Nghiên cứu ứng dụng vật liệu phi kim loại trong phục hồi và chế tạo chi tiết máy

Hòa nhập với sự phát triển ñó ngành vật liệu mới Việt Nam ñã và ñang có nhiều bước tiến mạnh mẽ, xuất hiện ở việt nam từ ñầu thập kỷ 90 ñến nay chất dẻo kỹ thuật ñã ñược chính thức sử dụ

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học nông nghiệp hà nội

-*** -

Nguyễn tuấn anh

Nghiên cứu ứng dụng vật liệu phi kim loại trong phục hồi và chế tạo chi tiết máy

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều có nguồn gốc, nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Ngày tháng năm 2012

Người cam ñoan

Nguyễn Tuấn Anh

LỜI CẢM ƠN

ðề tài này ñược thực hiện tại bộ môn Công nghệ cơ khí - Khoa cơ ñiện

- Trường ñại học Nông Nghiệp Hà Nội

Trong quá trình thực hiện ñề tài, tôi ñược sự quan tâm tạo ñiều kiện của tập thể các thầy cô giáo trong bộ môn, ñặc biệt là thầy TS Tống Ngọc Tuấn người ñã hướng dẫn tôi tận tình, chu ñáo trong suốt quá trình thực hiện ñề tài Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành ñối với những sự giúp ñỡ quí báu ñó Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu và tập thể các giáo viên Trường Trung Cấp Nghề Cơ Khí I Hà Nội, các bạn bè ñồng nghiệp ñã tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi ñược sử dụng máy móc của trường ñể hoàn thành phần thực hành và tham gia ñóng góp ý kiến ñể tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Hà nội; Ngày tháng năm 2012

Tác giả

Nguyễn Tuấn Anh

MỤC LỤC

Lời cam ñoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục hình vi

MỞ ðẦU i

Kết luận 3

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Vai trò của cơ khí trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện ñại hoá ñất nước 4

1.2 Một số hướng phát triển trong cơ khí 5

1.3 Một số nghiên cứu về công nghệ chế tạo máy 6

1.3.1 Công nghệ chất dẻo 6

1.3.2 Công nhệ compozit 7

1.4 Một số nghiên cứu về phục hồi chi tiết 15

1.5 Mục tiêu và nội dung của ñề tài 16

Kết luận chương 1 17

Chương 2 ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1 ðối tượng nghiên cứu 18

2.2 Phương pháp nghiên cứu 18

2.2.1 Nghiên cứu lý thuyết 18

2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm 19

2.3 Nghiên cứu các phương pháp ño ñộ cứng: 19

2.3.1 ðo ñộ cứng Brinen HB 19

2.3.2 ðo ñộ cứng Roocvel HR.(HRA,HRC, HRB) 20

2.3.3 ðo ñộ cứng Vicke HV 21

Kết luận chương 2 22

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23

3.1 Vật liệu phi kim loại 23

3.1.1 Vật liệu ceramic 23

3.1.2 Gốm và vật liệu chịu lửa 24

3.1.3 Xi măng và bê tông 25

3.1.4 Vật liệu polime 25

3.2 Các loại nhựa nền nhệt rắn 32

3.2.1 Nhựa polyeste không no 32

3.2.2 NhựaVinylester: 34

3.2.3 Nhựa epoxy 36

3.3 Vật liệu Compozit 39

3.3.1 Ph©n lo¹i vËt liÖu Compozit: 40

3.3.2 CÊu t¹o cña vËt liÖu Compozit 41

3.4 Các biện pháp an toàn và bảo vệ môi trường……… 42

3.5 Sơ lược về thiết bị nghiên cứu máy phay jn sinh………42

3.5.1 ðặc ñiểm của sự mòn hỏng của bạc trục ñộng cơ máy phay 43

3.5.2 Những hư hỏng 44

Kết luận chương 3 44

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN MẪU 45

4.1 Nội dung nghiên cứu thực nghiệm trên mẫu 45

4.1.1 Mẫu phủ 45

4.1.2 Vật liệu phủ……….45

4.2 Kết quả thực nghiệm 46

4.2.1 Vật liệu phủ là nhựa pha sẵn 46

4.2.2 Vật liệu phủ là nhựa tự pha 47

4.2.3 Vật liệu phủ là vật liệu compozits nền nhựa hạt bột ñá 49

4.2.4 Vật liệu phủ là vật liệu compozit nền nhựa hạt bột ô xit nhôm

(Al2O3) 52

Kết luận chương 4 54

Chương 5 CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM Ổ LĂN BÁNH TỲ XÍCH 55

MÁY THU HOẠCH NGAO CÓ PHỦ VẬT LIỆU COMPOZIT 55

5.1 Cơ sở lựa chọn chi tiết thử nghiệm 55

5.1.1 ðặc ñiểm sinh học và các yếu tố kỹ thuật nuôi Ngao 55

5.1.2 Phương pháp thu hoạch ngao thủ công 58

5.1.3 Bánh tỳ máy thu hoạch ngao 58

5.2 Quy trình chế tạo ổ lăn bánh tỳ sử dụng vật liệu compozit 60

5.2.1 Bản vẽ chi tiết 60

5.2.2 Quy trinh chế tạo 60

5.3 Chạy thử nghiệm 61

Kết luận chương chương 5 64

KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 65

Kết luận: 65

ðề nghị: 65

Hình 5.6 Bánh tỳ (dùng vòng bi) sau một thời gian làm 59

lắp trên máy kéo

63

Hình 5.12 bánh tỳ với ổ lăn vật liệu copmpozit (1) lắp trên máy kéo 63

MỞ ðẦU

Vật liệu có tầm quan trọng ñặc biệt ñối với sự phát triển của mỗi quốc gia Chính vì vậy, ở nước ta công nghệ vật liệu là chương trình ưu tiên của nhà nước cùng với công nghệ thông tin và viễn thông, công nghệ sinh học và công nghệ tự ñộng hoá Công nghệ vật liệu bao gồm những công nghệ thuộc

về những vật liệu chính như vật liệu kim loại, vật liệu vô cơ silicat, chất dẻo

và polime compozit Mỗi hệ vật liệu ñều có vai trò riêng, song vật liệu chất dẻo và polime compozit ñặc biệt quan tâm vì tính ña dạng, phạm vi ứng dụng rộng rãi và những vật liệu polyme compozit tiên tiến là không thể thay thế trong kỹ thuật hàng không và vũ trụ Theo xu thế phát triển không ngừng của công nghệ, trong thiết bị máy móc, ngoài chi tiết, linh kiện làm bằng kim loại, người ta còn sử dụng cả các chi tiết và linh kiện làm từ các loại vật liệu khác, không phải là kim loại mà là nhóm vật liệu phi kim Trong số ñó có vật liệu chất dẻo, compozit chiếm ña phần Nhiều sản phẩm mới ñược tạo ra ñòi hỏi chất lượng và yêu cầu kỹ thuật cao Hòa nhập với sự phát triển ñó ngành vật liệu mới Việt Nam ñã và ñang có nhiều bước tiến mạnh mẽ, xuất hiện ở việt nam từ ñầu thập kỷ 90 ñến nay chất dẻo kỹ thuật ñã ñược chính thức sử dụng

ở việt nam ñể chế tạo ra nhiều sản phẩm ứng dụng trong ñời sống theo thông báo của hiệp hội nhựa và bộ kế hoạch ñầu tư thì sản phẩm nhựa của cả nước

ta trong năm 2002 là 1,25 triệu tấn năm 2010 phải ñạt 4,2 triệu tấn Riêng nhựa kỹ thuật 2000 ñạt 100 ngàn tấn Nhưng ñến năm 2010 phải ñạt 800 ngàn tấn Vị thế ngành vật liệu phi kim loại ngày càng ñược nâng cao, giữ một vị trí quan trọng trong ñời sống xã hội, không chỉ trong lĩnh vực cơ khí thuần tuý

mà trong tất cả các ngành công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, y tế vv vật liệu phi kim loại ñóng vai trò hết sức quan trọng Cùng với sự phát triển của nền kinh tế ñất nước, việc ứng dụng vật liệu phi kim loại trong ñó có polimel

và compozit ñã xuất hiện từ rất lâu, khoảng 5000 năm trước công nguyên

người cổ ñại ñã biết vận dụng vật liệu compozit vào cuộc sống Vật liệu này

có nhiều tính ưu việt như:

Khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các kết cấu sản phẩm theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn, các sản phẩm cốt của compozit có ñộ cứng, ñộ bền cơ học cao vật liệu nền luôn ñảm bảo cho các thành phần liên kết hài hòa tạo lên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt, chịu ăn mòn và có thể thay ñổi nhanh kiểu dáng khác nhau sản xuất ñược các sản phẩm từ trong suốt ñến nhiều mầu sắc, chịu tác dụng với môi trường hóa chất, cách ñiện tốt, sản phẩm nhẹ dễ gia công và lắp ráp giá thành hạ có sức cạnh tranh mạnh với vật liệu truyền thống

Cuộc cách mạng về khoa học kỹ thuật trong thế kỷ 20 ñã tạo ra bước nhẩy vọt trong việc cung cấp các vật liệu mới phục vụ cho xã hội loài người Một trong các thành tựu ñó là việc phát kiến ra các loại chất dẻo Nó ñược nhanh chóng ñưa vào ứng dụng, nhằm thay thế các vật liệu truyền thống như kim loại, thủy tinh, gỗ Nhờ các ñặc tính ưu việt trên

ðề tài Luận văn cao học : “ Nghiên cứu ứng dụng vật liệu phi kim

loại trong phục hồi và chế tạo chi tiết máy” mà tác giả lựa chọn nghiên cứu

nhằm mục tiêu thay thế chi tiết mòn hỏng và nâng cao chất lượng làm việc của chi tiết máy

Luận văn ñược trình bầy gồm các chương sau:

Chương 1: Tổng quan về vấn ñề nghiên cứu

Chương 2: ðối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên mẫu

Chương 5: Chế tạo thử nghiệm ổ lăn bánh tỳ xích máy thu hoạch ngao

có phủ vật liệu compozit

Kết luận

Ý nghĩa của ñề tài:

Nghiên cứu và thực hiện thành công ñề tài sẽ có một ý nghĩa rất lớn không chỉ về mặt kinh tế mà còn có giá trị ñặc biệt về mặt khoa học công nghệ Nó ñóng góp một phần lớn vào công nghệ phục hồi và chế tạo mới các chi tiết hư hỏng mà việc mua chi tiết mới khó thực hiện do sản phẩm ñộc quyền chính hãng, thay thế khó khăn phức tạp ñối với máy ñã hết hạn bảo hành nên việc nghiên cứu vật liệu thay thế là cần thiết

Hà nội, ngày… tháng… Năm 2012

Người thực hiện

Nguyễn Tuấn Anh

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Vai trò của cơ khí trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện ñại hoá ñất nước

Chúng ta biết rằng trong bất kỳ ngành kinh tế quốc dân nào muốn phát triển ñược cũng ñều cần ñến cơ khí Công nghiệp hoá hiện ñại hoá ñất nước

có nghĩa rất lớn ñến sự phất triển của ñất nước, muốn dân giàu nước mạnh thì phải công nghiệp hoá ñất nước Trong ñó phải kể ñến ngành cơ khí, ngành cơ khí có mặt trong tất cả các lĩnh vực phát triển kinh tế của ñất nước

- Ngành nông nghiệp muốn có năng xuất cao, cải thiện ñiều kiện lao ñộng cho người nông dân bắt buộc phải trang bị máy móc phục vụ nông nghiệp như máy cày, máy bừa, máy bơm nước, máy phun thuốc trừ sâu, máy gặt lúa vv

- Ngành lâm nghiệp cần ñến máy móc phục vụ trồng rừng, khai thác và chế biến gỗ

- Ngành thuỷ sản muốn phát triển bắt buộc phải có các thiết bị ñánh bắt

cá xa bờ, các thiết bị nuôi trồng thuỷ sản như máy bơm nước, thiết bị chế biến sau thu hoạch

- Ngành công nghiệp chế biến thực phẩm luôn yêu cầu phải có các thiết bị phục vụ chế biến như nhà máy sản xuất ñồ hộp, bánh kẹo bia, nước hoa quả

- Nghành giao thông vận tải luôn cần tới những phương tiện phục vụ giao thông vận tải hiện ñại như ô tô, tầu thuỷ, máy bay

- ðất nước công nghiệp hoá hiện ñại hoá thì nền công nghiệp trong nước phải phát triển, ñi ñôi với nó là công nghệ thông tin phát triển mạnh nếu không

có sự phát triển của cơ khí sẽ không có các thiết bị ñể sản xuất ra máy tính Nói tóm lại sẽ không có ngành kinh tế nào phát triển ñược nếu không

có ngành cơ khí Chính vì vậy ðại hội ðảng lần thứ III (năm 1960) ðảng ta

ñã xác ñịnh cơ khí là ngành then chốt ñể thúc ñẩy ñất nước phát triển ñi lên

công nghiệp hoá và hiện ñại hoá ñất nước ñể theo kịp các nước phát triển trong khu vực và trên thế giới

1.2 Một số hướng phát triển trong cơ khí

Những năm ñầu của thế kỷ XXI, nhân loại ñược chứng kiến nhiều biến ñổi của ñất nước và thế giới Nhất là sự phát triển như vũ bão của cuộc cách mạng KH&CN hiện ñại, mà ñặc trưng là công nghệ cao như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ vật liệu mới, công nghệ nano, công nghệ năng lượng mới Trong sự phát triển ñó, ngành cơ khí chế tạo ñóng vai trò có tính nền tảng và có sự hiện diện hầu như trong tất cả các lĩnh vực kinh tế xã hội Chính vì vậy xu hướng phát triển KH&CN cơ khí chế tạo vẫn ñược chú trọng

và chủ yếu tập trung phát triển một số lĩnh vực sau ñây:

- Về thiết kế và quy trình gia công chế tạo: Tiếp tục nghiên cứu và nâng cấp hệ thống CAD/CAM trong ñó chú trọng phát triển các loại phần mềm ứng dụng, phần mềm thông minh tiện lợi, ñáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong thiết kế và gia công chế tạo thiết kế các sản phẩm có sử dụng các vật liệu trí tuệ Tập trung vào tự ñộng hoá các dây truyền chế tạo Tập trung nghiên cứu

ñể tạo ra các công nghệ sử dụng nhiều tri thức ñể tiến tới chế tạo ra các loại sản phẩm cơ khí gọn, nhẹ ít tiêu hao vật liệu thân thiện với môi trường

- Về vật liệu chế tạo: Vật liệu chế tạo chất lượng cao, vật liệu thông minh phục vụ các quy trình chế tạo Nghiên cứu các tính chất sử dụng nhiều tri thức với các thuộc tính phù hợp như vật liệu gốm, vật liệu thuỷ tinh, vật liệu compozit

- Về công nghệ chế tạo Phát triển các hệ thống chế tạo thông minh giới hạn (IMS) Hứa hẹn rất lớn trong các quy trình chế tạo tự ñộng hoá công nghiệp IMS là chương trình hợp tác R&D trong ngành công nghiệp cơ khí chế tạo ở quy mô toàn cầu

ðể phát triển cơ khí cần phải quan tâm ñến vấn ñề công nghệ chế tạo ðể máy có chất lượng cần phải có vật liệu chế tạo máy có chất lượng Một hướng khác của cơ khí là vấn ñề sử dụng máy có hiệu quả ðể ñạt ñược mục ñích này cần quan tâm ñúng mức ñến việc bảo trì và sửa chữa máy, một trong những nội dung cụ thể ở ñây là vấn ñề phục hồi chi tiết Quá trình hình thành một sản phẩm cơ khí luôn trải qua các giai ñoạn như thiết kế, chế tạo thử, hoàn chỉnh thiết kế, chuẩn bị sản xuất rồi tiến hành sản xuất

Nó là cả một quá trình công nghệ rất tốn kém ñể có thể cho ra một sản phẩm chất lượng ñạt yêu cầu kỹ thuật mà trong các chi tiết máy khi sẩy ra hỏng hóc ñiều kiện thay thế khó khăn

Nghiên cứu chế tạo bạc cho bánh tỳ của máy thu hoạch ngao là việc cần thiết vì ñiều kiện máy làm việc trong môi trường ngập nước mặn Mỗi bánh tỳ

có hai vòng bi khi làm việc trong môi trường ngập mặn, vòng bi rễ bị hỏng, giá thành thay thế cao, trong khi ñó nếu chế tạo thành công bạc ñể thay thế thì giá thành chi phí rất thấp chỉ bằng 1/4 gia trị vòng bi cho mỗi bánh tỳ

Tóm lại ñể phát triển cơ khí cần phải quan tâm ñến nhiều vấn ñề, trong ñó có vấn ñề chế tạo và phục hồi chi tiết máy

Dưới ñây trình bày một số kết quả nghiên cứu về các lĩnh vực trên Trên cơ sở ñó, dựa vào ñiều kiện thực tế ñưa ra mục ñích và nội dung nghiên cứu của ñề tài

1.3 Một số nghiên cứu về công nghệ chế tạo máy

1.3.1 Công nghệ chất dẻo

Gia công chế tạo các sản phẩm chất dẻo thường tiến hành ở nhiệt ñộ cao và có thể dưới áp xuất nhất ñịnh, tuy nhiên giữa nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn cũng có ñiểm khác nhau

- Nhựa nhiệt dẻo ựược gia công ở nhiệt ựộ cao hơn nhiệt ựộ thuỷ tinh hoá và áp lực phải duy trì ựể ựến khi làm nguội sản phẩm vẫn ựược bảo toàn hình dáng Thường dùng nhựa nhiệt dẻo vì kinh tế và có thể tái sinh

- Nhựa nhiệt rắn ựược gia công theo hai giai ựoạn: ựầu tiên tổng hợp polyme mạch thẳng, lỏng có khối lượng phân tử thấp( polyme trùng hợp sơ bộ

- prepolymer), sang giai ựoạn hai vật liệu này sẽ chuyển thành dạng cứng rắn trong khuôn với hình dáng và kắch thước theo yêu cầu của sản phẩm Sự ựóng rắn này có thể sảy ra dưới tác dụng của nhiệt( hoặc của xúc tác) , lúc này

sự thay ựổi về hoá hocjvaf cấu trúc phân tử tạo nên mạch lưới hay mạch không gian Sau ựóng rắn có thể lấy sản phẩm ra ngay mà không cần ựể nguội hẳn như nhựa nhiệt dẻo

Phương pháp tạo hình chất dẻo phổ biến là ựúc với các phương án khác nhau như:

+ đúc ép: lượng phối liệu chắnh xác ựược ựặt vào giữa hai nửa khuôn, khi ựóng khuôn nung và ép vật liệu nóng chảy ựiền kắn lòng khuôn

+ đúc phun: là phương pháp dùng phổ biến cho polyme nhiệt dẻo phối liệu ựược cung cấp từ phễu nạp liệu vào máy do chuyển ựộng của pit tông nó ựẩy vào buồng nung ựến trạng thái lỏng nhớt Sau ựó chất dẻo ựược pắt tông ựẩy qua khe vào khuôn, áp lực ựược duy trì cho ựến khi sản phẩm rắn lại + đúc ựùn cho nhựa nhiệt dẻo: Chất lỏng ựược ựùn qua lỗ của khuôn với quá trình hoá rắn làm nguội với luồng không khi hoặc nước

+ đúc thổi như gia công thuỷ tinh ựể làm sản phẩm rỗng như trai lọ + đúc khuôn: Chất dẻo nóng chảy ựược ựổ vào khuôn ựúc như ựúc kim loại, thắch hợp cho ựúc các loại nhựa nhiệt rắn

1.3.2 Công nhệ compozit

a Compozit nền nhựa các loại nhựa như epoxy, phenolformaldehyt, polyeste ựều có tắnh thấm ướt tốt ựối với vật liệu tăng cường dạng hữu cơ,

bởi vậy công ựoạn trộn nhựa với cốt rất thuận lợi và ựơn giản đối với compozits nền nhựa ta có một số phương pháp tạo hình sản phẩm sau

- đúc ly tâm (hình 1.1.)

đổ chất tăng cường vào hỗn hợp nhựa lên trên bề mặt khuôn ly tâm ựang quay với tốc ựộ cao Máng ựổ vật liệu có thể dịch chuyển qua lại ựể làm ựồng ựều các hạt và các vật liệu Lực ly tâm làm cho các hạt liên kết với nhau vừa làm thoát ẩm cho vật liệu Thổi không khắ nóng vào bề mặt ựể thúc ựẩy quá trình ựóng rắn của nhựa và ngăn nhựa chảy thẩm thấu

- Ép nguội (hình1.2.)

Hình 1.1 đúc ly tâm

Hình 1.2 đúc ép nguội

Cắt nhỏ chất tăng cường rồi ựổ vào khuôn Tiếp theo ựổ nhựa ựóng rắn nguội vào và tiến hành ép Trong quá trình ép nhựa sẽ thay thế chỗ không khắ

và tẩm thấu vào xung quanh vật liệu tăng cường Nhiệt lượng toả ra trong quá trình ựóng rắn cùng với năng lượng của áp lực sẽ là tác nhân làm cho nhựa ựóng rắn

- đúc phun (Hình1.3.)

đặt các lớp vải giữa hai nửa khuôn rồi ép ựùn nhựa vào giữa các lớp

ựó Nhựa sẽ thấm vào lớp vải Tỷ lệ cốt có thể cao nên chi tiết có cơ tắnh cao Phương pháp này dùng ựể chế tạo chi tiết có hình dạng phức tạp

- đúc kéo ựịnh hình(Hình1.4)

Hình 1.3 đúc phun

Hình 1.4 đúc kéo ựịnh hình

Sợi hoặc bán thành phẩm ựã tẩm nhựa ựược kéo qua hàng loạt khuôn

có hình dạng khác nhau ựể tạo hình Khuôn cuối cùng có lỗ hình chắnh xác và ựược nung nóng ựể ựóng rắn nhựa Hình dạng của sản phẩm phụ thuộc vào hình dạng lỗ của khuôn có thể cắt sản phẩm thành từng ựoạn hoặc kéo dài hoặc cuộn lại theo tang trống

- đúc lăn tay(Hình 1.5.)

Phủ một lớp màng mỏng lên trên bề mặt khuôn Rải lên ựó một lớp cốt sợi, dùng chổi sơn hoặc chổi lăn phết lên ựó một lớp cốt nền, rồi lại rải một lớp cốt sợi, cứ làm như vậy theo từng lớp một cho ựến khi ựạt chiều dày yêu cầu thì dừng lại

- đúc bắn ựồng thời (Hình1.6)

Hình 1.5 đúc lăn tay

Hình 1.6 đúc bắn ựồng thời

Sợi ựược cắt vụn và phun lên bề mặt khuôn ựồng thời với nhựa, dùng con lăn trà lên bề mặt vừa ựược phun, tạo ựộ nhẵn và ựồng ựều chiều dày của chi tiết Phương pháp này không thể dùng sợi dài ựược lên chất lượng chi tiết không cao

- đúc chân không và túi áp lực

Trước hết tạo lớp lót, rải lớp vải rồi ựổ nhựa lên trên Hút chân không hoặc ựưa khắ nén vào túi Áp suất tác ựộng lên màng dẻo, mảng dẻo ựè sát lên

bề mặt sản phẩm làm cho nhựa trải ựều và ựẩy không khắ ra khỏi nhựa

- đúc ép ựùn(Hình 1.7.)

Vật liệu cốt và hạt nhựa hoặc mạt ựã tẩm thấm ựược ựùn vào khuôn ựã nung nóng qua hệ thống xi lanh trục vắt Cũng có thể dùng nhựa dạng lỏng và phun vào khuôn nóng nhờ áp lực cao Phương pháp này có năng suất cao và dùng phổ biến trong nhựa nhiệt dẻo

b Com pozit nền kim loại

Trong tổ hộp nền kim loại, thường dùng nhiều trong kỹ thuật là vật liệu

tổ hợp nền kim loại màu do những tắnh chất ưu việt mà các kim loại ựen không có ựược, thắ dụ như nhẹ, bền ở nhiệt ựộ cao, chịu mài mòn tốt

ẦNhưng công nghệ chế tạo ựơn giản hơn

Hình 1.7 đúc ép ựùn

- Com pozit nền nhôm cốt hạt Nhôm là kim loại nhẹ và có nhiệt ñộ nóng chảy không cao 6600 C Nhôm và hợp kim của nó ñã và ñang trở thành vật liệu nền có nhiều triển vọng ñể chế tạo các chi tiết compozit kết cấu nhẹ nhưng có ñộ bền riêng cao, ñặc biệt trong ngành hằng không, vũ trụ Có nhiều công trình công bố về kết quả nghiên cứu các compozit nền nhôm cốt hạt như SiO2, SiC Nhưng trong kỹ thuật ñang sử dụng rộng rãi compozit nền nhôm cốt hạt Al2O3 compozit loại này có tên là SAP

- Compozit nền nhôm cốt hạt Al2O3 Nguyên lý chế tạo loại vật liệu này

là ép bột nhôm ñã ô xy hoá một phần ñể tạo hình sau ñó ñem thiêu kết ở nhiệt

ñộ xác ñịnh ðể tạo các vật liệu thành phần, ñem nghiền nhôm thành bột có dạng vảy, Chiều dày xấp xỉ 1 µm rồi tiến hành oxy hoá ñể có lớp màng Al2O3

bao bọc bên ngoài hạt với chiều dày cỡ 0,01 – 0,1 µm Tổ chức cuối cùng của SAP là các hạt Al2O3 nhỏ mịn phân bố ñều trên nền nhôm Tăng hàm lượng

Al2O3 sẽ làm tăng ñộ bền ở nhiệt ñộ thường và nhiệt ñộ cao, tăng ñộ cứng nhưng ñộ dẻo lại giảm ñi

Thành phần và tính chất của vật liệu SAP

σ

%

E GPa

liệu tổ hợp nền gốm thường dùng chế tạo các chi tiết làm việc trong môi trường rất khắc nhiệt như ñộng cơ tên lửa và ñộng cơ phản lực vv

ðây là môi trường làm việc có nhiệt ñộ cao rất khó làm nguội bằng chất lỏng thông thường Mặt khác khi thay thế các siêu hợp kim bằng vật liệu gốm

tổ hợp còn tiết kiệm ñược khá nhiều trọng lượng, ñiều vô cùng quan trọng ñối với nghành hằng không vũ trụ

Trong com pozit nền gốm, vật liệu cốt có thể là cốt dạng không liên tục kiểu hạt, sợi ngắng hoặc lát vụn

- Công nghệ chế tạo compozit nền gốm

Vấn ñề quan trọng trong công nghệ chế tạo compozit nền gốm là làm thế nào ñể tạo liên kết bền gữa cốt và nền ñể phân bố ñều pha tăng cường trên nền gốm bởi vì bản chất của hai cấu tử cốt và nền thường rất khác nhau Vấn

ñề sử lý pha tăng cường ñể tạo ra liên kết cốt – nền là vô cùng quan trọng Có hai cách sử lý

+ Xử lý bằng pha khí Hay còn gọi là phương pháp thấm hơi hoá học nghĩa là bọc lên pha tăng cường một lớp mỏng vật liệu nền bằng phương pháp lắng ñọng từ một tiền chất là pha khí, thí dụ hydrocacbon với chiều dày khoảng 0,1 ÷ 1,0 µm có cấu trúc tinh thể hoặc cấu trúc lớp

+ Xử lý bằng pha lỏng Sợi ñã ñược bọc lớp trung gian ñược nhúng vào chất nền ở dạng lỏng Trong công nghệ thấm chất lỏng hoạt tính, nhờ có lực mao dẫn sợi ñược thấm một pha lỏng có phản ứng vói một pha rắn dùng

ñể hợp nhất tiền chất tạo sợi ( nền SiC – Si hình thành bằng cách thấm silic lỏng của tiền chất tăng bền nhờ các bon) Công nghệ này có thể chế tạo các chi tiết thành dày và tạo ra vật liệu ít lỗ xốp và dẫn nhiệt tốt

- Công nghệ tạo hình vật liệu com pozit nền gốm

+ Phương pháp ép Phương pháp ñể bột kim loại có thể ép và thiêu kết, tạo thành sản phẩm ñặc trắc và các loại bột ceramic cũng như vậy Quy trình

chế tạo ceramic cũng gồm các bước: tạo bột gốm, ựiền ựầy khuôn, ép tạo hình, nung thiêu kết gần giống với kim loại bột nguyên công tạo bột ngoài các phương pháp truyền thống còn có thể dùng phương pháp nghiền, ựặc biệt là nghiền ướt nếu cần bột có ựộ mịn cao Những hạt này có thể chế tạo bằng cách ép, ép ựùn, phun Trong ựó phương pháp phun ựược sử dụng khá phổ biến Thực chất của phương pháp tạo hat cũng là tạo mầm và phát triển của mầm có phạm vi kắch thước lớn hơn so với quá trình kết tinh

Có thể hình dung quá trình hình thành hạt như sau Khi khuấy bột tung lên các phần tử sẽ quay và trượt lên nhau, các hạt mịn sẽ bay lên Một nhân của hạt sẽ hình thành khi một giọt chất lỏng va chạm và bị hấp thụ lên trên bề mặt của một nhóm các phần tử Lực mao dẫn tạo thành ựộ bền cho mầm Các mầm sẽ nhiều lên khi chất lỏng ắt dần ựi do một lớp màng mịn và bột bị rung

dữ dội Sự lớn lên của hạt bởi một quá trình gọi là lớp xảy ra do tiếp xúc và bám dắnh của các hạt riêng biệt lên mầm

+ đúc ựổ

Dung dịch nước của các hạt sét mịn gọi là nước áo đúc ựổ là phương pháp rót chất lỏng vào khuôn Do xảy ra lực hút mao dẫn của nước từ nước áo vào khuôn, các hạt trong nước áo kết tụ lại gần bề mặt khuôn và vật ựúc hình thành Các thông số trong quá trình ựúc ựổ bao gồm: áp lực ép, chân không, lực ly tâm Có hai kiểu ựúc ựổ ựó là ựúc thấm và ựúc ựặc

Nguyên lý ựúc thấm là trước hết ựổ nước áo vào ựầy khuôn chờ một thồ gian cho hạt kết tinh phần nước áo thừa tháo ựổ ra khỏi khuôn Phương pháp này phù hợp cho chi tiết rỗng ruột Còn ựúc ựặc là cách ựúc ựổ toàn bộ chất lỏng (ựặc, loãng) áo vào khuôn ựể tạo thành một chi tiết ựặc trắc và hoàn chỉnh

Kết luận: Vật liệu chế tạo là quan trọng Vật liệu composite ựược coi là vật liệu mới cần quan tâm nghiên cứu trong thời kỳ công nghiệp hoá ựất nước hiện nay

1.4 Một số nghiên cứu về phục hồi chi tiết

Các cặp chi tiết làm việc chịu mài mòn, thí dụ piston – sec măng, bánh răng trục bạc mặc dù có dầu bôi trơn nhưng vẫn thường hay xảy ra các hiện tượng mòn do cào xước, bong tróc hay các vết nứt tế vi Các vết xước nhỏ này phát triển dần , làm giảm công suất ñộng cơ, tốn nhiều nhiên liệu Một phương pháp khắc phục những vết cào xước hay các vết nứt tế vi trong các cặp ma sát là dùng một dung dịch ñặc biệt có chứa các hạt kim loại kích thước

vô cùng nhỏ phân tán cùng dầu bôi trơn Hạt kim loại Zn, Cu, Sn, Pb, Fe, Al,

Ni ñược chế tạo bằng phương pháp bốc hơi Nội dung của phương pháp này

là cho kim loại bay hơi trong khí trơ hoặc trong chân không sau ñó cho hơi kim loại ngưng tụ trên ñĩa quay tẩm silicon sẽ tạo ra hạt kim loại siêu mịn cỡ hạt khoảng 0,01 – 1 µm Với kích thước như thế hạt kim loại có thể ñi qua các loại phin lọc, ñồng thời phân tán trong chất phụ gia ñặc biệt hạt kim loại này không bị lắng ñọng trong dầu nhưng lại có hoạt tính cao Chất phụ gia có tác dụng ngăn càn các hạt kim loại liên kết lại với nhau và ngăn tác dụng với dầu bôi trơn Khi các cặp ma sát làm việc các hạt kim loại theo dầu bôi trơn ñến bề mặt ma sát có vết xước dưới tác dụng của nhiệt do ma sát hạt kim loại

sẽ lắng ñọng tại vết xước, hàn gắn các vết nứt tế vi, ổn ñịnh lại mạng kim loại

bị xô lệch kết quả bề mặt kim loại ñược khôi phục trạng thái ban ñầu

- Công nghệ SOL – GEL

Công nghệ sol – gel là công nghệ cho phép ta chộn lẫn các chất ở quy

mô nguyên tử và hạt keo ñể tổng hợp các vật liệu gốm có ñộ sạch và tính ñồng nhất cao Quá trình này sảy ra trong dung dịch lỏng của các tiền chất như các ô xyt hoặc các muối kim loại, thông qua các phản ứng thuỷ phân và ngưng tụ , sẽ dẫn ñến việc hình thành một pha mới – ñó là Sol Gel là hệ phân tán vi dị thể, các hạt pha rắn tạo thành khung ba chiều , pha lỏng nằm ở khoảng trống của khung ba chiều nói trên

Bằng phương pháp sol – gel không những tổng hợp ñược các ô xýt siêu mịn mà còn có thể tổng hợp ñược các tinh thể cỡ na nô mét

- Công nghệ ép khí tĩnh ðây là công nghệ ñặc biệt nâng cao mật ñộ kim loại, nhất là kim loại mầu thường dùng trong công nghệ hàng không, vũ trụ Nguyên lý của phương pháp là, dùng áp lực rất cao của khí nén ở nhiệt ñộ gần nóng chảy ñể ép chặt khối vật liệu Tổ chức cuối cùng thu ñược gần như sít cặt hoàn toàn, không còn lỗ xốp tế vi khi ñông ñặc Nội dung của phương pháp: ðặt chi tiết vào buồng nén, tạo chân không trong buồng nén, nâng nhiệt từ từ ñến gần nhiệt ñộ nóng chảy của kim loại ép bơm khí vào buồng nén cho ñến khi áp xuất ñạt 2000 atm Duy trì trạng thái này một thời gian ñến trạng thái có mật ñộ lớn nhất Xả khí nén sau khi ép bề mặt thỏi kim loại

tự ñiền ñầy các lỗ xốp trong quá trình ép vắt nói trên

Kết luận: Sử dụng vật liệu phi kim, vật liệu compossite ñể phục hồi chi tiết có tính khả thi cao

1.5 Mục tiêu và nội dung của ñề tài

Từ những phân tích trên với sự phát triển nhanh chóng của vật liệu mới với những sản phẩm không thể thiếu trong các ngành công nghiệp mục tiêu của ñề tài là: Nghiên cứu phục hồi và chế tạo mới chi tiết bạc từ ñó nâng cao chất lượng của sản phẩm nói chung ðưa ra các kết quả của thực nghiệm và kết luận ðể ñạt ñược mục tiêu trên, nội dung cụ thể của luận văn bao gồm:

- Nghiên cứu về vật liệu polime và compozit

- Nghiên cứu về thiết bị kiểm tra

- Nghiên cứu, chế tạo bạc chi tiết máy

- Thử nghiệm ño ñộ cứng ñộ chịu mài mòn của vật liệu

- Một số hướng phát triển trong cơ khí

- Một số nghiên cứu về công nghệ chế tạo máy

- Một số nghiên cứu về phục hồi chi tiết máy

Chương 2 đỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 đối tượng nghiên cứu

đối tượng nghiên cứu của ựề tài là nhựa nhiệt rắn, vật liệu compozit nền nhựa cốt bột ựá và vật liệu compozit nền nhựa cốt bột oxit nhôm (Al2O3) đối tượng ựể thử nghiệm là bánh ổ lăn máy kéo xắch của liên hợp máy thu hoạch ngao Trước mắt chỉ thử nghiệm chế tạo chi tiết mới Nếu thành công hoàn toàn có thể ứng dụng cho việc phục hồi chắnh chi tiết này (cần phải giải quyết vấn ựề bóc lớp vật liệu bị hỏng)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu là kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm trong ựó nghiên cứu thực nghiệm là chủ yếu

Nghiên cứu lý thuyết nhằm ựịnh hướng cho nghiên cứu thực nghiệm Phương pháp sử dụng là phương pháp tổng quan tài liệu

2.2.1 Nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu lý thuyết ựề cập ựến những vấn ựề sau:

+ Vật liệu phi kim loại (trọng tâm vào vật liệu nhựa nhiệt rắn, compozit nền nhựa cốt hạt)

+ Công nghệ sản xuất nhựa, compozit

+ Kiểm tra ựộ cứng của vật liệu trên các máy ựo ựộ cứng hiện ựại

+ Quy trình chế tạo mẫu nhựa, compozit chọn phương pháp phủ là ựúc khuôn Gia công mẫu trên các máy tiện mới nhất của đài loan

để ựảm bảo cho việc chọn vật liệu chất lượng tốt ựưa vào ứng dụng ựạt hiệu quả cao và xây dựng quy trình sản xuất hợp lý, phù hợp với ựiều kiện nơi sản xuất tiết kiệm chi phắ rễ sử dụng Tác giả chọn phương pháp chế tạo mẫu là ựúc khuôn ựể chế tạo vật mẫu

2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Trong luận văn này mới chỉ dừng lại ở nghiên cứu ñơn yếu tố ñể tìm ra chế ñộ ñúc hợp lý làm cơ sở xây dựng quy trình ñúc bạc của máy thu hoạch ngao

Nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu những vấn ñề sau

- Nghiên cứu chế tạo các loại mẫu với vật liệu nhựa nhiệt rắn

- Nghiên cứu chế tạo các loại mẫu với vật liệu compozit nền nhựa cốt bột ñá

- Nghiên cứu chế tạo các loại mẫu với vật liệu compozit nền nhựa cốt bột nhôm( Al2O3 )

- ðo ñộ cứng trên máy Vic ky, kiểm tra mài mòn

Quy trình chế tạo trình bày trong chương 4

2.3 Nghiên cứu các phương pháp ño ñộ cứng:

ðộ cứng là khă năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của vật liệu thông qua mũi ñâm ðộ cứng có những ñặc ñiểm sau:

- ðộ cứng biểu thị tính chất của bề mặt mà không biểu thị chung cho toàn sản phẩm một khi vật liệu có cấu trúc không ñồng nhất

- ðộ cứng biểu thị cho khả năng chống mài mòn của vật liệu, ñộ cứng càng cao tính chống mài mòn càng tốt

Chính vì vậy ño ñộ cứng là việc làm thường xuyên của sản xuất cơ khí

và trong nghiên cứu Có các phương pháp ño ñộ cứng sau:

2.3.1 ðo ñộ cứng Brinen HB

ðộ cứng Brinen bằng cách ấn một tải trọng F xác ñịnh lên bề mặt phẳng của vật liệu qua viên bi cứng ñường kính D, sau khi thôi tác dụng tải trọng ñể lại trên bề mặt vết lõm với ñường kính d Số ño ñộ cứng Brinen ñược xác ñịnh bằng tỷ số tải trọng F với diện tích mặt lõm

và ñược gi ký hiệu ñơn giản bằng HB và số ño ñược Khi ño ở các ñiều kiện khác bắt buộc phải ghi rõ các số chỉ lần lượt các ñiều kiện trên Ví dụ

gian 20s

Nhược ñiểm của HB không ño các vật liệu có ñộ cứng cao hơn HB 450 Chỉ dùng ño các vật liệu có ñộ cứng trung bình và thấp Thứ hai mẫu ño phải có

bề mặt bằng phẳng và ñủ dày, do vết lõm to Thứ ba không ño trên các loại trục

2.3.2 ðo ñộ cứng Roocvel HR.(HRA,HRC, HRB)

ðo ñộ cứng HR tiện lợi và nhanh, kết quả ño nhanh cho ngay trên máy

HR là ñộ cứng quy ước xác ñịnh bởi chiều sâu dư quy ước e gây ra bởi tác dụng của tải trọng F Số ño Roocvel xác ñịnh như sau

HR = k - e Trong ñó k- hệ số, k = 100 với các thang A, C dùng mũi nón góc ở ñỉnh 1200 bằng kim cương, k = 130 cho thang B dùng mũi bi thép,

e= h/0,002 tính theo mm

Cách ño Roocvel áp dụng cho thép gang

ở mọi dạng nhiệt luyện Phương pháp này thường dùng ño cho các vật liệu cứng

Hình 2.1 Mũi ñâm HV

2.3.3 ðo ñộ cứng Vicke HV

ðược phát minh vào năm 1924 bởi những kỹ sư Anh là một thay thế cho phương pháp Brimen cũng ño bằng tỷ số F/S và có thứ nguyên ứng suất (kG/mm) Phương pháp này ñược coi là ñộ cứng chuẩn trong nghiên cứu khoa học và các phòng thí nghiệm và nghiên cứu

- Mũi ñâm làm bằng kim cương hình tháp bốn mặt ñều với góc ở ñỉnh giữa hai mặt ñối diện là 1360 (hình 2.1)

- Tải trọng tác dụng từ 1 - 100kG, trong ñó mức 30 kG với thời gian giữ 10- 15s ñược coi là ñiều kiện tiêu chuẩn

- Vì vậy ñộ cứng Vicke ñược dùng ñể ño ñộ cứng cho mọi vật liệu từ rất mềm ñến rất cứng với lớp cần ño rất mỏng, ñược coi là ñộ cứng chuẩn trong nghiên cứu khoa học ( hình 2.2)

- Số ño ñược xác ñịnh theo công thức:

+ α = 1360

+ d - Giá trị trung bình số học của hai ñường chéo vết lõm, mm

- Cũng giống như HB, ñộ cứng Vicke ở ñiều kiện chuẩn chỉ cần viết

HV với số ño Nếu ở ñiều kiện phi tiêu chuẩn phải ghi thêm về tải trọng Ví

dụ HV10/30300 là ñộ cứng HV dưới tải trọng 10kG, thời gian giữ 30s là 300kG/mm2

Kết luận chương 2

Trong phần này, tác giả Luận văn ñã trình bày khái quát ñược những nội dung chính sau ñây:

- Khái quát về ñối tượng nghiên cứu phương pháp nghiên cứu;

- Trình bầy khái quát các phương pháp ño ñộ cứng từ ñó chọn phương pháp ño thích hợp

Hình 2.2 Máy ño Vicke

Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Vật liệu phi kim loại

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp hiện ñại dẫn tới nhu cầu to lớn

về vật liệu Ngoài những vật liệu kim loại thông dụng mà con người sử dụng Trong ngành công nghiệp cơ khí chế tạo, vật liệu phi kim rất ñược chú ý và phát triển ở trong nước và trên thế giới

3.1.1 Vật liệu ceramic

Ceramic hay còn gọi là vật liệu vô cơ ñược tạo thành từ các hợp chất hóa học giữa kim loại (Mc) với các á kim bao gồm B, C, N, O và Si ( bán kim loại hay bán dẫn) bao gồm các bo rit, các bít, nitrit, ôxit của bo và si lic (SiC,

BN, SiO2)

Với sự kết hợp ña dạng như vậy làm cho Ceramic cũng ña dạng về thành phần hóa học và tính chất Theo các dạng hợp chất hình thành, Ceramic

có nhiều loại như:

+ ñơn ô xyt kim loại (A203 trong gốm corindon)

+ ñơn ô xyt bán kim loại ( Si02 trong thủy tinh thạch anh )

+ các ñơn nguyên tố (bo, các bon)

+ các bít, nitrit của kim loại và á kim (TiC, SiC, BN )

Có thể phân loại Ceramic theo thành phần hóa học, theo cấu trúc, theo phương pháp công nghệ, lĩnh vực sử dụng …

Theo các ñặc ñiểm kết hợp, thịnh hành cách phân loại Ceramic ra làm

ba nhóm chính:

gốm và vật liệu chịu lửa

thủy tinh và gốm thủy tinh

xi măng và bê tông

- Liên kết nguyên tử Do Ceramic ñược tạo lên từ các nguyên tố có bản chất hóa học khác nhau: kim loại và á kim, lên có cấu trúc phức tạp khác với

kim loại Khác với kim loại, trong Ceramic không có liên kết kim loại mà là kết hợp giữa liên kết I on và liên kết ñồng hóa trị Ví dụ tỷ lệ liên kết ion của các nguyên tố K, Mg, Zr, Ti, Al, B, Si, C với ooxxy lần lượt là 90, 80, 67,45,

40, 22% Chín có liên kết phức hợp như vậy năng lượng liên kết trong Ceramic tương ñối lớn khoảng 100 – 150kl/mol (cao hơn kim loại 60 – 250 kl/mol) nên nó có nhiệt ñộ nóng chảy cao, cứng, giòn trong suốt và các ñiện cao Cũng do ñặc ñiểm liên kết như vậy mà cấu trúc tinh thể của Ceramic khác với kim loại cụ thể là cấu trúc tinh thể phức tạp và tồn tại trạng thái vô ñịnh hình

3.1.2 Gốm và vật liệu chịu lửa

- Bản chất gốm là vật liệu nhân tạo có sớm nhất trong lịch sử loài người Khởi ñầu khái niệm gốm ñược dùng ñể chỉ vật liệu chế tạo từ ñất sét

Về sau cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật khái niệm này ñược mở rộng

và bao gồm ñồ sứ Tổ ñiển hình của gốm là ña pha vì hai pha chính tạo nên gốm là pha tinh thể và pha vô ñịnh hình, trong ñó pha vô ñịnh hình phân bố xen kễ các pha tinh thể và gắn kết chúng lại với nhau Tỷ lệ giữa hai pha này trong các sản phẩm sẽ khác nhau ví dụ tỷ lệ vô ñịnh hình trong gạch ngói là

20 – 40%, trong sứ 50 – 60%, gốm Al203 < 1% ngoài hai pha chính ra trong gốm luôn có lỗ xốp

- Gốm silicat Gọi làgốm truyền thống là loại chế tạo từ các vật liệu silicat thiên nhiên ñộ sạch thấp, chủ yếu từ ñất sét cao lanh ñể tạo nên các sản phẩm gốm xây dựng và gốm công nghiệp

ðất sét là silicat nhôm gồm có Al203, Si02 và nước ngậm Tính chất của nó biến ñổi rộng phụ thuộc vào tạp chất mà chủ yếu là các oxit và chất hữu cơ Cấu trúc tinh thể tương ñối phức tạp song có ñặc trưng quan trọng là

có cấu trúc tầng nên khi có nước các phần tử nước ñiền kín vào tầng này và

tạo ra lớp màng mỏng bao quanh các hạt ñất sét làm cho hạt này rễ dịch chuyển với nhau tạo ra ñộ dẻo cao cho hỗn hợp ñất sét

3.1.3 Xi măng và bê tông

Các vật liệu vô cơ ña pha có thể ñược chế tạo bằng phương pháp khác nhau ( ngoài thiêu kết bột và nấu chảy ) ñó là phương pháp kết dính các thành phần vật liệu rắn với nhau ở nhiệt ñộ thường nhờ chất kết dính ðây là nguyên

lý chế tạo bê tông, loại vật liệu xây dựng quan trọng hàng ñầu như sau các cốt liệu rắn (sỏi, cat) với xi măng và nước là chất dính kết theo tỷ lệ xác ñịnh ñược hòa trộn ñể có hỗn hợp ở thể loãng( vữa bê tông), sau khi xi măng ñong rắn khối vật liệu trở lên liền khối và vững trắc

3.1.4 Vật liệu polime

Là loại vật liệu có tốc ñộ phát triển nhanh trong những năm gần ñây (sau ñại chiến thế giới II), ñược sử dụng rãi trong sinh hoạt cũng như trong kỹ thuật, chiếm tỉ lệ ngày một cao Khác với vật liệu truyền thống (kim loại, ceramic), vật liệu polime có sức cạnh tranh lớn nhờ có nhiều ưu ñiểm như tính dẻo cao, tính ổn ñịnh hoá học cao trong nhiều môi trường cùng với khả năng dễ tạo hình và gia công nếu có, phạm vi ứng dụng rộng Tuy nhiên polime là loại vật liệu kết cấu nên có những hạn chế vì ñộ bền chưa cao, khả năng chịu nhiệt thấp, tuổi thọ ngắn sở dĩ có tên gọi như vậy là do nó ñược tạo thành chủ yếu từ polime (nhóm chất hữu cơ tổng hợp), do vậy còn có tên là hữu cơ Một tên khác cũng khá thong dụng là chất dẻo ( plastics) là gọi theo nhóm chiếm tỷ lệ chủ yếu trong loại này Polime ñầu tiên mà loài người biết

là loại có nguồn gốc tự nhiên, từ thực ñộng vật ( gỗ, cau su, bong len, da, tơ tinh bột xenlulô) Trong thế kỷ 20 loài người ñã tổng hợp ñược polime với giá

rẻ và có tính ưu việt hơn polime tự nhiên, ñã mở ra sự phát triển nhẩy vọt cho loại vật liệu này

3.1.4.1.Cấu trúc phân tử Polyme

Khác với vật liệu ñã học, các phân tử Polyme có những ñặc ñiểm riêng

Trước tiên ñi từ hydrocacbon là nguồn gốc phần lớn chất hữu cơ ñể từ ñó tông

hợp nên Polyme

a Phân tử hydrocacbon Các liên kết giữa các nguyên tử là ñồng hóa trị

Mỗi nguyên tử cacbon có bốn ñiện tử tham gia vào liên kết này Trong ñó mỗi

nguyên tử hydro chỉ có một ñiện tử liên kết Liên kết ñơn tồn tại khi mỗi một

trong hai nguyên tử liên kết (C và H) ñều góp một ñiện tử, còn liên kết giữa

hai nguyên tử cacbon là nhờ mỗi nguyên tử trong chúng góp chung hai ñiện

tử, tức là liên kết ñôi Ví dụ nguyên tử etylen C2H4 có thể trình bày dưới dạng

H H

H - C = C - H, trong ñó: - là liên kết ñơn

= là liên kết ñôi

Có trường hợp tồn tại liên kết ba như axetylen C2H2: H - C ≡ C - H

Các hydrocacbon chứa liên kết ñôi ba ñược gọi là không no, tức mỗi nguyên

tử cacbon chưa liên kết tối ña với bốn nguyên tử khác, tức chúng còn có thể

biến ñổi khi trở thành liên kết ñơn

b Phân tử polyme

- Bản chất hóa học và me So với phân tử hữu cơ vừa trình bày, phân tử

polyme tổng hợp nên là khổng lồ với kích thước và khối lượng phân tử lớn

lên còn ñược gọi là cao phân tử Trong phân tử này, các nguyên tử ñược liên

kết bằng liên kết ñồng hóa trị ða số phân tử polime có dạng mạch dài và

mềm dẻo mà cốt lõi của nó là một chuỗi cac nguyên tử cacbon:

- C - C - C -

trong ñó mỗi nguyên tử cacbon liên kết với hai nguyên tử cacbon khác về hai phía Phân tử polyme ñược ký hiệu bằng ñường thẳng Và ñược gọi là mạch hay mạch chính

- Cấu trúc phân tử của PE (polyetylen) Từ các phân tử etylen C2H2 (ở dạng hơi) dưới tác dụng của xúc tác, nhiệt ñộ, áp suất thích hợp, liên kết ñôi

bị gãy, mở về hai phía và sự hợp nhất lại của chúng sẽ tạo lên mạch và phân

tử polyetylen (PE)

(C = C)n

Hình 1.1 Quá trình hình thành phân tử polyetylen

- Cấu trúc phân tử của các polyme thường gặp Nếu cứ một trong bốn nguyên tử hydro của me trong PE – polyetylen ñược thay thế bởi nguyên tử clo gốc metyl CH3, gốc benzyl (mạch vòng) sẽ lần lượt ñược PVC – polyviny clorit

- Khối lượng phân tử Người ta nhận thấy rằng các phân tử polyme có khối lượng hết sức khác nhau : một số phân tử tương ñối nhỏ (mạch ngắn) một số lớn mạch dài còn ña số trung bình ðộ dài của mạch có ảnh hưởng lớn ñến các nhiệt ñộ chảy và biến mềm nhiệt ñộ này tăng theo sự tăng của khối lượng phân tử cũng tức chiều dài mạch Ví dụ polyme với khối lượng phân tử thấp (~ 100g/mol) ở nhiệt ñộ thường tồn tại ở dạng lỏng hay khí, trung bình (~ 1000g/mol) ở dạng sáp hay cau su mềm, cao (từ > 1000 tới hàng triệu g/mol)

ở dạng chất rắn và ñây mới là mục tiêu cần ñạt tới

c Cấu trúc mạch của polyme

- Hình dạng mạch Cánh biểu thị cấu trúc phân tử hai chiều hình dưới chỉ có tính ước lệ vì thực tế góc liên kết giữa hai nhuyên tử cacbon không phải là

120o như biểu thị bằng ñường thẳng mà chỉ là 109o với khoảng cách giữa các nguyên tử là 0,154mm trong không gian

- Phân loại mạch

+ Polyme thẳng là loại polyme trong ñó các me liên kết với nhau thành một mavhj duy nhất nhưng mạch này rất mềm dẻo, có thể hình dung như những sợi dài nằm cùng chiều sát nhau lên khối lượng riêng lớn

+ Polyme nhánh Là loại có mạch ngắn hơn(gọi là mạch nhánh) nối vào mạch chính

+ polyme lưới Các mạch cạnh nhau trong polyme này ñược nối với nhau bằng liên kết ñồng hóa trị ở một số vị trí trên mạch, nên mạch có dạng lưới + Polyme mạch không gian Các me ba chức năng có ba liên kết ñồng hóa trị hoạt, hình thành lưới không gian ba chiều thay thế cho khung mach thẳng tạo nên bởi các me ba chức năng ñược gọi là polyme không gian

d Cấu trúc tinh thể của polyme Khác với kim loại thường tồn tại ở trạng

thái tinh thể, các polyme thường tồn tại ở cả hai trạng thái tinh thể à vô ñịnh hình

3.1.4.2 Tính chất cơ lý nhiệt của polyme

a Quan hệ ứng suất biến dạng Người ta thử cơ tính của polyme như ñối

với kim loại Trên hình 1.2 trình bầy các dạng biểu ñồ kéo của các vật liệu polyme chính ðối với polyme dẻo, giống như nhiều kim loại qua ba dạng ñàn hồi – dẻo – phá hủy Trong polyme có nhóm ñàn hồi cao như cau su, nó bị biến dạng ñàn hồi lớn gây ra do ứng suất thấp song hồi phục ñược hoàn toàn

bị mất ñi khi bỏ tải trọng Có thể biết ñược cơ tính của một số polyme ở bảng 1.3 Qua bảng này có thể thấy polyme so với thép có ñộ bền thấp: modul ñàn hồi E chỉ là 7MPa với loại ñàn hồi cao nhất chỉ là 4000MPa thấp hơn thép thường là 30 GPa giới hạn bền σb chỉ khoảng 50MPa thấp hơn thép 10 lần

Nhiệt ñộ CoVật liệu

Khối lượng riêng

E, GPa σb, MPa δ, %

Thủy tinh hóa

Chảy

PE khối lượng riêng

thấp 40-50% tinh thể

0,932

0,917-0,28

B ng 1.3 C lý tính nhi t th ng c a các polyme thông d ng

b Cơ biến dạng Do cấu trúc của polyme thay ñổi trong phạm vi rộng nên cơ

tính của polyme cung biến ñổi rất rộng

c Nóng chảy và thủy tinh hóa Cũng giống như ceramic polyme cũng là loại

bán tinh thể hay nói cách khác là cấu trúc tinh thể và vô ñịnh hình biến ñổi