Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ và phụ gia đến độ bền của vật liệu composite và polyme trong công nghệ ép phun

Kết luận: Ch a có công trình nào nghiên c u về nh h ng c a các thông s công nghệ và tỉ lệ các thành phần ch t phụ gia trực tiếp vào quá trình ép phun để tăng s c bền cho vật liệu sử dụng

M C L C

Trang Trang tựa

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân i

L i cam đoan ii

L i c m ơn iii

Tóm tắt iv

Mục lục vi

Danh sách các hình ix

Danh sách các b ng xii

Ch ng 1 T NG QUAN 1

1.1 Tính c p thiết c a đề tài: 1

1.2 Mục đích nghiên c u, khách thể và đ i t ợng nghiên c u: 3

1.2.1 Mục đích: 3

1.2.2 Đ i t ợng nghiên c u: 3

1.2.3 Khách thể nghiên c u: 3

1.3 Nhiệm vụ nghiên c u và giới h n đề tài: 3

1.3.1 Nhiệm vụ c a đề tài: 3

1.3.2 Giới h n đề tài: 4

1.4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn: 4

1.4.1 Ý nghĩa khoa học: 4

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn: 5

1.5 Ph ơng pháp nghiên c u: 5

Ch ng 2 C S Lụ THUY T 6

2.1 Vật liệu composite và công nghệ chế t o: 6

2.1.1 Khái niệm: 6

2.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển: 6

2.1.4 u điểm c a vật liệu composite: 8

2.1.5 Phân lo i vật liệu composite: 9

2.1.6 Công nghệ chế t o vật liệu composite: 10

2.2 Thành phần c a vật liệu composite: 17

2.2.1 Vật liệu c t: 17

2.2.2 Các ch t phụ gia: 22

2.2.3 Vật liệu nền: 22

MDPE (Mium density polyetylen) 29

UHMWPE (Ultra high molecular weigh polyetylen) 29

2.3 Công nghệ ép phun: 40

2.4 Tiêu chuẩn ISO 527 (TCVN 4501 -4: 2009) 41

2.4.1 Lĩnh vực và ph m vi ng dụng: 41

2.4.2 Mẫu kéo thử theo tiêu chuẩn ISO 527: 42

Ch ng 3 PHỂN TệCH V T LI U PHUN VẨ TệNH TOÁN, THI T K M U TH 43

3.1 Tổng quan về nhựa Polypropylen (nhựa PP): 43

3.1.1 Giới thiệu: 43

3.1.2 Tính ch t c a nhựa Polypropylen: 44

3.1.3 Tồng hợp nhựa polypropylen: 46

3.1.4 Gia công nhựa polypropylen: 46

3.1.5 ng dụng c a nhựa polypropylen: 48

3.1.6 u và nh ợc điểm c a nhựa PP: 48

3.2 Phân tích thông s kỹ thuật c a mẫu thử: 49

3.2.1 Các yếu t nh h ng trực tiếp đến quá trình ép phun: 49

3.2.2 Tính toán, thiết kế mẫu thử: 52

3.3 Phân tích các thông s trong quá trình ép phun mẫu: 53

3.3.1 Mục tiêu: 53

3.3.2 Phân tích th i gian điền đầy s n phẩm: 53

3.3.3 Phân tích ng su t khi phun: 54

3.3.4 Phân tích lực kẹp: 55

3.3.5 Phân tích vị trí c a điểm phun t t nh t: 55

3.3.6 Phân tích sự phân b và phát triển dòng nhựa trong khuôn: 56

3.3.7 Phân tích cong vênh, co rút: 57

3.3.8 Phân tích ng su t d : 58

3.3.9 Phân tích đ ng hàn: 59

3.3.10 B ng tổng hợp phân tích: 60

Ch ng 4 CỌNG TÁC CHU N B THệ NGHI M 61

4.1 C u t o c a vật liệu nghiên c u: 61

4.2 Máy móc trang thiết bị phục vụ cho quá trình nghiên c u: 62

Ch ng 5 TI N HẨNH THệ NGHI M, X Lụ S LI U VẨ ĐÁNH GIÁ K T QU 69

5.1 Xác định s l ợng thí nghiệm: 69

5.2 Tiến hành thí nghiệm: 71

5.1.1 Dụng cụ thí nghiệm: 71

5.1.2 Cách pha trộn, lựa chọn, mư hóa thí nghiệm: 73

5.1.3 Các thao tác để tiến hành thí nghiệm: 73

5.3 Kết qu thí nghiệm và xử lý s liệu: 73

Ch ng 6 K T LU N VẨ KHUY N NGH 114

6.1 Kết luận 114

6.2 Khuyến nghị 114

TẨI LI U THAM KH O 116

Hình 3.5: Mẫu thiết kế đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ISO 527 52

Hình 3.7: Kết qu phân tích tìm đ ợc vị trí điểm phun t t nh t 56

Hình 3.10: Phân b ng su t d tr ớc khi thiết kế hệ th ng làm mát 58Hình 3.11: Phân b ng su t d sau khi thiết kế hệ th ng gi i nhiệt 58

Hình 4.7: Cân CP-324S và cân TE 612 68

Hình 5.4: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh h ng c a thành phần phụ gia Na10MB3A

Hình 5.9: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh h ng c a thành phần phụ gia Na10MB3A

Hình 5.14: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh h ng c a thành phần phụ gia

Hình 5.19: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh h ng c a thành phần phụ gia

Hình 5.24: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh h ng c a thành phần phụ gia

Hình 5.28: Biểu đồ ng su t kéo và tỉ lệ Na10MB3A 101Hình 5.29: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh h ng c a thành phần phụ gia

Hình 5.34: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh h ng c a thành phần phụ gia

Hình 5.40: Cơ chế phá h y trên bề mặt gưy đ t c a mẫu PP có trộn phụ gia: 111

Ch ng 1

T NG QUAN

1.1 Tính cấp thi t c a đ tƠi:

Những s n phẩm rẻ hơn, quan trọng hơn nữa là không nh h ng đến s c

kh e c a con ng i Vật liệu bền cao hơn Tuy nhiên, tr ớc những u điểm c a vật liệu và công nghệ chế t o vật liệu nhựa truyền th ng đ ợc pha trộn với phụ gia những tỉ lệ nh t định để đ t đ ợc độ composite mang l i thì việc áp dụng những thành tựu c a công nghệ này để c i thiện tính bền, nâng cao ch t

l ợng và gi m giá thành cho các s n phẩm nhựa là hết s c cần thiết Bên c nh đó, ngoài việc áp dụng tỉ lệ thành phần phụ gia hoặc gia c ng c a các nghiên c u

tr ớc để phát huy t i đa hiệu qu c a các thành phần này là một xu h ớng r t cần

thiết trong lĩnh vực kỹ thuật Để cho s n phẩm đ ợc t t hơn nữa, bền hơn và nâng cao đ ợc tuổi thọ c a s n phẩm thì trong quá trình ép phun ph i nghiên c u việc

nh h ng c a các thông s công nghệ ( nhiệt độ, áp su t) và phụ gia để tăng bền cho vật liệu là r t cần thiết Ví nó quyết định đến tính ch t, độ bền c a s n phẩm và

c về mặt thẩm mỹ Để có thể đánh giá tổng quát nh h ng c a các thông s công nghệ cần tiến hành pha trộn thành phần gia c ng theo những tỉ lệ t t nh t c a các nghiên c u tr ớc Đề tài tiến hành triển khai nghiên c u và chế t o bộ khuôn ép mẫu thử s c bền kép c a vật liệu nhựa trong công nghệ ép phun, điểm đặc biệt là

bộ khuôn có thể đ ợc sử dụng để ép phun trực tiếp các vật liệu đư đ ợc pha trộn thành phần gia c ng hoặc phụ gia, từ đó đánh giá những yếu t nh

h ng c a các yếu t trên đến quá trình ép mẫu kéo – s n phẩm trực tiếp c a đề tài đ ợc sử dụng trong các thí nghiệm để đo kiểm và đánh giá ch t l ợng c a vật liệu sau khi chế t o

1.2 Các công t rình nghiên c u đƣ đ c công b :

Các công trình nghiên c u trong n ớc:

 Nghiên c u tăng bền cho vật liệu nhựa và composite trong công nghệ ép phun – Đ i học s ph m kỹ thuật TP.HCM

 Nghiên c u vật liệu Composite trên nền nhựa Polyetylene tỉ trọng cao gia

c ng bằng sợi day – ĐH Bách khoa

 Nghiên c u vật liệu Composite trên nền nhựa Polyvinyl Clorua với độn mùn

c a, tr u – ĐH Bách Khoa

 Nghiên c u chế t o vật liệu Composite trên cơ s nhựa Polyester không no gia c ng Nanoclay và sợi thuỷ tinh – Đ i học Bách khoa

Các công trình nghiên c u ngoài n ớc:

 Comparison of several closure approximations for evaluating the thermoelastic properties of an injection term molded short-fiber composite - Composites Science and Technology, Volume 67, Issues 7-8, June 2007, Pages 1601-1610

 An experimental study of fibre orientation in injectionnext term moulded short glass fibre-reinforced polypropylene/polyarylamide composites – Composites,Volume 25, Issue 2, February 1994, Pages 147-153

 Studies on the combined effect of injection temperature and fiber content on the properties of polypropylene-glass fiber composites- Composites Science and Technology, Volume 65, Issue 6, May 2005, Pages 873-881

 Influence of injectionnext term parameters and mold materials on mechanical properties of ABS in plastic injection molding - International Communications in Heat and Mass Transfer, Volume 37, Issue 9, November

2010, Pages 1359-1365

Kết luận: Ch a có công trình nào nghiên c u về nh h ng c a các thông s công nghệ và tỉ lệ các thành phần ch t phụ gia trực tiếp vào quá trình ép phun

để tăng s c bền cho vật liệu sử dụng trong công nghệ ép phun Đề tài nghiên c u

và chế t o bộ khuôn ép phun mẫu kéo theo tiêu chuẩn ISO-527, thực hiện kéo và

đo các thông s theo tiêu chuẩn, xử lý s liệu thực nghiệm và xây dựng đ ng cong thực nghiệm Bộ khuôn là công cụ để chế t o cho các mẫu kiểm nghiệm các tiêu chuẩn về s c bền cho các các vật liệu ép phun trực tiếp đ ợc trộn với các ch t phụ gia , từ đó nâng cao s c bền cho s n phẩm c a công nghệ này

1.3 M c đích nghiên c u, khách th vƠ đ i t ng nghiên c u:

1.3.1 Mục đích:

- Nghiên c u và ng dụng lý thuyết vật liệu polymer, vật liệu composite

vào trong công nghệ ép phun

- Kiểm nghiệm s c bền kéo và kh năng tăng bền cho vật liệu polymer

trong nghệ ép phun

- Tìm hiểu công nghệ ép phun cho s n phẩm nhựa

- Thiết kế, chế t o bộ khuôn ép mẫu theo tiêu chuẩn ISO – 527

- Lập quy trình tiến hành thí nghiệm, đo và xử lý kết qu thực nghiệm

- Xây dung mô hình toán để khắc phục u nh ợc điểm sau khi ép phun

1.3.2 Đối t ợng nghiên c u:

- Vật liệu polymer: lý thuyết và kh năng công nghệ, ng dụng

- Vật liệu composite: lý thuyết và ng dụng

- Công nghệ ép phun cho s n phẩm nhựa

- Công nghệ chế t o bộ khuôn ép phun

- Quy trình tiến hành thí nghiệm và thu thập, xử lý s liệu

1.3.3 Khách thể nghiên c u:

- nh h ng c a thông s công nghệ ( nhiệt độ, áp su t) tới quá trình ép phun cho s n phẩm nhựa

- nh h ng c a các phụ gia trong quá trình ép phun

- nh h ng c a thành phần gia c ng tới s c bền kéo c a mẫu thử

- nh h ng c a các thông s c a quá trình ép phun

1.4 Nhi m v nghiên c u vƠ gi i h n đ tƠi:

1.4.1 Nhiệm vụ c a đề tài:

- Nghiên c u về công nghệ chế t o và ng dụng c a vật liệu polymer

- Nghiên c u về công nghệ chế t o và ng dụng c a vật liệu composite

- Nghiên c u công nghệ ép phun cho s n phẩm nhựa

- Nghiên c u công nghệ chế t o khuôn cho s n phẩm nhựa

- Nghiên c u tiêu chuẩn ISO – 527

- Thiết kế mẫu, phân tích các yếu t trong quá trình ép mẫu

- Thiết kế và chế t o bộ khuôn ép mẫu thí nghiệm

- Sử dụng lo i phụ gia thông dụng nh t th ng sử dụng trong công nghệ

ép phun

- Tiến hành thí nghiệm và đánh giá nh h ng c a các thông s công nghệ tới quá trình ép phun

1.4.2 Ảiới h n đề tài:

Do còn nhiều h n chế về mặt th i gian, kinh phí thực hiện cũng nh trang thiết

bị thí nghiệm nên đề tài chỉ tập trung nghiên c u các nội dung sau:

- Nghiên c u về lý thuyết và công nghệ chế t o vật liệu composite

- Mẫu thử đ ợc chế t o bằng ph ơng pháp ép phun trực tiếp trên máy ép phun

- Nghiên c u kh năng ng dụng c a vật liệu Polypropylen

- Vật liệu mẫu để tiến hành thí nghiệm là Polypropylen

- Tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lý s liệu trên phần mềm Statgraphic

- Đánh giá m c độ nh h ng c a các thông s công nghệ và tỉ lệ thành phần phụ gia trong công nghệ ép phun

- Xây dựng mô hình toán

1.5 ụ nghĩa khoa h c vƠ ý nghĩa thực ti n:

1.5.1 Ý nghĩa khoa học:

- S n phẩm c a đề tài sẽ đ ợc dùng để phục vụ công tác nghiên c u về độ bền, nh h ng c a thông s công nghệ và nh h ng đến tính ch t cơ lý composite c t nhựa nền sợi th y tinh c a vật liệu trong công nghệ ép

- Các thí nghiệm để phận tích, đánh giá sử nh h ng c a các thông s công nghệ ( nhiệt độ, áp su t) sẽ kiểm nghiệm và xây dựng biểu đồ thực nghiệm thể hiện m i quan hệ giữa nhiệt độ và áp su t nào là t t nh t, cho

s n phẩm t t hơn, bền hơn

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn:

- S n phẩm trực tiếp c a đề tài là bộ khuôn ép đ ợc sử dụng để chế t o các mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO – 527 về kiểm nghiệm s c bền kéo c a vật liệu trong công nghệ ép phun

- Các kết qu c a các công trình nghiên c u trên sẽ đ ợc áp dụng vào thực tiễn nghiên c u khoa học, là nền t ng cho sự ng hiệu qu c về mặt kỹ thuật và kinh tế cho công nghệ ép phun

1.6 Ph ng pháp nghiên c u:

Đề tài đ ợc thực hiện bằng các ph ơng pháp nh sau:

- Thu thập tài liệu và xử lý thông tin: tập hợp và nghiên c u các thông tin liên quan đến đề tài

- Tính toán, thiết kế và phân tích các s liệu trên phần mềm hỗ trợ: Pro/ENGINEER, Plastic Moldflow Insign, Statgraphic

- Thiết kế và chế t o các thiết bị phục vụ cho đề tài

- Phân tích và xử lý các lỗi phát sinh trong quá trình chế t o

Từ composite xu t phát từ góc tiếng Anh compos (tiếng Pháp composé)

nghĩa là hợp ch t nhiều thành phần, hiện nay ng i ta gọi vật liệu này bằng nhiều tên khác nhau nh : vật liệu kết hợp, vật liệu tổ hợp, vật liệu com-pao… Tuy nhiên

tên gọi thông dụng nh t là vật liệu composite

Ng i Ai Cập đư biết vận dụng vật liệu Composite từ kho ng 3.000 năm

tr ớc Công nguyên, s n phẩm điển hình là v thuyền làm bằng lau, sậy tẩm pitum

về sau này các thuyền đan bằng tre trát mùn c a và nhựa thông hay các vách t ng đan tre trát bùn với rơm, r là những s n phẩm Composite đ ợc áp dụng rộng rưi trong đ i s ng xư hội

Sự phát triển c a vật liệu composite đư đ ợc khẳng định và mang tính đột biến vào những năm 1930 khi mà stayer và Thomat đư nghiên c u, ng dụng thành công sợi thuỷ tinh; Fillis và Foster dùng gia c ng cho Polyeste không no và gi i

pháp này đư đ ợc áp dụng rộng rưi trong ngành công nghiệp chế t o máy bay, tàu chiến phục vụ cho đ i chiến thế giới lần th hai

Năm 1950 b ớc đột phá quan trọng trong ngành vật liệu Composite đó là sự

xu t hiện nhựa Epoxy và các sợi gia c ng nh Polyeste, nylon,… Từ năm 1970 đến nay vật liệu composite nền ch t dẻo đư đ ợc đ a vào sử dụng rộng rưi trong các ngành công nghiệp và dân dụng, y tế, thể thao, giao thông, quân sự vv…

2.1.3 Đặc điểm – vai trò – tính chất:

Nhẹ - chắc - bền - không rỉ - chịu hóa chất - chịu thời tiết đó những u

điểm ch yếu c a vật liệu composite Sự ra đ i c a vật liệu composite là cuộc cách

m ng về vật liệu nhằm thay thế cho vật liệu truyền th ng có một s nh ợc điểm khó hoặc không thể khắc phục đ ợc nh nặng (đá, g ch…) dễ vỡ (sành, s …) m i mọt, khai thác nhiều nh h ng đến môi tr ng sinh thái (gỗ); rỉ sét (sắt, thép) … Những

nh ợc điểm này khiến cho việc tổ ch c s n xu t, vận chuyển ph c t p, chi phí b o

qu n cao…

Vì vậy, nó đ ợc ng dụng vào những mục đích, những s n phẩm và những nơi mà vật liệu truyền th ng không thể đáp ng đ ợc, trong khi vật liệu composite

có thể phát huy hiệu qu và th a mưn yêu cầu sử dụng.Cho nên từ đầu những năm

60 c a thế kỷ XX, cùng với sự phát triển c a công nghệ polyme, vật liệu composite

đư không ngừng đ ợc phát triển cho đến ngày nay và đ ợc ng dụng rộng rưi trong công nghiệp và đ i s ng nh : vật dụng gia đình, trang trí nội, ngo i th t, một s thiết bị trong ô tô, tàu lửa, máy bay và trong ngành hàng không vũ trụ…

Cơ tính c a vật liệu composite phụ thuộc vào các yếu t sau đây:

- Cơ tính c a các vật liệu thành phần: các vật liệu thành phần có cơ tính

t t thì vật liệu composite cũng có cơ tính t t và t t hơn tính ch t

c a từng vật liệu thành phần

- Luật phân b hình học c a vật liệu c t: khi vật liệu liệu c t phân

b không đồng đều, vật liệu composite bị phá huỷ tr ớc hết những nơi ít vật liệu c t Với composite c t sợi, ph ơng c a sợi quyết định

tính dị h ớng c a vật liệu, có thể điều chỉnh đ ợc tính dị h ớng này theo ý mu n để chế t o đ ợc vật liệu cũng nh ph ơng án công nghệ phù hợp với yêu cầu

- Tác dụng t ơng hỗ giữa các vật liệu thành phần: vật liệu c t và nền

ph i liên kết chặt chẽ với nhau mới có kh năng tăng c ng và bổ sung tính ch t cho nhau Ví dụ: liên kết giữa c t thép và xi măng trong bê tông

Để có cơ tính cao các nhà s n xu t dùng nhiều ph ơng pháp để gia tăng hàm l ợng sợi Hàm l ợng sợi kho ng 50 - 60 % thể tích c a composite là m c t i u Hàm l ợng sợi nhiều nh t có thể đ t đến là 70 - 75

% thể tích nh ng con s này ch t nền không đ để t o ra độ dính (adhesion) cần thiết

2.1.4 u điểm c a vật liệu composite:

Trong điều kiện sử dụng các vật liệu đúng tiêu chuẩn, thì vật liệu composite nói chung có những u điểm ch yếu sau đây:

+ Nhẹ nh ng c ng vững, chịu va đập, u n, kéo t t

+ Chịu hóa ch t, không sét rỉ, ch ng ăn mòn

+ Chịu th i tiết, ch ng tia tử ngo i, ch ng lưo hóa nên r t bền

+ Chịu nhiệt, chịu l nh, ch ng cháy

+ Cách điện, cách nhiệt t t

+ H p thụ sóng điện từ

+ Chịu ma sát, c ng độ lực và nhiệt độ cao

+ Không th m n ớc, không độc h i

+ B o trì, b o d ỡng, sửa chữa dễ dàng, chi phí th p

+ Màu sắc đa d ng, đẹp, bền vì đ ợc pha ngay trong nguyên liệu

+ Thiết kế, t o dáng thuận lợi, đa d ng, có nhiều công nghệ để lựa chọn

+ Đầu t thiết bị và tổ ch c s n xu t không ph c t p, không quá t n kém, không nh h ng tới môi tr ng, chi phí vận chuyển và s n xu t không cao, giá trị sử dụng cao

2.1.5 Phân lo i vật liệu composite:

2.1.5.1 Theo b n chất vật liệu nền và cốt:

Composite nền hữu cơ: Composite nền gi y (cáctông), composite nền nhựa, nền nhựa đ ng, nền cao su (t m h t, t m sợi, v i b t, vật liệu ch ng th m, l p ô tô

xe máy), Lo i nền này th ng có thể kết hợp với mọi d ng c t liệu, nh : Sợi hữu

cơ (polyamit, kevlar (là sợi aramit cơ tính cao), ), sợi khoáng (sợi th y tinh, sợi cacbon, ), sợi kim lo i (Bo, nhôm, ) Vật liệu composite nền hữu cơ chỉ chịu đ ợc nhiệt độ t i đa kho ng 200 ÷ 300°C

Composite nền khoáng ch t: Bê tông, bê tông c t thép, composite nền g m, composite cacbon - cacbon Th ng lo i nền này kết hợp với c t d ng: Sợi kim lo i (Bo, thép, ), h t kim lo i (ch t g m kim), h t g m (g m cacbua, g m Nitơ, )

Composite nền kim lo i: Nền hợp kim titan, nền hợp kim nhôm, Th ng kết hợp với c t liệu d ng: sợi kim lo i (Bo, ), sợi khoáng (cacbon, SiC, )

Composit nền kim lo i hay nền khoáng ch t có thể chịu nhiệt độ t i đa kho ng 600 ÷ 1000 °C (nền g m tới 1000 °C)

2.1.5.2 Theo hình d ng cốt liệu:

Hình 2.1: Phân lo i composite theo hình d ng c t liệỐ

Composite c t h t và c t sợi khác nhau kích th ớc hình học c a c t: C t sợi có tỉ lệ chiều dài trên đ ng kính khá lớn, còn c t h t là các phần tử đẳng trục

Khái niệm về composite c u trúc là để chỉ các bán thành phẩm trong đó thông dụng nh t là d ng lớp và d ng t m ba lớp, đ ợc c u thành từ vật liệu đồng

nh t và ph i hợp với các composite khác

2.1.5.3 Phân lo i theo hình d ng:

Hình 2.2: ảình d ng của các lo i ốật liệỐ composite

2.1.6 Công nghệ chế t o vật liệu composite:

Có khá nhiều công nghệ Composite nói chung và công nghệ FRP nói riêng Mỗi công nghệ có những giới h n nh t định trong ng dụng, nó phụ thuộc vào kích

cỡ s n phẩm, kiểu dáng s n phẩm, s l ợng s n xu t, sự gia c ng thích hợp và lo i resin sử dụng.Trong mọi công nghệ đều ph i có khuôn, vì vậy dựa trên các đặc thù

c a thiết kế và khuôn, nhà s n xu t cần ph i lựa chọn công nghệ cho thích hợp

Công nghệ compozit cũng chính là công nghệ t o ra laminat c a s n phẩm compozite

+ Thiết kế t ơng đ i tho i mái

+ Vật liệu làm khuôn đơn gi n dễ làm, rẻ tiền

+ Không đòi h i thiết bị, dụng cụ ph c t p

+ Yêu cầu trình độ c a ng i công nhân không cao

+ Chi phí đầu t th p

 Nh ợc điểm:

+ Năng su t th p, nguồn nhân công lớn

+ S n phẩm chỉ láng bóng một mặt (mặt tiếp xúc với khuôn)

+ Vì s n phẩm làm bằng tay nên ch t l ợng không đồng đều

+ Ph i xử lý cơ học sau khi l y s n phẩm, gia công cơ, cắt bivia

2.1.6.2 Công nghệ đúc bằng vữa th y tinh:

Nguyên liệu bao gồm: Th ch cao và sợi th y tinh gia c ng Vữa th y tinh

đ ợc t o ra bằng các cách khác nhau: bằng máy hoặc bằng tay

Từ vữa th y tinh ta có thể t o ra nhiều s n phẩm với hình dáng khác nhau

nh mặt bàn, đ ng viền, phào, trang trí, hoa văn trên trần nhà…

Nguyên lý c a công nghệ: Vữa th ch cao san đều trên khuôn, sau đó sợi th y tinh đ ợc phân b ngẫu nhiên trên vữa rồi để đông c ng, sau đó ng i ta l i ph lên một lớp vữa nữa và làm nhẵn bề mặt, cu i cùng s y khô và l y s n phẩm ra

 u đi m:

+ S n phẩm đa d ng và phong phú

+ Ch t l ợng s n phẩm t t

+ Qui trình công nghệ đơn gi n

+ Chế t o đ ợc các s n phẩm đặc biệt có yêu cầu đặc thù ngoài công nghệ nêu trên

 Nh c đi m:

+ Năng su t th p, lao động nặng

+ Vì s n phẩm làm bằng tay nên ch t l ợng không đồng đều

+ Ph i xử lý cơ học sau khi l y s n phẩm, gia công cơ, cắt bivia

2.1.6.3 Công nghệ đúc chuyển resin – RTM (resin transfer moulding)

Là công nghệ trung gian kết hợp công nghệ tr i tay và đúc nén.Có 2 ph ơng pháp thực hiện

Đặc điểm công nghệ:

Phương pháp thứ nhất Phương pháp thứ hai

Hình 2.4: Công nghệ đúc chỐyển resin – RTM

 u đi m:

+ Năng su t cao hơn

+ Hình dáng s n phẩm chính xác hơn, đồng đều hơn

2.1.6.4 Công nghệ đúc Ứp - phun, ph n ng RRIM:

Đây là công nghệ ch t dẻo nhiệt rắn.Hỗn hợp nguyên liệu nhiệt độ th p,

đ ợc ép phun vào khuôn gia nhiệt nhiệt độ cao.Nh có áp lực và nhiệt độ cao khuôn, ph n ng đóng rắn x y ra toàn phần và đóng rắn trong khuôn.Tránh hiện

t ợng hậu đóng rắn sau khi l y s n phẩm

Nguyên lý cơ b n c a công nghệ này là: Vật liệu gia c ng t o sợi cắt ngắn, sợi roving cắt ngắn hay nguyên liệu dệt đ ợc tr i theo lớp, tẩm resin hòa xúc tác

và đ ợc kẹp giữa gi y bóng kính hoặc lo i t ơng tự, ch y theo chuyển động c a máy Sau khi đóng rắn các t m này đ ợc cắt theo chiều dài mong mu n Công nghệ này hết s c linh ho t trong việc chọn chiều rộng, chiều dày và chiều dài theo mục đích sử dụng

 u đi m:

+ S n xu t đ ợc các chi tiết với kích th ớc tùy ý theo mục đích sử dụng + Ch t l ợng s n phẩm t t

+ Năng su t cao

s n phẩm c a công nghệ này là các lo i bông ch đàu, ch a hóa ch t, các ng, các ng chịu áp lực, khoang động lực tên lửa…

Nguyên lý cơ b n c a công nghệ này là: Các sợi th y tinh filament đ ợc

cu n quanh khuôn ( ng, silô …) bằng máy, đ ợc th m resin hòa xúc tác và sau khi đóng rắn cho ta ng hoặc silô r t c ng vững

Nguyên lý: Nh cơ c u t o s c kéo c a thiết bị, các băng sợi roving đ ợc kéo với t c độ xác định qua bể ch a resin hòa xúc tác để th m ớt, đi vào khuôn định hình đặt trong hộp gia nhiệt để các laminat đ ợc gia nhiệt và đóng rắn, cu i cùng ra s n phẩm

Nguyên lý cơ b n c a công nghệ này là: Nguyên liệu chính là ch t dẻo nhiệt d ng h t, t o sợi cắt ngắn và sợi roving đ ợc n p đồng th i vào hệ th ng đùn- ép phun theo tỷ lệ đư đ ợc xác định Trong quá trình trục đùn ép vận chuyển nguyên liệu, thì t o sợi cắt ngắn và sợi roving đ ợc tự động hòa trộn và phân bổ cùng với nguyên liệu chính là ch t dẻo, tọa thành hỗn hợp để sau đó đ ợc ép phun vào khuôn, hệ th ng này có gia nhiệt

Vật liệu Composite có hai thành phần chính là:v t li u c t và v t li u n n

Vật liệu cốt: Thành phần c t trong composite làm cho vật có đ ợc những

tính năng cơ học cần thiết Vật liệỐ c t có tác dụng chịu t i trọng nên ph i có độ bền

cao, th ng d ng sợi nh sợi cacbon, sợi th y tinh, sợi bo, sợi kim lo i, sợi graphit; hoặc có thể d ng h t cacborun(SiC), corindon (Al2O3), cacbit bo (B4C)

Vật liệu nền: Bao quanh vật liệu c t nh là ch t kết dính thành phần c t

Thực hiện nhiệm vụ ch t liên kết t o nên sự liên kết giữa các thành phần c t Do đó vật liệu nền ph i là các vật liệu có tính dẻo cao để thực hiện t t nhiệm vụ liên kết

Đ ợc chia làm 3 lo i: Polyme, cacbon và kim lo i

2.2.1 Vật liệu cốt:

Ph i th a mưn đ ợc những yêu cầu về khám phá, khai thác ra vật liệu mới

và kh năng công nghệ Những yêu cầu đó nh về độ bền, độ c ng, kh i l ợng riêng, độ bền trong một kho ng nhiệt độ nào đó, bền ăn mòn trong môi tr ng axit,

kiềm… Còn yêu cầu về công nghệ là những kh năng công nghệ để s n xu t ra các thành phần c t và những vật liệu composite trên cơ s những c t này.Vật liệu c t cho vật liệu composite có hai lo i:

2.2.1.1 Vật liệu cốt h t:

C t h t dùng trong vật liệu composite để làm tăng cơ, lý tính c a nhựa Ngoài ra h t cũng dùng để làm gi m giá thành c a vật liệu, làm tăng tính ch t dẫn điện, dẫn nhiệt cho nhựa nền…

2.2.1.2 Vật liệu cốt sợi:

C t sợi dùng trong vật liệu composite sẽ tăng c ng thêm tính ch t cơ học

c a vật liệu Các tính ch t khác cũng tăng thêm nh tính dẫn điện, dẫn nhiệt …

 S i th y tinh:

Sợi th y tinh đ ợc sử dụng rộng rưi để chế t o vật liệu composite polymer Thành phần cơ b n bao gồm cát th ch anh, đá vôi, bột nhôm đ ợc trộn khô theo tỷ

lệ hợp lý sau đó nung nóng ch y nhiệt độ cao kho ng 1260

u điểm c a sợi th y tinh là nhẹ, chịu nhiệt khá, ổn định với các tác động hóa - sinh, có độ bền cơ lý cao và độ dẫn nhiệt th p

Sợi th y tinh có hai d ng điển hình: sợi dài (d ng chỉ) và sợi ngắn, thông

th ng chúng có d ng hình trụ tròn, ngoài ra cũng gặp sợi th y tinh có tiết diện ngang hình tam giác, hình vuông, lục giác…

Công nghệ để s n xu t các d ng sợi th y tinh là kéo sợi từ dung dịch nóng ch y Có

3 ph ơng pháp chính để s n xu t sợi th y tinh:

+ Kéo sợi từ dung dịch nóng ch y qua khuôn(quá trình một giai đo n)

+ Kéo sợi từ những phôi th y tinh đ ợc s y nóng(quá trình hai giai đo n) + Nhận đ ợc sợi ngắn từ các tia dung dịch nóng ch y bằng cách thổi bằng không khí, hơi, gas

Sợi th y tinh có u điểm nổi trội là giá thành rẻ, chúng đ ợc dùng rộng rưi trong s n xu t composite polymer, để chế t o các tàu t i trọng nh , thuyền, xuồng, cano, thuyền buồm thể thao, than v ô tô, các ng dẫn dầu, nắp rẽ dòng c a vật thể

bay, cánh qu t trong các tuabin c a nhà máy th y điện… và r t nhiều những s n phẩm tiêu dùng thông th ng khác

 S i bazan: Sợi bazan đ ợc chế t o từ nguyên liệu đá bazan Đá bazan có

nguồn g c nhan th ch do các núi l a khi ho t động phun ra rồi kết tinh l i

Các s n phẩm từ đá bazan có đặc tính cơ, lý, hóa t t hơn hẳn so với các s n phẩm truyền th ng là bông sợi th y tinh hoặc amian Ngoài ra nó còn có u điểm là không độc h i cho ng i và sinh vật(bông sợi amian có thể gây ung th phổi và hô

h p), l i không hút ẩm(độ hút ẩm không quá 1% trong khi đ i với sợi th y tinh có thể lên đến 10 20%), và có độ bền cao d ới tác dụng c a ánh sáng mặt tr i

Hiện nay, tùy vào m c đầu t và công nghệ có thể s n xu t từ đá bazan ra các lo i:

 Sợi liên tục(chỉ)

 Sợi ngắn

 Bông

 S i hữu c : Sợi hữu cơ là vật liệu composite gồm nền là polymer và vật

liệu c t là các sợi polymer tổng hợp

Sợi hữu cơ có kh i l ợng riêng nh , độ bền riêng cao và cũng ổn định d ới tác dụng c a t i trọng chu kỳ và thay đổi nhiệt độ đột ngột Sợi hữu cơ ổn định hóa học trong các môi tr ng ăn mòn, trong khí hậu nhiệt đới Nh ợc điểm c a sợi hữu

cơ là có độ bền nén th p, có tính ch y dẻo cao (đặc biệt lo i có c t là sợi đàn hồi)

Sợi hữu cơ đ ợc sử dụng rộng rưi trong việc s n xu t vật liệu composite để chế t o thân v tên lửa động cơ nhiên liệu rắn, các bình, ng chịu áp lực, găng tay cách nhiệt, mũ, áo giáp, các chi tiết c a tàu l ợn, các thiết bị thể thao…

 S i cacbon: Sợi cacbon hay ch t dẻo cacbon là một lo i vật liệu composite

gồm c t là sợi cacbon và nền là các lo i polymer Sợi c t cacbon nhận đ ợc bằng cách nhiệt luyện các sợi hữu cơ, sợi hữu cơ th ng dùng d ng sợi chỉ, sợi bện,

t m phớt, t m v i

u điểm c a sợi cacbon là r t nhẹ, chịu đ ợc nhiệt độ cao lên đến vài nghìn

độ trong môi tr ng trơ, hệ s ma sát và dưn n nhiệt th p, r t bền vững với nhiều

điều kiện khí hậu và các ph n ng hóa học, có những tính ch t điện vật lý đa d ng (từ bán dẫn đến dẫn), đặc biệt có độ c ng r t cao hơn c sắt thép

Sợi cacbon đ ợc sử dụng rộng rưi để chế t o vật liệu composite ng dụng trong nhiều lĩnh vực c a nền kinh tế qu c dân Dùng trong công nghiệp ô tô chế t o

ổ lăn, thùng xe, panen Dùng trong công nghiệp đóng tàu th y, máy tính, thiết bị hóa học, thiết bị rơnghen…Trong y học còn dùng sợi cacbon nền cacbon để chế t o chân gi , các khớp n i bên trong thay cho thép không rỉ

 S i bor: Việc sử dụng sợi bor dùng làm c t composite cho phép tăng độ

bền, tăng môđun đàn hồi c a vật liệu

Sợi bor có u điểm là có độ c ng tr ợt cao hơn so với một s lo i sợi khác, môđun tr ợt c a sợi bor có thể v ợt quá 180GPa.Sợi bor có tính bán dẫn, dùng làm

c t cho composite làm gi m độ dẫn nhiệt, dẫn điện

Sợi bor có nh ợc điểm là khi dùng chúng để qu n các chi tiết có bán kính cong nh r t ph c t p, nh ợc điểm nữa là đặc tính cơ lý c a sợi bor kém đi r t nhanh khi nhiệt độ làm việc trên 400

Thông th ng, công nghệ s n xu t sợi bor trên cơ s thu đ ợc bor kết t a từ luồng khí th ng sử dụng hiđrô triclorit bor Ph n ng hóa học tách bor theo sơ đồ:

2B + 6HCl Cho bến nay, bor composite đ ợc ng dụng trong s n xu t các chi tiết hàng không, tên lửa và kỹ thuật vũ trụ, những nơi đòi h i chỉ tiêu về độ bền và độ c ng cao.Chúng cũng đ ợc sử dụng để chế t o các thanh dầm, khung, t m, cũng nh các chi tiết khác c a những vật thể bay

 S i cacbua silic (sic):

Sợi cacbua silic th ng đ ợc dung làm c t cho composite kim lo i trong những tr ng hợp đòi h i vật liệu ph i làm việc lâu nhiệt độ cao

Composite c t sợi cacbua silic th ng đ ợc sử dụng trong những chi tiết c a thiết bị h t nhân, vòng bi chịu nhiệt độ cao trong các động cơ tuabin, cánh qu t, mũi

rẽ dòng tên lửa…

 S i kim lo i

Trong nhiều tr ng hợp để có hiệu qu và kinh tế hơn, ng i ta dùng c t sợi kim lo i Đ i với composite làm việc trong nhiệt độ cao ng i ta hay dùng c t sợi vonfram hoặc molipden Với composite làm việc trong nhiệt độ th p hay dùng sợi thép hoặc sợi berilic

th ng đ ợc dùng làm phụ gia cho ch t dẻo và dùng để gia c ng cho alumin

Sợi faibec cũng là đơn tinh thể c a titanat vô cơ, sợi faibec có độ bền và môdun đàn hồi khá cao và th ng đ ợc làm phụ gia, gia c ng cho ch t dẻo

 C t v i

Các lo i v i th ng đ ợc dệt từ những sợi có môđun đàn hồi cao, đ ợc dùng rông rưi làm c t cho composite phân lớp, qu n các d ng ng composite… Thuật ngữ “v i” trong ngành vật liệu composite đ ợc phân chia theo hai cách: Theo tên gọi c a các vật liệu sợi hoặc theo cách kiểu cách đan, dệt nên những v i đó

Theo tên các lo i sợi, ta th ng th y có v i sợi th y tinh, v i sợi cacbon, v i sợi hữu cơ và v i tổng hợp

Theo kiểu đan c a các lo i sợi, ta th ng th y có v i đan n ng một, n ng đôi, n ng chéo, đan vân đo n hiệu ng xoắn, đan nhiều lớp…

Những đặc tr ng cơ b n nh t c a v i cần ph i biết là: Các lo i sợi thành phần, kiểu dệt, độ dày, chiều rộng, kh i l ợng c a một mét vuông v i, s sợi và s

l ợng mắt đan trên một đơn vị chiều dài, kh i l ợng riêng, t i trọng đ t và độ bền kéo đ t

2.2.3.1 Vật liệu nền polymer nhiệt rắn:

Vật liệu nền nhiệt rắn có tính dính kết cao, dễ n u ch y và đông rắn l i khi nung nóng Sau khi đung nóng, ch t liệu nền nhiệt rắn th ng tr nên không nóng

ch y và không hòa tan, t c là chúng đư hóa rắn không thuận nghịch Trong quá trình s n xu t các kết c u từ composite, ng i ta r t hay sử dụng phenolic,

phenolfomandehit, polyester, nhựa cơ silic, epoxy, hoặc polymit

Nhựa phenolic:

Nhóm này bao gồm một l ợng lớn các vật liệu nhựa đ ợc dẫn xu t từ quan trình ng ng tụ phenol hoặc đồng đẳng c a nó (nh Cresol, xylenol ) hoặc các lo i phenol thay thế với andehit chẳng h n nh foocmandehit, acetalandehit B n ch t các s n phẩm thay đổi tùy theo các điều kiện khác nhau trong đó thực hiện ph n

ng ra và nó không bị biến đổi khi đ a các ch t khác vào

Do vậy, nhóm này bao gồm:

a Nhựa (Phenol-Foomandehit), chúng th ng dễ nóng ch y vàtan hoàn tán trong r ợu hoặc các dung môi hữu cơ và chúng đ ợc điều chế môi tr ng a xit Chúng đ ợc sử dụng để điều chế vecni và bột đúc

b Nhựa phenolic ph n ng nhiệt, chúng thu đ ợc d ới môi tr ng kiềm Trong quá trình điều chế thì thu đ ợc một lo t các s n phẩm kế tiếp nhau Tr ớc tiên là các resol d ng l ng, d ng bột nhưo hoặc d ng rắn, chúng đ ợc sử dụng nh các ch t cơ b n c a vecni, các ch t th m Tiếp theo, các là resitol chúng d ng bột đúc và cu i cùng sau khi ph n ng kết thúc, ph n ng là các resite, thông th ng đa

s chúng d ng thành phẩm chẳng h n nh d ng đĩa, t m, que, ng hoặc các s n phẩm khác

c Nhựa phenolic tan trong dầu (tan trong các lo i dầu khô) đ ợc điều chế từ butylphenol, Amyphenol, Parahydroxy diphenyl hoặc các hợp ch t phenol thế khác, chúng đ ợc sử dụng ch yếu trong s n xu t vecni

d Các s n phẩm dựa trên các lo i nhựa liên quan tới các lo i nhựa thuộc mục

a, b và bị thay đổi nh nêu trên bằng cách đ a vào hợp ch t colofan hoặc các lo i nhựa tự nhiên khác, các lo i nhựa tổng hợp khác (đặc biệt là nhựa alkyld) các lo i dầu thực vật, r ợu, a xit hữu cơ và các hóa ch t khác mà nó có tác động đến kh năng hòa tan c a chúng trong dầu khô, các s n phẩm này đ ợc sử dụng trong điều chế vecni và các lo i sơn, nh các ch t ph bề mặt hoặc các ch t th m

Nhựa phenolfomandehit ( PF )

Đây là tên gọi chung c a các nhựa tổng hợp từ 2 ch t là Phenol (C6H5OH ) hoặc dẫn su t c a Phenol nh Crezol (CH3C6H4OH ), Xilenol [(CH3)2C6H5OH ] Resorsin [C6H4(OH)2] và Formaldehyd (CH2O) Tùy vào tỉ lệ Phenol và Formaldehyd mà nhựa t o thành khác nhau:

Khi tỉ lệ Phenol/formaldehyd >1, có độ PH < 7 (môi tr ng axit) polyme t o thành là nhựa novolac có tính nhiệt dẻo, công th c chung:

H – [-C6H3(OH)CH2-]n– C6H4OH

Khi tỉ lệ Phenol/formaldehyde < 1, có độ PH > 7 (môi tr ng kiềm) polyme

t o thành là nhựa rezol có tính nhiệt rắn, công th c chung:

H –[- C6H2 (OH) - CH2 -]m [- C6H3(OH)CH2-]n –OH

CH2OH

a) Tính chất của nhựa phenol formaldehyd đóng rắn ở nhiệt độ cao:

Lo i keo này đ ợc sử dụng rộng rưi trong công nghiệp s n xu t: ván dán, ván chịu n ớc, ván ép lớp, ván bao bì…Keo đóng rắn nóng th ng là nhựa tan trong

n ớc hoặc trong r ợu Nhiệt độ đóng rắn có thể dao động trong một giới h n lớn

Nh ng cần chú ý rằng mu n gi m th i gian ép cần ph i tăng nhiệt độ ép Ví dụ: Nếu nhiệt độ 1300C nhựa phenol đóng rắn trong th i gian 13 phút, 1550C th i gian đóng rắn c a nhựa có 3 phút, vì vậy mu n nâng cao năng su t máy ép thì ph i thực hiện nhiệt độ đóng rắn cao hơn Nếu nhiệt độ cao quá (t0

>1600C) th ng x y

ra quá trình phân h y nhựa dẫn đến nhựa giòn và cháy.Đ i với vật liệu dán là gỗ và

sử dụng keo phenol đóng rắn nóng thì nhiệt độ thích hợp nh t lầ 140 -1500

C

Trong khi s n xu t ván dán độ ẩm c a ván m ng W = 1 – 3%, nếu độ ẩm ván

m ng lớn hơn W = 6 – 8% sẽ dẫn đến hiện t ợng bong keo Ch t độn để pha keo thông th ng là những ch t ch a albumin nh máu bột, bột gỗ, bột v dừa, bột mì Ván dán có tính chịu n ớc cao thì sử dụng keo (C-35), (C-2), (CK-2).Gỗ ép lớn sử dụng các lo i nhựa (CBC-1), CKC (C77-1) và dán bao bì đựng thực phẩm sử dụng keo nhựa CbT

b) Tính chất của nhựa phenol formaldehyd đóng rắn ở nhiệt độ thấp (đóng rắn ngỐội):

Trong s n xu t ván dán th ng dùng keo đóng rắn nóng

Ng ợc l i trong s n xu t đồ mộc th ng dùng keo đóng rắn nguội.Sự đóng rắn nguội là gi m độ pH về phía độ axit cao (t c là đóng rắn với axit).Đ i với lo i keo đóng rắn nguội th ng sử dụng axit hữu cơ m nh b i vì nếu sử dụng axit vô cơ

m nh th ng dẫn đến hiện t ợng giêlatin hóa keo nhanh, phần lớn axit P.Toluen sulfo hòa tan trong methanol hoặc acetil có khi trộn với axit sulfuric

Đóng rắn axit là quá trình xúc tác, quá trình s y ph i xúc tiến ngay sau khi axit ng m vào nhựa Theo k.Hultszch thì axit chỉ có tác dụng nh là một ch t m ng protin t c là ion H+

đ ợc gi i phóng tự do đi vào ph n ng trùng ng ng c a nhựa axit cũng đ ợc c u t o vào nhựa, mọt phần dùng để trung hòa và một phần khác để thành lập các mu i bên trong Tuy vậy vẫn còn 30 – 40% sẽ l i tự do sau khi keo

đư đóng rắn d ới những điều kiện b t lợi t c là khí ẩm xâm nhập và nhiệt độ tăng

m i dán dây xu t hiện nồng độ axit cao là tiền đề đ a đến việc th y phân tế bào sợi

gỗ Quá trình khuếch tán tác dụng phân h y tiến sâu vào gỗ.E.Plath cũng đư ch ng minh rằng màng keo dày cũng sẽ xu t hiện ng su t chùng (co) đáng kể trong nội

t i màng keo và cũng là nguyên nhân dẫn đến làm gi m độ bền dán dính c a màng keo Biện pháp nhằm h n chế tác h i c a axit cũng đư đ ợc E.Plath đề cập tới và cho h ớng sử dụng dung dịch b o vệ, dung dịch này nhiệt độ cao sẽ t o nên một thành phần ch t có tính kiềm c a việc phân h y c a nó và dĩ nhiên ng i ta cũng có thể sử dụng thành phần ch t đóng rắn th p Th i gian đóng rắn c a keo khi cho ch t đóng rắn vào đa phân tử 5 – 25 gi , kh năng s ng c a keo không quá 8 gi , vì vậy

ng i ta thêm ch t đóng rắn vào tr ớc khi sử dụng.Các lo i keo đóng rắn nguội không biến tính dùng để dán gỗ, ván, ván nhân t o, ván đựng thực phẩm, ch t dẻo

và các vật liệu khác.Lo i keo này có tính chịu n ớc lớn Nh ợc điểm: th ng th y phân celuloza tính độc m nh

Nhựa Polyester:

Nhựa polyester đ ợc sử dụng rộng rưi trong công nghệ composite, Polyester

lo i này th ng là lo i không no, đây là nhựa nhiệt rắn, có kh năng đóng rắn

d ng l ng hoặc d ng rắn nếu có điều kiện thích hợp Thông th ng ng i ta gọi polyester không no là nhựa polyester hay ngắn gọn hơn là polyester

Nhựa polyester là nhựa trùng ng ng c a axit nhiều g c và r ợu nhiều nguyên tử.Ph n ng sinh ra s n phẩm phụ là n ớc.Khi trùng ng ng axit hai g c với

r ợu 2 nguyên tử sẽ t o ra polimer m ch thẳng có tính ch t c a nhựa nhiệt dẻo.Mu n t o thành nhựa nhiệt rắn, một trong hai thành phần tham gia ph n ng

ph i có từ 3 nhóm ch c tr lên

Nhựa polyester tổng hợp đ ợc là do trùng ng ng c a axit 2 g c (alhydric falic) trùng ng ng với r ợu 2 hoặc 3 nguyên tử (etilen glycol, glyxerin), ng i ta gọi đó là polyester no đ ợc dùng làm sơn ph Khi trùng ng ng axit no hoặc không

no hai g c và r ợu 2 nguyên tử t o ra nhựa polyester không no, nhựa này là một

lo i nhựa quý trong các ngành công nghiệp.Nhựa polyester không no dùng để s n

xu t sơn trang trí hàng mộc hoặc nhựa để dán gỗ với các vật liệu khác

Nhựa polyester maleicnat do trùng ng ng dietilen glycol hoặc etilen glycol với anhydric maleic theo ph n ng sau:

HOCH2CH2(OOCCH=CHOOCH2CH2)nOOCCH=CHCOOH

Nhựa này giòn nên khi trùng ng ng ng i ta ph i cho thêm axit no khác

nh axit ftalic Đóng rắn nhựa polyester không no bằng các monome n i đôi nh styrol hoặc metimetacrilat T c độ đóng rắn tăng nhanh do nh h ng c a nhiệt độ

và l ợng ch t đóng rắn

Nhựa silic hữu c :

Đây là lo i polyme hữu cơ phần tử trong đó m ch chính c a đ i phân tử gồm

Si và O, n i với các nguyên tử Si là các g c hữu cơ nh : - CH3, -C2H5, - C6H5…

Liên kết Si – O làm cho vật liệu c ng, chắc, chịu nhiệt t t( có thể lên đến

250oC ), tính chịu nhiệt phụ thuộc vào các nhóm ch c n i các nguyên tử silic Silic hữu cơ ch a nhóm -CH3 chịu nhiệt đến 200o

Ch t đông c ng nhựa silic hữu cơ là r ợu Th ng dùng r ợu butylic hay isobutylic đư đ ợc làm l nh Khi đóng rắn, nhựa silic hữu cơ có u điểm là: có kh năng làm việc trong d i nhiệt độ r t rộng (-200 đến 350℃); bền với các tác động

c a các dung môi hữu cơ và axit vô cơ; tính cách điện cao Nh ợc điểm c a chúng

là đặc tính cơ học th p hơn so với các lo i nhựa khác nhiệt độ d ới 100℃ Việc chế t o các chi tiết bằng nhựa cơ silic th ng ph i xử lý d ới áp lực khá cao và quá trình đóng rắn khá dài

và bền với tác động c a nhiều lo i dung môi và những môi tr ng độc h i, độ hút

ẩm th p và có thể sử dụng trong môi tr ng nhiệt độ từ 150-250C

Nhựa epoxy không có nhóm ester, do đó kh năng kháng n ớc c a epoxy r t

t t Ngoài ra, do có hai vòng thơm vị trí trung tâm nên nhựa epoxy chịu ng su t

cơ và nhiệt nó t t hơn m ch thẳng Do vậy, epoxy r t c ng, dai và kháng nhiệt t t

Nh ợc điểm c a epoxy là chịu nhiệt t ơng đ i th p, đặc tr ng cơ học bị gi m đi r t nhanh với nhiệt độ gần nhiệt độ th y tinh hóa polymer

Nhựa epoxy đóng rắn nhiệt độ th ng và nhiệt độ cao không lo i ra s n phẩm phụ và có tính co rút th p, s n phẩm cu i cùng có tính cơ lý cao, trị s điện môi cao và bám dính r t t t với nhiều lo i vật liệu Những tính ch t đó cho phép

ng i ta sử dụng nhựa Epoxy r t rộng rưi để điều chế keo dán dính kim lo i, gỗ,

th y tinh, s , và các mục đích khác trong nhiều ngành công nghiệp

ng dụng c a epoxy r t đa d ng, nó đ ợc dùng làm: keo dán, hỗn hợp xử lý

bề mặt, hỗn hợp đổ, sealant, bột trét, sơn

2.2.3.2 Vật liệu nền polyme nhiệt dẽo:

Nền nhựa nhiệt dẻo là các polyme m ch thẳng, khi nung nóng sẽ ch y dẻo ra,

nếu sau đó làm nguội l i sẽ c ng l i Composite có vật liệu nền trên cơ s polymer

nhiệt dẻo có độ tin cậy cao, b i vì m c độ ng su t d n y sinh trong những gi đầu tiên ngay sau khi t o thành s n phẩm r t th p u điểm nữa là về mặt công nghệ:

Gi m đi công đo n đóng rắn, kh năng thi công, t o dáng s n phẩm dễ thực hiện, có thể áp dụng nhiều công nghệ khác nhau nh : dập, đùn, u n, hàn…, có thể khắc phục những khuyết tật trong quá trình s n xu t và tận dụng phế liệu hoặc gia công

l i lần th 2…

Composite nền nhiệt dẻo có giá thành th p, trong khi đó những đặc tr ng cơ

lý c a chúng cũng không thua kém vật liệu composite nền nhiệt rắn, còn những đặc

tr ng khác nh độ bền hóa học và độ kín l i hơn hẳn Nh ợc điểm chính c a composite nền nhiệt dẻo là không chịu đ ợc nhiệt độ cao (trừ những tr ng hợp nền

đ ợc chọn từ những vật liệu chịu nhiệt đặc biệt) và khi xử lý công nghệ gặp khó khăn do độ nhớt c a các dung dịch nóng ch y khá cao

Nhựa Polyetylen (PE)

Nhựa polyetylen (PE) đ ợc tổng hợp từ etylen có công th c phân tử nh sau:

Hình 2.6: nh h t nhựa PE

 Phân lo i

LLDPE (Linearlow density polyetylen) 0.915 0.925

VLDPE ( Very low density polyetylen) 0,880  0,915

UHMWPE (Ultra high molecular weigh polyetylen) 0,9350,965

B ng 2.1: Phân lo i PE (ốật liệỐ phi kim)

Ngoài ra còn có PE-X (PE khâu m c) hay HDXLPE (PE khâu m ch tỷ trọng cao)

Hình 2.2: Các d ng m ch PE

 C ấu t o c a polymer

Phân tử PE có c u t o m ch thẳng, dài gồm những nhóm metylen, ngoài ra còn có những m ch nhánh.Nếu m ch nhánh càng nhiều và càng dài thì độ kết tinh càng kém.PE kết tinh nhanh vì các mắc xích có chiều dài không lớn và có độ đ i

x ng cao

LDPE ch a 5565% pha kết tinh, MDPE ch a 6373% pha kết tinh, HDPE 7495% Độ kết tinh c a PE nhiệt độ th ng có nh h ng trực tiếp đến nhiều tính ch t c a nó: Tỷ trọng, độ c ng bề mặt, modul đàn hồi khi u n, giới h n bền và

ch y, độ hòa tan và tr ơng trong các dung môi hữu cơ, độ th m khí và hơi

 PE là polymer không cực nên có tính cách điện cao

 Độ bền hóa học: nhiệt độ th ng, PE không tan trong dung môi

nh ng axit H2SO4 và HNO3 đậm đặc, hỗn hợp nitro hóa, xăng và axit Cromic thì tác dụng m nh Nhiệt độ trên 700C, PE tan yếu trong toluen, xilen, amin acetate, dầu thông, paraffin… 90 -1000

C, H2SO4 và HNO3phá h y nhanh polymer

 Độ bền khí quyển: D ới tác dụng c a oxy không khí, tia tử ngo i, nhiệt thì các tính ch t cơ lý và điện môi c a PE gi m Hiện t ợng này gọi là lão hóa Trong quá trình lão hóa, độ dưn dài t ơng đ i và độ chịu l nh

gi m, xu t hiện tính giòn và n t

 Độ kháng n ớc: PE có độ bền với n ớc r t cao Nếu để PE lâu trong

n ớc lọc, tính ch t điện môi trong vật liệu vẫn giữ đ ợc

 Độ th m khí và th m hơi:

nh h ởng c a O 2

 D ới tác dụng c a Oxi không khí độ bền c a PE gi m đi rõ rệt, hiện

t ợng này gọi là sự lưo hóa T c độ không khí tác dụng oxy hóa lên PE

r t chậm trong điều kiện nhiệt độ th p và t ơng đ i nhanh nhiệt độ cao

 Quá trình oxy hóa là tự xúc tác, do đó vận t c oxy hóa tăng khi l ợng O2 bị h p thụ tăng, khi nhánh tăng và phụ thuộc vào hàm l ợng ban đầu c a oxy trong polymer

 Trong điều kiện gia công để ngăn ngừa hoặc làm chậm quá trình oxy hóa PE th ng ng i ta thêm các ch t ch ng oxy hóa L u ý các ch t này chỉ dùng một l ợng 0.05-0.2% so với polymer

Tính ch t cơ học c a PE phụ thuộc vào trọng l ợng phân tử và độ mềm dẻo

c a m ch polymer, hàm l ợng độn, nhiệt độ, nh t là độ bền đ t, độ dưn dài, độ u n

 Tính chất nhiệt

Nhiệt độ làm thay đổi nhiều tính ch t vật lý c a PE, đặc biệt là thay đổi kích

th ớc s n phẩm.Cũng gi ng nh t t c các polymer bán kết tinh, PE hóa mềm kho ng nhiệt độ hẹp (3-50C), th p hơn nhiệt độ này từ 15-200

C thì có thể định

h ớng và t o hình Khi nhiệt độ cao hơn nhiệt ch y, polymer chuyển sang tr ng thái

ch y dẻo, tr ng thái này có thể gia công bằng ph ơng pháp đùn, ép phun…

Dây cách điện: Dây dẫn điện sau khi đư ph một lớp m ng PE rồi, có thể

ph một lớp PVC đư hóa dẻo lên trên để t o ra màng chịu cơ học t t

ng: PE đ ợc dùng rộng rưi để s n xu t ng (bằng ph ơng pháp đùn) do có

u điểm là nhẹ, ch ng rỉ, bề mặt láng, lắp ráp đơn gi n ng PE bền hóa học và đàn hồi nên dùng để vận chuyển n ớc, dung dịch mu i, kiềm, axit, các ch t l ng và khí khác trong công nghệ hóa học, kho ng nhiệt độ làm việc từ -600C đến 1000

C

Màng ốà tấm: Có thể dùng b t c lo i PE nào để đùn màng và t m nh ng để

t o màng m ng và đàn hồi thì sử dụng PELD Do màng PE có tính kháng th m, không độc, trơ hóa học, bền cơ học và đàn hồi trong kho ng nhiệt độ lớn nên đ ợc

sử dụng ngày càng nhiều, phần lớn dùng trong bao bì, b o qu n máy móc, làm kinh khí cầu, trong nông nghiệp

S n phẩm nhiệt định hình:

Ph ơng pháp nhiệt định hình th ng để gia công các ch ng lo i PE có trọng

l ợng phân tử lớn nh HMWPE, UHMWPE… Từ những t m bán thành phẩm (preform) Nhiệt độ gia công th ng cao hơn nhiệt độ ch y mềm kho ng 10-150

C với các s n phẩm nh chi tiết van, máy bơm, máy lọc, thùng ch a…

)

Hình 2.7 : nh h t nhựa PP

 Tính chất

Tính chịỐ nhiệt

Polypropylen (PP) là lo i nhựa bán kết tinh có nhiệt độ nóng ch y cao hơn

PE (160 -1700C).Nếu không có tác dụng c a ngo i lực thì PP có thể giữ đ ợc

tr ng thái kích th ớc 3 chiều nhiệt độ gần 150o

C

nhiệt độ 1550C, PP còn thể rắn nh ng đến gần nhiệt độ nóng ch y, PP chuyển sang tr ng thái mềm cao Khi gi m từ nhiệt độ nóng ch y đến 1200C, PP bắt đầu kết tinh l i 3000C, nếu PP có ch a ch t ổn định thì kh năng chịu nhiệt sẽ tăng lên và không bị phân h y ngay c khi đun vài gi trong không khí

Tính chất hóa học

nhiệt độ th ng, PP không tan trong các dung môi hữu cơ, tr ơng trong hydrocacbon thơm và clo hóa, khi nhiệt độ lớn hơn 800C thì PP bắt đầu tan trong hai lo i dung môi trên