Đang tải... (xem toàn văn)
Tổng quan về vật liệu composite Vật liệu composite là hệ vật liệu dị thể, gồm hai hay nhiều thành phần khác khác biệt về hình dạng và thành phần hóa, có bề mặt phân chia pha riêng, mỗi t
Bài 6: CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE Nhóm: 03 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU POLYME Báo Cáo Thí Nghiệm Môn: Thí nghiệm Hóa học Polymer Bài 6: CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE Thứ hai, ngày 20 tháng 11 năm 2023 GVHD : TS Phan Quốc Phú Danh sách nhóm: 03 Tên MSSV 1/ Đinh Diệu Linh 2113897 2/ Nguyễn Tường Duy 2113029 3/ Doãn Huy Hoàng 2111226 4/ Hà Minh Đức 2113380 5/ Nguyễn Phúc Minh Khang 2110241 6/ Hồ Văn Hoàng Việt 2115269 Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 12 năm 2023 Bài 6: CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE Nhóm: 03 MỤC LỤC PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1 1.1 Tổng quan về vật liệu composite 1 1.2 Nguyên liệu chính 3 1.3 Tạo sản phẩm composite 7 1.4 Các tiêu chuẩn đánh giá độ bền, tính chất của vật liệu composite 10 1.5 Tính chất hóa học 17 PHẦN 2: THỰC NGHIỆM 18 2.1 Phương trình phản ứng 18 2.1.1 Bảng kê dụng cụ, hóa chất 18 2.1.2 Tính toán nguyên vật liệu 21 2.2 Quy trình thực nghiệm 21 2.2.1 Công đoạn 1: Ép nhựa Novolac với bột gỗ tạo thành sản phẩm composite 22 2.2.2 Công đoạn 2: Tạo Composite từ UPE và bột gỗ bằng cách đổ khuôn 28 2.3 Kết quả thực nghiệm 30 PHẦN 3: TRẢ LỜI CÂU HỎI 37 PHẦN 4: BÀN LUẬN 38 PHẦN 5: TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 Bài 6: CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE Nhóm: 03 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Một số loại composite phân theo pha phân tán 2 Hình 2: Sợi gia cường định hướng theo một chiều (a), hai chiều (b) và ba chiều (c) 3 Hình 3: MEKP 4 Hình 4: Benzoyl peroxyde 4 Hình 5: Urotropin 5 Hình 6: Quy trình gia công composite UPE – sợi thủy tinh 10 Hình 7: Mẫu uốn trên gối đỡ 11 Hình 8: Đồ thị ứng lực của mẫu chịu uốn .12 Hình 9: Mẫu thử độ bền kéo 13 Hình 10: Đồ thị ứng lực của mẫu chịu kéo .14 Hình 11: Đồ thị ứng lực của mẫu chịu nén .15 Hình 12: Mẫu thử chịu va đập 16 Hình 13: Đồ thị ứng lực của mẫu vật liệu polymer khi chịu va đập .16 Hình 14: 54,52g Novolac nghiền mịn 22 Hình 15: Urotropin (trái) & bột gỗ (phải) .22 Hình 16: Làm sạch khuôn .23 Hình 17: Hâm khuôn .23 Hình 18: Trộn đều hỗn hợp .24 Hình 19: Đổ hỗn hợp đã trộn vào khuôn và dàn đều 24 Bài 6: CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE Nhóm: 03 Hình 20: Đậy nắp khuôn 25 Hình 21: Tiến hành ép khuôn 25 Hình 22: Composite Novolac và bột gỗ 26 Hình 23: Cân nguyên vật liệu 28 Hình 24: Trải đều hỗn hợp ra khuôn .28 Hình 25: Che mặt trên sản phẩm 29 Hình 26: Kết quả đo máy độ bền uốn UPE 32 Hình 27: Xác định giá trị điểm đầu đường tuyến tính mẫu đo độ bền uốn UPE 33 Hình 28: Xác định giá trị điểm cuối đường tuyến tính mẫu đo độ bền uốn UPE 33 Hình 29: Kết quả đo máy độ bền nén UPE .34 Hình 30: So sánh độ bền nén các mẫu Novolac sấy, Novolac trong cồn, Rezol tan trong nước, UPE đổ khuôn, Rezol tan trong cồn .35 Hình 31: So sánh độ bền uốn các mẫu Novolac sấy, Novolac trong cồn, Rezol tan trong nước, UPE đổ khuôn, Rezol tan trong cồn .36 Bài 6: CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE Nhóm: 03 PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan về vật liệu composite Vật liệu composite là hệ vật liệu dị thể, gồm hai hay nhiều thành phần khác khác biệt về hình dạng và thành phần hóa, có bề mặt phân chia pha riêng, mỗi thành phần tạo nên tính chất ưu thế mà thành phần kia không có Trong các pha thành phần, thường có một pha liên tục, lượng chất có thể nhiều hơn, đóng vai trò chất kết dính hay trường phân tán (pha nền) Pha nền có thể là các polymer (vô cơ hoặc hữu cơ), ceramic hay kim loại đóng vai trò chuyển ứng suất sang pha khác và bảo vệ chống tác động môi trường Các pha còn lại có lượng ít hơn, gọi là pha phân tán, đóng vai trò cải thiện một số tính chất (gia cường) cho pha nền Pha phân tán có thể gọi là chất độn, thường có dạng sợi, dạng bột, dạng cầu Một số ví dụ như composite từ polymer với sợi thủy tinh gia cường, cao su với bột độn carbon, bê tông và bê tông cốt thép Gỗ được xem như composite tự nhiên gồm sợi cenllulose phân tân trong lignin, giấy là composite của sợi xenlulose, bột đá trong các chất liên kết vô cơ hoặc hữu cơ Thép carbon là dung dịch rắn của carbon (C) phân tán trong nền sắt (Fe) Tuy nhiên thép không được coi là composite, do dung dịch rắn C/Fe không tạo pha phân tán vào pha nền (C trong nền Fe) một cách rõ ràng (không rõ bề mặt phân chia pha và không thể hiện tính chất khác biệt rõ ràng của từng pha) Nếu xét về cấu trúc pha, composite có thể là vật liệu với pha tinh thể phân tán trong pha tinh thể (hệ bột ceramic phân tán trong kim loại, hoặc bột kim loại trong bột ceramic - cermet), pha tinh thể phân tán trong pha vô định hình (gồm thủy tỉnh, hay bột hoặc sợi ceramic phân tán trong polymer), pha vô định hình phân tán trong pha vô định hình (sợi thủy tinh, carbon trong polymer, carbon trong carbon) hoặc GVHD: TS.Phan Quốc Phú Trang 1/42 Bài 6: CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE Nhóm: 03 pha vô định hình phân tán trong pha tinh thể (trường hợp này rất ít gặp, ví dụ pha thủy tinh làm bền khoáng steatite) Hình 1: Một số loại composite phân theo pha phân tán Trong vật liệu composite cần sự liên kết bền vững giữa pha nền và pha phân tán Các pha chỉ liên kết vật lý với nhau, đơn giản có thể chỉ là lực ma sát Vì vậy, trong quá trình bảo quản và sử dụng, cần đảm bảo pha nền không tương tác hóa học với pha phân tán làm xấu đi sự liên kết giữa chúng Trong quá trình chế tạo, các phản ứng hóa học bề mặt có thể xảy ra, nhưng trong quá trình sử dụng, tương tác hóa học không được làm xấu đi liên kết bền vững giữa pha nền và pha phân tán Tính chất của một composite được quyết định bởi ba yếu tố như sau: 1 Vật liệu dùng làm pha nền và pha phân tán 2 Hình dạng hình học và phân bố không gian của các cấu tử thành phần 3 Độ bền liên kết giữa pha nền và pha gia cường GVHD: TS.Phan Quốc Phú Trang 2/42 Bài 6: CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE Nhóm: 03 Hình 2: Sợi gia cường định hướng theo một chiều (a), hai chiều (b) và ba chiều (c) 1.2 Nguyên liệu chính 1.2.1 UPE UPE sau khi tổng hợp ở trạng thái lỏng nhớt, màu vàng hoặc hồng, độ nhớt khoảng 1800 ÷ 2800 cp Thời gian chảy qua cup 4 khoảng 120 ÷ 160s tùy thuộc vào cấu tạo và hàm lượng monomer tương hợp Ở điều kiện bảo quản không tiếp xúc với không khí và nhiệt độ thường UPE có thể sống 6 ÷ 8 tháng mà không bị gel Khi có không khí và nhiệt độ trên 40°C chỉ sống dưới 4 tháng Sau khi đóng rắn UPE có độ bền cơ khí khá cao, khi làm vật liệu composite có khả năng chịu lực tốt, biến dạng đàn hồi khá cao UPE chịu môi trường dung môi tốt, chịu sương muối, tia tử ngoại, chịu được môi trường acid HCl 15%, HNO3 7% Kém chịu NaOH trên 2% UPE được sử dụng chủ yếu làm vật liệu composite, sản phẩm đúc Trong môi trường không khí, composite UPE có thể làm việc ở khoảng nhiệt độ 35 ÷ 75°C GVHD: TS.Phan Quốc Phú Trang 3/42 Bài 6: CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE Nhóm: 03 1.2.2 Chất đóng rắn MEKP: Là một peroxide hữu cơ, tồn tại dạng lỏng, không màu, tan nhiều trong nước và nhạy cảm với nhiệt, có khả năng tạo gốc tự do lớn, nhiệt phản ứng tạo ra rất mạnh Hình 3: MEKP Benzoyl peroxyde: Là chất có khả năng khơi mào nhanh cho phản ứng đông trùng hợp UPE ở điều kiện trên 80°C Hình 4: Benzoyl peroxyde Urotropin: Hợp chất tinh thể màu trắng này hòa tan cao trong nước và dung môi hữu cơ phân cực Nó có cấu trúc giống như cái lồng tương tự như adamantane Công dụng chủ yếu của urotropin là sản xuất các chế phẩm dạng bột hoặc lỏng của nhựa phenolic và các hợp chất đúc nhựa phenolic, trong đó nó được thêm vào như một thành phần làm cứng GVHD: TS.Phan Quốc Phú Trang 4/42 Bài 6: CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE Nhóm: 03 Hình 5: Urotropin 1.2.3 Độn a Bột độn Bột độn ở đây là bột gỗ, xơ dừa, trấu và giấy b Sợi độn Có thể sử dụng sợi độn là sợi thủy tỉnh hoặc sợi coton - Sợi thủy tỉnh có các dạng: + Mat 300: tấm sợi đa hướng, mỗi sợi đơn có kích thước 40 ÷ 60µm Khối lượng theo bề mặt 300g/m² + Mat 450: tấm sợi đa hướng, mỗi sợi đơn có kích thước 40 ÷ 60µm Khối lượng theo bề mặt 450g/m² + Rowing (vải) 400, 600, 800: tấm sợi nhị hướng, dệt từ những sợi đơn có khối lượng theo bề mặt 400, 600, 800 g/m² - Sợi coton: chủ yếu là loại vải dệt nhị hướng GVHD: TS.Phan Quốc Phú Trang 5/42 Bài 6: CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE Nhóm: 03 1.2.4 UF UF là nhựa phân cực cao nên có khả năng tan trong nước Sản phẩm có độ nhớt rất thấp UF sau khi tổng hợp ở dạng trong hoặc đục tùy theo độ trùng ngưng của nhựa và mức độ của phản ứng Điều kiện bảo quản tốt nhất của sản phẩm UF là pH ≥ 7 ở nhiệt độ thường và tránh tiếp xúc với không khí Thời gian sống của UF có thể đạt tới 3 tháng Khi pH < 7 và tiếp xúc với không khí, UF chỉ có thể sống dưới 1 tháng Trường hợp pH < 4,5 ÷ 5, UF chỉ có thể sống được trong thời gian 1 tuần 1.2.5 PF a Novolac Tồn tại ở dạng rắn, cứng, giòn, có khả năng hút ẩm cao, không màu hoặc màu vàng đến nâu tùy thuộc vào độ dư phenol trong sản phẩm, có thể tan trong hỗn hợp dung môi C2H5OH/acetone dễ dàng Novolac sau khi đóng rắn có độ bền cơ rất cao, chịu nhiệt tốt, cách điện và chịu môi trường KOH, dung môi Novolac được sử dụng chủ yếu làm các sản phẩm ép tectolit b Rezol Rezol là nhựa mạch nhánh, tồn tại ở dạng nhớt, có màu từ vàng sáng đến nâu tùy thuộc vào lượng phenol dư trong nhựa Sau khi đóng rắn, nhựa rezol có tính chất tương tự như novolac đóng rắn Rezol được bảo quản tốt nhất ở dạng dung dịch Rezol tan trong nước thì bảo quản ở dạng ở dạng dung dịch 50% trong H₂O Rezol tan trong cồn thì hòa tan 50% trong cồn Trong trường hợp nhiệt độ bảo quản lớn hơn 30°C, sản phẩm còn dư phenol và formaldehyde, khi tiếp xúc không khi, formaldehyde dễ bị oxy hóa chuyển thành GVHD: TS.Phan Quốc Phú Trang 6/42