(Đồ án hcmute) nghiên cứu chế tạo vật liệu nhẹ ứng dụng trong xây dựng

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 NHẸ ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG GVHD: Nguyễn Thúc Bội Huyên SVTH: Võ Minh Quí MSSV: 15128054 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 NHẸ ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG MÃ SỐ KHÓA LUẬN : PO.19.09 SVTH: Võ Minh Quí MSSV: 15128054 GVHD: TS Nguyễn Thúc Bội Huyên Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 an ii an iii an iv an v an vi an vii an LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, cô khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm Cảm ơn q thầy, tận tình quan tâm, giúp đỡ, truyền dạy kiến thức vô quý báu cho chúng em suốt năm học vừa qua Ngồi ra, em xin cảm ơn q thầy phụ trách phịng thí nghiệm hóa Polymer tạo điều kiện tốt để em hồn thành tốt đề tài Em xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến giáo viên hƣớng dẫn em TS Nguyễn Thúc Bội Huyên, giảng viên trƣờng Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM Cảm ơn cô ln nhiệt tình theo sát, góp ý giải đáp thắc mắc thời gian em thực đề tài Kính chúc ln mạnh khỏe để đào tạo nhiều hệ sinh viên tài giỏi góp phần vào phát triển đất nƣớc Cám ơn gia đình tạo điều kiện, động viên giúp đỡ suốt trình học tập thực luận văn Cùng với lời cảm ơn trên, em xin kính chúc q thầy khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm ln dồi sức khỏe gặt hái đƣợc nhiều thành công cơng việc Trong q trình thực đề tài, khó tránh khỏi sai sót nên em mong nhận đƣợc góp ý q thầy cơ, ý kiến kinh nghiệm vơ q báu giúp em hồn thiện đƣợc phần kiến thức để chuẩn bị hành trang bƣớc vào môi trƣờng công việc Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực đề tài Võ Minh Quí i an LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan tồn nội dung đƣợc trình bày khóa luận tốt nghiệp em thực Em xin cam đoan nội dung đƣợc tham khảo khóa luận tốt nghiệp đƣợc trích dẫn xác đầy đủ theo qui định Sinh viên thực đề tài Võ Minh Quí ii an Khối lượng (g) Độ bền nén (MPa) 4,32 4,5 3,5 3,33 3,23 2,78 2,5 1,4 1,5 0,95 0,68 0,64 0,82 0,61 0,5 VE STT/XM G/XM G/GGS G/PU Mẫu Hình 3.12 Mối tƣơng quan khối lƣợng độ bền nén vật liệu Từ kết bảng 3.7 đồ thị hình 3.12 ta thấy: Xét mẫu composite cấu trúc lõi xốp, mẫu STT/XM có khối lƣợng cao (3,23g) đồng thời có độ bền cao (0,95 MPa) Ngƣợc lại mẫu G/PU có độ bền nén thấp (0,61 MPa) lại có khối lƣợng nhẹ (0,82 g) Điều cho thấy cấu trúc xốp làm giảm đáng kể khối lƣợng nhiên tính giảm rõ rệt Kết luận: Để tối ƣu hóa lựa chọn liên quan đến tỷ lệ khối lƣợng tính mẫu composite ta nhận thấy mẫu composite lõi xốp thõa mãn, vừa đáp ứng đƣợc tiêu chí nhẹ mà có tính tốt 3.6 Khảo sát ảnh hƣởng kết cấu đến tính vật liệu Vật liệu composite lõi xốp đƣợc chế tạo để làm vách ngăn tƣờng nên cần cứng, vững Tấm vật liệu phải có bề dày lớn nhƣng phải nhẹ để dễ vận chuyển lắp đặt Cấu trúc vật liệu bao gồm nhiều lớp hay gọi sandwich Hai lớp biên cứng, chịu lực đƣợc làm lớp composite đặc sở dùng nhựa UPE gia cƣờng từ giấy carton Các lớp lõi bên cần dày có cấu trúc xốp nhằm đảm cho vật liệu sandwich có khối lƣợng nhẹ Sử dụng hỗn hợp lớp vật liệu dạng xốp thiên nhiên xốp tổng hợp (Hình 3.14) Hình 3.13 đƣa cấu trúc cho vật liệu composite 71 an (a) (b) (c) Hình 3.13 Cấu trúc sandwich (a):G/XM/XM (a) (b): G/PU/PU (b) (c): G/XM/PU (c) Hình 3.14 Các mẫu composite sandwich (a): G/XM/XM (b): G/PU/PU (c): G/XM/PU Để khảo sát ảnh hƣởng hỗn hợp lớp lõi vật liệu composite, tiến hành đo tính mẫu sandwich có lớp biên giấy: G/XM/PU, G/PU/PU, G/XM/XM Sau đo độ bền nén ta đƣợc bảng kết nhƣ sau: 72 an Bảng 3.8 Kết đo nén mẫu composite có cấu trúc sandwich Loại vật liệu Độ bền nén Mô đun nén (MPa) (MPa) 1,82 0,72 G/XM/PU 0,66 G/PU/PU G/XM/XM 0,71 2,45 0,65 0,58 0,72 1,89 1,85 1,96 0,47 1,52 0,21 2,89 6,03 2,23 0,65 0,07 1,90 0,055 Độ bền nén (MPa) 2,50 0,69 0,032 0,73 0,69 3,72 2,03 Mô đun (MPa) 1,9 1,8 3,5 Độ bền nén (MPa) 2,26 0,37 1,6 1,4 2,5 1,2 0,69 1,5 0,65 0,8 0,6 Mô đun (MPa) STT 0,4 0,5 0,2 0 G/XM/XM G/XM/PU G/PU/PU Mẫu Hình 3.15.Ảnh hƣởng kết cấu đến độ bền mô đun vật liệu Từ kết bảng 3.8 đồ thị hình 3.15 ta thấy: Mẫu G/XM/XM có lớp xơ mƣớp cho độ bền nén tốt (1,9MPa), tiếp đến mẩu G/XM/PU (0,69 MPa), cuối mẫu G/PU/PU (0,65 MPa) Ta thấy, thay lớp 73 an xốp PU xơ mƣớp mẫu G/XM/XM cho độ bền cao 2,75 lần so với mẫu G/XM/PU gấp 2,92 lần so với mẫu G/PU/PU Đối với trƣờng hợp composite chứa xốp PU kết hợp với xơ mƣớp độ bền nén tăng từ 0,61 MPa (G/PU) lên 0,69 MPa (G/XM/PU), thêm lớp xơ mƣớp vào mẫu G/XM độ bền nén tăng mạnh từ 0,68 Mpa lên 1,9 MPa, tăng 2,8 lần, riêng mẫu chứa lõi xốp PU độ bền nén tăng không đáng kể từ 0,61 MPa lên 0,65 MPa Về mô đun: Mô đun vật liệu thay đổi tƣơng tự nhƣ độ bền nén Kết luận: Từ kết chứng tỏ độ bền vật liệu thay đổi ta thay đổi kết cấu chúng Khi thay lõi xơ mƣớp độ bền đƣợc cải thiện so với dùng kết cấu từ lõi xốp PU 3.7 Khảo sát giá thành loại vật liệu Để tiến hành khảo sát chi phí chế tạo loại vật liệu, tiến hành tính tốn giá thành loại vật liệu sau: STT/XM, G/XM, G/PU Để so sánh với mẫu có thị trƣờng Cemboard Thái Lan thƣơng hiệu Smartboard thuộc chi nhánh 179 Phan Văn Hớn, P Tân Thới Nhất, Q.12, TP.HCM, kích thƣớc mẫu 1220 x 2440 x 10 mm Bảng 3.9 Giá thành loại vật liệu STT Loại vật liệu Khối lƣợng Giá thành (g) (VNĐ) Tấm Cemboard 47000 810000 Sợi thủy tinh/ xơ mƣớp 20031 601000 Giấy/ xơ mƣớp 17241 517250 Giấy/ xốp PU 5085 152550 74 an Giá thành (VNĐ) 50000,0 900000,0 45000,0 800000,0 40000,0 700000,0 35000,0 600000,0 30000,0 500000,0 25000,0 400000,0 20000,0 300000,0 15000,0 10000,0 200000,0 5000,0 100000,0 ,0 Giá thành (VNĐ) Khối lƣợng (g) Khối lượng (g) ,0 Tấm cemboard STT/XM G/XM G/PU Mẫu Hình 3.16 Đồ thị khảo sát giá thành vật liệu Kết từ bảng 3.9 đồ thị hình 3.16 cho thấy: Các vật liệu composite nhẹ tận dụng từ nguồn phế phẩm nhƣ xơ mƣớp, giấy bìa xốp PU có giá thành rẻ hẳn so với cemboard thị trƣờng Cụ thể, vật liệu STT/XM có khối lƣợng nhẹ lần so với mẫu cemboard, mẫu G/XM nhẹ gần lần mẫu G/PU nhẹ lần Khi vật liệu đƣợc gia cƣờng 100% sợi thủy tinh (24 lớp) vật liệu cịn lại cần lớp sợi thủy tinh lớp giấy kết hợp với lõi xơ xốp, giảm 12 lần số lƣợng sợi thủy tinh, giảm lƣợng nhựa cần sử dụng nên trọng lƣợng nhẹ giá thành rẻ Đặc biệt vật liệu composite gia cƣờng từ STT/XM G/XM có tính tốt ứng dụng làm cửa, vách ngăn 75 an KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với tiêu chí ban đầu đƣợc đặt ra: - Chế tạo vật liệu composite nhẹ, kết cấu lõi xốp từ xơ mƣớp phế phẩm nông nghiệp xốp PU phế phẩm công nghiệp - Vật liệu có khả ứng dụng làm vách ngăn tƣờng thay cho vật liệu truyền thống Từ sở trên, em thực đƣợc kết nhƣ sau: - Chế tạo đƣợc số vật liệu composite nhẹ, có lõi xốp thân thiện với môi trƣờng sở từ phế phẩm nông nghiệp phế phẩm công nghiệp - Xét vật liệu cấu trúc xốp: vật liệu STT/XM có khối lƣợng nặng (3,23 g) khối lƣợng nhẹ vật liệu G/PU (0,82 g) - Khảo sát tính cho thấy mẫu sau có tính tốt nhất: STT/XM (5,2 MPa), G/XM/XM (1,9 MPa) - Vật liệu composite có tỉ số tính lí/khối lƣợng cao G/PU (0,79) - Khảo sát cấu trúc lõi xốp vật liệu composite cho thấy vật liệu composite nhẹ gia cƣờng từ xốp PU có tính thấp cịn vật liệu gia cƣờng từ xơ mƣớp có tính cao - Sử dụng loại vật liệu để làm lớp biên: G STT Kết cho thấy lớp biên sợi thủy tinh giúp sản phẩm có tính tốt lớp biên giấy - Tính tốn chi phí dựa giá thành ngun liệu cho thấy mẫu G/XM có giá thành ½ so với mẫu ván ép thị trƣờng - Tùy vào mục đích sử dụng mà mẫu vật liệu STT/XM, G/XM thay cho loại vật liệu truyền thống thị trƣờng Kiến nghị Do thời gian tìm hiểu thực hành cịn hạn chế nên em có số kiến nghị sau: - Chế tạo vật liệu nhẹ gia công từ số phế phẩm khác 76 an - Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ NaOH xử lý phế phẩm đến tính vật liệu - Khảo sát độ bền kéo vật liệu - Đo SEM để xem khả thấm nhựa xơ mƣớp - Khảo sát khả cách âm cách nhiệt vật liệu 77 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Ích Thịnh, Vật liệu Composite NXB Giáo dục, 1994 [2] Nguyễn Phƣớc Hậu, Nhựa tổng hợp composite Biên dịch Nhà xuất trẻ, 2006 [3] Kim Sam Jung, et al, "Mechanical properties of polypropylene/natural fiber composites: Comparison of wood fiber and cotton fiber," (in E), vol 27, no 7, pp 801-806, 2008 [4] R.N.Flores, H.Y.Sanchez, D.L.J.Cruz, G.S.Vasquez, L.L.Domratcheva, and G L.G.F.Polymers, "Composites from water hyacinth (Eichhornea crassipe) and polyester resin," (in E), vol 16, no 1, pp 196-200, 2015 [5] R.Vinayagamoorthy, S Sivanarasimha, K Vinay Kumar, and V Padmanabhan, "Characteristic investigations on loofah, jute and glass fiber reinforced sandwich polymeric composites," in Applied Mechanics and Materials, 2015, vol 813, pp 1418: Trans Tech Publ [6] P.Nirupama, A.V Kumar, and S S I P Journal, "Banana fiber reinforced lowdensity polyethylene composites: effect of chemical treatment and compatibilizer addition," (in E), vol 25, no 3, pp 229-241, 2016 [7] D Sreeramulu and N Ramesh, "Synthesis, characterization, and properties of epoxy filled Luffa cylindrica reinforced composites," (in E), vol 5, no 2, pp 65186524, 2018 [8] Nguyễn Hữu Niếu, "Một số thay đổi tính chất sợi dứa Việt Nam phương pháp xử lý dung dịch sodium hydroxide," (in V), vol 10, no 03-2007 [9] Đoàn Thị Thu Loan, "Nghiên cứu vật liệu composite từ nhựa vinyl ester sợi đay," (in V), 2012 [10] Phạm Thị Phƣơng Dung, "Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite từ trấu nhựa polypropylene," 2012 [11] Trần Thị Thu Hằng, "Nghiên cứu chế tạo vật liệu Composite nhựa Polyethylene mùn cưa," 2013 [12] Đỗ Thị Nhi, "Khảo sát tính chất vật liệu polyurethan xốp gia cường sợi tre," (in V), vol 19, no 6T, pp 212-220 78 an [13] Trần Vĩnh Diệu, Môi Trường Trong Gia Công Chất Dẻo Và Vật Liệu Composite Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2006 [14] Nguyễn Hữu Niếu - Trần Vĩnh Diệu, Kỹ thuật sản xuất chất dẻo NXB Đại Học Quốc Gia Tp.HCM, 2007 [15] S Dutton, D Kelly, and A Baker, Composite materials for aircraft structures American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2004 [16] Hồ Sĩ Tráng, Cơ sở hóa học gỗ xenluloza, Tập 1, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2003 [17] K.L.Loewenstein, The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers Elsevier Science Publisher, 1993 [18] W Gerhatz, Ullman Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol – A11, VHC, 1998 [19] Phạm Thanh Bình, Hóa Học Và Hóa Lý Polyme Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, 2002 [20] T Masami, I Hiroyuki, and O Hideo, "Lightweight construction materials and articles made thereof," ed, 1976 [21] S Bartlett, D Negussey, M Kimble, and M Sheeley, "Use of geofoam as superlightweight fill for I-15 reconstruction" in Proc., Transportation Research Board 79th Annual Meeting, 2000: Transportation Research Board Washington, DC [22] M.G and F.J.P.E S Knipschild, "Estimation of mechanical properties for rigid polyurethane foams," (in E), vol 15, no 8, pp 623-627, 1975 [23] H Meifeng and H Wenbin, "A study on composite honeycomb sandwich panel structure" (in E), vol 29, no 3, pp 709-713, 2008 [24] Lê Thị Khánh - Trƣơng Thị Hồng Hải, Tạp chí khoa học “Nghiên cứu tập đồn giống mướp trồng vụ xuân hè 2014 Thừa Thiên Huế”, số 07-2014, ISSN 08667586, trang 61 [25] V JackR, The behavior of sandwich structures of isotropic and composite materials Routledge, 2018 [26] Nguyễn Quốc Việt, "Khảo sát tính chất sợi xơ dừa máy dập tước liên hoàn Bến Tre nghiên cứu xử lí sợi NaOH," (in V), vol 17, no 2, pp 93 - 102, 2014 79 an [27] ASTM Standard, D695 Standard Test Method for Compressive Properties of Rigid Plastics, 2008 [28] ASTM Standard, D790-10 Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, 2010: p 111 [29] Clyne TW and Hull Derek, An introduction to composite materials, 2019: Cambridge university press 80 an PHỤ LỤC Bảng Kích thƣớc mẫu đo uốn STT Loại vật liệu STT VE STT/XM G/XM G/GGS G/X Dày Rộng Dài Lực (mm) (mm) (mm) (N) 11,25 19,98 60,00 2178,30 12,04 21,57 60,00 2745,00 12,62 22,24 60,00 2864,10 11,89 20,51 60,00 618,70 11,89 20,55 60,00 660,60 12,02 20,76 60,00 403,60 11,75 20,19 60,00 156,10 11,08 19,95 60,00 160,00 11,25 19,05 60,00 136,80 12,10 19,21 60,00 169,60 12,55 20,35 60,00 203,70 11,70 19,60 60,00 119,20 11,12 20,78 60,00 63,30 11,02 20,91 60,00 63,50 11,30 20,12 60,00 63,70 11,39 20,48 60,00 169,60 11,01 20,91 60,00 203,70 11,07 20,12 60,00 219,20 81 an Bảng Kích thƣớc mẫu đo nén STT Loại vật liệu STT/XM G/XM G/GGS G/X Dày (mm) 12,00 Rộng (mm) 20,00 Dài (mm) 20,00 Lực (N) 3924,00 12,00 20,00 20,00 4027,00 12,00 20,00 20,00 2879,90 12,00 20,00 20,00 603,20 12,00 20,00 20,00 485,80 12,00 20,00 20,00 556,80 12,00 20,00 20,00 133,40 12,00 20,00 20,00 139,60 12,00 20,00 20,00 186,40 12,00 20,00 20,00 142,10 12,00 20,00 20,00 152,30 12,00 20,00 20,00 143,90 82 an Bảng Kích thƣớc mẫu đo nén hỗn hợp lõi xốp STT Loại vật liệu G/XM/XM G/XM/X G/X/X Dày (mm) 12,00 Rộng (mm) 20,00 Dài (mm) 20,00 Lực (N) 452,80 12,00 12,00 12,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 443,40 12,00 20,00 20,00 172,40 12,00 20,00 20,00 170,80 12,00 20,00 20,00 155,40 12,00 20,00 20,00 139,40 12,00 20,00 20,00 159,40 83 an 471,00 173,80 Bảng Kết tính giá thành vật liệu chế tạo STT Vật liệu Tấm Cemboard STT/XM G/XM G/PU Khối lƣợng (g) Khối lƣợng nhựa (g) Khối lƣợng sợi (g) Giá (VNĐ) 47000 - - 810000 20031 12018 8013 601000 17241 10345 6896 517250 5085 3051 2034 152550 84 an S an K L 0