Nghiên ứu hế tạo vật liệu polyme ompozit trên ơ sở nhựa polypropylen gia ường bằng bột trấu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA POLYPROPYLEN GIA CƯỜNG BẰNG BỘT TRẤU NGÀNH: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU HOÁ HỌC Mà SỐ: NGUYỄN PHẠM DUY LINH Người hướng dẫn khoa học: GS TSKH TRẦN VĨNH DIỆU HÀ NỘI 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131502641000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU HỐ HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA POLYPROPYLEN GIA CƯỜNG BẰNG BỘT TRẤU NGUYỄN PHM DUY LINH Mở đầu Phần 1: Tổng quan 1.1 Giíi thiƯu chung vỊ vËt liƯu polyme compozit (PC) 1.1.1 Khái niệm chung, phân loại vật liệu PC 1.1.2 Thành phần vËt liƯu PC…….………… ……………………… 1.1.1.1 NỊn polyme……… ……………………………………… 1.1.1.2 Chất gia cờng 1.1.3 Đặc điểm cđa vËt liƯu PC … …… ………………… 1.1.4 Phơng pháp gia công . 10 1.1.5 ứng dụng cđa vËt liƯu PC …………………………… ………… 11 1.2 VËt liƯu PC gia cêng b»ng sỵi thùc vËt… …………………… ……… 12 1.2.1 Nhùa nÒn polypropylen (PP).………………… … ……………… 12 1.2.1.1 Lịch sử phát triển . 12 1.2.1.2 Tính chất cña nhùa PP……………………… ….………… 13 1.2.1.3 19T BiÕn tÝnh PP 15 19T ……… ……………… …………… ……… 1.2.2 TrÊu……………… ………… ………………….……… ……… 16 1.2.2.1 Giíi thiƯu chung vỊ trÊu……………………………… 16 1.2.2.2 Phơng pháp xử lý bột trấu 16 1.2.3 Phơng pháp xử lý bột trấu 22 1.2.3.1 Xử lý kiềm 22 1.2.3.2 Đồng trùng hợp ghép 23 1.2.3.3 Xö lý b»ng triazin………………………………………… 24 1.2.3.4 Xö lý hợp chất silan 25 1.2.3.5 Axetyl hoá 26 Chơng : Các phơng pháp thực nghiệm 2.1 Nguyên liệu đầu. 27 2.2 Phơng pháp chế tạo mÉu……………………………………………… 27 2.1.1 Chn bÞ vËt liƯu……………… 27 2.1.2 Gia công mẫu. . 28 2.3 Các phơng pháp nghiên cứu tính chất vật liệu PC ……….… 31 2.3.1 §é bỊn kÐo………………… ……… …………………………… 31 2.3.2 Độ bền va đập IZOD 31 2.3.3 Độ bền uốn.. 32 2.3.4 Khảo sát trình khuyếch tán nớc vào vật liệu . 33 2.3.5 Khảo sát cấu trúc hình thái vật liệu. . 35 2.3.6 Phơng pháp phân tích phổ hồng ngoại (FTIR) 35 2.3.7 Khảo sát hàm lợng phần tro bột trÊu……… ……………… 36 2.3.8 Nghiªn cøu tÝnh chÊt nhiƯt cđa bột trấu vật liệu compozit 37 sở nhựa PP- bột trấu Chơng 3: kết thảo luận 3.1 Xác định tính chất bột trấu 39 3.1.1 Hàm lợng ẩm trung bình 39 3.1.2 Phân bố kích thớc hạt bột trấu 39 3.1.3 Khảo sát hàm lợng phần tro bột trấu. 40 3.1.4 Khảo sát tính chất nhiệt bột trấu theo phơng pháp phân tích 40 nhiệt khối lợng TGA 3.1.5 Xác định khối lợng đổ trấu cha xử lý trấu đà xử lý 42 3.1.6 Khảo sát phổ FTIR trấu cha xử lý đà xử lý 42 3.1.7 Nghiên cứu cấu trúc hình thái trấu đà xử lý kiềm 43 3.2 Khảo sát ảnh hởng hàm lợng trấu ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý cđa vËt 43 liƯu…………………………………………………………………………… 3.2.1 §é bÒn kÐo……………………………………………….………… 43 3.2.2 §é bÒn uèn………………………………………………………… 45 3.2.3 Độ bền va đập 47 3.3 Khảo sát tính chất nhiệt vật liệu PC PP-trấu 48 3.4 Xác định độ hấp thụ nớc tính toán hệ số khuyếch tán vật liệu 51 3.5 Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu 53 3.6 So sánh tÝnh chÊt cđa vËt liƯu PC PP/trÊu vµ vËt liƯu PP/tre/trấu Phần 4: Gia công chế tạo sản phẩm øng dơng 53 64 KÕt ln………………….……………………………………………… 65 Tµi liƯu tham khảo 66 Luận văn cao học Nguyễn Phạm Duy Linh- CH2004-2006 Mở đầu Hiện khoa học công nghệ giới phát triển mạnh mẽ Những công trình nghiên cứu vật liệu ngày đợc ứng dụng rộng rÃi mặt dời sống xà hội Điển hình đời phát triển vật liệu mới- vật liệu polyme compozit (PC) Vật liệu PC loại vật liƯu míi tõ dêi ®· chøng tá nhiều tính chất u việt nh: khối lợng riêng nhỏ, độ bền học cao, độ chịu mài mòn, suất gia công hệ số sử dụng vật liệu cao Do loại vật liệu đợc sử dụng ngày rộng rÃi thay cho loại vật liệu truyền thống (gỗ, thép, xi măng) nhiều ngành công nghiệp Sự phát triển mạnh mẽ vật liệu PC dẫn đến tình trạng xấu môi trờng rác thải từ sản phẩm PC gia cờng sợi thuỷ tinh khó phân huỷ ngày nhiều Do đó, nhà khoa học giới quan tâm đến vật liệu PC có khả phân huỷ sinh học, không gây ô nhiễm môi trờng có khả tái sinh đợc Những năm gần đây, bột sợi tự nhiên đợc sử dụng réng r·i vËt liƯu PC nhiƯt dỴo VËt liƯu PC gia cêng b»ng xenlulo vµ lignoxenlulo cã thĨ thu hồi tái chế lại, giá thành rẻ, tự phân huỷ điều kiện xác định Các chất thải nông nghiệp nh trấu, phoi gỗ, bà míalà nguồn nguyên liệu tự nhiên dồi sẵn có nớc nhiệt đới có Việt Nam Trong khuôn khổ luận án sâu vào loại vật liệu thân thiện với môi trờng Vật liệu PC sở nhựa polypropylen gia cờng trấu Đây đề tài mẻ nhng có nhiều triển vọng phát triển Vấn đề đặt phải nghiên cứu có hệ thống quy trình chế t¹o vËt liƯu PC gia cêng b»ng trÊu, t¹o hệ vật liệu có độ bền chấp nhận đợc giá thành hợp lý Trong có sử dụng số loại polyme phổ biến nh polypropylen (PP), polyeste không no (PEKN), epoxy Trên sở đà hình thành luận án: Luận văn cao học Nguyễn Phạm Duy Linh- CH2004-2006 Đề tài : "Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit thân thiện với môi trờng sở nhựa polypropylen-bột trấu." Luận văn cao học Nguyễn Phạm Duy Linh- CH2004-2006 phần tổng quan 1.1 Giíi thiƯu chung vỊ vËt liƯu polyme compozit (PC) 1.1.1 Lịch sử phát triển Vật liệu compozit có lịch sử phát triển sớm, từ hình thành văn minh nhân loại 5000 năm trớc Công nguyên, vật liệu đời sớm nh gạch, đồ gốm sấy khô dới ánh sáng mặt trời thực phức tạp ngời ta tởng Ngời cổ đại đà thêm đá nghiền nhỏ hay vật liệu nguồn gốc hữu vào đất sét để giảm độ co nứt nung Những ngời thợ đồ gốm thời cổ đà điều chỉnh độ xốp bình đựng để chất lỏng giữ đợc độ lạnh lâu bay Ai Cập, khoảng 3000 năm trớc Công Nguyên ngời ta đà làm vỏ thuyền lau sậy đan tẩm bitum kết cấu giống nh thuyền cuả thổ dân địa phơng tam giác châu thổ sông Nil dïng hiƯn NÕu bá qua mét sè kh¸i niƯm kỹ thuật giống nh kỹ thuật làm tàu đại từ chất dẻo cốt thuỷ tinh Kỹ thuật làm muni Ai Cập phát triển 2500 năm trớc Công nguyên thí dụ phơng pháp cuộn băng Việt Nam, thuyền tre đan trát sơn ta trộn với mùn ca thí dụ vật liệu compozit Mặc dù hình thành sớm nh song việc tạo nên vật liệu polyme compozit (PC) đợc thực ý 40 năm trở lại Ngay từ đầu mục đích tạo vật liệu compozit thể chỗ phối hợp đợc tính chất mà vật liệu riêng biệt ban đầu có đợc Nh vậy, chế tạo đợc vật liệu compozit từ cấu tử mà thân chúng đáp ứng đợc yêu cầu vật liệu Các yêu cầu thờng thuộc phạm vi tính chất vật lý, hoá học, điện từ, cần có tham gia chuyên gia với chuyên ngành khác Luận văn cao häc Ngun Ph¹m Duy Linh- CH2004-2006 Theo Volcov vËt liƯu compozit nói chung loại vật liệu đồng thể tích lớn nhận đợc cách hợp c¸c thĨ tÝch nhá cđa c¸c vËt liƯu kh¸c vỊ b¶n chÊt ViƯn sÜ Enikolopyan cho r»ng vËt liƯu PC lµ hƯ thèng gåm hay nhiỊu pha, pha liên tục (matrix) polyme Tuỳ thuộc vào chất pha khác, vật liệu PC đợc phân thành nhều loại 1.1.2 Khái niệm, phân loại vật liệu PC Vật liệu PC loại vật liệu kết hợp hai hay nhiều cấu tử khác có tính chất đặc biệt mà cấu tử ban đầu Loại vật liệu PC đă đợc phát triển nớc ta từ năm 1986 đến nay, từ nhựa polyeste không no, nhựa epoxy sợi thuỷ tinh Sản phẩm chủ yếu thuyền, canô, loại bồn chứa đặc biệt số sản phẩm chuyên dụng cho quốc phòng, an ninh Năm 1990 Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme trờng ĐHBKHN đà chế tạo đợc xuồng thể dục thể thao cho nhà thuyền Hồ Tây vật liệu PC Năm 1996-1999, 53 nhà vòm che máy bay vật liệu PC sở nhựa polyeste không no sợi thuỷ tinh đà đợc hoàn thành đa vào sử dụng Tuỳ thuộc vào chất phụ gia khác nhau, vật liệu PC đợc chia thành loại vật liệu sau:[1] ã Vật liệu compozit có phụ gia phân tán ã Vật liệu PC đợc gia cờng sợi ngắn hay vẩy ã Vật liệu PC đợc gia cờng sợi liên tục ã Vật liệu PC đợc độn khí hay xốp ã Vật liệu PC hỗn hợp polyme polyme hay gọi blend Luận văn cao học Nguyễn Phạm Duy Linh- CH2004-2006 1.1.3 Thành phần vật liệu PC [7,8] 1.1.3.1 Nền polyme [7, 8, 14] Đây mét nh÷ng cÊu tư chÝnh cđa vËt liƯu PC Polyme pha liên tục đóng vai trò chất kết dính làm nhiệm vụ liên kết loại vật liệu gia cờng, chuyển ứng suất lên chúng.[7] Các tính chất polyme có ảnh hởng quan trọng đến tính học hoá học sản phẩm Nền polyme phải đảm bảo yêu cầu sau:[7] - Có khả thấm ớt hoàn toàn bề mặt chất gia cờng để tạo tiếp xúc tối đa - Có khả tăng độ nhớt hoá rắn trình kết dính - Có khả biến dạng trình đóng rắn để giảm ứng suất nội x¶y sù co ngãt thĨ tÝch thay ®ỉi nhiƯt ®é - ChÊt kÕt dÝnh cã chøa c¸c nhóm hoạt động hay phân cực - Có khả tăng độ nhớt hoá rắn trình kết dính - Phù hợp với điều kiện gia công thông thờng Nền polyme có loại nhựa nhiệt rắn nhựa nhiệt dẻo[14] ã Nhựa nhiệt rắn Nhựa nhiệt rắn có độ nhớt thấp, dễ hoà tan đóng rắn nung nóng Sản phẩm sau đóng rắn có cấu trúc không gian, không hoà tan không nóng chảy Một số nhựa nhiệt rắn thờng đợc sử dụng trình sản xuất kết cấu từ compozit: epoxy (EP), phenol fomandehyt (PF), vinyleste epoxy (VEE), polyeste không no (PEKN) ã Nhựa nhiệt dẻo Compozit nhựa nhiệt dẻo có độ tin cậy cao, ứng suất d nảy sinh tạo thành sản phẩm thấp.ốC số u điểm công nghệ n không cần tiến hành phản ứng đóng rắn, dễ gia công tạo dáng sản