dạng không đồng nhất phát triển trong quá trình đóng rắn lớp FRP được phủ lên sau đó bởi sợi gia cố thủy tinh được cắt nhỏ Chiều dày tượng trưng của mỗi lớp được chỉ định. 19

Hình 11 Làm phương tiện giao thông 22

Hình 12 Làm thiết bị chứa nước 22

Hình 13 Làm thiết bị nội thất 23

Hình 14 Làm thiết bị công cộng 23

MỞ ĐẦU

OPEN MOLDING (khuôn hở) còn được gọi là khuôn tiếp xúc, openlaminating hay wet lay-up, là phương pháp được sử dụng lâu nhất trong ngành vậtliệu composite nền polyme để tạo ra các sản phẩm composite nhiệt rắn và nó vẫn làquy trình sản xuất được lựa chọn cho nhiều loại sản phẩm Đây là một quá trình cơbản cung cấp nhiều ưu điểm trong chế tạo composite: sử dụng công nghệ vật liệutương đối cơ bản và phương pháp sản xuất Phương pháp khuôn bao gồm việc đặtcác vật liệu gia cường phủ nhựa lỏng lên bề mặt của khuôn hở (có thể có hoặc khôngđược tráng trước bằng lớp gel coat), hoặc lên các chất nền khác chẳng hạn như khichế tạo một lớp có cấu trúc sandwich, khi sửa chữa tại chỗ bằng cách phủ một lớplót chống ăn mòn acrylic được tạo chân không gia cường trên thép, hoặc khi sửachữa tại chỗ các bồn chứa và đường ống Open molding gồm 2 phương pháp chính:hand lay-up và spray-up Trong khi hand lay-up thực hiện thao tác với các chất giacường và nhựa bằng tay thì spray-up sử dụng thiết bị phun được thiết kế riêng đểphun cả sợi và nhựa lên khuôn hoặc một chất nền thay thế.[1]

Open molding là một quy trình thường được sử dụng cho các loạt sản phẩmquy mô thấp đến trung bình, cung cấp một số ưu điểm của quy trình và sản phẩm

Có thể sản xuất các hình dạng lớn, phức tạp cũng như các sản phẩm composite nhỏhơn và đơn giản hơn Phương pháp hand lay-up không cần nhiều chi phí đầu tư cũngnhư kinh nghiệm làm việc trước đó Ngược lại, spray-up cần có thiết bị thi côngchuyên dụng (các súng phun) và yêu cầu cao về tay nghề của người thi công

Bài viết này chủ yếu tập trung vào phân tích đánh giá về phương phápphun spray-up

NỘI DUNG

1 GIỚI THIỆU

Spray up là một phương pháp được sử dụng để đúc composite Hỗn hợpnhựa được phun ra bởi không khí nén thông qua súng phun Nhựa được phun từsúng phun được phun bằng khí nén, cắt sợi thành khoảng 25-50 mm đồng thờivới nó và làm cho bề mặt khối biểu mẫu trở thành cán màng trầm tích Chất sơ-sợi làm cốt thép được cắt đồng thời Nhựa phun chạm vào chất xơ- sợi đã cắt và

cả hai đều rơi vào bảng / khuôn Quá trình có thể lặp lại để có được độ dày thiết

kế Do đó, so sánh với phương pháp đúc CFRP thông thường như nồi hấp vàVaRTM, việc rút ngắn đáng kể thời gian tạo khuôn là có thể mong đợi Tuynhiên, đòi hỏi kỹ năng cao để phun kết hợp của nhựa và sợi với độ dày đồngnhất Hơn nữa, để làm cho bề mặt nhẵn đồng thời khử khí bằng cách ấn xuốngbằng con lăn sau khi đã phun đủ số lượng nhựa quy định và việc phun lưu độngđược hoàn thành, như đối với quá trình hoàn thiện, có những vấn đề cần giảiquyết trong chất lượng giống như phương pháp hand lay up Đó là lý do tại saoquy trình làm việc phải hiệu quả và có thể dễ dàng đối phó với những thay đổithiết kế Qua đó, chất lượng của vật liệu đúc bằng phương pháp phun lên có liênquan chặt chẽ đến kỹ năng của người lao động.[2]

Như đã mô tả ở trên, phương pháp Srpay-up dựa vào bàn tay của một côngnhân, do đó có sự thay đổi, sự khác biệt của chất lượng gây ra bởi sự khác biệt về

độ khó, dễ dàng tạo ra khuyết tật của bọt khí, v.v., vì lý do để đạt được chấtlượng sự ổn định, kỹ thuật và sự kế vị kỹ năng quản lý tiên tiến là cần thiết

Ngày nay, các vật liệu gia cố bằng sợi tự nhiên đã được quan tâm rộng rãi.Đặc biệt, việc sử dụng tự nhiên vật liệu tổng hợp gia cố bằng sợi liên tục tăng domật độ thấp, chi phí thấp và thân thiện với môi trường Hơn nữa, những sợi tự nhiênnày cũng rất hữu ích để giảm sự phụ thuộc vào dầu và thải khí carbon dioxide

Hình 1 Phương pháp Spray-up

2 NGUYÊN LIỆU

 Vật liệu gia cố cho quá trình này là sợi thủy tinh, được được cắt nhỏ theochiều dài từ 10 đến 40 mm rồi dán lên khuôn Đối với việc cải thiện tínhchất cơ học, ta kết hợp các lớp vải và cắt nhỏ các lớp sợi lại với nhau.Loại vật liệu phổ biến nhất là kính E, nhưng carbon và Kevlar cũng có thểđược sử dụng[3] Continuous strand mat(CSM), vải và nhiều loại vật liệucốt lõi khác nhau được nhúng bằng tay bất cứ khi nào cần thiết Phầntrọng lượng của cốt thép trong quá trình này thường là 20 đến 40% tổngtrọng lượng của bộ phận Các vật liệu nền bao gồm phenolics và epoxidecũng được sử dụng trong các ứng dụng chuyên biệt.[1]

 Hệ thống nhựa thông dụng nhất được sử dụng cho quá trình phun lên làpolyester DCDP Nhựa isophthalic và terephthalic cũng được sử dụng chocác trường hợp phơi nhiễm mạnh hơn.Epoxy vinyl este được sử dụng cácứng dụng yêu cầu độ bền hóa học cao Nhựa polyester thường chứastyrene cho phản ứng tạo màng Nó còn có tác dụng pha loãng đến độnhớt thích hợp cho quá trình phun.[3]

 Fast-reacting nhựa với tuổi thọ nồi từ 30 đến 40 phút thường được sửdụng Nhựa thường chứa một lượng đáng kể chất độn Các chất độn phổbiến nhất là canxi cacbonat và nhôm trihydrat mate- rials Trong hệ thốngnhựa , chất độn thay thế một số chất phụ trợ; 5 đến 25% chất độn được sửdụng theo trọng lượng.[3]

 Nhựa polyester còn chứa các chất xúc tiến là cobalt napthenate và chất xúc tiến phụ trợ như diethylamin hoặc diethyamin

 Ngoài ra còn có chất xúc tác methyl ethyl keton peroxide tạo thành hệ đóng rắn ở nhiệt độ phòng.[1]

 Chất chống chảy : cũng giống như phương pháp hand lay-up, chất này có tácdụng ngăn chặn sự bám dính của nhựa vào khuôn, với những vật liệu xốpnhư gỗ, cao thạch Trước khi sử dụng chất chống chảy phải sử dụng chất làmkín Một số chất chống chảy như : wax, silicon, dầu mỏ, mỡ heo…

 Phụ gia ( chất pha loãng – dung môi) : một số chất pha loãng được dùng

để mang chất xúc tác với mục đích chống thất thoát của xúc tác gây ônhiễm khi phun Ngoài ra nó còn hoạt hóa monomer và copolymer hóatrong quá trình gel hóa và đóng rắn

3 ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO CỦA THIẾT BỊ

3.1 Khuôn

Khuôn này thiết kế khá đơn giản bởi vì quy trình này được thực hiện ở nhiệt

độ phòng với áp suất thấp Thép, gỗ, GRP và một số vật liệu khác là những vật liệuđược ứng dụng để làm khuôn cho việc tạo mẫu Khuôn có thể là khuôn đực hoặckhuôn cái Để làm bồn tắm thì sử dụng khuôn đực Trong ngành công nghiệp tàuthuyền , khuôn cái một mặt được làm từ FRP được sử dụng để là vỏ thuyền Vỏngoài của khuôn được gia cường bởi khung gỗ Khuôn được tạo ra bằng cách lậtngược khuôn đực Thường sử dụng khuôn cái cho vỏ tàu và boong tàu

Một số kích thước thân tàu có thể tạo ra bằng cách sử dụng cùng mộtkhuôn Chiều dài của khuôn có thể kéo dài hoặc làm ngắn lại bằng cách sử dụngcác đệm [3]

Hình 2 Khuôn thiết bị

3.2 Súng phun

Cấu tạo gồm 5 phần chính:

 Đầu khí (Air head)

 Bộ điều chỉnh lưu lượng (Flow regulator)

 Vòi phun hay đỉnh ( Nozzle hay peak)

 Bình chứa ( Tank)

 Bộ phận cắt sợi (Chopper)

Hình 3 Cấu tạo của súng phun

3.2.2 Bộ điều chỉnh lưu lượng

Nó xác định lượng nhựa sẽ đi ra vòi phun và thậm chí có thể thay đổi hìnhdạng của tia nhựa Nó thường nằm ở tay cầm hoặc cò súng

Nó được thực hiện bằng cách người vận hành đóng bộ điều chỉnh lưu lượng

này bằng lực của tay nhiều lần, tác động lên cò súng một áp lực lớn, áp lực này sẽ

được chuyển đến bộ điều chỉnh lưu lượng Lực này làm thay đổi bộ điều chỉnh

và tạo ra giọt nhỏ giọt

Tốt hơn là nên điều chỉnh dòng chảy từ một nguồn bên ngoài như là fluidregulator hay restrictor mà không phải là súng Bằng cách này bộ điều chỉnh lưulượng sẽ chỉ để kích hoạt và ngưng kích hoạt dòng sơn

3.2.3 Vòi phun

Đây là nơi dòng nhựa được phun ra ngoài Có nhiều loại súng phun đượctrang bị một số đầu phun có thể chuyển đổi cho nhau vì thế người vận hành cóthế chọn loại phù hợp với mục đích sử dụng

Một số nhãn hiệu súng phun có thể kể đến là Binks, Devilbiss …

Ngày nay có hơn 15 loại đầu phun có sẵn trên thị trường nhưng 3 loại đầuphun được sử dụng phổ biến nhất trong các quy trình công nghiệp là:

 Low Pressure Aspersion

Hình 4 Bộ phận cắt sợi

4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Trong hệ thống này, đầu tiên là quá trình trộn hợp nhựa/ xúc tác có thể diễn rabên trong súng(gun mixing) hay ngay trước súng Gun mixing giúp cho quá trìnhtrộn hoàn toàn diễn ra bên trong súng và giảm thiểu được khả năng ảnh hưởng tớisức khỏe của người vận hành Ngay khi các thành phần này được trộn sẽ có

.phản ứng polymer hóa xảy ra chuyển đổi hỗn hợp nhựa thành dạng rắn, có tính nhấtquán Tuy nhiên, khi nhựa được nguyên tử hóa thành dạng phun, khi phun sương thì

tỉ lệ nhựa/xúc tác dạng chuyển đổi giảm và tăng khả năng phát thải styrene Thànhphần sợi được thêm vào đi theo các roving (có thể một hoặc nhiều roving) sẽ đưacác sợi di chuyển theo hình mô tả vào trong súng phun sẽ có bộ phận chopper để cắtchúng theo độ dài đã xác định trước và đẩy nó tới hỗn hợp nhựa/xúc tác để giảmđược sự phát thải các chất trong quá trình phun Các sợi được cắt nhỏ này sẽ đượcphun ra song song với vòi phun hỗn hợp nhựa/xúc tác

Súng phun Airless được sử dụng phổ biến vì chúng kiểm soát tốt mẫu phun

và giảm được sự thoát đi của các chất dễ bay hơi Trong hệ thống Airless, áp suấtthủy lực được sử dụng để phân phối nhựa qua các vòi phun để phá hủy dòngnhựa thành các giọt tia nhỏ và sau đó trở nên bão hòa với việc gia cường.[3]

Hình 5 Nguyên lý hoạt

động 5 QUY TRÌNH THI CÔNG

Quá trình spray-up được sử dụng để tạo ra các bộ phận tùy chỉnh và bán tùychỉnh từ nhỏ đến lớn với số lượng từ nhỏ đến trung bình Trong trường hợp độ bềncủa sản phẩm không quá quan trọng, thì spray-up là lựa chọn phù hợp hơn Bồn tắm,

bể bơi, vỏ thuyền, bể chứa, ống dẫn và thiết bị xử lý không khí, và các bộ phận đồnội thất như ghế ngồi là một số ứng dụng thương mại của quy trình này

5.1 Các bước xử lý cơ bản

5.2 Thuyết minh quy trình

Các bước xử lý được sử dụng trong quá trình spray-up rất giống với cácbước trong quá trình wet lay-up Trong quá trình này, đầu tiên chất tháo khuôn(chống dính) được phủ lên khuôn và sau đó một lớp gel coat được phủ lên Gelcoat được để trong 2 giờ, cho đến khi nó cứng lại Khi lớp gel cứng lại, súngphun được sử dụng để phủ hỗn hợp nhựa sợi lên bề mặt khuôn Súng phun cắtcác cuộn sợi liên tục đi vào (một hoặc nhiều cuộn sợi) theo chiều dài xác địnhtrước và đẩy nó qua hỗn hợp nhựa / chất xúc tác như thể hiện trong Hình 1.[4]Lớp gel coat lỏng được thi công với độ dày chính xác bằng cách sử dụng thiết bịphun phù hợp (Hình 2) Sau một thời gian đóng rắn thích hợp của lớp gel, nhựalỏng và sợi cắt nhỏ đồng thời được phủ trên bề mặt phủ gel từ thiết bị phun vàsúng phun chuyên dụng (Hình 3).[5]

Quá trình trộn nhựa / chất xúc tác có thể diễn ra bên trong súng (trộn súng)hoặc ngay phía trước súng Bộ phận trộn nằm trong súng giúp trộn đều nhựa và chấtxúc tác bên trong và sẽ giảm thiểu các mối lo ngại về nguy cơ sức khỏe của ngườivận hành Trong khi loại khác, chất xúc tác được phun qua hai vòi phun bên vào vỏnhựa Súng phun không có không khí đang trở nên phổ biến vì chúng cung

cấp các kiểu phun được kiểm soát nhiều hơn và giảm phát thải các chất bay hơi.Trong một hệ thống không có không khí, áp suất thủy lực được sử dụng để phânphối nhựa thông qua các vòi phun đặc biệt để phân tán dòng nhựa thành các giọtnhỏ sau đó trộn lẫn với sợi và bám lên bề mặt Trong hệ thống súng phun phunsương bằng không khí, không khí có áp suất được sử dụng để phân phối nhựa.

Hình 6 Sơ đồ của quá trình spray-up.

Hình 7 Súng phun gel coat

Hình 8 Súng phun nhựa / sợi

Trong quá trình spray-up, độ dày lớp laminate phụ thuộc với kiểu phun vàchất lượng của laminate phụ thuộc vào kỹ năng của người vận hành Sau khi vậtliệu được phun lên khuôn, chổi hoặc con lăn được sử dụng để loại bỏ không khí

bị cuốn vào cũng như đảm bảo làm ướt sợi tốt.[4] Các layer fabric, continuousstrand mats (CSM), woven roving (WR) hoăc multiaxial fabric cũng được thêmvào giữa các lớp được tạo ra trong quá trình phun để thay đổi cơ tính vật liệu,nhưng chúng phải được làm ước bằng nhựa lỏng bằng cách sử dụng tay hoặcthông qua một súng phun không có bộ phận cắt sợi[5] Quá trình đóng rắn củanhựa được thực hiện ở nhiệt độ phòng và có thể mất từ 2 đến 4 giờ, tùy thuộcvào cấu trúc hóa học của nhựa Sau khi đóng rắn, sản phẩm được tháo ra và kiểmtra các yêu cầu về kết cấu và hoàn thiện

5.3 Quy trình chế tạo bồn tắm có sử dụng phương pháp spray-up

Quy trình chế tạo bồn tắm được mô tả dưới đây để có thể hiểu rõ hơn về kỹthuật spray-up trong sản xuất vật liệu composite Có hai loại bồn tắm có sẵn trên thịtrường: một loại có bề mặt phủ gel coat và một loại có bề mặt phủ acrylic Trong cảhai sản phẩm này, lớp gel coat hoặc acrylic được phủ trên khuôn trước tiên và sau đó

là vật liệu hỗn hợp (nhựa, sợi…) được sử dụng làm vật liệu laminate nền Lớp hoànthiện bằng acrylic dày hơn chắc chắn hơn so với bồn tắm hoàn thiện bằng lớp gelcoat nhưng chúng đắt hơn khoảng 100 đô la Vì lý do này, bồn tắm làm từ acrylicđang chiếm ưu thế trong các mặt hàng xa xỉ như bồn tạo sóng, trong

khi bồn tắm hoàn thiện bằng lớp phủ gel coat chiếm ưu thế trên thị trường hànghóa rộng lớn hơn Trong sản xuất bồn tắm hoàn thiện bằng lớp phủ gel coat,bước đầu tiên là phủ một lớp chất chống dính lên khuôn đực và sau đó phủ lớpgel isopolyester Lớp gel này có chứa lượng lớn bột màu với màu trắng titan(titanium dioxide) và chứa đầy khoáng chất, bột talc và silica để giảm hàm lượngstyren Mục đích của lớp phủ gel coat là để có được bề mặt có độ bóng cao trênchi tiết Khi lớp gel coat cứng lại, một lớp màng chắn barrier coat màu đen sẽđược phủ lên để ngăn sợi in xuyên qua Sau đó, cả lớp gel coat và barrier coatđều được đóng rắn trong tủ sấy.

Hình 9 Quy trình spray-up bằng rô-bốt để sản xuất bồn tắm.

Robot đang sử dụng gel sợi thủy tinh cắt nhỏ.

Đối với bồn tắm acrylic thành phẩm, thay vì dùng khuôn đực, khuôn cái sẽđược sử dụng để làm khuôn cho bồn Tấm acrylic trước tiên được làm nóng và sau

đó tạo môi trường chân không ở bên trong khuôn Sau khi tấm acrylic đông cứng, nóđược lấy ra khỏi khuôn Tấm acrylic cứng bây giờ đủ cứng để làm khuôn đực Tấmacrylic được đặt trên một kệ phù hợp và sau đó vật liệu composite được phủ