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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM K THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ QUỐC VIỆT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ PHỤ GIA ĐẾN ĐỘ BỀN CỦA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

LÊ QUỐC VIỆT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S 0 9

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

S KC 0 0 3 9 0 6

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM K THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

LÊ QUỐC VIỆT

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

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM K THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

LÊ QUỐC VIỆT

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

NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204

Hướng dẫn khoa học:

PGS TS Lê Hiếu Giang

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:

Địa chỉ liên lạc: Ấp Chánh – xã Bình Hòa Bắc – huyện Đức Huệ –Tỉnh Long An Điện thoại: 0986029772

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

Đại học:

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư phạm Kỹ Thuật Thành Phố

Hồ Chí Minh

Ngành học: Cơ khí chế tạo máy

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo máy rửa trứng vịt

tự động

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Bảo vệ đồ án tốt nghiệp tại khoa cơ khí trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, Tháng 8/2009

Người hướng dẫn: Dương Bình Nam

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201…

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn này, tôi được sự hướng dẫn tận tình của cán bộ hướng dẫn luận văn, thầy PGS.TS Lê Hiếu Giang cảm ơn thầy đã tận tình giúp đỡ, truyền thụ những kiến thức quý báu giúp em vượt qua được những khó khăn để hoàn thành đề tài

Xin cảm ơn quý thầy cô giảng dạy lớp cao học đã truyền thụ những kiến thức quí báu, bổ ích để phục vụ cho công tác sau này và trong quá trình thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Ths Nguyễn Văn Sơn, Ths Trần Minh Thế Uyên, Ths Quách văn Thiêm cùng tất cả các thầy tại khoa cơ khí Trường đại học sư phạm kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện

Người thực hiện luận văn

Lê Quốc Việt

TÓM TẮT

Khoa học ngày càng phát triển để phục vụ ngày càng tốt hơn cuộc sống con người Trong lĩnh vực khoa học vật liệu cũng vậy Hiện nay, vật liệu phi kim loại phát triển rất mạnh mẽ nhằm mục đích phục vụ cho nhu cầu của con người Trong

đó, không kể đến vật liệu composite và polymer ra đời nhằm để thay thế vật liệu kim loại đang dần bị cạn kiệt trong thiên nhiên, mà tính chất và khả năng ứng dụng

của các thông số công nghệ và phụ gia đến độ bền của vật liệu compsite và polymer trong công nghệ ép phun » đã được chọn làm đề tài nghiên cứu nhằm giải quyết các vấn đề sau:

vật liệu polymer

nghệ ép phun

chuẩn ISO – 527

các phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm để đánh giá kết quả Từ đó, tìm

ra mối quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất tốt nhất ở tỉ lệ phần trăm phụ gia cho sức bền kéo lớn nhất

Công trình là sự kết hợp và ứng dụng của nhiều lĩnh vực khác nhau, kết quả đạt được của công trình đã đánh giá được ảnh hưởng của các thành phần pha trộn tới sức bền của vật liệu

ABSTRACT

Science is developing to better serve for human life So is the field of material science At the present, non-metallic materials extremely strong develop in order to serve the needs of human beings In particular, regardless of polymer and composite materials have been created to replace the metal material gradually exhausted in nature, but the nature and its applicationn is not inferior to the metal So the thesis « Studying the effect of the technological parameters and additives to the durability of polymer and compsite materials in injection molding technology» has been selected

as an issue of research to solve the following issues:

- Research ISO - 527 for methods of determining tensile strength polymer material

- Study an overview of the fabrication technology of composite materials

- Study an overview of injection molding technology

- Study an overview of polymer material

- Research the use of additives to increase the durability of the material in the injection molding technology

- Design, analysis and create a fabrication of prototype molds tensile strength according to ISO - 527

- Test Injection pattern - establishing conditions, and conducting experiments and using the method of processing experimental data to evaluate the results From there, find out the best relationship between temperature and pressure with percentage of additives for maximum tensile strength

The process is a combination and application of many different fields, the results gaining from it has evaluated the influence of mixing ingredients to the strength of the material

MỤC LỤC

Trang Trang tựa

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Tóm tắt iv

Mục lục vi

Danh sách các hình ix

Danh sách các bảng xii

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

1.2 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu: 3

1.2.1 Mục đích: 3

1.2.2 Đối tượng nghiên cứu: 3

1.2.3 Khách thể nghiên cứu: 3

1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài: 3

1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài: 3

1.3.2 Giới hạn 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 Phương pháp nghiên cứu: 5

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Vật liệu composite và công nghệ chế tạo: 6

2.1.1 Khái niệm: 6

2.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển: 6

2.1.3 Đặc điểm – vai trò – tính chất: 7

2.1.4 Ưu điểm của vật liệu composite: 8

2.1.5 Phân loại vật liệu composite: 9

2.1.6 Công nghệ chế tạo vật liệu composite: 10

2.2 Thành phần của vật liệu composite: 17

2.2.1 Vật liệu cốt: 17

2.2.2 Các chất 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 phạm vi ứng dụng: 41

2.4.2 Mẫu kéo thử theo tiêu chuẩn ISO 527: 42

Chương 3 PHÂN TÍCH VẬT LIỆU PHUN VÀ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẪU THỬ 43

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

3.1.1 Giới thiệu: 43

3.1.2 Tính chất của nhựa Polypropylen: 44

3.1.3 Tồng hợp nhựa polypropylen: 46

3.1.4 Gia công nhựa polypropylen: 46

3.1.5 Ứng dụng của nhựa polypropylen: 48

3.1.6 Ưu và nhược điểm của nhựa PP: 48

3.2 Phân tích thông số kỹ thuật của mẫu thử: 49

3.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình ép phun: 49

3.2.2 Tính toán, thiết kế mẫu thử: 52

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

3.3.1 Mục tiêu: 53

3.3.2 Phân tích thời gian điền đầy sản phẩm: 53

3.3.3 Phân tích ứng suất khi phun: 54

3.3.4 Phân tích lực kẹp: 55

3.3.5 Phân tích vị trí của điểm phun tốt nhất: 55

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

3.3.7 Phân tích cong vênh, co rút: 57

3.3.8 Phân tích ứng suất dư: 58

3.3.9 Phân tích đường hàn: 59

3.3.10 Bảng tổng hợp phân tích: 60

Chương 4 CÔNG TÁC CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM 61

4.1 Cấu tạo của vật liệu nghiên cứu: 61

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

Chương 5 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM, XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 69

5.1 Xác định số lượng 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, mã hóa thí nghiệm: 73

5.1.3 Các thao tác để tiến hành thí nghiệm: 73

5.3 Kết quả thí nghiệm và xử lý số liệu: 73

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 114

6.1 Kết luận 114

6.2 Khuyến nghị 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO 116

DANH SÁCH CÁC HÌNH

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

Hình 5.4: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử ảnh hưởng của thành phần phụ gia Na10MB3A

Hình 5.9: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử ảnh hưởng của thành phần phụ gia Na10MB3A

Hình 5.14: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử ảnh hưởng của thành phần phụ gia

Hình 5.19: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử ảnh hưởng của thành phần phụ gia

Hình 5.24: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử ảnh hưởng của thành phần phụ gia

Hình 5.28: Biểu đồ ứng suất kéo và tỉ lệ Na10MB3A 101Hình 5.29: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử ảnh hưởng của thành phần phụ gia

Hình 5.34: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử ảnh hưởng của thành phần phụ gia

Hình 5.38: Biểu đồ tổng hợp ứng suất kéo và tỉ lệ Na10MB3A của ba thí nghiệm trung

Hình 5.39: So sánh các biểu đồ ứng suất kéo và tỉ lệ phụ gia Na10MB3A ở từng nhiệt độ

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tính cấp thiết của đề tài:

Những sản phẩm rẻ hơn, quan trọng hơn nữa là không ảnh hưởng đến sức khỏe của con người Vật liệu bền cao hơn Tuy nhiên, trước những ưu điểm của vật liệu và công nghệ chế tạo vật liệu nhựa truyền thống được pha trộn với phụ gia ở những tỉ lệ nhất định để đạt được độ composite mang lại thì việc áp dụng những thành tựu của công nghệ này để cải thiện tính bền, nâng cao chất lượng và giảm giá thành cho các sản phẩm nhựa là hết sức cần thiết Bên cạnh đó, ngoài việc áp dụng tỉ lệ thành phần phụ gia hoặc gia cường của các nghiên cứu trước để phát huy tối đa hiệu quả của các thành phần này là một xu hướng rất cần thiết trong lĩnh vực kỹ thuật Để cho sản phẩm được tốt hơn nữa, bền hơn và nâng cao được tuổi thọ của sản phẩm thì trong quá trình ép phun phải nghiên cứu việc ảnh hưởng của các thông số công nghệ ( nhiệt độ, áp suất) và phụ gia để tăng bền cho vật liệu là rất cần thiết Ví nó quyết định đến tính chất, độ bền của sản phẩm và

cả về mặt thẩm mỹ Để có thể đánh giá tổng quát ảnh hưởng của các thông số công nghệ cần tiến hành pha trộn thành phần gia cường theo những tỉ lệ tốt nhất của các nghiên cứu trước Đề tài tiến hành triển khai nghiên cứu và chế tạo bộ khuôn ép mẫu thử sức bền kép của vật liệu nhựa trong công nghệ ép phun, điểm đặc biệt là

bộ khuôn có thể được sử dụng để ép phun trực tiếp các vật liệu đã được pha trộn thành phần gia cường hoặc phụ gia, từ đó đánh giá những yếu tố ảnh hưởng của các yếu tố trên đến quá trình ép mẫu kéo – sản phẩm trực tiếp của đề tài được sử dụng trong các thí nghiệm để đo kiểm và đánh giá chất lượng của vật liệu sau khi chế tạo

1.2 Các công trình nghiên cứu đã đƣợc công bố:

Các công trình nghiên cứu trong nước:

 Nghiên cứu tăng bền cho vật liệu nhựa và composite trong công nghệ ép phun – Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM

 Nghiên cứu vật liệu Composite trên nền nhựa Polyetylene tỉ trọng cao gia cường bằng sợi day – ĐH Bách khoa

 Nghiên cứu vật liệu Composite trên nền nhựa Polyvinyl Clorua với độn mùn cưa, trấu – ĐH Bách Khoa

 Nghiên cứu chế tạo vật liệu Composite trên cơ sở nhựa Polyester không no gia cường Nanoclay và sợi thuỷ tinh – Đại học Bách khoa

Các công trình nghiên cứu ngoài nước:

 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: Chưa có công trình nào nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công nghệ và tỉ lệ các thành phần chất phụ gia trực tiếp vào quá trình ép phun

để tăng sức bền cho vật liệu sử dụng trong công nghệ ép phun Đề tài nghiên cứu

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

đo các thông số theo tiêu chuẩn, xử lý số liệu thực nghiệm và xây dựng đường cong thực nghiệm Bộ khuôn là công cụ để chế tạo cho các mẫu kiểm nghiệm các tiêu chuẩn về sức bền cho các các vật liệu ép phun trực tiếp được trộn với các chất phụ gia , từ đó nâng cao sức bền cho sản phẩm của công nghệ này

1.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu:

1.3.1 Mục đích:

- Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết vật liệu polymer, vật liệu composite

vào trong công nghệ ép phun

- Kiểm nghiệm sức bền kéo và khả năng tăng bền cho vật liệu polymer

trong nghệ ép phun

- Tìm hiểu công nghệ ép phun cho sản phẩm nhựa

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

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

- Xây dung mô hình toán để khắc phục ưu nhược điểm sau khi ép phun

- Vật liệu polymer: lý thuyết và khả năng công nghệ, ứng dụng

- Vật liệu composite: lý thuyết và ứng dụng

- Công nghệ ép phun cho sản phẩm nhựa

- Công nghệ chế tạo bộ khuôn ép phun

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

- Ảnh hưởng của thông số công nghệ ( nhiệt độ, áp suất) tới quá trình ép phun cho sản phẩm nhựa

- Ảnh hưởng của các phụ gia trong quá trình ép phun

- Ảnh hưởng của thành phần gia cường tới sức bền kéo của mẫu thử

- Ảnh hưởng của các thông số của quá trình ép phun

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài:

- Nghiên cứu về công nghệ chế tạo và ứng dụng của vật liệu polymer

- Nghiên cứu về công nghệ chế tạo và ứng dụng của vật liệu composite

- Nghiên cứu công nghệ ép phun cho sản phẩm nhựa

- Nghiên cứu công nghệ chế tạo khuôn cho sản phẩm nhựa

- Nghiên cứu tiêu chuẩn ISO – 527

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

- Thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép mẫu thí nghiệm

- Sử dụng loại phụ gia thông dụng nhất thường sử dụng trong công nghệ

ép phun

- Tiến hành thí nghiệm và đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới quá trình ép phun

Do còn nhiều hạn chế về mặt thời gian, kinh phí thực hiện cũng như trang thiết

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

- Nghiên cứu về lý thuyết và công nghệ chế tạo vật liệu composite

- Mẫu thử được chế tạo bằng phương pháp ép phun trực tiếp trên máy ép phun

- Nghiên cứu khả năng ứng dụng của vật liệu Polypropylen

- Vật liệu mẫu để tiến hành thí nghiệm là Polypropylen

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

- Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ và tỉ lệ thành phần phụ gia trong công nghệ ép phun

- Xây dựng mô hình toán

1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn:

- Sản phẩm của đề tài sẽ được dùng để phục vụ công tác nghiên cứu về độ bền, ảnh hưởng của thông số công nghệ và ảnh hưởng đến tính chất cơ lý composite cốt nhựa nền sợi thủy tinh của vật liệu trong công nghệ ép phun