Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 39 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Cấu trúc
CH3
II.1.Các phương pháp phân tích nguyên liệu đầu và sản phẩm [9,10]
II.1.1.Phương pháp phân tích hàm lượng phenol
II.1.2.Phương pháp phân tích hàm lượng fomandehyt
II.1.3.Phương pháp phân tích hàm lượng nhóm epoxy
II.1.4.Phương pháp xác định hàm lượng phenol tự do trong nhựa novolac
II.2.Các phương pháp phân tích các tính chất cơ lý của vật liệu PC [9,10]
II.2.1.Phương pháp xác định độ bền uốn
II.2.2.Phương pháp xác định độ bền kéo
II.2.3.Phương pháp xác định độ bền va đập
III.2.Tổng hợp nhựa novolac
Dung môi
Nhựa
III.7.Tổng hợp nhựa epoxy - cacdanol
III.8.1.Nhựa nền epoxy cacdanol
Vải lanh
Hình 3. Bề mặt phá huỷ của vật liệu PC trên cơ sở nhựa epoxy - cacdanol gia cường bằng vải lanh
III.8.2.Với nhựa nền epoxy novolac
Nội dung
Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh
Polyme- K44
Lời mở đầu
Nhân loại đang bớc vào kỷ nguyên bùng nổ của khoa học và công nghệ
với hàng loạt thành tựu to lớn đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, giao
thông vận tải, kinh tế cũng nh trong đời sốngMột trong những thành tựu đó là
sự ra đời và phát triển của vậtliệu compozit. Vậtliệucompozit ra đời đáp ứng đ-
ợc nhu cầu to lớn về một loại vậtliệu mới có khả năng kết hợp đợc những tính
chất mà vậtliệu truyền thống riêng rẽ không có đợc , tạo ra một loại vậtliệu có
nhiều tính chất u việt nh: nhẹ, bền, có nhiều tính chất chuyên dụng, dễ gia
côngNhững vậtliệu này đang dần thay thế những vậtliệu truyền thống để chế
tạo các chi tiết máy và các kết cấu, kể cả các kết cấu chịu tải trọng lớn cũng nh
các sản phẩm dân dụng
Vật liệucompozit đợc nghiêncứu và ứng dụng nhiều nhất là polyme
compozit. Sự phát triển mạnh mẽ của vậtliệupolymecompozitgia cờng bằng sợi
tổng hợp cũng đặt ra những thách thức to lớn đối với nhân loại do sự gia tăng l-
ợng chất thải khó phân huỷ vào môi trờng. Chính vì vậy, trong khoảng mời năm
trở lại đây, việc sử dụng sợi tự nhiên để thay thế một phần hoặc toàn bộ cho sợi
tổng hợp đã đợc các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. ở Việt Nam, lanh là
một loại sợi tự nhiên dễ kiếm và cógiá thành hợp lý, một nguồn nguyên liệu tự
nhiên có khả năng tái tạo và phân huỷ sinh học. Việc mở rộng nghiêncứu ứng
dụng loại sợi tự nhiên này vào lĩnh vực vậtliệupolymecompozit với các loại
nhựa nền khác nhau là một hớng ứng dụng mới không những đem lại hiệu quả
kinh tế cao mà còn góp phần đáng kể vào việc bảo vệ môi trờng[1].Trên cơsở đó
đã hình thành đồ án:
Nghiên cứuchếtạovậtliệupolymecompozittrêncơsởnhựa epoxy-
novolac, epoxy-cacdanolgia cờng bằngsợilanh .
Nhiệm vụ chủ yếu của đồ án là:
- Tổng hợp và phân tích hai loại nhựa: nhựa novolac và nhựa epoxy
cacdanol.
- Xác định các điều kiện để chếtạovậtliệupolymecompozittrêncơ sở
nhựa epoxy novolac: Tỷ lệ phối trộn, dung môi hoà tan, điều kiện gia công
prepregs, điều kiện gia công vật liệu.
- Chếtạo mẫu và xác định các tính chất cơ lý của vậtliệupolyme copozit
trên cơsởnhựa epoxy novolac, epoxy cacdanol gia cờng bằngsợi lanh.
1
Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh
Polyme- K44
chơng I: tổng quan
I.1. Hiểu biết chung về vậtliệupolymecompozit (PC)
I.1.1. Lịch sử phát triển của vậtliệu PC
Vật liệu PC đã xuất hiện cách đây hàng nghìn năm và đợc con ngời sử
dụng rất hiệu quả trong cuộc sống. 5000 năm trớc Công nguyên ngời cổ đại đã
thêm đá nghiền nhỏ hoặc những vậtliệu nguồn gốc hữu cơ vào đất sét để giảm
độ co, nứt khi nung gạch hoặc đồ gốm. ở Ai Cập khoảng 3000 năm trớc Công
nguyên ngời ta đã làm vỏ thuyền bằng lau sậy đan tẩm bitum, nếu bỏ qua một số
khái niệm thì kỹ thuật đó cũng giống nh kỹ thuật làm tàu hiện đại từ chất dẻo cốt
thuỷ tinh hiện nay. [2]
Năm 1851, Nelson Goodyear đã dùng oxit kẽm làm chất độn cho ebonit.
Năm 1920, Bakeland đã dùng bột gỗ độn vào nhựa bakelit và John đã sử dụng
xenlulo làm chất độn cho các loại nhựa ure. [13]
2
Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh
Polyme- K44
Mặc dù đợc hình thành từ rất sớm nhng việc chếtạovậtliệu PC mới thực
sự đợc chú ý khoảng 60 năm trở lại đây. Vào những năm 1930, Slayter và
Thomas đã đợc cấp bằng sáng chế cho việc chếtạosợi thuỷ tinh và đợc Ellis và
Goster dùng gia cờng cho polyeste không no. Polyeste tăng cờng bằngsợi thủy
tinh đợc sử dụng trong ngành hàng không năm 1938. Năm 1944 đã sản xuất
hàng nghìn chi tiết bằng chất dẻo compozit cho máy bay và tàu chiến phục vụ
đại chiến thế giới lần thứ II. Năm 1950, chất lợng của vậtliệucompozit đợc nâng
cao rất nhiều nhờ sự ra đời của nhựa epoxy và hàng loạt loại sợi tăng cờng nh sợi
cacbon, sợi polyeste, nylon, aramit (Kevlar), sợi silic Từ năm 1970 đến nay các
chi tiết chếtạo từ compozit nền chất dẻo và sợi tăng cờng có độ bền cao đã đợc
sử dụng rộng rãi trong công nghiệp đóng tàu, chếtạo ô tô, làm vậtliệu xây dựng
và những ngành kỹ thuật cao nh hàng không, vũ trụ[17]
Mặc dù vậy, việc nghiêncứu nâng cao chất lợng, cải thiện tính chất cơ lý,
tính chất nhiệt, điện, mở rộng lĩnh vực ứng dụng của vậtliệu này vẫn luôn đợc
đặt ra.
Trong thời gian tới vậtliệu PC sẽ đợc phát triển theo các xu hớng sau:
- Thay thế thép:sự thay thế thép bằngvậtliệu PC có liên quan đến các tính
chất đặc biệt và bản chất vật lý của chúng. Nhờ những tính chất u việt, vật liệu
PC cho phép đạt đợc độ bền nén lớn hơn nhiều so với thép.
- Chuyển vậtliệu sang dạng sợi để tăng độ bền: kết quả nghiêncứu trong
nhiều năm đã chứng tỏ khi chuyển vậtliệu ở dạng khối sang dạng sợi thì độ bền
của chúng tăng lên.Trong những sợi mảnh, độ bền đạt tới giá trị gần với lý thuyết
và khi đó trong cấu trúc không quan sát thấy khuyết tật.
- Đa dạng hoá nền polyme và chất tăng cờng: trong những năm gần đây
trên thế giới, cùng với những loại nhựa nhiệt rắn đã đợc sử dụng rộng rãi nh
epoxy, polyeste không no, phenol-fomandehyt ngời ta đã sử dụng rất có hiệu
quả các loại nhựa nhiệt dẻo nh polyolefin, polyamit, polycacbonat.
- Phối hợp giữa các vậtliệu polyme, kim loại và gốm. [2]
I.1.2. Đặc điểm chung và phân loại vậtliệu PC
I.1.2.1. Đặc điểm chung
Vậtliệucompozit nói chung là loại vậtliệu đồng nhất trong thể tích lớn
nhận đợc bằng cách hợp nhất các thể tích nhỏ của các vậtliệu khác nhau về bản
chất [3]. Vậtliệu PC là hệ thống hai hay nhiều pha, khác nhau về bản chất hoá
học, gần nh không tan lẫn trong nhau, phân cách nhau bằng ranh giới pha, trong
3
Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh
Polyme- K44
đó pha liên tục hay nền là polyme, pha phân tán là phụ gia tăng cờng. Ngoài ra,
còn có một số hợp chất khác nh chất tạo màu, chất tăng cờng đặc biệt [3,4,5]
Việc đa các chất gia cờng vào nền polyme đa lại cho vậtliệu PC nhiều u
điểm so với những vậtliệu truyền thống nh: độ bền riêng cao, modun đàn hồi
riêng cao, tỷ trọng thấp, tính chất ổn định trong nhiều môi trờng hoá chất, chịu
mài mòn tốt
Vật liệu PC có những đặc điểm chính sau[3,4]:
- Là vậtliệu nhiều pha nhng trong thực tế phổ biến nhất là vậtliệu hai pha.
Pha gián đoạn là cốt đợc bao bọc bởi pha liên tục là nền polyme. Các pha tơng
tác với nhau qua bề mặt phân chia pha .
- Đối với vậtliệu PC cốt sợi, vậtliệucó tính dị hớng. Đây là một đặc điểm
nổi bật nhất của vậtliệu PC. Vì vậy với những phơng pháp chếtạo khác nhau có
thể đa lại những vậtliệucó tính chất cơ lý khác nhau.
- Trong vậtliệu PC thì tỷ lệ, hình dáng, kích thớc cũng nh sự phân bố của
nền và cốt tuân theo những quy định thiết kế trớc. Nói cách khác, với sự lựa chọn
thích hợp chất tăng cờng và nhựa nền, tính chất của vậtliệu PC có thể tính toán
trớc.
- Tính chất của vậtliệu PC là sự kết hợp các tính chất của các pha thành
phần. Tuy vậy, tính chất của nó không phải chỉ đơn thuần là các tính chất của các
pha thành phần mà nó chỉ lựa chọn và phát huy những tính chất tốt tạo ra các
tính chất đặc trng mà các pha thành phần không có đợc.
- Vậtliệu PC cho phép chếtạo các kết cấu, sản phẩm theo những yêu cầu
kỹ thuật mong muốn. Tuỳ theo những đòi hỏi về độ bền, độ cứng, nhiệt độ làm
việc, điều kiện khai thác sử dụng, mà chúng ta lựa chọn những vậtliệu thành
phần, kết cấu, tỷ lệ, và công nghệ sản xuất phù hợp.
I.1.2.2. Phân loại
Để phân loại vậtliệu PC ngời ta dựa vào các đặc điểm đặc trng của nó.
Vật liệu PC có thể đợc phân loại theo các cách sau:
- Theo bản chất của vậtliệu nền:
+ Nền kim loại.
+ Nền polyme.
+ Nền gốm và thuỷ tinh.
+ Nền cacbon/graphit.
- Theo đặc điểm hình học của cốt hoặc đặc điểm cấu trúc, đây cũng là ph-
ơng pháp phân loại phổ biến nhất. Theo phơng pháp này vậtliệu PC đợc chia
thành ba nhóm:
4
Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh
Polyme- K44
+ PC cốt hạt: Các phần tử chất độn không có kích thớc u tiên đợc phân tán
vào cấu trúc của mạng polyme. Vậtliệu PC cốt hạt thờng có tính đẳng hớng. Cốt
hạt gồm hạt thô và hạt mịn.
+ PC cốt sợi: Cốt sợicó tỷ lệ chiều dài trên đờng kính khá lớn. Vậtliệu PC
cốt sợi thờng có tính chất dị hớng. Cốt sợi gồm sợi ngắn, sợi trung bình, sợi dài.
+ PC cấu trúc: Khái niệm này dùng để chỉ các bán thành phẩm trong đó
thông dụng nhất là dạng lớp và dạng tổ ong, đợc cấu thành từ các vậtliệu đồng
nhất, phối hợp với các compozit khác. Vậtliệu PC cấu trúc có tính chất kết hợp
của các nguyên liệu thành phần.
- Ngoài ra còn có thể phân loại theo phạm vi ứng dụng hoặc theo phơng
pháp gia công.
I.1.3. Các thành phần chính của vậtliệu PC
I.1.3.1. Cốt cho vậtliệu PC
Trong vậtliệu PC cốt là thành phần có tác dụng chịu ứng suất tập trung do
cơ tính cao hơn nhựa nền. Do đó thành phần cốt phải thoả mãn đợc những đòi
hỏi về khai thác và công nghệ:[6].
Đòi hỏi về khai thác là những đòi hỏi nh yêu cầu về độ bền, độ cứng, khối
lợng riêng, độ bền trong một khoảng nhiệt độ nào đó, bền ăn mòn trong môi tr-
ờng axit, kiềm
Còn đòi hỏi về công nghệ đó là những đòi hỏi về khả năng công nghệ để
sản xuất ra các thành phần cốt và những vậtliệucompozittrêncơsở những cốt
này.
Đặc trng và mức độ ảnh hởng của chất độn lên tính chất của vậtliệu phụ
thuộc vào bản chất, cấu trúc ban đầu, hình thái hình học và phân bố, diện tích bề
mặt riêng của chất gia cờng trong vật liệu, tơng tác và độ bền liên kết giữa chất
gia cờng và nền. Chất gia cờng quyết định khả năng gia công của vật liệu, ngoài
ra còn ảnh hởng đến các tính chất hoá, điện, cũng nh giá thành của vật liệu.
Chất gia cờng đợc đánh giátrên những đặc điểm sau:
- Khả năng tăng cờng độ bền cơ học.
- Độ bền nhiệt.
- Độ bền hoá chất, môi trờng.
- Khả năng thấm ớt bề mặt bởi nhựa nền.
- Thuận lợi cho quá trình gia công.
- Nhẹ, giá thành hạ, sẵn có.
5
Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh
Polyme- K44
Tuỳ theo yêu cầu đối với những loại sản phẩm mà lựa chọn chất gia cờng
thích hợp nhất, bảo đảm cả về yêu cầu kỹ thuật cũng nh hiệu quả kinh tế.
Chất gia cờng làm thay đổi đặc trng cơ bản của vậtliệu gọi là chất gia c-
ờng hoạt tính, chất gia cờng không làm thay đổi đặc trng cơ bản của vậtliệu gọi
là chất gia cờng trơ. Tuy nhiên, chất gia cờng hoạt tính hay không hoạt tính phụ
thuộc rất nhiều vào bản chất của nhựa nền. Các chất gia cờng trơ chủ yếu nhằm
mục đích giảm giá thành của vật liệu, trong một số trờng hợp còn cải thiện khả
năng gia công.
Dựa trên hình thái hình học, chất gia cờng đợc chia thành nhiều loại,
trong đó chủ yếu là chất gia cờng dạng bột và dạng sợi.
Chất gia cờng dạng bột là loại phụ gia phân tán đồng đều trong toàn thể
tích vật liệu. Vậtliệutrêncơsở chất gia cờng dạng bột có tính chất đẳng hớng.
Ngoài ra, còn có một số loại chất gia cờng bột khác nh chất tạo màu, chất chống
tác dụng của tia cực tím, chống lão hoá Các hợp chất này thờng có tỷ lệ nhỏ, ở
dạng bột mịn và đợc đa vào nh một thành phần của nhựa nền [5] . Các chất gia c-
ờng dạng bột thờng gặp là bột gỗ, bột talc, bột CaCO3.
Vật liệugia cờng bằng cốt dạng sợicó tính dị hớng. Độ bền theo phơng
song song với phơng sắp xếp của cốt có độ bền cao hơn các phơng khác. Sợi gia
cờng thờng đợc xử lý bề mặt trớc khi sử dụng nhằm tăng cờng khả năng liên kết
giữa cốt và nhựa nền. Phơng pháp xử lý bề mặt phổ biến nhất là dùng chất liên
kết đóng vai trò chất trung gian liên kết giữa nền và cốt. Nói chung chất liên kết
phải có khả năng phản ứng với nhựa nền trong quá trình đóng rắn và phản ứng
với các nhóm chức hoạt động trên bề mặt cốt. Xu hớng hiện nay trong vật liệu
PC là chuyển sang sử dụng chất gia cờng dạng sợi. Trong những sợi mảnh, độ
bền gần đạt tới giá trị lý thuyết và khi đó trong cấu trúc không quan sát thấy
khuyết tật. Sợi sử dụng làm cốt gia cờng trong vậtliệu PC có thể là dạng sợi liên
tục, sợi cacbon, sợi aramit hay sợi Kevlar, sợi Bo, sợicó nguồn gốc thực vật
I.1.3.2. Nền cho vậtliệu PC [3,4,5,6,14]
Vật liệu nền giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong việc chếtạo ra vật liệu
compozit. Trong vậtliệu PC nền polyme đóng những vai trò chủ yếu sau:
- Liên kết toàn bộ các phần tử cốt thành một khối thống nhất.
- Tạo khả năng gia công vậtliệu PC thành các chi tiết theo thiết kế.
- Che phủ, bảo vệ cốt tránh các phá huỷ cơ học và hoá học, duy trì tính
toàn vẹn và hình dạng của các thành phần.
- Truyền ứng suất tập trung lên chất độn thờng cócơ tính cao hơn, nhờ đó
làm giảm độ nhạy cảm với quá tải cục bộ do tập trung ứng suất. Nh vậy hệ số an
toàn khi sử dụng vậtliệu PC nói chung cao hơn vậtliệu truyền thống.
6
Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh
Polyme- K44
- Nền còn ảnh hởng lớn tới các đặc tính sử dụng của vậtliệu PC nh : nhiệt
độ làm việc, độ bền mỏi, khối lợng riêng, độ bền riêng, khả năng chống lại tác
dụng của môi trờng ngoài
Nhựa nền đợc lựa chọn cho vậtliệu PC phải thoả mãn các yêu cầu nhiều
khi mâu thuẫn với nhau. Do đó, việc chếtạo và lựa chọn một loại nhựa nền tối u
luôn phải dung hoà các thông số về độ bền, độ mềm dẻo, khả năng gia công và
các tính chất khác. Nhựa nền đợc lựa chọn trêncơsở sau:
- Yêu cầu của sản phẩm, chủ yếu là các đặc tính cơ lý và độ bền nhiệt,
ngoài ra độ bền hoá, khả năng làm chậm cháy, đặc tính điện cũng là những yếu
tố quan trọng.
- Phơng pháp gia công.
- Giá thành
Đối với compozit polyme, vậtliệu nền thờng sử dụng là nhựa nhiệt rắn và
nhựa nhiệt dẻo.
Vật liệu nền nhiệt rắn có độ nhớt thấp, dễ hoà tan và đóng rắn lại khi nung
nóng (có hoặc không có chất xúc tác) và sau khi đóng rắn tạo thành cấu trúc
mạng lới không thuận nghịch (không hoà tan và không nóng chảy tiếp đợc nữa).
Nhựa nhiệt rắn thờng đợc sử dụng là nhựa phenol-fomandehyt, polyeste không
no, epoxy,vinyleste, ure-fomandehyt, melamin-fomandehyt,
Vật liệu nền nhựa nhiệt dẻo là các polyme mạch thẳng, khi nung nóng sẽ
chảy dẻo ra, nếu sau đó làm nguội sẽ cứng lại và chúng có trạng thái thuận
nghịch. Nhựa nhiệt dẻo hay đợc sử dụng là PP, PE,
I.1.3.3 Liên kết giữa nền và cốt trong PC
Độ bền liên kết giữa nhựa nền và chất tăng cờng có ảnh hởng đến hiệu quả
truyền ứng lực qua vùng phân chia pha. Sự tơng tác pha ảnh hởng đến độ bền
liên kết giữa các cấu tử trong vậtliệu compozit, do đó ảnh hởng đến các tính chất
đặc trng của vật liệu. Vì vậy, điều khiển quá trình này là một khâu quan trọng
trong việc hình thành các tính chất của vật liệu.
Trong nhiều năm gần đây, hoá học vùng phân chia pha, tầm quan trọng
của hiệu ứng tách lớp giữa các pha và đứt gãy trong vậtliệucompozit đợc thảo
luận rất nhiều. Tuy nhiên, nhiều vấn đề về các hiện tợng biên vẫn còn ở giai đoạn
nghiên cứu và có nhiều ý kiến khác nhau về các vấn đề đó.
Cho đến gần đây, một hớng giải quyết đợc đề nghị khá nhiều là sử dụng
sợi hai lớp hay phủ lên chất tăng cờng một lớp đệm mềm dẻo. Thông thờng các
chất gia cờng dạng bột và sợi đều đợc xử lý bề mặt trớc khi sử dụng. Phổ biến
nhất là xử lý bằng các chất liên kết lên bề mặt chất gia cờng để tạo nên một lớp
7
Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh
Polyme- K44
chuyển tiếp giữa chúng và nền polyme. Mặc dù vấn đề này còn nhiều tranh luận
nhng nhiều nhà nghiêncứu cho rằng chất liên kết là chất chứa một loại nhóm
chức có khả năng phản ứng với nền polyme trong quá trình đóng rắn và chứa một
loại nhóm chức khác có khả năng phản ứng với các nhóm hoạt động trên bề mặt
chất gia cờng, ví dụ nhóm OH trên bề mặt thuỷ tinh.[2]
I.1.4. Tính chất và ứng dụng của vậtliệu PC
I.1.4.1. Tính chất
Tính chất chung của vậtliệu PC là sự chọn lọc và phát huy những tính
chất của các pha thành phần. Tính chất của cấu tử polyme trong vậtliệu PC phụ
thuộc vào khoảng thời gian, tốc độ và tần số của sự biến dạng hay tải trọng tác
dụng lên. Tính đàn nhớt của polyme cũng tạo nên đặc tính của compozit nh tính
rão, hồi phục ứng suất và sự tiêu tán năng lợng có thể dẫn tới sự sinh nhiệt bên
trong vật liệu. Đối với vậtliệu PC cần quan tâm một số tính chất sau: modun xé
rách và hệ số Poisson đặc trng cho khả năng chịu biến dạng của vật liệu. Độ bền
kéo, nén cho biết khả năng chịu tải của vật liệu. Hệ số dãn nở nhiệt đặc trng cho
sự thay đổi kích thớc dới tác dụng của nhiệt độ và tải trọng. Ngoài các yêu cầu
về tính chất cơ lý còn cần phải biết các thông số nh: độ dẫn nhiệt, điện, độ thấm
chất lỏng hoặc khí, hệ số khuyếch tán
Tính chất nổi bật của các polymecompozitso với các vậtliệu khác nói
chung là nhẹ, bền, chịu môi trờng, dễ lắp ráp, có tính đẳng hớng hay không đẳng
hớng chỉ phụ thuộc vào thiết kế ban đầu. Tuy nhiên, tính chịu nhiệt vẫn là điểm
yếu hơn so với kim loại hoặc gốm.
Tính chất cơ lý của vậtliệu PC phụ thuộc và đợc quyết định bởi các yếu tố
sau:
- Tính chất cơ lý của sợi tăng cờng.
- Sự thay đổi hàm lợng sợi-nhựa, hình học cốt sợi.
- Sự kết hợp giữa pha nhựa và sợi. Điều này đợc quyết định không chỉ bởi
độ bền liên kết tại bề mặt phân chia pha nhựa/sợi mà còn về độ nhạy cảm khác
nhau đối với những thay đổi của môi trờng ngoài của nhựa và sợi. Ví dụ, sự
không tơng ứng về hệ số dãn nở nhiệt của sợi và pha nhựa nền có thể gây ra sự
phát triển ứng suất gần bề mặt phân chia pha nhựa/sợi khi compozit phải chịu sự
thay đổi nhiệt độ lớn, thờng xảy ra trong quá trình gia công.
- Các khuyết tật và tính không liên tục của nhựa nền. [16]
8
Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh
Polyme- K44
I.1.4.2. ứng dụng
Nhờ có nhiều tính chất u việt nh có khối lợng riêng thấp, có độ bền cao,
chịu môi trờng tốt, có thể điều khiển đợc tính chất của vậtliệu theo các hớng
khác nhau một cách dễ dàngVật liệu PC ngày càng đợc ứng dụng rộng rãi, chủ
yếu trong một số lĩnh vực sau:
- Ngành chếtạo ôtô: chủ yếu sử dụng vậtliệu PC chất lợng cao chếtạo các
chi tiết, bộ phận cho ôtô, đặc biệt là ô tô thể thao và các phơng tiện giao thông
trên mặt đất. Hiệu quả nhận đợc khi sử dụng các vậtliệu này là: giảm trọng l-
ợng, tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ chịu ăn mòn Ngày nay, vậtliệu PC đang đợc
nghiên cứu để chếtạo các bộ phận phải chuyển động qua lại, chuyển động quay
nhằm làm giảm các rung động, tiếng ồn và tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc.
- Ngành hàng không, vũ trụ: vậtliệu PC chất lợng cao đợc ứng dụng rộng
rãi để chếtạo máy bay cả quân sự lẫn dân sự từ khá sớm. Các ứng dụng chính
bao gồm: mũi máy bay, cánh gập, các bộ phận ổn định của máy bay, bánh lái độ
cao, đuôi ngang máy bay, cánh máy bayƯu điểm khi sử dụng vậtliệu PC là
cho hiệu quả kinh tế cao, giảm đợc trọng lợng kết cấu, nhờ vậy giảm tiêu hao
nhiên liệu, tăng khối lợng vận chuyển và tầm bay xa. Việc sử dụng vậtliệu PC
trong máy bay dân dụng mới nh Boing 757,767 và Airbus310 đã làm giảm 5%
tổng khối lợng.
- Trong các ngành công nghiệp nói chung: vậtliệu PC chủ yếu đợc sử
dụng để chếtạo các sản phẩm yêu cầu độ bền cơ lý cao, bền hoá chất, có các
tính chất điện, điện tử
- Dụng cụ thể thao: nh gậy đánh gol, vợt tennit, cần câu, tàu lợn, cột
buồm, các thiết bị bắn cung
- Vòm che máy bay.
- Chếtạo vệ tinh: nh vệ tinh viễn thông, truyền hình, dự báo thời tiết, địa
lýCác vậtliệu PC chếtạo các thiết bị này cần có hệ số dãn nở nhiệt thấp, độ
dẫn nhiệt cao, tỷ trọng thấp, modun cao để cấu trúc có độ cứng cao, chịu đợc các
chấn động mạnh, chịu đợc môi trờng laze[16]
I.2. Vậtliệu PC gia cờng bằngsợi tự nhiên [17]
I.2.1. Giới thiệu chung
Trải qua rất nhiều năm con ngời đã nhận ra rằng polymecó thể thay thế đ-
ợc nhiều kim loại thông thờng, những vậtliệu đã đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh
9
Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh
Polyme- K44
vực. Đó là do vậtliệupolymecó nhiều u điểm nổi bật hơn nhiều vậtliệu truyền
thống. Ưu điểm quan trọng nhất của việc sử dụng polyme là dễ gia công, năng
suất cao và giá thành thấp. Đặc biệt vậtliệupolymecompozitgia cờng bằng sợi
có nhiều u việt so với các vậtliệu thông thờng và nó đợc ứng dụng rất rộng rãi kể
cả trong lĩnh vực hàng không.
Những năm gần đây, sợi tự nhiên đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học
và sự phát triển của vậtliệu PC trêncơsởsợi tự nhiên đã trở thành đề tài rất đợc
quan tâm. Sợi tự nhiên có nhiều u điểm nh có khối lợng riêng thấp, giá thành
thấp, và chúng có những tính chất rất đặc trng mà các loại sợi khác không có đợc
nh có khả năng phân huỷ sinh học và khả năng chịu mài mòn rất lớn. Ngoài ra,
sợi tự nhiên là nguồn nguyên liệu sẵn có, dồi dào và có khả năng tái tạo.
Tuy nhiên, mặt hạn chế lớn nhất của sợi tự nhiên là nó không tơng hợp
nền polyme kỵ nớc, có xu hớng kết hợp với nhau trong quá trình gia công và khả
năng chống ẩm kém. Những nhợc điểm này làm giảm những tính năng tốt của
sợi tự nhiên khi sử dụng để gia cờng cho polyme. Do đó, trớc khi sử dụng ngời ta
thờng xử lý bằng nhiều phơng pháp khác nhau nh xử lý với kiềm , axetyl hoá hay
ghép các monome
I.2.2.Sợi tự nhiên sử dụng trong PC [17]
I.2.2.1.Phân loại sợi tự nhiên
Sợi tự nhiên đợc chia làm ba loại chính là:sợi từ hạt, sợi từ vỏ và sợi từ lá.
Ví dụ:
Sợi từ hạt: sợi bông, xơ dừa, bông gòn đây là những loại sợicó liên quan
đến cây ăn quả, cây có hạt.
Sợi từ vỏ: sợi gai, sợi đay, sợi lanh
Sợi từ lá: sợi chuối, xơ sisal
Trong đó, sợi gai, sợi đay, sợilanh và xơ sisal là các sợi đợc sử dụng nhiều
nhất trong vậtliệu PC. Sợi tự nhiên ở dạng bột gỗ cũng thờng đợc sử dụng trong
vật liệu PC. Một số tính chất của các sợi này đợc biểu diễn dới đây.
Bảng 1. Một số tính chất cơ học của sợi tự nhiên
Sợi Trọng lợng
riêng, kg/m
3
Độ bền kéo,
MPa
Modun,
GPa
Modun
riêng
Sợi đay 1,3 393 55 38
Xơ sisal 1,3 510 28 22
Sợi lanh 1,5 344 27 50
Sợi dứa 1,56 170 62 40
Sợi thuỷ tinh 2,5 3400 72 28
10
[...]... cho vậtliệu PC gia cờng bằngsợi tự nhiên 14 I.3 Vậtliệu PC từ nhựaepoxy-cacdanol và epoxy-novolac gia cờng bằngsợi lanh. 15 I.3.1 Sợilanhgia cờng cho vậtliệu PC.15 I.3.1.1 Giới thiệu về sợi lanh. ..15 I.3.1.2 Thành phần hoá học và cấu trúc của sợi lanh. .17 I.3.2 Nhựa epoxy-cacdanol. 19 I.3.2.1 Tổng hợp.19 I.3.2.2 Tính chất và ứng dụng.22 I.3.3 Nhựa epoxy-novolac 22 I.4 Các phơng pháp gia công vật. .. Nền nhựa nhiệt dẻo có u điểm hơn Một trong những u điểm của vậtliệu PC với nền nhựa nhiệt dẻo là giá thành thấp và dễ gia công với những chi tiết phức tạp Các nhựa nhiệt dẻo thờng sử dụng là PP, PE, PVC I.3 .Vật liệu PC từ nhựa epoxy - novolac, epoxy - cacdanol gia cờng bằngsợilanh I.3.1 .Sợi lanhgia cờng cho vậtliệu PC [11,12] I.3.1.1.Giới thiệu về sợilanhSợilanh đợc cấu tạo từ 10ữ40 sợi nhỏ tạo. .. Dới đây là hình ảnh chụp SEM bề mặt phá huỷ của vậtliệu PC gia cờng bằng vải lanhtrêncơsởnhựa epoxy novolac: Hình 4 Bề mặt phá huỷ của vậtliệu PC trêncơsởnhựa epoxy novolac gia cờng bằng vải lanh 33 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Kết luận 1 Đã tổng hợp nhựa epoxy cacdanol, nhựa novolac và tiến hành xác định một số tính chất của nhựa tổng hợp đợc nh hàm lợng nhóm epoxy, hàm lợng... sợi lại với nhau Bằng phơng pháp xử lý sợi hoặc nhờ những tác động của việc gia công mà ta có thể làm giảm bớt khả năng liên kết giữa các sợi nghĩa là tăng độ phân tán của sợi vào nền I.2.3.Nền cho vậtliệu PC gia cờng bằngsợi tự nhiên Pha nền có vai trò chủ yếu quyết định tính năng của vậtliệu PC Cả nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn đều đợc sử dụng làm vậtliệu nền cho vậtliệu PC gia cờng bằng sợi. .. sợilanhcó lai tạo với sợi tằm (lanh tằm) III.8.1 .Nhựa nền epoxy cacdanol Trêncơsở các kết quả nghiêncứu ở phần trên, đã tiến hành gia công vật liệupolymecompozit với các loại gia cờng là vải lanh, lụa thuỷ tinh, vải lanh lụa thuỷ tinh (xen kẽ), vải lanh tằm Với các điều kiện gia công: - Chất đóng rắn NPV-99 đợc tính dựa vào hàm lợng nhóm epoxy của hỗn hợp nhựa E-EC - Gia công mẫu đợc thực hiện... chính của vậtliệu PC..6 I.1.3.1 Cốt cho vậtliệu PC6 I.1.3.2 Nền cho vậtliệu PC 8 I.1.3.3 Liên kết giữa nền và cốt trong vậtliệu PC.9 I.1.4 Tính chất và ứng dụng của vậtliệu PC 10 I.1.4.1 Tính chất 10 I.1.4.2 ứng dụng.11 I.2 Vậtliệu PC gia cờng bằngsợi tự nhiên 12 I.2.1 Giới thiệu chung 12 I.2.2 Sợi tự nhiên sử dụng trong vật liệu PC 12 I.2.2.1 Phân loại sợi tự nhiên 12 I.2.2.2 Đặc điểm của sợi tự... của nhựa EC (EEC = 7,24) xep: Tỷ lệ nhựa epoxy ứng với 100g hỗn hợp nhựa E-EC Eep: Hàm lợng nhóm epoxy của nhựa epoxy DER331 (Eep=23) 30 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Theo công thức trên tính đợc Ehh = 16,43 % III.8.Tính chất cơ lý của vật liệu PC gia cờng bằngsợilanh Trong đồ án này, ngoài sợilanh đợc sử dụng làm sợigia cờng chính còn sử dụng cả lụa thuỷ tinh và sợilanhcó lai tạo. .. vật liệu PC khá tốt Điều này đợc thể hiện rõ khi chụp SEM ở bề mặt phá huỷ của vậtliệu Hình 3 Bề mặt phá huỷ của vậtliệu PC trêncơsởnhựa epoxy - cacdanol gia cờng bằng vải lanh III.8.2.Với nhựa nền epoxy novolac * Gia công prepregs: Từ các kết quả nghiêncứu ở trên đã rút ra đợc điều kiện gia công prepregs là: - Hoà tan nhựa epoxy novolac = 40/60 PKL trong hỗn hợp dung môi axeton/n-butanol = 50/50... nhựa epoxy novolac - Tẩm nhựa lên vải theo phơng pháp dung môi - Cắt prepregs theo hình dáng của khuôn và gia công vậtliệu * Chế độ gia công vậtliệu PC epoxy novolac: 900C trong 1 giờ 1200C trong 30 phút áp suất ép: 150 KG/cm2 Kết quả xác định các tính chất cơ lý của vậtliệu PC đợc trình bày ở bảng 8: 32 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Bảng 8 Một số tính chất cơ lý của vậtliệu với nhựa. .. kg/cm3 Ngoài ra, cũng xác định tính chất của vậtliệu PC gia cờng bằng lụa thuỷ tinh, lai tạo vải lanh lụa thuỷ tinh theo cấu trúc xen kẽ và vải lanh tằm 35 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Mục lục Mở đầu .1 Chơng I: Tổng quan I.1 Hiểu biết chung về vật liệupolymecompozit (PC).3 I.1.1 Lịch sử phát triển của vậtliệu PC.3 I.1.2 Đặc điểm và phân loại vậtliệu PC4 I.1.2.1 Đặc điểm chung.4 I.1.2.2 . trờng[1] .Trên cơ sở đó
đã hình thành đồ án:
Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy-
novolac, epoxy-cacdanol gia cờng bằng sợi lanh. cacdanol gia cờng
bằng sợi lanh
I.3.1 .Sợi lanh gia cờng cho vật liệu PC [11,12]
I.3.1.1.Giới thiệu về sợi lanh
Sợi lanh đợc cấu tạo từ 10ữ40 sợi nhỏ tạo thành