Ảnh hưởng của xử lý hóa học đến cơ tinh của vật liệu composite được gia cường bằng sợi xơ dừa

Ảnh hưởng của xử lý hóa học đến cơ tinh của vật liệu composite được gia cường bằng sợi xơ dừa

LỜI CẢM TẠ Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, nhờ sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong Khoa Công Nghệ đã giúp em có đủ điều kiện để hoàn thành đề tài của mình. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức chuyên môn bổ ích và luôn tạo điều kiện học tập cho em trong suốt quá trình học tập nói chung và luận văn tốt nghiệp nói riêng. Em xin cảm ơn đến thầy Trương Chí Thành đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm cuộc sống cho em trong thời gian thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn đến thầy Lê Đức Duy, thầy Nguyễn Việt Bách, chị Lê Anh Phương đã nhiệt tình giúp đỡ và hỗ trợ trang thiết bị cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Con xin cảm ơn gia đình đã luôn bên con và nâng đỡ, động viên con trong suốt quá trình học tập, tạo mọi điều kiện thuận lợi về vật chất và tinh thần cho con trong suốt quá trình học tập tại trường. Xin cảm ơn những người bạn Công nghệ hóa K30 đã luôn bên cạnh động viên và nhiệt tình giúp đỡ tôi vượt qua mọi trở ngại trong cuộc sống và học tập tại trường. Nguyễn Phước Duy NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ……000…… Cần Thơ, ngày……tháng……năm 2008 Cán bộ hướng dẫn Trương Chí Thành NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ……000…… Cần Thơ, ngày……tháng……năng 2008 Cán bộ phản biện Nguyễn Minh Trí Đặng Tấn Tài MỤC LỤC Chương 1: Giới Thiệu Chung 1 Chương 2: Lược Khảo Tài Liệu 3 2.1. Tổng quan về nhựa polyester không no và sợi xơ dừa 3 2.1.1. Polyester không no 3 2.1.1.1. Giới thiệu 4 2.1.1.2. Đặc tính của nhựa polyester không no 4 2.1.1.3. Ưu nhược điểm của polyester không no 5 2.1.2. Sợi xơ dừa 5 2.1.2.1. Giới thiệu 5 2.1.2.2. Một số đặc tính của sợi xơ dừa 6 2.1.2.3. Các phương pháp tách sợi xơ dừa 7 2.2. Chất đóng rắn Benzoyl peroxide (BPO) 12 2.2.1. Giới thiệu 12 2.2.2. Cơ chế đóng rắn của BPO 13 2.2.3. Ưu nhược điểm của BPO 14 2.3. Các dạng preform từ xơ dừa 15 2.3.1. Một số dạng perform sẵn có 15 2.3.2. Tấm mat từ xơ dừa 16 Chương 3: Mục Đích Và Phương Pháp 18 3.1. Mục đích 18 3.2. Phương pháp 18 Chương 4: Thực Nghiệm 20 4.1. Chuẩn bị vật liệu cốt 20 4.1.1. Cốt xơ dừa đẳng phương 20 4.1.2. Cốt sợi thảm xơ dừa 20 4.1.3. Cốt tấm mat xơ dừa 21 4.2. Gia công vật liệu composite 24 4.2.1. Phương pháp đúc chuyển nhựa RTM (Resin Transfer Moulding) 26 4.2.1.1. Giới thiệu 26 4.2.1.2. Gia công composite bằng phương pháp RTM tại Khoa Công Nghệ 27 4.2.2. Công nghệ đắp tay ( Hand Lay Up) 31 4.2.2.1. Giới thiệu 31 4.2.2.2. Gia công composite bằng phương pháp đắp tay 31 4.3. Kiểm tra cơ tính composite 33 4.3.1. Thí nghiệm kéo 33 4.3.2. Thí nghiệm uốn 34 Chương 5: Kết Quả Và Bàn Luận 36 5.1. Kết quả thí nghiệm 36 5.1.1. Ảnh hưởng của việc tách sợi đến cơ tính của vật liệu composite 36 5.1.1.1. Mođun đàn hồi 36 5.1.1.2. Độ bền kéo 37 5.1.1.3. Độ bền uốn ngang 39 5.1.1.4. Độ bền va đập 40 5.1.2. Ảnh hưởng của các dạng sợi khác nhau 41 5.1.2.1. Module đàn hồi 41 5.1.2.2. Độ bền kéo 43 5.1.2.3. Độ bền uốn ngang 44 5.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ sợi xơ dừa đối với cơ tính vật liệu composite cốt sợi thủy tinh 45 5.2. Bàn luận 47 Chương 6: Kết Luận Và Kiến Nghị 49 6.1. Kết luận 49 6.2. Kiến nghị 49 Tài Liệu Tham Khảo 50 Phụ Lục i DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Cấu tạo quả dừa 6 Hình 2.2 Sợi xơ dừa thô và sợi nhồi nệm 6 Hình 2.3 Quy trình tách chỉ xơ dừa thủ công cổ truyền 8 Hình 2.4 Quy trình sản xuất sợi thẳng bằng máy 9 Hình 2.5 Thiết bị tách sợi xơ dừa thẳng 10 Hình 2.6 Quy trình tách sợi rối bằng máy hiện nay 11 Hình 2.7 Thiết bị tách sợi xơ dừa rối 9 Hình 2.8 Các loại thảm và lưới từ xơ dừa 13 Hình 4.1 Xử lý sợi xơ dừa thẳng tách bằng máy với NaOH 17 Hình 4.2 Sợi xơ dừa đan thảm tại phòng thí nghiệm Polymer-Composite, Khoa Công Nghệ 21 Hình 4.3 Sợi xơ dừa rối được phân bố trong khung 22 Hình 4.4 Máy ép nóng PANSTONE của Đài Loan 23 Hình 4.5 Tấm mat sợi xơ dừa 24 Hình 4.6 Quy trình thực hiện gia công composite bằng thiết bị RTM 28 Hình 4.7 Thiết bị gia công composite bằng phương pháp RTM tại phòng thí nghiệm polymer-composite tại Khoa Công Nghệ 29 Hình 4.8 Sợi đan thảm được sắp xếp vào trong khuôn RTM 30 Hình 4.9 Chuẩn bị vật liệu cốt hỗn hợp tấm mat thủy tinh và tấm mat sợi xơ dừa 31 Hình 4.10 Quy trình chế tạo vật liệu composite bằng phương pháp đắp tay 31 Hình 4.11 Sản phẩm dĩa được thực hiện bằng phương pháp đắp tay tại phòng thí nghiệm Polymer-Composite Khoa Công Nghệ 32 Hình 4.12 Máy kéo nén Zwick thực hiện thí nghiệm kéo và thí nghiệm uốn 3 điểm 35 Hình 5.1 Đồ thị so sánh mođun kéo giữa composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy và tách bằng tay 37 Hình 5.2 Đồ thị so sánh độ bền kéo giữa composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy và bằng tay 38 Hình 5.3 Đồ thị so sánh độ bền uốn giữacomposite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay 39 Hình 5.4 Đồ thị so sánh độ bền va đập giữa vật liệu composite được gia cường bằng sợi xơ dừa không xử lý và có xử lý 40 Hình 5.5 Đồ thị so sánh mođun đàn hồi của composite được gia cường bằng các dạng preform khác nhau 42 Hình 5.6 Đồ thị so sánh độ bền kéo của composite được gia cường bằng các dạng preform khác nhau 43 Hình 5.7 Đồ thị so sánh độ bền uốn của composite được gia cường bằng các dạng preform khác nhau 44 Hình 5.8 Mođun đàn hồi và độ bền kéo của vật liệu composite theo phần trăm sợi thủy tinh 46 DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Các đặc tính cơ bản của nhựa polyester không no 4 Bảng 2.2 Thành phần hóa học của sợi xơ dừa 7 Bảng 2.3 Cơ tính của một số sợi tự nhiên so với các loại sợi gia cường thông thường 7 Bảng 4.1 Bảng ưu-nhược điểm của các phương pháp gia công composite thông dụng 25 Bảng 4.2 Các thông số kỹ thuật của thiết bị RTM tại Khoa Công Nghệ 28 Bảng 4.3 Bảng tóm tắt thông số thí nghiệm kéo theo tiêu chuẩn ASTM D3039/D 3039M 34 Bảng 4.4 Bảng tóm tắt thông số thí nghiệm 3 điểm uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790M/84 35 Bảng 5.1 Bảng số liệu mođun kéo của composite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay 36 Bảng 5.2 Bảng số liệu độ bền kéo của composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy và bằng tay 38 Bảng 5.3 Độ bền uốn giữa compositeđược gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay 39 Bảng 5.4 Độ bền va đập A k (J/m) của composite được gia cường bằng sợi xơ dừa không xử lý và có xử lý 40 Bảng 5.5 Mođun đàn hồi của composite được gia cường bằng các dạng sợi khác nhau 41 Bảng 5.6 Độ bền kéo của composite được gia cườngbằng các dạng preform khác nhau 43 Bảng 5.7 Độ bền uốn của composite được gia cường bằng các dạng perform khác nhau 44 Bảng 5.8 Mođun đàn hồi và độ bền kéo của composite theo phần trăm sợi thủy tinh 46 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp được chế tạo từ hai hay nhiều thành phần khác nhau, nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn những vật liệu thành phần ban đầu. Tính ưu việt của vật liệu composite là khả năng thiết kế các kết cấu và vật liệu theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn. Các thành phần cốt của composite có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật liệu nền là thành phần liên kết tạo nên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Đặc tính nổi bật của vật liệu composite là nhẹ, độ bền riêng cao, chịu môi trường, dễ lắp đặt, và các đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với môi trường ăn mòn hóa học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp. Khi chế tạo ở một nhiệt độ, áp suất nhất định dễ triển khai được các phương pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất [14]. Thời đại ngày nay với sự ra đời của hàng loạt các sản phẩm kỹ thuật công nghệ đã làm cho đời sống con người ngày càng được nâng cao. Song cùng với quá trình phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp trong những thập niên gần đây, đã làm phát sinh nhiều vấn đề nguy cơ và thách thức to lớn, trong đó có vấn nạn ô nhiễm môi trường. Ngày nay, nhu cầu về vật liệu cung cấp cho các ngành công nghiệp như hàng hải, ô tô, hàng không,…đang ngày càng lớn mạnh. Do đó, một phần lớn vật liệu composite được sản xuất để đáp ứng nhu cầu này. Mặc dù việc xử lý các nguồn phế thải vật liệu composite đã được chú trọng rất nhiều nhưng chưa có biện pháp thiết thực để xử lý chúng. Bên cạnh đó, phương pháp phổ biến chế tạo các vật liệu composite hiện nay là phương pháp đắp tay (hand-lay up). Đây là phương pháp gia công khuôn hở nên lượng dung môi dễ tỏa vào môi trường và người lao động phải thường xuyên tiếp xúc với nhiều loại dung môi độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe người công nhân. Vật liệu composite hiện nay chủ yếu thường sử dụng các nguồn nguyên liệu như sợi và nhựa tổng hợp. Việc sử dụng chúng ảnh hưởng đến môi trường do chúng không thể tái chế được. Ngoài ra, việc gia công khuôn hở đang dần được thay thế bằng gia công khuôn kín vì chúng hạn chế ô nhiễm môi trường và tiết kiệm được nguyên vật liệu. Chính vì thế, vấn đề đặt ra trong xu thế hiện nay là sử dụng những loại vật liệu mang tính thân thiện với môi trường và các phương pháp gia công đảm bảo an toàn cho người lao động. Nhằm hướng tới mục đích như trên, đề tài này đã được thực hiện để khảo sát những mục tiêu sau : - Ảnh hưởng của việc tách sợi đến độ bền composite. - Ảnh hưởng của các dạng, cấu trúc preform đến độ bền composite. - Tìm phương pháp để gia công tấm mat sợi xơ dừa. - Khả năng thay thế sợi xơ dừa đối với sợi thủy tinh. [...]... LIỆU Đề tài này là chuỗi nối tiếp với đề tài “ Ảnh hưởng của xử lý hóa học đến cơ tính của vật liệu composite được gia cường bằng sợi xơ dừa của tác giả Lê Anh Phương, lớp Công Nghệ Hóa K29, Trường Đại học Cần Thơ Đề tài trên đã được thực hiện nhằm xác định nồng độ NaOH và thời gian xử lý sợi xơ dừa đồng phương hợp lý để mang lại cơ tính của vật liệu phù hợp với yêu cầu sử dụng Tác giả đã đưa ra được. .. phương pháp hay nguyên lý gia công tấm mat sợi xơ dừa CHƯƠNG 3 MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP 3.1 Mục đích Nếu như đề tài của tác giả Lê Anh Phương khảo sát về ảnh hưởng của xử lý hóa học đến cơ tính của vật liệu composite sợi xơ dừa được xử lý bằng tay thì đề tài này trước tiên sẽ so sánh, đánh giá sự ảnh hưởng của việc tách sợi đến độ bền composite tách sợi bằng tay và bằng máy Tấm mat xơ dừa với ưu điểm mỏng,... các mức xử lý NaOH phù hợp là 3%-1 ngày, 3%- 4 ngày, 5% - 2 ngày Ở các mức xử lý này đều cho cơ tính của vật liệu composite ở mức cao hơn so với các mức xử lý khác Đó là do sự bám dính giữa nhựa và sợi xử lý được cải thiện dẫn đến làm tăng cơ tính của vật liệu Tuy nhiên, sợi xơ dừa mà tác giả sử dụng được tách bằng tay Sợi xơ dừa được tách bằng tay nên có thể sợi ít bị tổn hại, sợi vẫn giữ được các... dụng làm vật liệu gia cường, ta khảo sát khả năng thay thế sợi thủy tinh bằng cách thêm sợi xơ dừa ở các mức 6%, 12%, 18%, 24% sợi xơ dừa mà vẫn đảm bảo 30% sợi trong vật liệu composite Ta so sánh, đánh giá khả năng thay thế sợi thủy tinh bằng thí nghiệm kéo Đối với ảnh hưởng của hình dạng sợi, ta sẽ thực hiện thí nghiệm kéo, uốn và va đập giữa các vật liệu composite sợi đồng phương không xử lý, sợi đan... Thủy tinh – E 2.5 2.5 2000 – 3500 70.0 Thủy tinh – S 2.5 2.8 4570 86.0 Aramid 1.4 3.3 – 4.7 3000 – 3150 63.0 – 67.0 Carbon 1.4 1.4 – 1.8 4000 230.0 – 240.0 Bảng 2.3 trên so sánh cơ tính của sợi xơ dừa với sợi thủy tinh – E cho thấy độ bền kéo và độ bền riêng của sợi thủy tinh đều cao hơn sợi xơ dừa Tuy nhiên, độ dãn dài của sợi xơ dừa cao hơn sợi thủy tinh Do đó, ta có thể sử dụng sợi xơ dừa để gia cường. .. điểm của các dạng preform khác từ xơ dừa mà ta đã biết Do đó, một nhiệm vụ khác của đề tài chính là việc tìm ra phương pháp gia công tấm mat xơ dừa Đồng thời với việc tạo ra được các tấm mat sợi xơ dừa, ta cũng khảo sát đánh giá khả năng thay thế của tấm mat sợi xơ dừa với tấm mat sợi thủy tinh Từ kết quả này ta có thể xác định được bao nhiêu phần trăm sợi xơ dừa được độn vào sợi thủy tinh mà đảm bảo cơ. .. (mattress coir fiber) Hình 2.2 Sợi xơ dừa thô và sợi nhồi nệm (Nguồn [13], [14]) 2.1.2.2 Một số đặc tính của sợi xơ dừa: Theo APCC, xơ dừa là một loại sợi tự nhiên tuyệt vời có đặc tính chắc, bền và có thể bị phân hủy bởi vi khuẩn Bảng 2.2 và 2.3 trình bày thành phần hóa học chủ yếu và cơ tính của sợi xơ dừa so sánh với các loại sợi khác Bảng 2.2 Thành phần hóa học của sợi xơ dừa (Nguồn [9]) Lignin 45.84%... xơ dừa 2.3.1 Một số dạng preform sẵn có: Vật liệu gia cường (hay cốt) cung cấp cơ tính cho vật liệu composite như độ cứng, độ bền phá hủy, Vật liệu gia cường cũng cho phép cải thiện một số tính chất lý học của vật liệu composite như tính dẫn nhiệt, chịu nhiệt độ, độ bền mòn, tính dẫn điện,… Đối với vật liệu gia cường ta cần quan tâm đến những đặc trưng sau: cơ tính phải cao, tỷ trọng nhỏ, tương thích... dùng để gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp do khó theo hình dạng khuôn Trong khuôn khổ đề tài này, nguồn nguyên liệu mà ta sử dụng là sợi xơ dừa thẳng được tách bằng máy để tạo nên vật liệu composite sợi đồng phương và sợi rối cũng được tách bằng máy để tạo nên các tấm mat xơ dừa gia cường cho vật liệu composite 2.3.2 Tấm mat từ xơ dừa: Để khắc phục các yếu điểm trên một loại cốt mới đã được. .. tách sợi rối Mụn dừa Sợi rối Đem phơi Đóng thành kiện Hình 2.6 Quy trình tách sợi rối bằng máy hiện nay Trước tiên vỏ dừa được chuyển từ các phương tiện ghe tàu hoặc được chất đống từ trước đó đến máy tước sợi rối Vỏ dừa sẽ được cho lần lượt vào máy tách sợi Sợi xơ dừa rối và mụn dừa được tách ra theo hai đường khác nhau Mụn dừa sẽ được đóng gói để chuyển sang các vùng trồng cây kiểng Sợi xơ dừa rối . giữacomposite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay 39 Hình 5.4 Đồ thị so sánh độ bền va đập giữa vật liệu composite được gia cường bằng sợi xơ dừa không xử lý và có xử lý. uốn giữa composite ược gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay 39 Bảng 5.4 Độ bền va đập A k (J/m) của composite được gia cường bằng sợi xơ dừa không xử lý và có xử lý 40 Bảng. Bảng số liệu mođun kéo của composite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay 36 Bảng 5.2 Bảng số liệu độ bền kéo của composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy và bằng tay