Microsoft Word ban thao K1 trinh ky doc TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 14, SOÁ K1 2011 Trang 39 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PA6/CLAY NANOCOMPOZIT ĐỂ LÀM VẬT LIỆU BẠC LÓT TRƯỢT HOẠT ĐỘNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚ[.]
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 14, SỐ K1 - 2011 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PA6/CLAY-NANOCOMPOZIT ĐỂ LÀM VẬT LIỆU BẠC LĨT TRƯỢT HOẠT ĐỘNG TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC Nguyễn Hữu Niếu(1), Dương Tử Tiên(2), Nguyễn Tiến Cường(1), Nguyễn Hoàng Dương(1) (1) Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM (2) Trường Đại học Thủy Sản, TP Nha Trang (Bài nhận ngày 09 tháng 11 năm 2008, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 08 tháng 12 năm 2010) TÓM TẮT: Đã chế tạo vật liệu PA6/Clay-nanocompozit (4% nanomer I.30TC) trình nóng chảy-xen kẽ Đã xác định tính chất vật liệu trạng thái qua ủ nhiệt bão hịa nước như: tính, khả chịu va đập, nhiệt độ biến dạng HDT tribology… Tất tính chất vượt trội so với Capron Nga PA6 Đã ứng dụng nanocompozit làm vật liệu chế tạo bạc trượt bôi trơn nước Kết đạt tốt Từ khóa: PA6/Clay-nanocompozit, vật liệu chế tạo bạc trượt bôi trơn nước GIỚI THIỆU Nhu cầu loại bạc trượt hoạt động tích, ứng suất dư mức độ ngấm nước [6], [8] mơi trường nước lớn, tính riêng Gần đây, giải pháp mang lại hiệu cho 15 vạn tàu thủy Việt nam số cao, tạo PA/Clay-nanocompozit Chỉ với bạc lót trục chân vịt (BLTCV) cần hàng năm (2÷5) Clay tạo vật liệu nanocompozit hàng vạn chiếc, loại bạc phải có tính chất cơ-lý tương đương với nhập ngoại với giá cao Để đơn giản kết cấu compozit sử dụng (20÷30) sợi thủy tinh hay hệ trục giảm giá thành người ta sử khống chất, ngồi vật liệu cịn có khả dụng loại vật liệu phi kim loại, chế chống thấm nước, chịu mài mịn đặc biệt tạo compozit Polyamid (PA) để làm bạc giảm đáng kể hao mịn máy móc gia cơng trượt phương án lựa [4], [5] Các tính chất đáp ứng phần lớn chọn yêu cầu vật liệu để làm bạc trượt Cốt gia cường công nghệ chế tạo mơi trường nước định đến tính chất vật liệu Chúng nghiên cứu tạo compozit, qua nâng cao khả sử dụng nanocompozit máy trộn tự chế tạo PA kỹ thuật Cơng nghệ định hình xử MLKNHU01 có suất 500g/mẻ Từ vật lý sản phẩm sau gia công định hình liệu chế tạo sản phẩm ứng dụng bạc mơi trường thích hợp góp phần lớn làm giảm trượt hoạt động môi trường nước Ngồi hệ số ma sát trượt động µk cặp ma sát bạc- chúng tơi cịn tối ưu hóa bước qui trục, tăng tỉ lệ kết tinh, tính ; giảm thiên trình tạo vật liệu, gia cơng định hình xử lý Trang 39 Science & Technology Development, Vol 14, No.K1- 2011 sản phẩm sau gia công điều kiện dụng làm bạc trượt môi trường nước Việt Nam vật liệu vừa tạo Sau xin trình bày qui trình chế tạo, THỰC NGHIỆM so sánh tính chất kết ứng dụng 2.1 Thiết bị PA6/Clay-nanocompozit với PA6 khiết, Capron Nga (loại vật liệu sử Máy, thiết bị nghiên cứu điều kiện dụng phổ biến làm ổ đỡ trượt nay) trạng tiêu chuẩn thử nghiệm trình bày bảng thái bão hòa nước để thấy rõ khả ứng Bảng Máy, thiết bị nghiên cứu, tiêu chuẩn thử nghiệm TT Tên máy, thiết bị Ký, mã hiệu Nơi sản xuất Tiêu chuẩn&chế độ thử Tủ sấy ZK Đức T= 800C, t= 16 h Máy trộn kín MLKNHU01 Việt Nam T=2390C, t=8 ph Máy ép phun YPI-120PC Đài Loan (Tv=222, Tg=239, Tc=260 0C) Máy nghiền búa Máy thử ma sát VF1 Pháp P = 2,5N; v=0,75m/s Máy đo mịn khơ TABER 5130 Mỹ ASTM-D3389 Máy thử kéo, uốn LLOYD-LR30K Anh ASTM-368M; D695 Máy thử va đập IMPACT-ITR-2000 ÚC ISO-180/4A-1982(E) Máy thử nhiệt độ HDT HDT-JUNIOR Ý ISO-75-1974 Việt Nam 2.2 Vật liệu Nguyên liệu sử dụng để tạo nanocompozit bao gồm PA6 nanoclay có thơng số sau: Bảng Các thơng số vật liệu Nanomer I.30TC hãng Nanocor Thành phần Giá trị PA6 Grade A Thaipolymer Thông số Giá trị Montmorillonite clay (70÷80)% Độ bão hịa nước Octadecylamine (15÷30)% Nhiệt độ biến dạng HDT 54,90C Nhiệt độ nóng chảy 2250C Trọng lượng riêng 1,13 g/cm3 Tính chất vật lý Màu Trang 40 trắng (10÷10,5) % TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 14, SỐ K1 - 2011 Tỷ số hình dạng 200÷400 Độ bền kéo 54,4 MPa Trọng lượng riêng 2,6 g/cm3 Modul kéo 891 MPa Độ ẩm 12% Độ dãn dài 8% Độ PH 9,5÷10,5 Độ bền uốn 80,2 MPa Đương lượng 145 ml t/đương/ 100 Modul uốn 1329 MPa trao đổi ion gam glycol Năng lượng gãy - PA6 Grade A Thaipolymer Co.LTD dạng hạt, sẵn có thị trường - Nanoclay loại I.30TC hãng Nanocor (Mỹ) đất sét trắng, nguồn gốc Silicat thiên nhiên, loại 220 (mj/mm) Hình 1: Sơ đồ cơng nghệ chế tạo vật liệu, đúc mẫu thử, sản phẩm thử tính chất PA6/Clay nanocompozit (a ), PA6 khiết (b … ), Capron Nga (c ) montmorillonite PA6-nanocompozit với 4% clay theo (Al2Mg2Si8O202H2O) kết tinh, gồm hai lớp tứ phương pháp trộn “Nóng chảy xen giữa” diện silica lớp bát diện alumina máy luyện kín MLKNHU01, sau xay Kích thước (LxBxH) khoảng (1000x300x2) nghiền-sấy để tạo hạt Nguyên liệu dạng hạt nanomet , biến tính bề mặt gia cơng định hình để tạo thành mẫu Octadecylamin để tương hợp tốt với PA6 nóng thử hay sản phẩm theo phương pháp đúc tiêm, chảy phương chịu lực kéo, ma sát, mài mòn - Capron tên thương phẩm loại phương tạo định hướng (phương PA dạng hợp chất (compound) Nga đoạn mạch PA) cổng phun khuôn đúc hãng Sudoplast Saint Peterbuarg chế tạo Mẫu thử hay sản phẩm ứng dụng sau gia cơng 2.3 Phương pháp quy trình nghiên cứu thực nghiệm ∗ Qua tổng kết lý thuyết kế thừa kết từ Trung tâm Nghiên cứu vật liệu polyme kết qua thực nghiệm xử lý sản phẩm sau đúc tiêm, tìm tỉ lệ tối ưu máy trộn kín tự tạo công bố từ trước [2], [3], thiết lập quy trình nghiên cứu thực nghiệm tạo mẫu thử sản phẩm từ nanocompozit, PA6 Capron Sau thử so sánh tính chất trình bày hình xử lý nhiệt cách ủ môi trường dầu DO 1800C thời gian 2h, tốc độ nâng hạ nhiệt 100/phút để khử ứng suất dư, giảm thiên tích, giảm hút nước tăng tỷ lệ kết tinh… ∗ Khả ứng dụng PA6/Claynanocompozit làm vật liệu chế tạo bạc trượt hoạt động môi trường nước đánh giá qua: - So sánh tính chất cơ-lý-tribology cần thiết vật liệu làm bạc trượt vật liệu nanocompozit với vật liệu PA6 khiết Trang 41 Science & Technology Development, Vol 14, No.K1- 2011 Capron Nga điều kiện thực mẫu lúc khơ Độ tăng kích thước (%) vật nghiệm liệu theo phương vơng góc với phương định - Vật liệu tìm kiếm nhằm chế tạo bạc hướng (phương tăng kích thước lớn nhất) trượt hoạt động mơi trường nước Vì là hiệu số kích thước mẫu bão hịa nước so vật liệu bị ảnh hưởng nhiều mức độ ngấm với mẫu khơ nước nên tơi kiểm định tính chất - Các tính chất cơ-lý vật liệu trạng vật liệu đối chứng trạng thái bão thái bão hòa nước như: kéo-uốn đo theo tiêu hịa nước Nhưng khơng thể xác định chuẩn ASTM D638-58T D790-58T, thử độ tính chất cơ-lý-tribology vật liệu môi dai va đập theo tiêu chuẩn ISO 180/4A- trường nước Giải pháp thích hợp 1982(E), độ bền nhiệt HDT theo tiêu chuẩn hoàn cảnh cho sản phẩm chế tạo ISO 75-1974 vật liệu hoạt động điều kiện thực - Đo mòn theo tiêu chuẩn ASTM D3389, tế để kiểm nghiệm số mịn khơ Taber tính sở khối Thơng qua so sánh tính chất cơ-lý- lượng vật liệu mài mòn số chu tribology vật liệu đo trạng thái bão kỳ thử nghiệm Hệ số ma sát khơ đo hịa nước, kết ứng dụng để rút nhận tải 2,5N, vận tốc trượt 0,75m/s gần với xét kết luận chế độ làm việc BLTCVTT - Giá trị thơng số đo, tính KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN giá trị trung bình cộng ba lần đo Sau 3.1 Kết loại bỏ sai số thơ, cách kiểm định tính - Mức độ bão hòa nước vật liệu hiệu đồng phương sai theo tiêu chuẩn Cochran, số mẫu bão hòa nước (sau ba tháng giá trị trung bình này, ghi ngâm, khối lượng mẫu đo khơng tăng nữa) bảng3 Bảng Tính chất cơ-lý-tribology PA6/Clay-nanocompozit, PA6 Capron Chỉ số H/s ma Độ tăng Mức độ σk σu Nlg gãy HDT mòn khô (MPa) (MPa) (mj/mm) (oC) Taber PA6 28,6 65,1 1735 75 0,121 0,145 1,82 10,52 Capron 40,1 68,9 2098 85,3 0,128 0,165 1,21 8,34 Nanocompozit 41,3 71,7 2056 125,5 0,126 0,160 0,52 5,03 Mẫu Trang 42 sát khơ µk kích thước (%) bão hịa nước (%) TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 14, SỐ K1 - 2011 nanocompozit cịn mức độ kết tinh 3.2 Bàn luận Từ kết so sánh bảng ta thấy: - So với PA6 tính chất cơ-nhiệt tác dụng cản nước lớp dầu bề mặt mẫu sau ủ nhiệt - Kết ứng dụng sản phẩm vào thực PA6/Clay-nanocompozit trạng thái bão hòa nước như: độ bền kéo tăng 30%, uốn tăng tế 9%, khả chịu va đập tăng 15%, nhiệt độ Chúng chế tạo, lắp ráp đưa vào sử biến dạng nhiệt HDT tăng 40%; Mức độ ngấm dụng cặp BLTCV vật liệu nanocompozit nước đến bão hịa giảm 52%, (PA6+4% I.30TC), cho tàu đánh cá KH nanocompozit thay đổi kích thước; 5319TS ơng Võ Văn Mãi, nhà 31C, xóm Các tính chất tribology hệ số ma sát Cồn Giữa, phường Xương Huân, Nha Trang số mịn khơ khơng tăng nhiều Kết cấu BLTCVTT ảnh tàu chủ tàu - So với Capron Nga tính chất cơlý-tribology PA6/Clay- nanocompozit tốt Tính chất cơ-lý tăng lên, mức độ hút nước thấp cấu trúc “xen giữa”và “phân tách” hình Bạc lót bơi trơn nước chảy từ tàu vào, với lưu lượng đủ giữ cho nhiệt độ nước khỏi ổ khoảng 50oC Qua thời gian năm trạng thái làm việc bạc ổ đỡ bình thường Chủ tàu có nhận xét tốt ∅ 38 ∅ 25 ranh R3 40 Hình Hình Chúng tơi sử dụng nanocompozit kết cấu hình Tuy thời gian chưa dài (hai chế tạo cặp bạc trượt cho bơm đảo nước tháng) tình trạng làm việc bạc ổ ao nuôi tôm công nghiệp thuộc đề tài NCKH đỡ bình thường Chủ nhiệm đề tài yêu cầu cấp nhà nước mã số KC.07.27 PGS TS đặt hàng với số lượng lớn thời gian tới Phạm Hùng Thắng làm Chủ nhiệm Bộ bạc có bạc hoạt động tốt năm Trang 43 Science & Technology Development, Vol 14, No.K1- 2011 ∅ 38 ranh R3 ∅ 25 ∅ 55 40 Hình Hình ứng dụng thực tế bước đầu đạt kết tốt Có KẾT LUẬN thể thấy PA6/Clay-nanocompozit với 4% Qua so sánh tính chất cơ-lý-tribology Clay cơng nghệ thiết lập PA6/Clay-nanocompozit với Capron đáp ứng để làm vật liệu chế tạo bạc trượt hoạt Nga PA6 khiết, đặc biệt qua động môi trường nước RESEARCH INTO FABRICATION PA6/CLAY-NANOCOMPOSITES IN ORDER TO MAKE WATER LUBRICATED STERN TUBE BEARINGS Nguyen Huu Nieu(1), Duong Tu Tien(2), Nguyen Tien Cuong(1), Nguyen Hoang Duong(1) (1) University of Technology,VNU-HCM (2) Fisheries University of Nha Trang city ABSTRACT: In this research, the preparations of PA6/Clay (4% namomer I.30TC) nanocomposites by melt-intercalation process were carried out The mechanical properties, impact energy, heat deflection temperatures (HDT) and tribology properties of these nanocomposites in the case of being annealed and water saturation were determined and compared to PA6 and Capron All of the properties of these nanocomposites were better than those of Russia’s Capron and PA6 These nanocomposites were used to make water lubricated stern tube bearings The study shows promissing results Keywords: PA6/Clay , water lubricated stern tube bearings, HDT Trang 44 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 14, SỐ K1 - 2011 materials, TÀI LIỆU THAM KHẢO WWW.elsevier.nl/locate/contentsdirec [1] Nguyễn Hữu Niếu, Nghiên cứu triển khai ứng dụng vật liệu polymenancompozit, [6] Lilli Manolis Sherman, Nanocomposite a little goes along [2] Báo cáo kết NCKH đề tài cấp TP HCM, (2002) way, WWW.plasticstechnology.com, pp 52-57, (6/1999) [3] Nguyễn Hữu Niếu, Dương Tử Tiên, Ảnh hưởng tỷ lệ sét khoáng nanoclay (nanomer I.30TC) ủ nhiệt sau gia cơng đúc tiêm, đến tính chất cơ-nhiệt sản phẩm nanocomposite PA6, KHCN Đại học Thủy sản, (5/2005) [7] Yamaguchi Y., Tribology of Plastic Materials, Tribology seres 16 elsevier, (1990) [8] John Shaw, P.Eng, “Developments in Water Lubricated Technology” Bearing International Cooperation on Marine Engineering [4] Nguyễn Hữu Niếu, Dương Tử Tiên, Sự biến đổi tính chất cơ-lý PA6 qua xử lý nhiệt sau gia cơng đúc tiêm, Tạp chí Thủy sản, Bộ Thủy sản, (11/2003) [5] Alexandre t , pp 1-63, (3/2000) M Polymer–layered nanocomposite: and Dubois P., silicate preparation properties and uses of a new class of Systems, International Conference on Marine Engineering Systems Helsinki University of at the Technology, pp 1-6, (4/2003) [9] Н.Я.Кстедьман, Mермическ обработка ролимерных материалов в машиностроении, Иэлателъстьо Машиностроение, Москва, (1968) Trang 45 ... kéo, uốn LLOYD-LR30K Anh ASTM-368M; D695 Máy thử va đập IMPACT-ITR-2000 ÚC ISO-180/4A-1982(E) Máy thử nhiệt độ HDT HDT-JUNIOR Ý ISO-7 5-1 974 Việt Nam 2.2 Vật liệu Nguyên liệu sử dụng để tạo nanocompozit... tính chất - Các tính chất cơ-lý vật liệu trạng vật liệu đối chứng trạng thái bão thái bão hòa nước như: kéo-uốn đo theo tiêu hịa nước Nhưng khơng thể xác định chuẩn ASTM D63 8-5 8T D79 0-5 8T, thử... đánh giá qua: - So sánh tính chất cơ-lý-tribology cần thiết vật liệu làm bạc trượt vật liệu nanocompozit với vật liệu PA6 khiết Trang 41 Science & Technology Development, Vol 14, No.K 1- 2011 Capron