Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ và phụ gia đến độ bền của vật liệu composite và polyme trong công nghệ ép phun

vi MC LC Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Li cam đoan ii Li cm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các hình ix Danh sách các bng xii Chng 1 TNG QUAN 1 1.1 Tính cp thiết ca đề tài: 1 1.2 Mục đích nghiên cu, khách thể và đi tợng nghiên cu: 3 1.2.1 Mục đích: 3 1.2.2 Đi tợng nghiên cu: 3 1.2.3 Khách thể nghiên cu: 3 1.3 Nhiệm vụ nghiên cu và giới hn đề tài: 3 1.3.1 Nhiệm vụ ca đề tài: 3 1.3.2 Giới hn đề tài: 4 1.4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn: 4 1.4.1 Ý nghĩa khoa học: 4 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn: 5 1.5 Phơng pháp nghiên cu: 5 Chng 2 C S Lụ THUYT 6 2.1. Vật liệu composite và công nghệ chế to: 6 2.1.1. Khái niệm: 6 2.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển: 6 2.1.3. Đặc điểm – vai trò – tính cht: 7 vii 2.1.4. u điểm ca vật liệu composite: 8 2.1.5. Phân loi vật liệu composite: 9 2.1.6. Công nghệ chế to vật liệu composite: 10 2.2. Thành phần ca vật liệu composite: 17 2.2.1 Vật liệu ct: 17 2.2.2 Các cht phụ gia: 22 2.2.3 Vật liệu nền: 22 MDPE (Mium density polyetylen) 29 UHMWPE (Ultra high molecular weigh polyetylen) 29 2.3. Công nghệ ép phun: 40 2.4. Tiêu chuẩn ISO 527 (TCVN 4501 -4: 2009) 41 2.4.1. Lĩnh vực và phm vi ng dụng: 41 2.4.2. Mẫu kéo thử theo tiêu chuẩn ISO 527: 42 Chng 3 PHỂN TệCH VT LIU PHUN VẨ TệNH TOÁN, THIT K MU TH 43 3.1. Tổng quan về nhựa Polypropylen (nhựa PP): 43 3.1.1. Giới thiệu: 43 3.1.2. Tính cht ca nhựa Polypropylen: 44 3.1.3. Tồng hợp nhựa polypropylen: 46 3.1.4. Gia công nhựa polypropylen: 46 3.1.5. ng dụng ca nhựa polypropylen: 48 3.1.6. u và nhợc điểm ca nhựa PP: 48 3.2. Phân tích thông s kỹ thuật ca mẫu thử: 49 3.2.1. Các yếu t nh hng trực tiếp đến quá trình ép phun: 49 3.2.2. Tính toán, thiết kế mẫu thử: 52 3.3. Phân tích các thông s trong quá trình ép phun mẫu : 53 3.3.1. Mục tiêu: 53 3.3.2. Phân tích thi gian điền đầy sn phẩm: 53 3.3.3. Phân tích ng sut khi phun: 54 viii 3.3.4. Phân tích lực kẹp: 55 3.3.5. Phân tích vị trí ca điểm phun tt nht: 55 3.3.6. Phân tích sự phân b và phát triển dòng nhựa trong khuôn: 56 3.3.7. Phân tích cong vênh, co rút: 57 3.3.8. Phân tích ng sut d: 58 3.3.9. Phân tích đng hàn: 59 3.3.10. Bng tổng hợp phân tích: 60 Chng 4 CỌNG TÁC CHUN B THệ NGHIM 61 4.1. Cu to ca vật liệu nghiên cu: 61 4.2. Máy móc trang thiết bị phục vụ cho quá trình nghiên cu: 62 Chng 5 TIN HẨNH THệ NGHIM, X Lụ S LIU VẨ ĐÁNH GIÁ KT QU 69 5.1. Xác định s lợng thí nghiệm: 69 5.2. Tiến hành thí nghiệm: 71 5.1.1. Dụng cụ thí nghiệm: 71 5.1.2. Cách pha trộn, lựa chọn, mư hóa thí nghiệm: 73 5.1.3. Các thao tác để tiến hành thí nghiệm: 73 5.3. Kết qu thí nghiệm và xử lý s liệu: 73 Chng 6 KT LUN VẨ KHUYN NGH 114 6.1. Kết luận. 114 6.2. Khuyến nghị. 114 TẨI LIU THAM KHO 116 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Phân loi composite theo hình dng ct liệu 9 Hình 2.2: Hình dng ca các loi vật liệu composite 10 Hình 2.3: Công nghệ bằng tay 11 Hình 2.4: Công nghệ đúc chuyển resin – RTM 13 Hình 2.5:Công nghệ phun bắn 15 Hình 2.6: nh ht nhựa PE 28 Hình 2.2: Các dng mch PE 29 Hình 2.7: nh ht nhựa PP 33 Hình 2.8: nh ht nhựa PVC 35 Hình 2.9: Kích thớc ca mẫu bền kéo theo tiêu chuẩn ISO – 527. 42 Hình 3.1: Cu trúc hóa học ca Polypropylen 43 Hình 3.2: Phn ng trùng hợp polypropylen bằng xúc tác 46 Hình 3.3: Các sn phẩm đợc làm từ polypropylen 48 Hình 3.4: Cu to cơ bn ca máy ép phun 50 Hình 3.5: Mẫu thiết kế đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ISO 527. 52 Hình 3.6: kết qu phân tích thi gian điền đầy sn phẩm 54 Hình 3.7: Kết qu phân tích tìm đợc vị trí điểm phun tt nht 56 Hình 3.8: Sự phát triển ca dòng nhựa trong khuôn 56 Hình 3.9: Kết qu phân tích cong vênh, co rút 57 Hình 3.10: Phân b ng sut d trớc khi thiết kế hệ thng làm mát. 58 Hình 3.11: Phân b ng sut d sau khi thiết kế hệ thng gii nhiệt 58 Hình 3.12: Kết qu phân tích dự đoán đng hàn. 60 Hình 4.1: Máy ép – phun và khuôn ép mẫu thử 63 Hình 4.2: Giai đon kẹp 64 Hình 4.3: Giai đon phun 64 Hình 4.4: Giai đon làm nguội 65 Hình 4.5: Giai đon đẩy 65 Hình 4.6:Thớc kẹp 67 x Hình 4.7: Cân CP-324S và cân TE 612 68 Hình 5.1: Máy đo độ bền kéo 72 Hình 5.3: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 76 Hình 5.4: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia Na10MB3A tới ng sut kéo 77 Hình 5.5: biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 78 Hình 5.6: Vật mẫu bị kéo đt 78 Hình 5.7: Hình chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu 78 Hình 5.8: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 81 Hình 5.9: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia Na10MB3A tới ng sut kéo 82 Hình 5.10: Biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 83 Hình 5.11: Vật mẫu bị kéo đt 83 Hỉnh 5.12: Hỉnh chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu 83 Hình 5.13: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 86 Hình 5.14: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia Na10MB3A tới ng sut kéo 87 Hình 5.15: Biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 88 Hình 5.16: Vật mẫu bị kéo đt 88 Hình 5.17: Hỉnh chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu. 88 Hình 5.18: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 91 Hình 5.19: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia Na10MB3A tới ng sut kéo 92 Hình 5.20: Biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 93 Hình 5.21: Vật mẫu bị kéo đt 93 Hỉnh 5.22: Hỉnh chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu 93 Hình 5.23: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 96 Hình 5.24: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia Na10MB3A tới ng sut kéo 97 Hình 5.25: Biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 98 Hình 5.26: Vật mẫu bị kéo đt 98 Hình 5.27: Hỉnh chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu 98 xi Hình 5.28: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 101 Hình 5.29: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia Na10MB3A tới ng sut kéo 102 Hình 5.30: Biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 103 Hình 5.31: Vật mẫu bị kéo đt 103 Hình 5.32: Hỉnh chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu. 103 Hình 5.33: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 106 Hình 5.34: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia Na10MB3A tới ng sut kéo. 107 Hình 5.35: biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 108 Hình 6.36: Vật mẫu bị kéo đt 108 Hỉnh 5.37: Hỉnh chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu 108 Hình 5.38: Biểu đồ tổng hợp ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A ca ba thí nghiệm trung tâm. (e,f,g) 109 Hình 5.39: So sánh các biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ phụ gia Na10MB3A  từng nhiệt độ và áp sut khác nhau. 110 Hình 5.40: Cơ chế phá hy trên bề mặt gưy đt ca mẫu PP có trộn phụ gia: 111 Hình 5.41: Cơ chế tăng bền vật liệu polymer. 112 Hình 5.42: Quá trình bóc tách các lớp polymer 113 xii DANH SÁCH CÁC BNG Bng 2.1: Phân loi PE 29 Bng 2.2: Tính cht ca PP có trọng lợng phân tử 80000 – 150000 34 Bng 3.1: Thông s kỹ thuật ca polypropylen 47 Bng 3.2: Tổng hợp kết qu phân tích 60 Bng 4.1: Thông s kỹ thuật nhựa RP348N 61 Bng 4.2: Tính cht ca cht trợ tơng hợp 62 Bng 4.3: Thông s kỹ thuật ca máy ép phun SW-120B 66 Bng 5.1: Xác lập các yếu t đầu vào và xác định các mc 70 Bng 5.2: Chuyển hệ trục tọa độ 70 Bng 5.3: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 74 Bng 5.4: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 79 Bng 5.5: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 84 Bng 5.6: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 89 Bng 5.7: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 94 Bng 5.8: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 99 Bng 5.9: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 104 Trang 1 Chng 1 TNG QUAN 1.1 Tính cấp thit ca đ tƠi: Những sn phẩm rẻ hơn, quan trọng hơn nữa là không nh hng đến sc khe ca con ngi. Vật liệu bền cao hơn. Tuy nhiên, trớc những u điểm ca vật liệu và công nghệ chế to vật liệu nhựa truyền thng đợc pha trộn với phụ gia  những tỉ lệ nht định để đt đợc độ composite mang li thì việc áp dụng những thành tựu ca công nghệ này để ci thiện tính bền, nâng cao cht lợng và gim giá thành cho các sn phẩm nhựa là hết sc cần thiết. Bên cnh đó, ngoài việc áp dụng tỉ lệ thành phần phụ gia hoặc gia cng ca các nghiên cu trớc để phát huy ti đa hiệu qu ca các thành phần này là một xu hớng rt cần thiết trong lĩnh vực kỹ thuật. Để cho sn phẩm đợc tt hơn nữa, bền hơn và nâng cao đợc tuổi thọ ca sn phẩm thì trong quá trình ép phun phi nghiên cu việc nh hng ca các thông s công nghệ ( nhiệt độ, áp sut) và phụ gia để tăng bền cho vật liệu là rt cần thiết. Ví nó quyết định đến tính cht, độ bền ca sn phẩm và c về mặt thẩm mỹ. Để có thể đánh giá tổng quát nh hng ca các thông s công nghệ cần tiến hành pha trộn thành phần gia cng theo những tỉ lệ tt nht ca các nghiên cu trớc. Đề tài tiến hành triển khai nghiên cu và chế to bộ khuôn ép mẫu thử sc bền kép ca vật liệu nhựa trong công nghệ ép phun, điểm đặc biệt là bộ khuôn có thể đợc sử dụng để ép phun trực tiếp các vật liệu đư đợc pha trộn thành phần gia cng hoặc phụ gia, từ đó đánh giá những yếu t nh hng ca các yếu t trên đến quá trình ép mẫu kéo – sn phẩm trực tiếp ca đề tài đợc sử dụng trong các thí nghiệm để đo kiểm và đánh giá cht lợng ca vật liệu sau khi chế to. Trang 2 1.2. Các công trình nghiên cu đƣ đc công b: Các công trình nghiên cu trong nớc:  Nghiên cu tăng bền cho vật liệu nhựa và composite trong công nghệ ép phun – Đi học s phm kỹ thuật TP.HCM.  Nghiên cu vật liệu Composite trên nền nhựa Polyetylene tỉ trọng cao gia cng bằng sợi day – ĐH. Bách khoa.  Nghiên cu vật liệu Composite trên nền nhựa Polyvinyl Clorua với độn mùn ca, tru – ĐH Bách Khoa.  Nghiên cu chế to vật liệu Composite trên cơ s nhựa Polyester không no gia cng Nanoclay và sợi thuỷ tinh – Đi học Bách khoa. Các công trình nghiên cu ngoài nớc:  Comparison of several closure approximations for evaluating the thermoelastic properties of an injection term molded short-fiber composite - Composites Science and Technology, Volume 67, Issues 7-8, June 2007, Pages 1601-1610.  An experimental study of fibre orientation in injectionnext term moulded short glass fibre-reinforced polypropylene/polyarylamide composites – Composites,Volume 25, Issue 2, February 1994, Pages 147-153.  Studies on the combined effect of injection temperature and fiber content on the properties of polypropylene-glass fiber composites- Composites Science and Technology, Volume 65, Issue 6, May 2005, Pages 873-881.  Influence of injectionnext term parameters and mold materials on mechanical properties of ABS in plastic injection molding - International Communications in Heat and Mass Transfer, Volume 37, Issue 9, November 2010, Pages 1359-1365. Kết luận: Cha có công trình nào nghiên cu về nh hng ca các thông s công nghệ và tỉ lệ các thành phần cht phụ gia trực tiếp vào quá trình ép phun để tăng sc bền cho vật liệu sử dụng trong công nghệ ép phun. Đề tài nghiên cu và chế to bộ khuôn ép phun mẫu kéo theo tiêu chuẩn ISO-527, thực hiện kéo và đo các thông s theo tiêu chuẩn, xử lý s liệu thực nghiệm và xây dựng đng cong thực nghiệm. Bộ khuôn là công cụ để chế to cho các mẫu kiểm nghiệm các tiêu chuẩn về sc bền cho các các vật liệu ép phun trực tiếp đợc trộn với các cht phụ gia , từ đó nâng cao sc bền cho sn phẩm ca công nghệ này. Trang 3 1.3. Mc đích nghiên cu, khách th vƠ đi tng nghiên cu: 1.3.1 Mục đích: - Nghiên cu và ng dụng lý thuyết vật liệu polymer, vật liệu composite vào trong công nghệ ép phun. - Kiểm nghiệm sc bền kéo và kh năng tăng bền cho vật liệu polymer trong nghệ ép phun. - Tìm hiểu công nghệ ép phun cho sn phẩm nhựa. - Thiết kế, chế to bộ khuôn ép mẫu theo tiêu chuẩn ISO – 527. - Lập quy trình tiến hành thí nghiệm, đo và xử lý kết qu thực nghiệm. - Xây dung mô hình toán để khắc phục u nhợc điểm sau khi ép phun. 1.3.2 Đối tợng nghiên cu: - Vật liệu polymer: lý thuyết và kh năng công nghệ, ng dụng. - Vật liệu composite: lý thuyết và ng dụng. - Công nghệ ép phun cho sn phẩm nhựa. - Công nghệ chế to bộ khuôn ép phun. - Quy trình tiến hành thí nghiệm và thu thập, xử lý s liệu. 1.3.3 Khách thể nghiên cu: - nh hng ca thông s công nghệ ( nhiệt độ, áp sut) tới quá trình ép phun cho sn phẩm nhựa. - nh hng ca các phụ gia trong quá trình ép phun. - nh hng ca thành phần gia cng tới sc bền kéo ca mẫu thử. - nh hng ca các thông s ca quá trình ép phun. 1.4 Nhim v nghiên cu vƠ gii hn đ tƠi: 1.4.1 Nhiệm vụ ca đề tài: - Nghiên cu về công nghệ chế to và ng dụng ca vật liệu polymer. - Nghiên cu về công nghệ chế to và ng dụng ca vật liệu composite. [...]... nghiệm s c bền kéo c a vật liệu trong công nghệ ép phun - Các kết qu c a các công trình nghiên c u trên sẽ đ ợc áp dụng vào thực tiễn nghiên c u khoa học, là nền t ng cho sự ng hiệu qu c về mặt kỹ thuật và kinh tế cho công nghệ ép phun 1.6 Ph ng pháp nghiên c u: Đề tài đ ợc thực hiện bằng các ph ơng pháp nh sau: - Thu thập tài liệu và xử lý thông tin: tập hợp và nghiên c u các thông tin liên quan đến đề... Những yêu cầu đó nh về độ bền, độ c ng, kh i l ợng riêng, độ bền trong một kho ng nhiệt độ nào đó, bền ăn mòn trong môi tr Trang 17 ng axit, kiềm… Còn yêu cầu về công nghệ là những kh năng công nghệ để s n xu t ra các thành phần c t và những vật liệu composite trên cơ s những c t này .Vật liệu c t cho vật liệu composite có hai lo i: 2.2.1.1 Vật liệu cốt h t: C t h t dùng trong vật liệu composite để làm tăng...- Nghiên c u công nghệ ép phun cho s n phẩm nhựa - Nghiên c u công nghệ chế t o khuôn cho s n phẩm nhựa - Nghiên c u tiêu chuẩn ISO – 527 - Thiết kế mẫu, phân tích các yếu t trong quá trình ép mẫu - Thiết kế và chế t o bộ khuôn ép mẫu thí nghiệm - Sử dụng lo i phụ gia thông dụng nh t th ng sử dụng trong công nghệ ép phun - Tiến hành thí nghiệm và đánh giá nh h ng c a các thông s công nghệ tới... dụng gia đình, trang trí nội, ngo i th t, một s thiết bị trong ô tô, tàu lửa, máy bay và trong ngành hàng không vũ trụ… Cơ tính c a vật liệu composite phụ thuộc vào các yếu t sau đây: - Cơ tính c a các vật liệu thành phần: các vật liệu thành phần có cơ tính t t thì vật liệu composite cũng có cơ tính t t và t t hơn tính ch t c a từng vật liệu thành phần - Luật phân b hình học c a vật liệu c t: khi vật liệu. .. nghiệm, thu thập và xử lý s liệu trên phần mềm Statgraphic - Đánh giá m c độ nh h ng c a các thông s công nghệ và tỉ lệ thành phần phụ gia trong công nghệ ép phun - Xây dựng mô hình toán 1.5 ụ nghĩa khoa h c vƠ ý nghĩa thực ti n: 1.5.1 - Ý nghĩa khoa học: S n phẩm c a đề tài sẽ đ ợc dùng để phục vụ công tác nghiên c u về độ bền, nh h ng c a thông s công nghệ và nh h ng đến tính ch t cơ lý composite c t... dụng nh t là d ng lớp và d ng t m ba lớp, đ ợc c u thành từ vật liệu đồng nh t và ph i hợp với các composite khác 2.1.5.3 Phân lo i theo hình d ng: Hình 2.2: ảình d ng của các lo i ốật liệỐ composite 2.1.6 Công nghệ chế t o vật liệu composite: Có khá nhiều công nghệ Composite nói chung và công nghệ FRP nói riêng Mỗi công nghệ có những giới h n nh t định trong ng dụng, nó phụ thuộc vào kích cỡ s n phẩm,... dụng rộng rưi trong ngành công nghiệp chế t o máy bay, tàu chiến phục vụ cho đ i chiến thế giới lần th hai Năm 1950 b ớc đột phá quan trọng trong ngành vật liệu Composite đó là sự xu t hiện nhựa Epoxy và các sợi gia c ng nh Polyeste, nylon,… Từ năm 1970 đến nay vật liệu composite nền ch t dẻo đư đ ợc đ a vào sử dụng rộng rưi trong các ngành công nghiệp và dân dụng, y tế, thể thao, giao thông, quân sự... dụng vào những mục đích, những s n phẩm và những nơi mà vật liệu truyền th ng không thể đáp ng đ ợc, trong khi vật liệu composite có thể phát huy hiệu qu và th a mưn yêu cầu sử dụng.Cho nên từ đầu những năm 60 c a thế kỷ XX, cùng với sự phát triển c a công nghệ polyme, vật liệu composite đư không ngừng đ ợc phát triển cho đến ngày nay và đ ợc ng dụng rộng rưi trong công nghiệp và đ i s ng nh : vật dụng... ợng s n xu t, sự gia c ng thích hợp và lo i resin sử dụng .Trong mọi công nghệ đều ph i có khuôn, vì vậy dựa trên các đặc thù c a thiết kế và khuôn, nhà s n xu t cần ph i lựa chọn công nghệ cho thích hợp Công nghệ compozit cũng chính là công nghệ t o ra laminat c a s n phẩm compozite Trang 10 2.1.6.1 Công nghệ bằng tay: Đặc điểm công nghệ: Hình 2.3: Công nghệ bằng tay  u điểm: + Là công nghệ phổ biến,... tới quá trình ép phun 1.4.2 Ảiới h n đề tài: Do còn nhiều h n chế về mặt th i gian, kinh phí thực hiện cũng nh trang thiết bị thí nghiệm nên đề tài chỉ tập trung nghiên c u các nội dung sau: - Nghiên c u về lý thuyết và công nghệ chế t o vật liệu composite - Mẫu thử đ ợc chế t o bằng ph ơng pháp ép phun trực tiếp trên máy ép phun - Nghiên c u kh năng ng dụng c a vật liệu Polypropylen - Vật liệu mẫu để . công trình nào nghiên cu về nh hng ca các thông s công nghệ và tỉ lệ các thành phần cht phụ gia trực tiếp vào quá trình ép phun để tăng sc bền cho vật liệu sử dụng trong công nghệ ép. to và ng dụng ca vật liệu polymer. - Nghiên cu về công nghệ chế to và ng dụng ca vật liệu composite. Trang 4 - Nghiên cu công nghệ ép phun cho sn phẩm nhựa. - Nghiên cu công nghệ. dùng để phục vụ công tác nghiên cu về độ bền, nh hng ca thông s công nghệ và nh hng đến tính cht cơ lý composite ct nhựa nền sợi thy tinh ca vật liệu trong công nghệ ép phun. Trang