Nghiên cứu vật liệu compoisite chế tạo khuôn ép có độ bền cơ học cao tạo hình sản phẩm gốm, sứ dân dụng

Pha nền là pha liên tục để liên kết các pha còn lại tạo thành vật liệu kết hợp, còn pha cốt phân bố không liên tục trong vật liệu và bị pha nền bao bọc để hình thành khối trong vật liệu.

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THỦY TINH CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NC SÀNH SỨ THỦY TINH CN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

Đề tài: “Nghiên cứu vật liệu composite chế tạo khuôn ép có độ bền cơ học cao tạo hình sản phẩm gốm, sứ dân dụng””

Chủ nhiệm đề tài: K.S Phan Thị Thúy Nga

Cán bộ phối hợp: Th.S Hoàng Bá Thịnh

K.S Đào Hà Quang

Cộng tác viên: K.S Cao Nhật Quang

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp

Đơn vị phối hợp: - Viện Vật liệu xây dựng

- Cơ sở sản xuất khuôn

- Cơ sở sản xuất gốm sứ Khánh Ngát

- Cơ sở sản xuất gốm sứ Dương Oanh Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài

MỤC LỤC

1 Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu cho nghiên cứu thử nghiệm 19

PHẦN I- TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE

Vật liệu composite ( Hay còn gọi là compozit) là loại vật liệu kết hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo lên vật liệu mới với những tính năng hơn hẳn những vật liệu ban đầu khi các vật liệu này làm việc riêng rẽ Do đó nếu chọn được những tính trội của từng vật liệu riêng rẽ rồi kết hợp lại với nhau thành vật liệu tổ hợp sẽ có nhiều tính trội Vì vậy, vật liệu composite có thể hiểu là loại vật liệu kết hợp các tính trội của vật liệu riêng rẽ Nhờ có những đặc tính trội có thể tạo ra trong composite nên phạm vi ứng dụng rất rộng trong các ngành công nghệ Do đặc điểm thành phần cấu trúc trong composite có nhiều chất và tồn tại

ở các pha khác nhau trong đó có pha chủ yếu gọi là pha nền, các pha còn lại gọi chung là pha cốt Pha nền là pha liên tục để liên kết các pha còn lại tạo thành vật liệu kết hợp, còn pha cốt phân bố không liên tục trong vật liệu và bị pha nền bao bọc để hình thành khối trong vật liệu Do đó bằng con đường kết hợp nhằm tạo các pha có bản chất khác nhau theo yêu cầu của cấu trúc vật liệu định trước Vì vậy vật liệu composite được tạo thành từ một hoặc một số pha khác nhau về bản chất hoá học, hầu như không tan lẫn nhau, nối ghép với nhau bằng bề mặt phân chia pha theo các cơ cấu khác nhau do sự can thiệp của con người theo yêu cầu

để thiết kế trước cho từng vật liệu cụ thể để khai thác các tính trội của từng pha trong vật liệu composite [I-9]

Đặc điểm của vật liệu composite:

Vật liệu composite là vật liệu nhiều pha khác nhau về bản chất, các pha phân các nhau bằng bề mặt phân chia pha trong đó pha chủ hay pha nền chiếm tỷ

lệ xác định đóng vai trò trong liên kết với các pha còn lại Nếu vật liệu có hai pha thì pha liên tục trong khối vật liệu là pha nền, còn pha không liên tục phân bố gián đoạn và được pha nền bao bọc gọi là pha cốt

Đặc điểm thứ hai, trong composite thì tỷ lệ các pha, hình dạng và kích thước

từng pha được phân bố theo quy luật định trước của người thiết kế tạo vật liệu

Đặc điểm thứ ba, tính chất các pha thành phần sẽ tạo được tính chất chung trội hơn của vật liệu so với các pha thành phần

Tuy vậy tính chất của composite không phải bao gồm tất cả các tính chất

của các pha thành phần tạo thành vật liệu, mà chỉ lựa chọn những tính chất tốt và phát triển thêm do những quy luật kết hợp của các pha thành phần

Thành phần của vật liệu composite:

 Pha nền trong vật liệu composite:

Trong vật liệu composite thì pha nền làm nhiệm vụ liên kết các phần tử của

pha không liên tục (pha cốt) để tạo khối vật liệu thống nhất có sự phân bố định trước Pha nền giúp cho vật liệu có khả năng gia công tạo hình các chi tiết theo thiết kế do khả năng liên kết giữa pha nền và pha cốt và che phủ bao bọc pha cốt tạo tính năng bảo vệ và cơ tính tốt hơn khi làm việc trong các môi trường khác nhau

Pha nền được hình thành từ các vật liệu hay các chất khác nhau như kim loại, các chất hữu cơ, các hợp chất vô cơ dưới dạng nguyên tố hay các hợp chất oxit và nền hỗn hợp giữa các chất đó

Tính chất của pha nền ảnh hưởng trực tiếp đến tính công nghệ và tính sử

dụng của composite trong các điều kiện về môi trường lựa chọn Ngoài ra giữa

nền và cốt có sự phối hợp sẽ tạo được tính năng phân bố và truyền lực tác dụng

vào vật liệu composite, khả năng bảo vệ trong các môi truờng dễ hơn các vật liệu

truyền thống

 Pha cốt trong vật liệu composite:

Pha cốt là pha không liên tục, phân bố ở trong pha nền Về bản chất pha cốt trong vật liệu compozit là tăng cường các tính năng cho vật liệu dựa vào tính năng của vật liệu làm cốt, do đó pha cốt rất đa dạng tuỳ thuộc yêu cầu về tính

chất của composite Đối với composite kết cấu thì cốt cần phải có tính bền cơ

cao, mô đun đàn hồi lớn Cốt có thể ở dạng hạt hay sợi làm bằng vật liệu kim loại, phi kim, các hợp chất vô cơ, các hợp chất hữu cơ như xenlulo… Hình dạng, kích thước, hàm lượng của vật liệu và sự phân bố nó trong pha nền có ảnh hưởng

rất lớn đến tính chất của composite Cốt có thể phân bố theo mặt phẳng và trong không gian của khối vật liệu composite nhằm tăng cường những tính chất cơ lý

của vật liệu

Những vật liệu composite đơn giản đã có từ rất xa xưa Khoảng 5000 năm trước công nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để tránh bị cong vênh khi phơi nắng Và điển hình của composite chính

là hợp chất được dùng để ướp xác của người Ai Cập

Chính thiên nhiên đã tạo ra cấu trúc composite trước tiên, đó là thân cây gỗ,

có cấu trúc composite, gồm nhiều sợi xenlulo dài được kết nối với nhau bằng licnin Kết quả của sự liên kết hài hòa ấy là thân cây vừa bền, vừa dẻo – một cấu trúc composite lý tưởng

Người Hy Lạp cổ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất, đá, cát, sỏi làm vật liệu xây dựng Và ở Việt Nam, ngày xưa truyền lại cách làm nhà bằng bùn trộn rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khi khô tạo ra lớp vật liệu cứng, mát về mùa hè và

ấm vào mùa đông

Mặc dù composite là vật liệu đã có từ lâu, nhưng ngành khoa học về vật liệu composite chỉ mới hình thành gắn với sự xuất hiện công nghệ chế tạo tên lửa ở

Mỹ từ những năm 1950 Từ đó đến nay, khoa học công nghệ vật liệu composite

đã phát triển trên toàn thế giới và có khi thuật ngữ “ vật liệu mới” đồng nghĩa với

“ vật liệu composite” [I -15]

Thường phân loại vật liệu composite theo ba dạng:

Phân loại theo vật liệu như vật liệu composite polymer, vật liệu composite cacbon, vật liệu composite gốm, vật liệu composite kim loại, …

Phân loại theo bản chất vật liệu nền và cốt:

Composite nền hữu cơ: composite nền giấy (Các tông), composite nền nhựa, nền nhựa đường, nền cao su ( tấm hạt, tấm sợi, vải bạt, vật liệu chống thấm, lốp

ô tô xe máy)…

Composite nền khoáng chất: Bê tông, bê tông cốt thép, composite nền gốm… Composite nền kim loại: nền hợp kim titan, nền hợp kim nhôm,…Thường kết hợp với cốt liệu dạng sợi kim loại, sợi khoáng

Theo hình dạng cốt liệu:

Vật liệu composite cốt sợi: Sợi là loại vật liệu có một chiều kích thước ( gọi

là chiều dài) lớn hơn rất nhiều so với hai chiều kích thước không gian còn lại Theo hai chiều kia chúng phân bố gián đoạn trong vật liệu composite, còn theo chiều dài thì chúng có thể ở dạng liên tục hay gián đoạn Ta thường thấy các loại vật liệu cốt sợi này gắn liền với từ composite trong tên gọi Các sản phẩm composite dân dụng thường là chế tạo từ vật liệu composite cốt sợi, trên nền nhựa là chủ yếu

Vật liệu composite cốt hạt: Hạt là loại vật liệu gián đoạn, khác sợi là không

có kích thước ưu tiên Loại vật liệu composite cốt hạt phổ biến nhất chính là bê tông thường được gọi ngắn gọn chỉ là bê tong

Vật liệu composite cốt hạt và sợi

Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu về vật liệu composite chế tạo khuôn ép

có độ bền cơ học cao tạo hình sản phẩm gốm, sứ dân dụng Đó chính là vật liệu

composite nền khoáng chất là thạch cao Đề tài “Nghiên cứu vật liệu composite

chế tạo khuôn ép có độ bền cơ học cao tạo hình sản phẩm gốm, sứ dân dụng”

được thực hiện theo Hợp đồng Số 01.11.RD/HĐ-KHCN ký ngày 18 tháng 02

năm 2011 giữa Bộ Công Thương và Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp

Mục tiêu của đề tài là:

- Chọn được các nguyên liệu cho nghiên cứu thử nghiệm và ch ế thử

- Xác định được các kỹ thuật s ử dụng, phối trộn vật liệu

- Xác định được kỹ thuật tạ o hình

- Xác định đơn phối liệu

- Xây dựng đươ ̣c quy trình s ử dụng vật liệu composite làm khuôn

- Sản xuất thử 30 sản phẩm khuôn các loại đạt các chỉ tiêu kỹ thuật:

+ Độ bền uốn vật liệu Ru: ≥ 2,7 MPa

+ Độ bền nén vật liệu Rn : ≥ 13,5MPa

+ Độ bền sử dụng: hàng nghìn lần

Nội dung nghiên cứu:

- Khảo sát nguyên liệu và phân tích thành phần hóa, khoáng phục vụ nghiên cứu và sản xuất

- Nghiên cứu lựa chọn loại nhựa có cường độ cơ học cao để pha chế, tổng hợp vật liệu chế tạo khuôn

- Thử nghiệm xác định đơn phối liệu và thông số tổng hợp vật liệu trong

phòng thí nghiệm

- Nghiên cứu xây dựng quy trình sử dụng vật liệu composite làm khuôn Sản xuất thử nghiệm

- Đánh giá chất lượng, thử nghiệm sản phẩm

PHẦN II - CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tuyệt đại đa số sản phẩm gốm sứ đặc biệt là các sản phẩm gốm mịn đều

phải dùng khuôn thạch cao do khả năng hút, nhả nước

Thạch cao ( Gypsum) là khoáng vật trầm tích hay phong hóa rất mềm, với

thành phần là muối can xi sulfat ngậm 2 phân tử nước (CaSO4 2H2O- Dihydrat

sulfat canxi với 21% nước kết tinh) Nguồn gốc tên gọi (gypsum) có nguồn gốc

từ tiếng Hy Lạp, đó là động từ “đốt” hay “nấu” vì từ thời cổ đại con người đã

biết nung loại đá này để làm chất kết dính trong xây dựng

Thạch cao có khắp trên thế giới Ở Đông Dương, Lào là nước có trữ lượng

lớn nhất Dưới đây là một số hình ảnh về mỏ thạch cao, các loại đá thạch cao

Dư

Thạch cao được sử dụng rộng rãi trong đời sống và sự phát triển của con người bởi các tính năng của nó như: làm thuốc trong y học, dùng làm thực phẩm…và đặc biệt là trong ngành xây dựng, công nghiệp gốm sứ bởi các đặc tính cách nhiệt, giảm tiếng ồn, chịu nước…

Thạch cao dùng làm khuôn là thạch cao chứa 0,5 phân tử nước (CaSO4 0,5H2O) Dạng thạch cao này là sản phẩm của quá trình dehydrate hóa thạch cao (CaSO4 2H2O) ở nhiệt độ khoảng 150-1800C Có hai thù hình là α - và β - CaSO4 0,5H2O tương ứng với hai điều kiện tách nước khác nhau Thạch cao CaSO4 2H2O tách nước trong môi trường khí quyển ở nhiệt độ 120-1800C sẽ tạo

ra β - CaSO4 0,5H2O Còn khi thạch cao tách nước trong môi trường thủy nhiệt sản phẩm tạo thành sẽ là α - CaSO4 0,5H2O Khi hydrat hóa CaSO4 0,5H2O sẽ thu được CaSO4 2H2O có cường độ cơ học cao:

CaSO4 0,5H2O + 1,5 H2O = CaSO4 2H2O

Đây là tính chất được sử dụng làm các loại khuôn thạch cao, làm vật liệu xây dựng…Cả hai dạng thù hình α - và β - CaSO4 0,5H2O khi hydrat hóa đều tạo thành calcium sulfat dihydrat CaSO4 2H2O (gypsum) Thạch cao kết tinh từ

α - CaSO4 0,5H2O cho cường độ cơ học cao hơn nhiều so với thạch cao kết tinh

từ β - CaSO4 0,5H2O

Rất khó phân biệt hai dạng thù hình hemihydrat α - và β - CaSO4 0,5H2O bằng các phương pháp phân tích khoáng thông thường như XRD và IR Phổ XRD của α - và β - CaSO4 0,5H2O không có sự khác biệt về rõ ràng vị trí các peak mà chỉ có sự khác nhau về cường độ peak Việc chụp phổ hồng ngoại IR cũng không làm rõ được dạng α - và β - CaSO4 0,5H2O

Có thể phân biệt hai dạng thù hình α - và β - CaSO4 0,5H2O trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Phổ của β - CaSO4 0,5H2O có vạch đặc trưng ở tần

số 0KHz, còn α - CaSO4 0,5H2O thì không có vạch này

Cách phân biệt α - và β - CaSO4 0,5H2O qua lượng nước sử dụng và cường

độ nén khi hydrat hóa là tương đối phổ biến Thông thường tỷ lệ nước /thạch cao

> 0,5 với dạng thù hình β - CaSO4 0,5H2O, còn với dạng thù hình α - CaSO4 0,5H2O, thường tỷ lệ nước /thạch cao là 0,3-0,5 Cường độ thạch cao kết tinh từ dạng α - CaSO4 0,5H2O trong khoảng 15-30MPa (N/mm2) trong khi dạng β cho cường độ trung bình chỉ 3-5MPa (N/mm2

) Phân biệt α – và β - CaSO4 0,5H2O theo hình thái tinh thể cũng là phương pháp hiệu quả Trên ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM), α - CaSO4 0,5H2O có dạng tinh thể hình kim, que, đa giác còn β - CaSO4 0,5H2O không có hình dạng xác định Tuy nhiên, sản phẩm thủy hóa khi không có phụ gia của hai dạng thù hình này khi hydrat hóa lại không có sự khác nhau về hình thái tinh thể Trên thị trường bột thạch cao dạng α đắt hơn hẳn bột thạch cao dạng β.[ VI-48]

Khảo sát thực tế tình hình sản xuất cũng như sử dụng nguyên liệu thạch cao làm khuôn ở Việt Nam cho thấy, các cơ sở sản xuất thạch cao tại Việt Nam đều sản xuất thạch cao dạng β - CaSO4 0,5H2O Các cơ sở sử dụng thạch cao làm khuôn đều dùng thạch cao dạng β kể cả thạch cao ngoại nhập

Để tăng cường độ thạch cao β - CaSO4 0,5H2O mà không phải dùng đến thạch cao α có một số phương pháp: như là trộn hỗn hợp bột thạch cao và một số phụ gia được loại vật liệu composite nền khoáng chất thạch cao có cường độ cao hơn hẳn thạch cao β - CaSO4 0,5H2O ban đầu Theo PGS.TS Nguyễn Văn Khôi tác giả của cuốn “ Keo dán hóa học và công nghệ” – Viện Khoa học Việt Nam -

2006, có thể làm tăng độ bền thạch cao khi làm việc trong điều kiện liên tục tiếp xúc với nước bằng cách “thấm” với một loại nhựa

Tính chất cơ lý của vật liệu composite nền khoáng chất thạch cao phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Tỷ lệ nước, bột thạch cao, các chất phụ gia, bản chất chất phụ gia, công nghệ trộn…

Để kiểm tra chất lượng thạch cao thường tiến hành phân tích thành phần hóa nguyên liệu bằng phương pháp XRF, phân tích thành phần khoáng bằng phương pháp XRD, nghiên cứu vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) ; biến đổi vì nhiệt bằng phương pháp DTA; Xác định cường độ chịu uốn; Xác định cường độ chịu nén, xác định độ hút nước, độ hấp thụ nước bề mặt

Cường độ chịu uốn, nén của mẫu thạch cao được xác định bằng tải trọng lớn nhất làm phá hủy mẫu thử

Độ hút nước của mẫu thạch cao được đánh giá bằng sự thay đổi khối lượng của mẫu thử trước và sau khi ngâm nước trong khoảng thời gian quy định

Độ hấp thụ nước bề mặt của mẫu thạch cao được đánh giá thông qua sự thay đổi khối lượng mẫu thử trước và sau khi cho bề mặt mẫu thử tiếp xúc với nước trong khoảng thời gian quy định

Một số loại polymer được sử dụng rộng rãi trong keo dán hiện nay là: Polyvinyl acetat PVAc, Polyvinyl ancol PVAl,…

* Polyvinyl acetat PVAc ( Còn gọi là Polyvinyl axetate) trong đó các polymer có cực phân tán rất tốt trong nhũ tương môi trường nước (latex) Polyvinyl acetat được sử dụng rộng rãi trong keo dán Nó là nhựa tổng hợp thay thế cho keo xương Các keo dán Polyvinyl acetat thích hợp với các loại máy móc

có tốc độ cao sử dụng trong phủ giấy, đóng gói hàng hóa Polyvinyl axetat ngày nay được sử dụng trong keo dán để dán sách, túi giấy, hộp giấy, phong bì, băng dính, túi nhiều ngăn, nhãn mác, hợp chất cách nhiệt, kết cấu gỗ, đệm,…Chúng

có giá thành tương đối thấp nên rất sẵn có, khả năng tương hợp lớn và đặc trưng keo dán tốt

PVAc không mùi, không vị, không độc thường là nhựa trong và không màu

Nó có cấu trúc phi tinh thể và tương đối phân nhánh hơn là cấu trúc thẳng Hầu hết các loại nhựa đều có một dải phân bố trọng lượng phân tử Chúng thường không nóng chảy nhưng mềm trong một khoảng nhiệt độ Nhựa không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng mặt trời, tia cực tím và không khí, hơn nữa nó sẽ hấp thụ một lượng nhỏ nước PVAc trung tính và không ăn mòn, có độ bền nhiệt dưới

1000C, hơi mất màu ở khoảng 1500

C và phân hủy ở 200- 2500C Chúng bắt đầu

bị mềm ở 65 -700C nhưng giòn vỡ ở 10– 150

C PVAc cháy chậm Các tính chất hóa học và phản ứng của PVAc là các tính chất đặc trưng của các este bền Một

số tính chất quan trọng của PVAc được cho trong bảng 1 [IV – 138]

Bảng 1: Các tính chất vật lý của polyvinyl axetat

Hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính 8,6.10-5/0C

Nhựa PVAc cũng được bán dưới dạng dung dịch với dung môi hữu cơ, thường là các dung môi hữu cơ trong đó chúng được trùng hợp Có nhiều dung môi có thể hòa tan nhựa nhờ khuấy ở nhiệt độ phòng Một số dung môi tốt là: axeton, etanol (95%), isopropanol (90%), cyclohexanone, methanol, butyl axetat, axit axetic… Nhựa không tan trong các hydrocacbon béo, mỡ động vật, xăng, glyxerin…[IV- 141]

Khi dung dịch nhựa được áp dụng cho keo dán hay lớp phủ, lượng dung môi sau cùng sẽ nhả chậm Sự lưu giữ dung môi của nhựa PVAc chủ yếu liên quan tới keo dán giữa hai bề mặt không xốp Làm khô, sấy để duy trì bề mặt ướt góp phần nhả dung môi

PVAc được sử dụng rất nhiều ở dạng phân tán nhựa rắn trong nước Các phân tán này được tạo ra nhờ quá trình trùng hợp nhũ tương và thường được gọi

là “nhũ tương” Các tính chất của nhũ tương bao gồm: % rắn, độ nhớt nhũ tương,

pH, hàm lượng axit , % monome không phản ứng và tỷ trọng Các tính chất khác thường được miêu tả là kích thước hạt, trọng lượng phân tử trung bình Khi cần khả năng chịu nước, nhiệt và mài mòn thì các nhũ tương Polyvinyl axetat có thể trộn với các nhựa nhiệt rắn tan trong nước

* Polyvinyl ancol (PVAl hay PVOH) viết tắt là PVA phân cực cao do có các nhóm hydroxyl (OH), tinh thể tan trong nước Trên thực tế, nó là dẫn xuất của polyvinyl axetat nhờ thay thế các nhóm hydroxyl (OH) cho nhóm axetyl(COOCH3) (thủy phân) , ở dạng thủy phân một phần (70 -100%) Hầu hết các Polyvinyl ancol có 60- 100% nhóm axetat được thế bằng nhóm hydroxyl Ở dạng tan Polyvinyl ancol được sử dụng như là lớp phủ có thể bóc ra hoặc rửa sạch Tan tốt nhất nhờ phân tán trong nước Sau đây là một số tính chất vật lý

của Polyvinyl ancol: [IV- 144]

Bảng 2: Các tính chất vật lý của Polyvinyl ancol PVA

Trạng thái vật lý Dạng hạt màu trắng tới vàng nhạt

Khối lượng riêng (g/cm3) 0,48-0,64

Hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính 1x 10-4/0C

Độ bền nhiệt Để trong tối, phân hủy chậm > 1000

C; Phân hủy nhanh > 2000C

Ảnh hưởng của ánh sáng Có thể bỏ qua

Các nhũ tương Polyvinyl axetat và Polyvinyl ancol và hỗn hợp hai loại là phù hợp cho các keo dán hoạt hóa ẩm để làm phong bì, tem thư, băng dính… Yêu cầu chủ yếu của của keo dán hoạt hóa ẩm là phản ứng nhanh với nước và

bền khối Polyvinyl ancol cải thiện khả năng hoạt hóa ẩm, độ bóng và độ bền

khối

Polyvinyl axetat và Polyvinyl ancol là các vật liệu thô quan trọng cho keo dán gỗ Độ bền liên kết cao, đóng rắn nhanh, đường keo không màu và dễ dàng

áp dụng ở nhiệt độ phòng là những ưu điểm [IV- 145]

Hiện nay, một số loại đang được dùng cũng như được bán phổ biến trên thị trường là thường là nhập từ Trung Quốc, Hàn Quốc

Như chúng ta đã biết, polymer có các ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất Mỗi loại polymer bên cạnh các ưu điểm còn một số nhược điểm Trước đây, người ta đã quá chú trọng đến việc nghiên cứu tổng hợp ra các loại polymer mới để có những tính chất mong muốn và để thực hiện mục đích đó thường mất rất nhiều thời gian và chi phí Vì vậy việc nghiên cứu, phối trộn hỗn hợp polymer từ 2 hay nhiều loại polymer khác nhau – hỗn hợp polymer là con đường đơn giản hơn nhiều để có thể nhận được các vật liệu mới vừa nhanh, vừa

rẻ với các tính chất có thể điều khiển theo mong muốn: có tính năng cơ lý cao,

bề mặt đẹp…

Để tiến hành pha trộn một hỗn hợp polymer, trước tiên người ta cần xác định các tính chất vật lý và hóa học mà sự trộn sẽ đạt được; từ đó hãy chọn các polymer có những tính chất cần thiết ví dụ như tỉ trọng, modun đàn hồi, độ bền kéo, độ thấm nước, nhiệt độ nóng chảy…

Xơ bông là loại xơ sợi xelllulose Sợi bông chính là một loại polymer thiên nhiên

từ cellulose thuần chất Cây bông thuộc loại cây bụi ra hoa hàng năm Hoa sau

đó chuyển thành quả có vỏ bao chứa các hạt được che bằng các xơ trắng: đó là bông

Do đặc tính của sợi bông là loại sợi thiên nhiên, chúng có khả năng thấm nước, nhả nước và mao dẫn rất cao Sợi bông có thể thấm nước đến 65% so với trọng lượng Trong chế biến người ta phân biệt các loại bông trước tiên theo chiều dài của sợi, sau đó đến mùi, màu và độ sạch của cuộn sợi Sợi bông càng dài thì càng

có chất lượng cao Nhóm tốt nhất sợi bông có chiều dài trên 32 mm loại này chiếm khoảng 8% tổng sản lượng thế giới ( Thường được trồng tại Florida, Ai Cập) Sau đó đến loại sợi bông có chiều dài 25-30mm, loại này chiếm khoảng 90% tổng sản lượng thế giới Loại sợi bông có chiều dài nhỏ hơn 25mm chiếm khoảng 2% ( Ấn Độ, Trung Quốc) Đường kính sợi bông từ 0,015 đến 0,04mm Sợi bông không hòa tan trong nước Nước làm bông trương nở, duỗi thẳng xơ Khi ẩm hoặc ướt sẽ dẻo dai hơn khi khô Sợi bông ướt có độ bền cao hơn khô đến 20% Độ dẻo dai, độ đơ của sợi bông kém hơn so với sợi từ vỏ cây, sơ cây,

bù lại độ dãn của sợi bông cao hơn nhiều Vì cấu trúc phân tử của sợi bông nên

có thể chịu được nhiệt độ và chất kiềm Chúng rất bền Tùy thuộc thuộc theo yêu cầu của từng ứng dụng, sợi bông thô có thể chế biến qua nhiều công đoạn khác nhau Mỗi sợi bông bao gồm 20-30 lớp cellulose với cấu trúc xoắn vào nhau Qua thứ tự sắp xếp đặc biệt của cellulose nên sợi bông rất chắc Vì vậy dùng sợi bông vừa tăng được độ bền, vừa tăng độ hút nước vật liệu

Các thiết bị phục vụ nghiên cứu đề tài:

1) Tủ sấy có hệ thống điều khiển nhiệt độ- Viện

2) Thiết bị kiểm tra độ bền uốn Ru máy HounsField H50KS– Viện

3) Thiết bị kiểm tra độ bền nén Rn máy HounsField H50KS – Viện

4) Thiết bị kiểm tra cỡ hạt (Laze) – Viện

5) Máy khuấy cầm tay - Viện

6) Máy khuấy to - Viện

7) Máy kiểm tra thành phần khoáng XRD – Viện Vật liệu xây dựng

8) Kính hiển vi điện tử quét (SEM) – Viện Vật liệu Xây dựng

9) Máy bàn tua tiện cốt – Bát Tràng

10) Máy ép lăn tạo hình sản phẩm gốm – Bát Tràng 11) Cân kỹ thuật độ chính xác 10-2gam - Viện

12) Cân 5 kg – Viện

PHẦN III- NGHIÊN CỨU TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

1)- Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu cho nghiên cứu thử nghiệm

Sau một thời gian khảo sát nguyên liệu làm khuôn đang được sử dụng phổ biến nhất hiện nay tại một số cơ sở sản xuất gốm sứ của Bát Tràng, công ty CP

sứ Viglacera Thanh trì, thấy rằng thực tế hiện nay loại bột thạch cao đang được

sử dụng phổ biến nhất là: bột thạch cao được sản xuất tại các cơ sở trong nước (Nhập đá thạch cao Lào, Thái Lan), thạch cao sản xuất tại cơ sở liên doanh với Lào (Nguồn gốc đá Lào), bột thạch cao nhập từ nước ngoài (Đức, Thái Lan, Trung quốc)

Đá thạch cao Lào được khai thác tại tỉnh Khăm Muộn được nhập về Việt Nam có hai dạng: Thạch cao loại cục và thạch cao sàng tuyển

Thạch cao loại cục: (Số liệu của nhà cung cấp)

Bảng 3: Thành phần hóa của một số mẫu thạch cao

TT Chỉ tiêu (%) Thạch cao Lào Thạch cao Đức Phương pháp thử

Bảng 4: Thành phần khoáng, chỉ tiêu cơ lý của một số mẫu thạch cao

Lào

Thạch cao Đức

Ghi chú

1 Thành phần khoáng vật (%)

Bassanite - β - CaSO4 0,5H2O

Anhydrit – CaSO4

70-72 25- 27

80-82 15-17

(- Kết quả thử nghiệm độ bền uốn R u , độ bền nén R n , cỡ hạt, độ hút nước,

độ co, thời gian đóng rắn tại Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp - Xem phần phụ lục)

( Kết quả tỷ lệ đóng rắn nước/thạch cao- số liệu của nhà cung cấp)

Qua khảo sát thực tế, hiện nay độ bền tuổi thọ khuôn tạo hình sản phẩm gốm sứ bằng phương pháp dẻo được khoảng 200 lần ép là khuôn bị “rỗ” phải thay Với khuôn tạo hình bằng phương pháp đổ rót được khoảng 55- 60 lần với loại khuôn có họa tiết trang trí tinh xảo; được khoảng 65-70 lần với loại khuôn rỗng, trơn, nói chung không có họa tiết Hàng năm loại khuôn cũ thải loại ra rất nhiều Chất thải rắn này chưa xử lý tái sử dụng được và các cơ sở sản xuất sản phẩm gốm sứ hàng năm phải tiêu phí một khoản không nhỏ vào việc thuê bốc

dỡ, vận chuyển khuôn thải loại góp phần gây ảnh hưởng tới môi trường, cảnh quan Vì vậy tăng được tuổi thọ khuôn thạch cao ngoài ý nghĩa kinh tế còn góp phần hạn chế chất thải rắn, chất thải khí khi sản xuất thạch cao, bảo vệ môi trường, cảnh quan thiên nhiên Dưới đây là chỉ tiêu kỹ thuật của khuôn thạch cao đang được sử dụng tại Bát Tràng:

Bảng 5: Chỉ tiêu kỹ thuật khuôn thạch cao đang sử dụng tại Bát Tràng (Mẫu đối chứng)

(- Độ bền sử dụng – Số liệu của cơ sở sản xuất gốm sứ)

Trên cơ sở tính chất vật lý của polyvinyl axetat PVAc, Polyvinyl ancol PVA, Polyvinyl acrylic PVA , nhóm thực hiện đề tài đi theo hướng nghiên cứu