(Đồ án hcmute) nghiên cứu chế tạo vật liệu composite cấu trúc lõi tổ ong

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE CẤU TRÚC LÕI TỔ ONG GVHD: Nguyễn Thúc Bội Huyên SVTH: Trần Nguyễn Trà My MSSV: 15128037 SKL 0 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2019 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE CẤU TRÚC LÕI TỔ ONG MÃ SỐ KHÓA LUẬN: PO 19 10 SVTH: Trần Nguyễn Trà My MSSV: 15128037 GVHD: TS Nguyễn Thúc Bội Huyên Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 an an an an an an an LỜI CẢM ƠN Sau năm học ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học hệ Đại học quy Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Tơi bƣớc hồn thiện đề trở thành kỹ sƣ, đơi bàn tay khối óc cống hiến cho xã hội Cho đến hôm nay, với luận văn tốt nghiệp đánh dấu cột mốc lớn bƣớc đƣờng trƣởng thành Những sinh viên ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học khóa 2015 bƣớc khỏi cánh cổng trƣờng Đại học để bƣớc vào cánh cổng lớn hơn, nhiều thử thách Đó cánh cửa đời, cơng việc tƣơng lai tới, thành công bƣớc đƣờng tới nhờ cơng lao dìu dắt dạy dỗ q thầy Xin gửi tới q thầy kính trọng lịng biết ơn sâu sắc Tôi xin chân thành cảm ơn cô TS Nguyễn Thúc Bội Huyên giảng viên trƣờng Đại học Công nghiệp Thực Phẩm cung cấp tài liệu, đồng thời tận tình hƣớng dẫn, dạy suốt trình học tập nhƣ trình thực đề tài để tơi thực hồn tất đề tài Kính chúc ln mạnh khỏe để đào tạo nhiều sinh viên giỏi góp phần vào phát triển đất nƣớc Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Đặc biệt quý thầy khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm tận tình dẫn, trực tiếp giúp đỡ tơi xin cảm ơn sâu sắc đến TS Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn tạo điều kiện cho làm việc mơi trƣờng tốt suốt q trình thực đề tài Cảm ơn đóng góp ý kiến bạn sinh viên tất bạn ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học giúp tơi hoàn thành tốt đề tài Sinh viên thực đề tài Trần Nguyễn Trà My i an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu, kết ghi luận văn trung thực, không chép chƣa đƣợc công bố đề tài khác Sinh viên thực đề tài Trần Nguyễn Trà My ii an KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong suốt thời gian tiến hành thực nghiệm, làm đƣợc yêu cầu đặt từ đầu nhƣ: - Chế tạo đƣợc vật liệu composite lõi tổ ong từ giấy carton phế phẩm công nghiệp - Đo tính loại vật liệu chế tạo đƣợc tiến hành so sánh với mẫu vật liệu truyền thống nhƣ composite đặc, ván ép vật liệu cấu trúc lõi khác - Tính tốn giá thành thời gian gia cơng vật liệu chế tạo Từ sở có kết luận nhƣ sau: - Chế tạo thành cơng vật liệu composite cấu trúc lõi tổ ong nhẹ từ giấy carton UPE - Vật liệu gia cƣờng từ 100% sợi thủy tinh có tính cao nhƣng tốn nhiều nguyên liệu, giá thành cao, thời gian gia công đến 24h dễ bị lỗi - Vật liệu composite cấu trúc lõi tổ ong giấy với lớp biên gia cƣờng sợi thủy tinh có tính trung bình nhƣng nhẹ 25% ván ép, tốn nguyên liệu giá thành thấp - Vật liệu composite cấu trúc lõi tổ ong giấy với lớp biên gia cƣờng sợi thủy tinh chịu nén tốt - Khi thay lớp biên cốt sợi thuỷ tinh cốt giấy độ bền uốn vật liệu giảm 6,55 lần nhƣng độ bền nén giảm khơng đáng kể Do lớp biên có ảnh hƣởng quan đến độ bền uốn vật liệu - Bề dày thành lõi tổ ong lớn tính vật liệu cao - Vật liệu chịu nén cao lực nén tác dụng lên lớp biên mặt tổ ong, cao gấp lần nén mặt bên - Cấu trúc xếp lớp vật liệu ảnh hƣởng lớn đến tính - Giá thành vật liệu lõi tổ ong rẻ vật liệu composite đặc đến 10 lần 63 an 64 an Kiến nghị Bên cạnh đó, thời gian tìm hiểu thực hành cịn hạn chế nên tơi có số kiến nghị sau: - Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite cấu trúc lõi tổ ong hoàn toàn từ nguyên liệu tự nhiên - Khảo sát ảnh hƣởng chiều cao lõi tổ ong đến tính vật liệu để tìm chiều cao tối ƣu - Khảo sát độ bền kéo vật liệu - Đo STƠI để xtơi khả thấm nhựa giấy carton 65 an TÀI LIỆU KHAM KHẢO [1] Bùi Quốc Bình,"Vật liệu chức tiềm ứng dụng Việt Nam", ed: Tạp chí Khoa Học Cơng Nghệ Hàng hải số, 2009 [2] Nguyễn Hữu Niếu, "Vật liệu Composite cở sở Polyester không no sợi thủy tinh", 1990 [3] Clyne TW and Hull Derek, "An introduction to composite materials" Cambridge university press, 2019 [4] Nguyễn Hoa Thịnh and Nguyễn Đình Đức, "Vật liệu composite học công nghệ", Nhà xuất KHKT, 2002 [5] Henry Lee and Kris Neville, "Handbook of epoxy resins", 1967 [6] Dipa Ray, Bijit Kumar Sarkar et al., "The mechanical properties of vinylester resin matrix composites reinforced with alkali-treated jute fibres", Composites Part A: applied science and manufacturing, vol 32, no 1, pp 119-127, 2001 [7] Steve Georgiadis, Andrew J Gunnion et al., "Bird-strike simulation for certification of the Boeing 787 composite moveable trailing edge", Composite Structures, vol 86, no 1-3, pp 258-268, 2008 [8] Nguyễn Tấn Dũng, Nguyễn Văn Mợi et al., "Ngiên cứu giải pháp gia cƣờng dầm bê tông cốt thép vật liệu composite sợi cacbon (Phần 1)", 2011 [9] Kirk Jr James D,"Honeycomb building wall construction", ed: Google Patents, 1977 [10] Wittman Charles and Shook Gerald D, "Hand lay-up techniques", in Handbook of composites: Springer, 1982, pp 321-367 [11] Starr Trevor, "Pultrusion for engineers" Elsevier, 2000 [12] Alenskis Brian A, Geil Gerald L et al.,"Filament winding system", ed: Google Patents, 1989 [13] J Arbaoui, Y Schmitt et al., "Effect of core thickness and intermediate layers on mechanical properties of polypropylene honeycomb multi-layer sandwich structures", vol 59, no 1, pp 11-16, 2014 [14] Newton Jefferson F, Martin Thomas D et al.,"Lightweight honeycomb panel structure", ed: Google Patents, 1995 [15] He Meifeng and Hu Wenbin, "A study on composite honeycomb sandwich panel structure", Materials & Design, vol 29, no 3, pp 709-713, 2008 66 an [16] Wang Dong‐ Mei and Wang Zhi‐ Wei, "Experimental investigation into the cushioning properties of honeycomb paperboard", Packaging Technology and Science: An International Journal, vol 21, no 6, pp 309-316, 2008 [17] Xinni Mou, Lixin Lu et al., "Characterization of in‐ plane load bearing of a honeycomb paperboard", Packaging Technology and Science, vol 32, no 1, pp 2337, 2019 [18] Guangping Zhang and Ganche Dai, "Honeycomb sandwich panels of composites and their application", Fiber Composites, vol 25, no 2, pp 25-29, 2000 [19] Nguyễn Quang Trung and Trần Văn Luận, "Đánh giá sức bền gỗ đóng tàu mơi trƣờng ẩm ƣớt nhiệt độ cao", 2014 [20] TS Bùi Chƣơng, "Nghiên cứu chế tạo loại sợi ngắn vải mát từ tre luồng để gia cƣờng", Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước KC.02.02/06-10, 2009 [21] Cao Lê Chiến, "“Siêu gỗ” thay thép - Hƣớng cho ngành cơng nghiệp chế biến gỗ", Tạp chí Khoa học Công nghệ Việt Nam, no 4A, p 50, 2018 [22] T Bitzer, "Honeycomb marine applications", Journal of Reinforced Plastics and Composites, 1994 [23] Jochen Pflug, Ignaas Verpoest et al., "Folded honeycomb cardboard and core material for structural applications", 2000, pp 361-372 [24] ASTM Standard, "D695", Standard Test Method for Compressive Properties of Rigid Plastics, 2008 [25] ASTM Standard, "D790-10", Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, pp 1-11, 2010 [26] Dongmei Wang and Ziyou Bai, "Mechanical property of paper honeycomb structure under dynamic compression", Materials & Design, vol 77, pp 59-64, 2015 67 an PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: Máy đo tính Testometric X350 – 10 Bảng: Thơng số kỹ thuật Công suất (kN) 10 Phạm vi tốc độ (mm/min) 0.00001 đến 2000 Hành trình máy (mm) 1100 Khoảng cách hai cột (mm) 320 (hoặc 420) Một số đặc điểm máy: - Hệ thống kiểm tra toàn đầy đủ số với điều khiển xác cao, bao gồm điều khiển hình PC kết nối dây Các cảm biến tải tự động xếp có độ phân giải cao với sai số +/-0.5% xuống đến 1/1000th công suất cảm biến tải Tự động nhận dạng hiệu chuẩn cảm biến tải (load cell), thƣớc đo độ giãn, có phƣơng tiện kiểm tra hiệu chuẩn Cảm biến tải (load cell) q tải 800% mà khơng bị không bị hỏng Thiết kế đế chân nhỏ, tiết kiệm không gian bàn sàn nhà - Gắn khớp với vịng seal để chịu đƣợc dầu mỡ bôi trơn máy kéo dài tuổi thọ máy Các khung tải có độ cứng cao với trƣợt làm thép đặc biệt 68 an cứng cột đỡ đƣợc ép đùn lại cứng rắn có lỗ hình chữ T đễ dễ gắn vào cần - Có phận bảo vệ tải, va đập mạnh, trƣợt nhanh Các che phủ lồng vào giúp bảo vệ thêm ballscrew không bị bụi kiểm tra mảnh vụn Có loạt số lƣợng lớn vật kẹp giữ vật cố định giúp kéo căng, nén, uốn khúc, dịch chuyển, bóc tách kiểm tra mẫu, vv… Có sẵn loạt số lƣợng lớn đủ loại dụng cụ đo độ giãn dài tiếp xúc không tiếp xúc bao gồm model laser video - Sử dụng phần mềm windows winTestTM Analysis, lƣu trữ tự động tất liệu thử nghiệm dễ chép sang phần mềm khác chẳng hạn nhƣ word, excel, access, hệ SPC để dễ làm báo cáo 69 an PHỤ LỤC 2: Bảng kết đo khối lƣợng mẫu vật liệu Stt Khối lƣợng Loại vật liệu (g) 30,75 STT 33,67 33,09 ± 2,11 34,86 13,43 Ván ép 13,98 13,78 ± 0,30 13,93 9,51 STT/TO 9,50 9,50 ± 0,02 9,48 9,48 STT/XM 9,43 9,41 ± 0,08 9,32 8,18 STT/GS 8,95 8,63 ± 0,40 8,76 4,51 G/TO 4,49 4,51 70 an 4,50 ± 0,01 PHỤ LỤC 3: Bảng kết đo độ bền uốn vật liệu chế tạo Loại vật liệu gia cƣờng STT Ván ép STT/TO STT/XM STT/GS G/TO b H Lực TB Strength Modulus (mm) (mm) (N) (MPa) (MPa) 19,98 11,25 21,57 12,04 2595,80 ± 366,44 76,44 ± 3,26 1933,82 ± 65,02 22,24 12,62 20,51 11,89 20,55 11,89 638,17 ± 21,11 19,58 ± 0,77 879,18 ± 83,49 20,76 12,02 20,41 12,59 22,24 12,62 353,80 ± 11,58 9,36 ± 0,13 316,20 ± 26,20 23,15 12,17 20,93 12,84 22,22 11,72 171,40 ± 17,25 5,20 ± 1,26 200,13 ± 33,24 21,27 11,03 20,53 12,1 21,35 11,36 116,83 ± 0,50 3,68 ± 0,16 194,39 ± 53,41 21,04 11,58 20,35 9,6 20,2 10,26 32,43 ± 0,95 1,43 ± 0,10 141,11 ± 23,03 20,4 10,3 71 an PHỤ LỤC 3: Bảng kết đo độ bền nén vật liệu chế tạo Lực TB Strength Modulus (N) (MPa) (MPa) STT/XM 380,73 ± 21,02 0,95 ± 0,05 34,00 ± 2,73 STT/TO 372,20 ± 10,62 0,93 ± 0,03 35,04 ± 1,00 G/TO 180,23 ± 12,86 0,45 ± 0,03 14,27 ± 2,85 64,07 ± 9,00 0,16 ± 0,02 4,06 ± 0,57 Loại vật liệu gia cƣờng STT/GS 72 an PHỤ LỤC 4: Cơ tính vật liệu thay lớp biên Stt Loại vật liệu gia cƣờng Độ bền uốn (MPa) 9,48 STT/TO G/TO 9,23 Độ bền nén (MPa) 0,92 9,36 ± 0,13 0,96 9,38 0,91 1,54 0,42 1,34 1,43 ± 0,10 1,39 0,49 0,44 73 an 0,93 ± 0,03 0,45 ± 0,03 PHỤ LỤC 5: Kết đo tính mẫu vật liệu composite cấu trúc lõi tổ ong có bề dày thành lõi thay đổi Kích thƣớc thành lõi (mm) Lực Độ bền nén Khối lƣợng (N) (MPa) (g) Mẫu 0,1 372,20 ± 10,62 0,93 ± 0,03 1,64 ± 0,04 Mẫu 0,2 490,5± 14,9 1,23 ± 0,04 1,70 ± 0,02 Mẫu 0,3 950,3± 23,3 2,38 ± 0,06 1,78 ± 0,03 74 an PHỤ LỤC 6: Kết đo độ bền nén theo hƣớng khác Hƣớng nén Độ bền nén (MPa) 0,92 0,96 0,93 ± 0,03 0,91 0,15 0,18 0,15 ± 0,03 0,13 0,17 0,14 0,15 ± 0,02 0,15 75 an PHỤ LỤC 7: Bảng kết đo độ bền nén vật liệu composite khác cấu trúc lõi Lực tác dụng (N) Độ bền nén (MPa) Mô đun nén (MPa) STT/TO/TO 751,50 ± 16,81 1,88 ± 0,05 70,75 ± 1,58 STT/TO/GS 395,73 ± 10,94 0,99 ± 0,03 37,26 ± 1,03 STT/GS/GS 184,00 ± 8,73 0,46 ± 0,03 11,67 ± 0,55 76 an S an K L 0