Báo cáo thí nghiệm nhập môn kỹ thuật chuyên mục polymer

Tổng quan về polymer Định nghĩa: Polymer là một khái niệm dùng để chỉ các hợp chất có khối lượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt

KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

BỘ MÔN POLYMER

Báo Cáo Thí Nghiệm Nhập Môn Kỹ Thuật

Chuyên mục Polymer

GVHD : Trần Tấn Đạt Danh sách nhóm : 3C3_P01

1/ Cao Kim Châu 2210351 2/ Võ Chí Cường 2210449 3/ Trương Minh Lạc 2211804 4/ Đỗ Hương Giang 2210820

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 11 năm 2022

H.1.2.2: Công thức cấu tạo của chuỗi polymer

tơ nilon 6,6

PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về polymer

Định nghĩa: Polymer là một khái niệm dùng để chỉ các hợp chất có khối lượng

phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản Các mắt xích này được nối với nhau thông qua liên kết công hóa trị

Tính chất:

- Tồn tại ở dạng chất rắn và không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định mà nóng chảy ở một khoảng nhiệt độ khá rộng

- Khi nóng chảy, đa số polymer cho chất lỏng nhớt, để nguội sẽ rắn lại gọi là chất nhiệt dẻo Một số polymer không nóng chảy khi đun mà bị phân hủy, gọi là chất nhiệt rắn

- Hầu hết các polyme không tan trong nước hoặc các dung môi thông thường

Phản ứng đặc trưng:

- Phản ứng phân cắt mạch polymer

- Phản ứng giữ nguyên mạch polymer

- Phản ứng tăng mạch polymer

Đặc điểm:

- Có khả năng tái chế rất cao

- An toàn tuyệt đối với hóa chất

- Không dẫn điện và dẫn nhiệt

- Trọng lượng nhẹ

- Màu sắc vô cùng đa dạng

1.2 Phân loại

Dựa vào nguồn gốc:

- Polymer có nguồn gốc từ

- thiên nhiên như cao su, cellulose,…

- Polymer tổng hợp do con người tổng

hợp nên như polietilen, nhựa

phenol-fomanđehit…

- Polymer nhân tạo (hay được gọi là bán tổng hợp) được lấy từ Polymer thiên nhiên và chế hóa thành Polymer mới như xenlulozơ trinitrat, tơ visco,…

Dựa vào cách tổng hợp:

H.1.2.1: Công thức cấu tạo của chuỗi

polymer tinh bột

H.1.3.1: Ứng dụng của polymer trong đời sống

- Polymer trùng hợp được tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp:

(–CH2–CH2–)n và (–CH2–CHCl–)n

- Polymer trùng ngưng được tổng hợp bằng phản ứng trùng ngưng:

(–HN–[CH2]6–NH–CO–[CH2]4–CO–)n

Dựa vào cấu trúc:

- Polymer có mạch không phân nhánh, ví dụ như: PVC, PE, PS, cao su, xenlulozơ, tinh bột

- Polymer có mạch nhánh, ví dụ như amilopectin, glicogen

- Polymer có cấu trúc mạng không gian, ví dụ như rezit, cao su lưu hóa

1.3 Ứng dụng

Polymer được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực và ngành nghề của cuộc sống:

- Dùng trong sản xuất các loại vật dụng phục vụ cho đời sống hằng ngày như: ống dẫn điện, áo mưa, các sản phẩm công nghiệp

- Ứng dụng rộng rãi để thay thế cho các sản phẩm làm bằng gỗ, vải, da, thủy tinh, kim loại bởi chất dẻo này có đặc điểm nhẹ, bền, khó vỡ và màu sắc đa dạng

H.2.2.1: Hình ảnh thực tế của cao su silicon

PHẦN 2: NGUYÊN LIỆU 2.1 Nhựa UPE

- Còn được gọi là nhựa polyester không no

(unsaturated polyester)

- Một hợp chất cao phân tử và là một sản phẩm

trùng ngưng phân tử tương đối thấp giữa polyol

hoặc polyacid mà trong đó có polyol hoặc

polyacid hoặc cả hai đều chứa nối đôi

- Có thể đóng rắn ở áp suất thấp hoặc không có áp

suất, không những khi đun nóng mà ngay cả ở

nhiệt độ thường

- Được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật như làm vật liệu đúc khuôn, vật liệu cách điện trong kỹ thuật vô tuyến điện, xi măng hữu cơ, màng phủ, Và đặc biệt là ứng dụng để tổng hợp vật liệu Composite

2.2 Cao su Silicon

- Là cao su tổng hợp Được tổng hợp bằng cách

thay đổi silicon

- Tính kháng nhiệt độ cao tốt hơn các loại cao su

hữu cơ truyền thống

- Có khả năng chống lại các ozon và tia cực tím

- Độ bền kéo thấp và độ rách thấp hơn so với cao

su hữu cơ Tuy nhiên ở nhiệt độ cao, nó cho

thấy khả năng kéo và kéo tuyệt vời

- Được sử dụng cho nhiều ứng dụng như dụng cụ nấu ăn, điện tử, các ứng dụng

ô tô,

2.3 Sợi thủy tinh

- Là một vật liệu bao gồm nhiều sợi thủy tinh cực kỳ mịn

- Độ đàn hồi cao

- Khả năng cách nhiệt tốt

H.2.1.1: Hình ảnh thực tế của nhựa UPE

H.2.3.1: Hình ảnh thực tế

của sợi thủy tinh

- Khả năng chống thấm tốt

- Độ bền cao

- Ứng dụng sợi thủy tinh trong:

o Sản xuất tấm lấy sáng sợi thủy tinh composite

o Sản xuất vật liệu xây dựng

o Sản xuất các linh kiện điện tử

PHẦN 3: QUY TRÌNH CHẾ TẠO 3.1 Quy trình chế tạo sản phẩm Composite

Nhựa

UPE –

đóng rắn

Khuôn PVC dạng tấm

Tấm sợi thủy tinh

Lăn nhựa thấm lên tấm sợi

Đặt tấm sợi lên khuôn

Lăn lớp nhựa lót lên

bề mặt khuôn

Cân nhựa

M nhựa

Xác định thời gian

tấm 40x40)

Chống dính bề mặt khuôn

Làm sạch bề mặt khuôn

Cân khối lượng Msợi

( tỉ lệ nhựa / sợi thủy tinh = 6/4 )

Tấm composite

Thuyết minh qui trình chế tạo sản phẩm composite:

B ư ớc 1: Quét chống dính

Đầu tiên, trước khi lấy khuôn cần quét một lớp chống dính lên trên toàn bộ bề mặt sản phẩm Lưu ý phải quét một lớp thật kỹ cả trong lẫn ngoài vì nếu không quét chống dính thì khuôn làm ra sẽ bị dính với sản phẩm mẫu

Tác dụng của lớp chống dính là giúp trong quá trình làm khuôn thì khuôn và sản phẩm mẫu không bị dính với nhau

B

ư ớc 2: Phủ sợi thủy tinh và chấm keo polyester

Sau bước bôi chống dính là đến bước phủ sợi thủy tinh Dùng sợi thủy tinh và keo poly đắp lần lượt thành hai lớp lên bề mặt sản phẩm để lấy mặt khuôn bên ngoài Trong quá trình chấm keo poly, các bạn lưu ý nên chấm keo thật kỹ để sợi thủy tinh bám vào hết tất cả các góc cạnh của sản phẩm Việc này giúp cho việc tạo khuôn sản phẩm hạn chế được việc các góc bị mất hoặc khuyết chi tiết

Sau khi phủ sợi thủy tinh và chấm keo, chờ khoảng 4 tiếng để khuôn khô và tháo khuôn Lưu ý rằng, nên tháo khuôn ngay khi khuôn vừa mới khô Vì nếu để lâu hoặc để qua đêm thì khuôn sẽ dính rất chặt và khó tháo

Nếu trong quá trình đắp sợi thủy tinh và chấm keo thật kỹ, thì khi tháo khuôn ra sẽ rất đẹp và tất cả chi tiết đều rất sắc nét

B ư ớc 4: Đổ sản phẩm

Sau khi có khuôn rồi, chúng ta vào bước đổ sản phẩm Cũng giống như làm khuôn, ban đầu sẽ quét một lớp chống dính vào lòng khuôn và viền ngoài Vì là khuôn mới nên hãy nhớ quét chống dính thật là kỹ, nếu không thì sẽ rất khó để tách sản phẩm ra khỏi khuôn

Tùy thuộc vào loại sản phẩm và mục đích sử dụng sẽ tạo một lớp bề mặt phủ bề mặt cho phù hợp Hầu hết lớp bề mặt sẽ bao gồm chất làm cứng, sơn, gelcoat, bột đá, bột shimao… Trộn theo tỷ lệ phù hợp với từng loại

Cũng như quy trình làm khuôn, tiếp theo là đắp hai lớp sợi thủy tinh để sản phẩm kiên cố hơn Sau đó tiến hành trải một lớp nilon lên bề mặt sản phẩm để hoàn thiện Chờ

từ 4 đến 5 tiếng để sản phẩm khô và tách khuôn ngay khi sản phẩm vừa khô Sau đó chuyển sang công đoạn cuối cùng

Sau khi tách khuôn, chúng ta tiến hành cắt bỏ và mài giũa các cạnh bên ngoài của sản phẩm Cuối cùng là sơn phủ lên sản phẩm để sản phẩm được bền lâu hơn

Đúc mẫu vật bằng phương pháp lăn tay

Kỹ thuật lăn tay được thực hiện bằng cách làm ướt các sợi thủy tinh bằng một loại nhựa lỏng (có thể có hoặc không có chất làm cứng trộn vào) Sản phẩm được tạo ra bằng quy trình này quá lớn để sản xuất Kỹ thuật này được sử dụng để sản xuất các sản phẩm với số lượng nhỏ như: tàu thuyền, bồn chứa hóa chất, thùng xe tải…

3.2 Quy trình chế tạo sản phẩm đổ khuôn

Thuyết minh qui trình chế tạo sản phẩm đổ khuôn:

B ư ớc 1: Chuẩn bị phôi - lòng khuôn

Không giống như các phương pháp gia công truyền thống, trong công nghệ làm composite nhất thiết phải cần có khuôn Để làm khuôn đúc composite, bạn có thể lựa chọn một trong những phương án sau:

• Tạo mẫu nhanh bằng in 3D: Phương pháp này thường sử dụng các máy in 3D cỡ lớn để tạo hình lòng khuôn nhanh chóng

• Gia công CNC các loại vật liệu nhôm, thép, foam, nhựa, gỗ…

• Làm khuôn thủ công thông qua phương pháp cắt gọt xốp, dán gỗ, đất sét… Nếu làm khuôn đất sét, thì ta nên mua đất sét loại khá dẻo ở 1 số lò gốm, sau đó hỏi người bán cách giữ ẩm cho đất và thoải mái tạo hình mặt ngoài sản phẩm (các bề mặt cong)

Bước 2: Pha chế resin /epoxy

Thông thường, người ta sẽ dùng tỷ lệ pha chất đóng rắn là 1:10.Tuy nhiên trong thực tế, vì nhựa đông cứng quá nhanh, không kịp xử lý nên sẽ cần pha loãng hơn Chú ý

sử dụng găng tay, khẩu trang, kiếng bảo hộ

Bước 3: Đắp vải sợi gia cường

Nhựa pha đóng

rắn

Khuôn silicon

Đỗ nhựa

từ từ vào khuôn

Sản phẩm

Đuổi bọt khí có trong nhựa

Cắt các tấm vải thành miếng nhỏ rồi quét nhựa lên mô hình, chờ 5 - 10 phút khi bắt đầu dính được thì áp vải thủy tinh lên Miết đều, xong quét các lớp thứ 2 và thứ 3

Bề mặt composite thường có độ hoàn thiện không cao nên sẽ cần thêm công đoạn làm phẳng nữa

3.3 Qui trình in sản phẩm

Thuyết minh qui trình in sản phẩm:

Bước 1: Chuẩn bị khung

Khung có thể được làm bằng gỗ; hoặc hợp kim nhôm đã được rửa và phơi khô sạch sẽ Khung có thể có nhiều hình dạng khác nhau; tuy nhiên đa số được sử dụng là khung hình chữa nhật

Bước 2: Pha mực

Mực in cần phải được chuẩn bị thật kỹ đặc biệt phải phù hợp với từng chất liệu được in

Bước 3: In thử và canh tay kê

Bạn cho mực lên máng để quét lên lưới, chú ý quét đều 2 mặt rồi sấy thật khô thật khô Tiếp tục dán phim lên mặt ngoài của lưới, lấy băng dính dán 4 góc lại Sau đó, lấy tấm kính để ép phim vào lưới và đem đi phơi dưới ánh sáng mặt trời trong vòng 3 phút; hoặc dùng máy phơi, sau đó bạn có thể kiểm tra sản phẩm của mình

Bước 4: In sản lượng

Đánh giá chất lượng của bản in thử, thấy sản phẩm đạt được các tiêu chí cần thiết thì bạn bắt đầu tiến hành in hàng loạt

Bước 5: Rửa khung

H.4.1.1: Ứng dụng của sản phẩm composite đối với các ngành nghề

Sau khi phơi xong bạn gỡ phim ra thì đem khung đi rửa thật kỹ để chuẩn bị cho lần in sau

PHẦN 4: ỨNG DỤNG 4.1 Sản phẩm Composite

- Trong ngành công nghiệp sản xuất chế tạo, vật liệu nhựa composite luôn chiếm vị trí quan trọng trong số nhiều bộ phận, thiết bị như là vỏ động cơ, vỏ tên lửa,

vỏ máy bay, vỏ tàu vũ trụ, khung xe máy, vỏ ô tô, lốp xe …

- Với đặc tính chống ăn mòn và điều kiện khắc nghiệt cũng như chịu được áp lực cao, vật liệu nhựa composite được sử dụng để sản xuất ống dẫn nước sạch; ống dẫn nước thải; bể phốt nhựa composite, ống dẫn xăng dầu, bồn nhựa composite đựng hóa chất …

- Khả năng cách điện cũng khiến composite đóng vai trò quan trọng trong sản xuất hệ thống cách điện, sứ cách điện, bảng điện, sứ cầu chì …

- Ngoài ra, chúng cũng được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp chế tạo đồ chơi cho trẻ em và trang trí nhà cửa, văn phòng, sân vườn, …

H.4.2.1: Ứng dụng của sản phẩm đổ khuôn đối với các ngành nghề

H.4.3.1: Tượng thạch cao được đổ

từ khuôn silicol

Khuôn nén Các sản phẩm đặc ruột bằng Cao su

Khuôn thổi Ứng dụng trong sản xuất chai, lọ nhựa…

Khuôn đùn cát Sản phẩm thường là tượng, cổng nhôm, thép

Khuôn đúc áp lực Sản phẩm như: van dẫn khí, kèn đồng, bộ phận động cơ

Khuôn rèn dập Ứng dụng trong sản xuất ô tô, máy bay, máy nông nghiệp

Khuôn dập định hình Đồ gia dụng, thiết bị điện, điện tử

Khuôn ép nhựa Gia công các sản phẩm như bàn, ghế, dàn áo xe máy

4.3 Khuôn Silicol

- Khuôn mẫu trong sản xuất đồ chơi, quà

tặng, đồ mỹ nghệ thủ công

thất: các sản phẩm tượng điêu khắc công

giáo bằng thạch cao, vật phẩm phong

thủy…

- Khuôn mẫu sản xuất sản phẩm nhựa thủ

công: sản phẩm nhựa các loại, composite,

polyme,…

PHẦN 5: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 5.1 Sản phẩm đổ khuôn

Nhận xét: Sản phẩm nhóm em thu được là một chiếc nón, có đôi chút lệch do

phần khuôn silicon cố định chưa đúng và đều Sản phẩm thu được sau khi nhựa đông đặc

có màu trắng trong, hơi ngả sang sắc vàng (một số sản phẩm có màu vàng sẫm và đục hơn là do thành sản phẩm dày hơn, lớp nhựa phải đổ sẽ nhiều hơn nên có màu sắc đục hơn, còn chiếc nón có thành khá là mỏng, lượng nhựa dùng ít, nên màu sắc sau khi hoàn tất sẽ nhạt và trong hơn), sản phẩm có phần bọt khí khá nhiều (do sau khi đổ nhựa, còn khá nhiều bọt khí trong khuôn chưa được loại bỏ)

5.2.2 Sản phẩm ghép hình 3D Composite

Nhận xét: Sau khi đợi hỗn hợp nhựa và sợi thủy tinh khô và kết dính, chúng em

thu được tấm composite có kết cấu khá cứng, màu sắc trắng đục, có ngả sang sắc vàng, một mặt của tấm composite trơn láng, và mặt còn lại khá sần sùi (do phần sợi thủy tinh chưa thấm đủ nhựa)

PHẦN 6: BÀN LUẬN 6.1 Bàn luận về buổi thí nghiệm

- Về phòng thí nghiệm:

o Đầy đủ dụng cụ, hóa chất

o Nội quy rõ ràng, đảm bảo an toàn

o Môi trường tạm ổn

- Về giảng viên phụ trách:

o Nhiệt tình, truyền đạt nhiều kiến thức thực tế về chuyên ngành

o Trợ giúp sinh viên khi gặp khó khăn

- Về thực hành:

o Mỗi thành viên trong nhóm đều được thực hành và biết cách làm.

o Tự tạo được sản phẩm hoàn chỉnh (trừ in vì khuôn bị dính mực in cũ)

o Sau thí nghiệm, sinh viên dọn dẹp sạch sẽ, không phá các thí nghiệm khác

6.2 Bàn luận về chuyên ngành Polyme

Là ngành gắn liền với cuộc sống, ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực:

- Nhựa tổng hợp Polymer: PE, PP, PMM, PVC, PS, PPF, HDPE, PTFE,…

- Sợi tổng hợp Polymer:

o Sợi polyamid (PA hay còn gọi là nylon): Dùng để dệt lụa nylon, dệt bít tất, vải dệt kim, chỉ may

o Sợi polyester (PES): Dệt tergal (dacron), tetron, hoặc pha sợi bông với sợi viscose để dệt hàng vải pha

o Sợi polyacrylique (PAC): Dùng làm nguyên liệu dệt kim (len nhân tạo) hoặc pha với các loại sợi khác để dệt hàng vải pha

o Sợi polyvinylalcol (PVA): Dùng để dệt vải quần áo blouson, quần áo lao động, lưới đánh cá, xe dây thừng, …

o Sợi polyuréthane (PU): Dùng để dệt vải lycra hoặc pha thêm các loại sợi khác để dệt vải

o Sợi polyester – PE: Gồm 4 loại sợi cơ bản là sợi filament, xơ, sợi thô và fiberfill

- Trong y học: Hòa tan nitrocellulose trong ether và rượu để tạo ra thuốc dán Loại Polymer này được sử dụng với vai trò của băng phẫu thuật

- Hóa chất xử lí nước Polymer:

o Xử lý nước thải công nghiệp tại các nhà máy sản xuất gang thép, nhà máy mạ điện, chế biến thực phẩm,…và nước thải đô thị, nước thải nhuộm vải, thuộc da, nước thải dầu

o Dùng trong ngành công nghiệp giấy với vai trò là chất tạo độ bền khô, chất giữ ẩm và là chất trợ lọc, giúp cải thiện chất lượng giấy, tăng cường độ bền vật lý và giảm thiểu sự mất chất xơ

o Dùng làm chất phụ gia và chất kết dính trong chế biến thức ăn thủy sản

Nghiên cứu về chuyên ngành polymer đã đóng góp rất lớn vào bảo vệ môi trường, tái chế và xử lý rác thải