Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit từ nhựa nền polyeste không no và phụ gia tro bay

Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit từ nhựa nền polyeste không no và phụ gia tro bay

Lời cảm ơn

Em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ quý báu từ các thầy cô,các cán bộ và nhân viên trong suốt quá trình nghiên cứu, học tập và thực hiệnluận văn tốt nghiệp tại Trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme & CompozitTrờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắctới TS Bạch Trọng Phúc vì sự hớng dẫn nhiệt tình, tận tâm và chu đáo củaThầy để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

dụng của chúng nh: công trình nghiên cứu của Viện Công nghệ Vật liệu Xây dựng và gần

đây nhất, tro xỉ đợc sử dụng làm phụ gia cho bê tông đập tràn của công trình thuỷ điện Sơn La Nhng lợng tro xỉ đã sử dụng này so với số lợng tro xỉ còn tồn đọng tại các hồ chứa của các nhà máy thuỷ điện là khá nhỏ Để tận dụng triệt để nguồn nguyên liệu quý này, hiện nay ngời ta đang tìm ra những hớng đi mới cho loại phụ gia này mà một trong những hớng đi mới đầu tiên là việc sử dụng tro bay làm phụ gia trong vật liệu compozit.

Trên cơ sở đó, đã đặt ra các nhiệm vụ nghiên cứu chính sau: Lựa chọn tỷ lệ hệ khởi

đầu xúc tiến; lựa chọn tỷ lệ chất liên kết tối u; lựa chọn tỷ lệ nhựa nền và chất gia cờng dạng bột thích hợp.

Sau quá trình khảo sát về thời gian gel, hàm lợng phần gel của nhựa polyeste không no (dạng octo) với các tỷ lệ khác nhau về xúc tác, xúc tiến cũng nh ảnh hởng của chất liên kết

đến độ nhớt của hỗn hợp nhựa/bột gia cờng đề tài đã tìm đợc các tỷ lệ tối u để chế tạo vật lệu polyme compozit (PC) Các kết quả nghiên cứu về độ bền cơ học và độ bền trong các môi trờng hoá chất mạnh (Axit sunfuric 30%, NaOH 10%, NaCl 3%, xăng A92, dầu

điezen và nớc cất) cho thấy vật liệu PC trên cơ sở nhựa nền polyeste không no

2508PT-WV dạng octo (của Hàn Quốc) gia cờng bằng phụ gia tro bay có độ bền tơng đối ổn định Khi tiến hành ngâm mẫu compozit trong các môi trờng hoá chất trên, sau 16 ngày thì tính chất cơ lý của mẫu thay đổi tơng đối ít

Mục lục

TểM TẮT NỘI DUNG 2

LỜI NểI ĐẦU 5

PHẦN I: TỔNG QUAN 7

I.1.GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU COMPOZIT 7

I.1.1.Lịch sử phỏt triển 7

I.1.3 Đặc điểm v phõn loà phõn lo ại vật liệu compozit 8

I.1.3.1 Cỏc đặc điểm chung 8

I.2.THÀNH PHẦN CỦA VẬT LIỆU PC 9

I.2.1.Nhựa nền 9

I.2.2 Th nh phà phõn lo ần cốt (Chất gia cường) 19

I.2.3 Phụ gia v chà phõn lo ất độn 24

I.2.3.1 Phụ gia 24

I.2.3.2 Chất độn 25

I.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG VẬT LIỆU PC 32

I.3.1 Phương pháp lăn ép bằng tay 32

I.3.2 Phương pháp phun sợi 33

I.3.3 Công nghệ đúc kéo 33

I.3.4 Công nghệ quấn sợi 34

I.3.5 Công nghệ bơm nhựa v o khuôn.à phân lo 34

I.3.6 Công nghệ hút chân không 35

I.4 T NH CHÍNH CH ẤT CỦA VẬT LIỆU PC 36

I.5 ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU PC 38

PHẦN II: C C PHÁ ƯƠNG PH P NGHIÊN CÁ ỨU 40

V THÀ ỰC NGHIỆM 40

II.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN T CH NGUYÊN LIÍNH CH ỆU ĐẦU 40

II.1.1 Nguyên liệu v hóa chà phân lo ất 40

II.1.2 Phương pháp xác định tỷ trọng 40

II.1.3 Phương pháp xác định độ nhớt Brookfield 41

II.1.4 Phương pháp xác định chỉ số axit 41

II.1.5 Phương pháp xác định thời gian gel hóa 42

II.1.6 Phương pháp xác định h m là phân lo ượng phần gel 42

II.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CỦA VÂT LIỆU PC 43

II.2.1 Phương pháp xác định độ bền nén 43

II.2.2 Phương pháp xác định độ bền uốn 44

II.2.3 Phương pháp xác định độ bền va đập 45

II.2.4 Phương pháp xác định độ bền kéo 45

II.2.5 Phương pháp xác định sự thay đổi khối lượng trong môi trường hoá chất 46

II.2.6 Phương pháp chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 47

II.2.7 Phương pháp xác định độ hấp thụ nước 47

II.2.8 Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng TGA (Thermo Gravimetric Analysis) 47

PHẦN III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU V THÀ ẢO LUẬN 48

III.1 PHÂN T CH NGUYÊN LIÍNH CH ỆU ĐẦU 48

III.1.1 Đặc tính của nguyên liệu đầu 48

III.1.1.1 Nhựa nền PEKN 48

Các kết quả phân tích được cho thấy, nhựa PEKN – 2508PT-WV (dạng octo) có các chỉ tiêu kỹ thuật đáp ứng được yêu cầu l m nhà phân lo ựa nền cho vật liệu polyme compozit 48

III.1.1.2 Phụ gia tro bay 48

III.1.2 Khảo sát thời gian gel hóa v h m là phân lo à phân lo ượng phần gel 49

III.2 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ CHẤT LIÊN KẾT ĐẾN T NH ÍNH CH CHẤT VẬT LÝ VÀ CƠ HỌC VẬT LIỆU PC 50

III.3 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT GIA CƯỜNG ĐẾN T NH CHÍNH CH ẤT VẬT LÝ VÀ CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU PC 52

III.6 KHẢO SÁT ĐỘ BỀN HOÁ CHẤT CỦA VẬT LIỆU PC TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG HOÁ CHẤT KHÁC NHAU THEO THỜI GIAN 64

III.7 KHẢO SÁT ĐỘ HẤP THỤ CỦA NƯỚC VÀO VẬT LIỆU PC 68

III.8 KHẢO SÁT ĐỘ BỀN NHIỆT CỦA VẬT LIỆU PC 69

PHẦN IV KẾT LUẬN 70

PHẦN V: TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

Lời nói đầu

Ngày nay, cùng với sự phát triển nh vũ bão của các lĩnh vực: côngnghiệp, nông nghiệp và rất nhiều các ngành kinh tế khác ,vật liệu polymecompozit (PC) đã khẳng định đợc vai trò quan trọng của mình trong việc thaythế các vật liệu truyền thống Vật liệu PC có rất nhiều u điểm vợt trội so vớicác vật liệu truyền thống(gỗ, sắt, thép) nh: nhẹ, bền, không bị ăn mòn,dễ giacông, độ cách điện cao … và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyềnthống không có, vật liệu PC ngày càng mở rộng lĩnh vực sử dụng của mình

Từ những ứng dụng làm các dụng cụ thể thao, các chi tiết trong ôtô, tàuthuyền, các vật dụng trong đời sống hàng ngày cho đến làm khiên chống đạntrong lĩnh vực quân sự và rất nhiều các chi tiết khác trong lĩnh vực hàngkhông vũ trụ

ở Việt Nam, trong những năm gần đây, song song với quá trình côngnghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc thì nhu cầu về năng lợng cũng tăng cao Vìvậy, lợng than đốt cần cho các nhà máy nhiệt điện hoạt động cũng theo đó

mà không ngừng tăng lên Kéo theo là sự phát sinh ngày càng gia tăng củachất thải Chỉ tính riêng hai nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1 và Phả Lại 2 mỗingày thải ra khoảng 6000 tấn tro xỉ, lấp đầy hai hồ chứa sâu mấy chục mét

Đây là lợng phế thải rất lớn gây trở ngại về diện tích chứa cũng nh ảnh hởngtới môi trờng Vì vậy, việc tìm ra các giải pháp công nghệ để xử lý nguồn phếthải làm giảm thiểu ô nhiễm môi trờng tạo ra những sản phẩm hữu ích cho xãhội là một việc làm rất có ý nghĩa

Với kinh nghiệm tái sử dụng sản phẩm của quá trình đốt than đã đợc ápdụng ở các nớc tiên tiến trên Thế giới nh Mỹ, Nhật và các nớc Châu Âu chothấy khoảng 60 – 70% lợng tro xỉ thải ra có thể sử dụng đợc cho các ngànhcông nghiệp xây dựng, cầu đờng, bê tông và làm phụ gia cho nhiều sản phẩmthơng mại khác.

Việc tái sử dụng tro xỉ cũng đã đợc biết đến ở Việt Nam từ nhiều năm

tr-ớc và đã có một số công trình nghiên cứu trong ntr-ớc và hợp tác với Quốc tế vềkhả năng ứng dụng của chúng, trong đó các công trình nghiên cứu của Việnvật liệu xây dựng Nhng cho đến nay, số lợng và quy mô sử dụng loại chấtthải này còn khá nhỏ lẻ phần lớn chỉ là các t nhân đứng ra đấu thầu mua lạihoặc khai thác tự do để sử dụng làm gạch gia công hoặc than đóng bánh Gần

đây nhất, tro xỉ đợc sử dụng làm phụ gia cho bê tông đập tràn của công trìnhthủy điện Sơn La… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền

Để tận dụng triệt để nguồn nguyên liệu quý này, hiện nay ngời ta đangtìm ra những hớng đi mới cho loại phụ gia này mà một trong những hớng đimới đầu tiên là việc sử dụng tro bay làm phụ gia trong vật liệu compozit

Trên cơ sở đó hình thành đề tài:″ Nghiờn cứu chế tạo vật liệu polyme

compozit từ nhựa nền polyeste khụng no ( PEKN ) và phụ gia tro bay ″

ra đời nhằm giải quyết những khó khăn trên

Nhiệm vụ chính của đề tài bao gồm:

 Phân tích và đánh giá tro bay

 Khảo sát chế độ đóng rắn của nhựa nền

 Khảo sát tỷ lệ nhựa nền/chất gia cờng

 Khảo sát ảnh hởng của môi trờng hoá chất đến các độ bền cơ học củavật liệu

 Khảo sát độ hấp thụ nớc của vật liệu

PHẦN I: TỔNG QUAN

I.1.giới thiệu về vật liệu compozit

i.1.1.lịch sử phát triển

Cách đây hàng nghìn năm, vật liệu compozit đã xuất hiện và đợc con

ng-ời sử dụng trong đng-ời sống Khoảng 5000 năm trớc Công nguyên, ngng-ời cổ đại

đã biết nghiền nhỏ đá và các vật liệu hữu cơ khác trộn vào đất sét để giảm độ

co ngót khi nung gạch ở Ai Cập khoảng 3000 năm trớc Công nguyên, ngời

ta đã làm thuyền bằng lau sậy đan tẩm bitum, nếu bỏ qua một số khái niệm

kỹ thuật thì có thể coi đó là kỹ thuật làm tàu từ vật liệu PC hiện nay ở ViệtNam, nhà làm từ hỗn hợp bùn trộn rơm, rạ và làm thuyền đan trát sơn ta lànhững ví dụ về vật liệu compozit [2]

Mặc dù đợc hình thành từ rất sớm nhng vật liệu PC mới thực sự đợc chú

ý vào khoảng 60 năm trở lại đây Vào những năm 1930, Slayter và Thomas

đ-ợc cấp bằng sáng chế cho việc chế tạo sợi thuỷ tinh, sau đó đđ-ợc Ellis vàFoster dùng gia cờng cho polyeste Polyeste tăng cờng bằng sợi thuỷ tinh đợcứng dụng trong ngành hàng không năm 1938 [6] Năm 1944 đã có hàngnghìn chi tiết bằng chất dẻo compozit cho máy bay và tàu chiến phục vụ đạichiến thế giới lần thứ II đợc sản xuất Năm 1950, chất lợng của vật liệu PC đ-

ợc cải thiện đáng kể nhờ sự ra đời của nhựa epoxy và hàng loạt sợi tăng cờngkhác nh sợi cacbon, sợi polyeste, nylon, aramit (Kevlar), sợi silic… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền Từ năm

1970 cho đến nay, các chi tiết chế tạo từ vật liệu compozit nền chất dẻo vàsợi tăng cờng đợc sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đóng tàu, chế tạo ôtô, vậtliệu xây dựng và những ngành kỹ thuật cao nh hàng không, vũ trụ… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền [7]

I.1.2 Xu hớng phát triển [2]

 Thay thế thép bằng vật liệu compozit

 Chuyển vật liệu sang dạng sợi để tăng độ bền

 Đa dạng hoá nền polyme và chất tăng cờng

 Phối hợp giữa các vật liệu polyme, kim loại và gốm

I.1.3 Đặc điểm và phân loại vật liệu compozit [3,4]

I.1.3.1 Các đặc điểm chung [4]

 Là vật liệu nhiều pha Các pha tạo nên compozit thờng rất khác nhau

về bản chất, không hoà tan lẫn nhau, phân cách nhau bằng bề mặt phânchia pha Pha liên tục trong toàn khối compozit đợc gọi là nhựa nền(matrix), pha phân bố gián đoạn, đợc nền bao bọc, quy định gọi là cốt

 Trong compozit thì tỷ lệ, hình dáng, kích thớc cũng nh sự phân bố củanền và cốt tuân theo các quy định thiết kế trớc

 Tính chất của các pha thành phần đợc kết hợp để tạo nên tính chấtchung của compozit Tuy vậy, tính chất của compozit không bao hàmtất cả các tính chất của các pha thành phần khi chúng đứng riêng rẽ màchỉ lựa chọn trong đó những tính chất tốt và phát huy thêm

I.1.3.2 Phân loại [3]

Để phân loại vật liệu compozit thờng dựa vào các đặc điểm và đặc trngcủa chúng, sau đây là hai cách phân loại thông dụng nhất

a Theo bản chất

b Theo đặc điểm cấu trúc hoặc hình học của cốt

Hạt thô Hạt mịn Liên tục Gián đoạn Lớp Tấm 3 lớp Tổ ong

Có hớng Ngẫu nhiên

I.2.Thành phần của vật liệu PC

I.2.1.Nhựa nền

Là một trong những thành phần chính của vật liệu PC , là pha liên tục,

đóng vai trò chất kết dính,liên kết các vật liệu gia cờng, chuyển ứng suất lên

Compozit

Cốt hạt

chúng Ngoài ra, nền còn có tác dụng bảo vệ chất gia cờng dới tác dụng củamôi trờng.

Các tính chất của nền polyme có ảnh hởng nhiều đến tính chất cơ học vàtính chất hoá học của sản phẩm Bản chất của vật liệu nền sẽ quyết định ph-

ơng pháp gia công, chế tạo và ảnh hởng đến độ bền của sản phẩm Do đó, nềnpolyme phải đáp ứng các yêu cầu sau: [5]

- Khả năng thấm ớt tốt trên bề mặt chất gia cờng để tạo ra sự tiếp xúc tối

đa

- Khả năng làm tăng độ nhớt hoặc hoá rắn trong quá trình kết dính

- Khả năng biến dạng trong quá trình đóng rắn để giảm ứng suất nộixảy ra do sự co ngót thể tích khi thay đổi nhiệt độ

- Chứa các nhóm hoạt động hay phân cực

- Phù hợp với các điều kiện gia công thông thờng

Việc lựa chọn nền cho vật liệu PC dựa trên nguyên tắc dung hoà cácyếu tố độ bền, khả năng gia công và các tiêu chuẩn khác

Nhựa nền có thể tạo thành từ một chất hoặc nhiều chất đợc trộn lẫn mộtcách đồng nhất tạo thể liên tục Và trong thực tế ngời ta có thể sử dụng nhựanhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo làm polyme nền

I.2.1.1.Polyme nền nhựa nhiệt dẻo

Compozit nhựa nền nhiệt dẻo có độ tin cậy cao bởi mức độ ứng suất dnảy sinh trong những giờ đầu tiên ngay sau khi tạo thàng sản phẩm rất thấp

 Ưu điểm của nhựa nhiệt dẻo là giảm công đoạn đóng rắn, khả năng thicông tạo dáng sản phẩm dễ thực hiện và có thể khắc phục nhữngkhuyết tật trong quá trình sản xuất và tận dụng phế liệu hoặc gia cônglại lần thứ hai

 Nhợc điểm chính của compozit nhựa nhiệt dẻo là không chụi đợc nhiệt

độ cao Tuy nhiên, nền polyme nhiệt dẻo đang đợc các nhà khoa họcquan tâm nghiên cứu, do khả năng ứng dụng rộng rãi và khả năng táisinh của chúng Hiện tại chúng cha đợc ứng dụng nhiều nh nhiệt rắnnhng dự đoán trong tơng lai sẽ vợt nhựa nhiệt rắn.[6]

 Một số loại nhựa nhiệt dẻo đợc sử dụng làm nhựa nền nh:polyetylenterephtalat (PET), polyetylen (PE), polypropylen (PP),polyvinylclorua (PVC)… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền

Nhựa nền nhiệt rắn thờng đợc gia cờng bằng cốt sợi dài có tính chất cơhọc tốt hơn nên chúng đợc ứng dụng khá rộng rãi Trong khi đó, vật liệu PCtrên cơ sở nhựa nhiệt dẻo có độ bền va đập cao nhng độ bền nhiệt và dungmôi không cao [7]

I.2.1.2 Polyme nền nhựa nhiệt rắn

Nhựa nhiệt rắn có độ nhớt thấp, dễ hoà tan và đóng rắn khi đun nóng(có hoặc không có xúc tác) Sản phẩm sau đóng rắn có cấu trúc không giankhông thuận nghịch (không nóng chảy, không hoà tan) Nhìn chung nhựanhiệt rắn cho sản phẩm có tính chất cơ lý cao hơn nhựa nhiệt dẻo nhng vấn đề

xử lý chúng sau khi đã sử dụng khá phức tạp và tốn kém

Trong vật liệu PC hiện nay chủ yếu sử dụng nền polyme là nhiệt rắn baogồm một số loại thông dụng nh : Epoxy (EP), Melaminformandehyt (MF),Phenolformandehyt (PF)… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền song phổ biến hơn cả vẫn là polyeste không no(PEKN)

Polyeste không no (PEKN)

 Lịch sử phát triển [12]

So với nhựa alkyd, phenolic thì nhựa PEKN ra đời muộn hơn Berzelisus

đã chế tạo ra nhựa PEKN lần đầu tiên từ axit tactaric và glyxerin vào năm

1847 Đến năm 1863, Lozezo đã tìm ra nhựa polyetylen sucxinat khi đunnóng etylenglycol với axit sucxinic

Năm 1927, R.H.Kienle đã kết hợp axit béo với polyeste để cải thiện tínhchất khô của nhựa Công trình của ông đợc ghi nhận và sản phẩm có tên gọi

“ankyd” Sau đó Carolet là ngời đâu tiên tổng hợp polyeste theo cấu trúc mà

ông dự kiến Carolet đã trùng hợp polyeste từ etylenglycol với axit anhydritemaleic Phản ứng xảy ra qua hai giai đoạn : giai đoạn đầu thực hiện phản ứngngng tụ dới áp suất thờng, giai đoạn sau trong môi trờng chân khômg có mặtkhí trơ 30 năm sau, Bradly cùng Kropa, Jonhton đã công bố rằng nhựaPEKN có thể chuyển sang trạng thái không nóng chảy, không hoà tan khi

“ khô” Đồng thời trong thời gian này, Ellis khám phá ra tốc độ đóng rắn củaPEKN có thể tăng 30 lần khi có mặt monome không no

Năm 1941 nhựa PEKN đợc sử dụng trên quy mô công nghiệp Cũngnăm này viện Hoa Kỳ sử dụng để sản xuất vòm che máy bay.

ở Việt Nam bắt đầu sản xuất vòm che máy bay vào năm (1994 – 1995).Sau 1945 vật liệu PC bắt đầu đợc sử dụng trong dân dụng rất nhiều :ống, xuồng, tàu… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền

Trong công nghiệp vật liệu PC, nhựa PEKN là loại nhựa phổ biến nhấtchiếm 95% sản lợng nhựa nhiệt rắn trong công nghiệp hiện nay

 Nguyên liệu sản xuất nhựa PEKN [12,14]

PEKN là sản phẩm của quá trình ngng tụ polyol với polyaxit trong đó ítnhất một trong hai chất có chứa liên kết đôi không no Nhựa PEKN dạng th-

ơng phẩm phổ biến là sản phẩm tổng hợp của một glycol và của một diaxitkhông no thờng sử dụng là axit maleic hoặc fumaric

Tính chất của sản phẩm phụ thuộc vào các yếu tố :

- Thành phần nguyên liệu (loại và tỉ lệ tác chất sử dụng)

CH - C

O

- Axit fumaric : ít sử dụng hơn do giá cao, tạo lợng nớc trong sản phẩmlớn Thờng sử dụng khi yêu cầu sản phẩm có tính chất cao màanhydrite maleic không đáp ứng đợc

 Axit cacboxylic no

- Axit phtalic : đợc sử dụng nhiều do giá rẻ, đa dạng về chủng loại

và cải thiện tính chất nha

O

- Axit adipic : do có mạch cacbon mềm dẻo nên sử dụng để cải thiện tínhcứng của nhựa

HOOC - CH2 - COOH 4

 Hợp chất diol

- Etylen glycol : giá rẻ, thờng sử dụng kết hợp với các diol khác vì nógiảm sự kết hợp của nhựa với styren

HO - CH2 - CH2 - OH

- Đietylen glycol: tăng tính mềm dẻo của nhựa nhng lại làm tăng khảnăng hấp thụ nớc.

 Monome tạo liên kết ngang cho nhựa PEKN

Các hợp chất vinyl, ankyl và acrylic là những monome đợc sử dụng đểtạo liên kết ngang cho nhựa PEKN Trong đó thông dụng nhất là styren,styren vừa có tác dụng làm dung môi pha loãng, vừa là chất đồng trùng hợpvới liên kết đôi trong mạch nhựa Hàm lợng styren vào khoảng 25% - 40%

 Chất ổn định

Để tránh styren có trong nhựa PEKN đồng trùng hợp ở nhiệt độ phòngcần sử dụng chất ổn định để bảo quản nhựa

Một số chất ức chế thờng dung :

- Polyphenol : hydroquinon, pyrogallon… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền

- Quinon : naphta quinon, phenatra quinon

- Nitro thơm, axit piroic

- Sunfua đồng, sunfua sắt, xianua đồng… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền

 Hệ khởi đầu xúc tiến dùng đóng rắn PEKN [2]

 Hai hệ khởi đầu cho phép đóng rắn ở nhiệt độ thờng.

- Metyl etyl keton peoxit ( MEKPO ) : là hỗn hợp của các đồng phânmetyl etyl xeton peoxit

H5C O O CH3

Đầu tiên peoxit sẽ phản ứng với ion Co2+ tạo thành các gốc tự do Sau đócác gốc tự do này sẽ khơi mào cho phản ứng trùng hợp các chất có nối đôitheo cơ chế trùng hợp gốc tạo thành các cầu nối không gian cho nhựa Sảnphẩm nhận đợc là nhựa có cấu trúc không gian không nóng chảy và khônghoà tan trong dung môi.

 Tổng hợp nhựa PEKN [14]

PEKN thờng đợc tổng hợp bằng phơng pháp trùng ngng axitdicacboxylic hoặc anhydrit với hợp chất diol: axit dicacboxylic đợc este hoávới hợp chất diol ở 1800C – 2300C và môi trờng khí trơ, trong thiết bị phảnứng có bộ phận đun nóng

Qúa trình este hoá đợc thực hiện với hàm lợng diol d 10% Nớc tạo ratrong quá trình phản ứng đợc chng cất ra khỏi thiết bị Kết thúc quá trìnhtrùng ngng khi ta đo chỉ số axit, độ nhớt đạt yêu cầu Sản phẩm nóng chảy đ-

ợc làm lạnh và sau đó đợc trộn với styren đang sôi trong thiết bị trộn hợp có

bộ phận làm lạnh Nhựa PEKN thơng mại có khối lợng phân tử vào khoảng2.000 - 4.000 đvC

O O n

 Quan hệ giữa cấu trúc và tính chất của nhựa PEKN [12,14]

 ảnh hởng của glycol

Glycol ngoài ảnh hởng đến đặc trng cấu trúc của nhựa còn liên quan tới

độ cứng và độ mềm dẻo của nhựa Các nhóm thơm có xu hớng làm giảm độmềm dẻo Propylen glycol là glycol đợc sử dụng chủ yếu vì giá thành thấp vàtạo nhựa có tính chất tơng đối cao Chúng đợc sử dụng đồng thời với cácglycol khác để tạo độ mềm dẻo thích hợp hoặc thay thế một phần propylenglycol bằng bis phenol A tạo nhựa có khả năng chụi hoá học

Khi sử dụng các diol mạch dài, nhựa có độ bền cao Nhựa có độ bền caonhất khi sử dụng glycol mạch dài không phân nhánh

Nhựa đi từ axit izophtalic có độ bền kéo lớn hơn so với nhựa đi từ axitphtalic Độ bền uốn có xu hớng cực đại khi mật độ không no của nhựakhoảng 40% - 60%

 Ảnh hởng của monomer không no

Monome sử dụng phổ biến là styren vì nó là dung môi có nhiệt độ cao(1460C) hoà tan tốt các chất, phản ứng trùng hợp nhựa xảy ra nhanh và giá rẻ.Nhìn chung độ bền của nhựa polyeste giảm khi nồng độ styren giảm Độ bềnkéo của nhựa tăng khi hàm lợng styren tăng Độ bền uốn, độ cứng cũng phụthuộc vào hàm lợng styren Ngoài ra, độ bền cào xớc, độ mài mòn, tính chất

điện của sản phẩm tỷ lệ thuận với hàm lợng styren Hàm lợng styren tối u vàokhoảng 30% - 40%

 Ứng dụng

Nhựa PEKN đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau nh trong sảnxuất máy móc, ôtô, tàu thuyền, trong công nghiệp điện, trong xây dựng vàsản xuất các dụng cụ hoá học Ngoài ra nhựa PEKN còn đợc ứng dụng trongmàng phủ [12]

I.2.2 Thành phần cốt (Chất gia cờng)

Chất gia cờng trong vật liệu PC có tác dụng chụi ứng suất tập trung donền polyme chuyển đến Do vậy, chất gia cờng làm tăng độ bền và mođuncho vật liệu

Ngời ta đánh giá độn dựa trên các đặc điểm sau :

- Tính gia cờng cơ học

- Tính kháng hoá chất, môi trờng, nhiệt độ

- Phân tán vào nhựa tốt

- Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt

- Thuận lợi cho quá trình gia công

rệt Vì vậy, khi lựa chọn sợi gia cờng cần phải chú ý tới : Bản chất của vậtliệu thành phần, tỉ lệ các vật liệu tham gia và phơng của sợi.

Việc trộn thêm các loại cốt sợi vào hỗn hợp có tác dụng làm tăng độ bềncơ học cũng nh độ bền hoá học của vât liệu PC nh:

- Khả năng chụi đợc va đập

- Độ giãn nở cao

- Khả năng cách âm tốt

- Tính chụi ma sát, mài mòn, độ nén, độ uốn dẻo và độ kéo đứt cao

- Khả năng chụi đợc trong môi trờng ăn mòn : muối, kiềm, axit… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyềnNhữngkhả năng đó đã chứng tỏ tính u việt của vật liệu PC mới so với các loạipolyme thông thờng và cũng chính vì những tính năng u việt trên mà hệthống vật liệu PC đã đợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất cũng nh trong

đời sống

Sợi có tính năng cơ lý cao hơn cốt dạng hạt Tuy nhiên, sợi có giá thànhcao hơn, thờng dùng để chế tạo các vật liệu cao cấp nh : sợi thuỷ tinh, sợicacbon, sợi Bo, cacbua silic, sợi amid… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền

Vật liệu PC gia cờng bằng sợi có vai trò quan trọng và có nhiều ứng dụngtrong công nghiệp hiên nay

a Sợi thuỷ tinh [6,15]

Sợi thuỷ tinh là loại sợi nhân tạo đợc sử dụng rất rộng rãi và phổ biến.Các sản phẩm đợc gia cờng bằng sợi thuỷ tinh có mặt ở khắp nơi và trongnhiều lĩnh vực khác nhau Sợi thuỷ tinh có cấu tạo từ oxit silic và các loại oxitkhác nh Al2O3, MgO, CaO… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyềnSợi thuỷ tinh có cấu trúc vô định hình nên cótính chất đẳng hớng [14]

Sợi thuỷ tinh đợc kéo ra từ các loại thuỷ tinh kéo sợi đợc (thuỷ tinh dệt),

có đờng kính nhỏ vài chục micromet Khi đó các sợi này sẽ mất những nhợc

điểm của thuỷ tinh khối nh : Giòn, dễ nứt gãy và trở nên có nhiều u điểm cơhọc hơn

 Phân loại sợi thuỷ tinh

 Phân loại sợi thuỷ tinh theo từng thành phần

Tuỳ thuộc vào loại oxit có trong thành phần của sợi mà ngời ta phân chiathành các loại sợi nh : sợi thuỷ tinh loại A, C, E,S, R,… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyềnNhìn chung, sợi thuỷ

tinh E là loại sợi đợc sử dụng nhiều nhất do nó có giá thành thấp, tính chất cơhọc tốt Loại này có tính đa dạng, chất lợng cao và thích hợp với hầu hết cácứng dụng Một loại thuỷ tinh phổ thông khác là thuỷ tinh A hay thuỷ tinhkiềm, nhẹ hơn và tơng đối bền nhng chụi nớc kém hơn nhiều so với thuỷ tinh

E Tất cả những loại thuỷ tinh khác đều thuộc loại đặc biệt và đợc sản xuấtvới khối lợng hạn chế ở dạng sợi Thuỷ tinh C là loại đặc biệt chịu hoá chất,thuỷ tinh S và thuỷ tinh R là những loại độ bền cao và chỉ sử dụng trongnhững trờng hợp đặc biệt, thí dụ kỹ thuật hàng không và vũ trụ [2]

 Phân loại sợi thuỷ tinh theo kích thớc

Tuỳ theo kích thớc của sợi mà có các loại sau :

 Sợi ngắn : Kích thớc sợi khoảng 6 – 50 mm Nhìn chung, sợi cóchiều dài tăng thì độ bền cơ học tăng Do vậy, chúng chủ yếu đợc dùng đểgia công cho vật liệu BMC

 Sợi bện : sợi đợc sản xuất bằng cách xoắn 20 - 40 vòng/m trớc khiquấn vào cuộn để dệt vải thuỷ tinh

 Sợi thô : Sợi ở dạng bó hình trụ làm từ xơ sợi chập lại, không xoắn.Thờng đợc sử dụng ở dạng mat dùng cho ép phun và phơng pháp đúc

 Mat sợi ngắn : là loại thuỷ tinh đựơc cắt ngắn và xếp lộn xộn rồi tạothành mat Ngời ta sử dụng chất kết dính để liên kết các sợi lại, ép phẳng, tạotấm vải mat

 Phơng pháp sản xuất sợi thuỷ tinh

Sợi thuỷ tinh đợc tạo thành nhờ phơng pháp kéo sợi từ pha nóng chảy,các sợi to đợc tạo thành do các sợi nhỏ quấn lại với nhau

Sợi cacbon có thể đợc sản xuất từ PAN (phổ biến nhất), rayon hoặc nhựapitch, loại nguyên liệu ảnh hởng nhiều đến cấu trúc và tính chất của sợicacbon.

Vật liệu PC gia cờng bằng sợi cacbon có đặc điểm :

- Compzit nền polyme có độ cứng và độ bền cao

- Duy trì tính chất trong môi trờng khắc nghiệt (nhiệt độ cao, tiếp xúcvới dung môi và các chất lỏng, môi trờng ẩm ớt)

- Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt

- ổn định kích thớc

- Tơng đối đắt

- Tơng đối giòn

- Khả năng chống lại sự phá huỷ không cao lắm

c Sợi aramit (kevlar) [9]

Stephanie Kwolek là ngời đầu tiên khám phá ra sợi aramit có tên thơngmại là Kevlar

Năm 1972 Kwolek đã tổng hợp đợc một loạt polyamit thơm chủ yếuchứa các đơn vị mạch vòng có đồng phân para Nhờ sự gia công theo một quytrình đặc biệt, từ dung dịch nhận đợc sợi có độ bền và môđun cao Từ đây,loại sợi này đợc phát triển nhanh ra quy mô toàn cầu trong vài năm

Trong các aramit do Kwolek tổng hợp ra đợc có hai hợp chất nổi tiếngnhất là :

Kevlar có độ bền cao hơn thép 5 lần và nhẹ hơn sợi thuỷ tinh Nó có khảnăng tự dập tắt lửa, không nóng chảy và phân huỷ thành tro ở 4000C

Nhợc điểm cần lu ý của sợi Kevlar là chụi tác động của tia tử ngoại kém

và độ bền giảm nhanh khi uốn liên tục

Một số chất gia cờng dạng hạt thờng đợc sử dụng [11,15]: Đất sét, caolanh, bột nhẹ, bột talc (3MgO.4SiO2.2H2O), SiO2, oxyt nhôm, amiăng.

Hình dáng, kích thớc, bản chất của hạt gia cờng và sự phân bố của hạttrong vật liệu PC có ảnh hởng nhiều đến tính chất của vật liệu tạo thành.Vật liệu PC gia cờng dạng hạt có vai trò quan trọng và có nhiều ứng dụngtrong công nghiệp hiện nay do chế độ gia công đơn giản, năng suất gia cônglớn, có khả năng đáp ứng đợc yêu cầu của các sản phẩm PC sử dụng trongcông nghiệp và dân dụng Đặc biệt về mặt giá cả là thấp hơn nhiều so với vậtliệu PC gia cờng dạng sợi Chính vì vậy, vật liệu PC gia cờng dạng hạt ngàycàng đợc các nhà Khoa học quan tâm

I.2.3 Phụ gia và chất độn

I.2.3.1 Phụ gia

Phụ gia đợc thêm vào vật liệu PC để thay đổi một số tính chất của vậtliệu nh : độ nhớt, chống cháy, giảm độ co ngót và một số tính chất khác.Các phụ gia thờng thêm vào vật liệu PC nh chất xúc tiến, chất chốngcháy, chất chống tia tử ngoại UV… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền

 Chất xúc tiến

Có tác dụng làm độ nhớt của vật liệu giảm khi gia công theo phơng pháplăn ép hoặc phun để chất lỏng linh động hơn, dễ thấm vào sợi gia cờng Khingừng lăn ép thì cấu trúc gel lại làm cho nhựa nền không bị cháy Chất xúctiến hay sử dụng là Cacboxymetylxenlulo

 Chất chống cháy

Dới tác dụng của trờng nhiệt (dòng nhiệt) có cờng độ đủ lớn và thời gian

đủ dài các PC hữu cơ đều bị phân huỷ nhiệt Do vậy, chất chống cháy đợc

thêm vào hệ PC nhằm thay đổi thay đổi quá trình cháy theo các phơng án sau:

- Ức chế quá trình cháy ở pha khí (đối với khí nhiên liệu)

- Thay đổi quá trình phân huỷ nhiệt bằng cách đa vào một quá trìnhnăng lợng thấp có tác dụng kích thích ở pha rắn để dẫn đến cacbonhoá trên bề mặt

- Tạo thành lớp màng bao bọc lên vật liệu để ngăn chặn tác động củamôi trờng nhiệt bên ngoài

Đối với quá trình phân huỷ nhiệt mà thiếu oxy là quá trình nhiệt phân,khi thừa oxy là quá trình nhiệt oxy hoá

Những chất chống cháy thờng dùng là hợp chất chứa Clo, Brom; hợp chấtcơ phôt pho; hợp chất chứa Bo; Oxyt antimon (Sb2O3); hydroxyt nhôm

I.2.3.2 Chất độn

Chất độn là những chất đợc thêm vào vật liệu PC chủ yếu làm hạ giáthành sản phẩm Trong một số trờng hợp, chất độn có thể làm thay đổi một sốtính chất kỹ thuật của vật liệu trong quá trình gia công cũng nh trong quátrình sử dụng

Một số chất độn thờng dùng: Bột nhẹ CaCO3, Bột talc3MgO.4SiO2.2H2O, Bột mica K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O; Bột barit BaSO4.Hiện nay ngời ta đang nghiên cứu và thử nghiệm việc sử dụng kết hợpchất phế thải “ Tro bay” (có tên tiếng anh là Fly ash) của nhà máy nhiệt điện

và nền polyme để sản xuất vật liệu PC ở Việt Nam

Với kinh nghiệm tái sử dụng sản phẩm của quá trình đốt than đã đợc ápdụng ở các nớc tiên tiến thế giới nh Mỹ, Nhật và các nớc Châu Âu cho thấykhoảng 60 – 70% lợng tro xỉ thải ra có thể sử dụng đợc cho các ngành côngnghiệp xây dựng, cầu đờng, bê tông và làm phụ gia cho nhiều sản phẩm th-

ơng mại khác

Việc tái sử dụng tro xỉ cũng đã đợc biết đến ở Việt Nam từ nhiều năm

tr-ớc và đã có một số công trình nghiên cứu trong ntr-ớc và hợp tác với Quốc tế vềkhả năng ứng dụng của chúng, trong đó các công trình nghiên cứu của ViệnVật liệu Xây dựng Nhng cho đến nay, số lợng và quy mô sử dụng loại chấtthải này còn khá nhỏ lẻ phần lớn chỉ là các t nhân đứng ra đấu thầu mua lại

hoặc khai thác tự do để sử dụng làm gạch gia công hoặc hoặc than đóngbánh Gần đây nhất, tro xỉ đợc sử dụng làm phụ gia cho bê tông đập tràn củacông trình thủy điện Sơn La… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyềnCâu hỏi “ Tại sao việc tiêu thụ loại sản phẩmphụ này còn rất hạn chế tại Việt Nam nơi có lợng tiêu thụ than hàng năm khálớn ?” đang là câu hỏi cần đợc các ngành các cấp trả lời.

Sản phẩm cháy của quá trình đốt than gồm tro bay, tro đáy lò, tro của lòtầng sôi (CFB) có chứa chất tạo tầng sôi, xỉ than, xỉ từ hệ thống khí hóa than,thạch cao từ hệ thống khử SO2 trong khói thải, tro có chứa Amoniac do sửdụng để khử NOx trong khói thải Sản phẩm phụ tạo ra từ quá trình đốt thannày có đặc tính u việt mà các vật liệu khác không có, giá thành rẻ, nên khảnăng ứng dụng rất đa dạng và làm giảm giá thành sản phẩm rất nhiều

Khả năng sử dụng các sản phẩm phụ từ quá trình đốt than phụ thuộc nhiềuvào thành phần hoá học, đặc tính lý học của từng loại

Đặc tính của loại vật liệu này phù hợp để sử dụng cho các mục đích khácnhau Đặc tính của chúng chịu ảnh hởng bởi chế độ vận hành lò hơi nh thờigian và nhiệt độ của than trong lò hơi, phụ thuộc vào phơng thức thải tro xỉkhô hay ớt Riêng sản phẩm phụ của quá trình khử SO2 trong khói thải lò hơi

có khác hơn, có chứa thêm các chất kiềm Đặc tính của sản phẩm phụ từ quátrình khử SO2 trong khói thải lò hơi phụ thuộc nhiều vào chất khử đợc sửdụng, nhiệt độ, áp lực và khả năng ôxy hoá xảy ra trong buồng khử, số lợngnớc đợc sử dụng Từ các đặc tính này, có thể tìm ra khả năng sử dụng từngloại sản phẩm này trong thực tế

Một số ứng dụng thực tế của sản phẩm từ quá trình đốt than mà Mỹ đang

sử dụng do Hiệp Hội Tro Than của Mỹ thống kê đợc nêu dới đây sẽ là thôngtin cần thiết cho các nhà sản xuất, quản lý và hoạch định chính sách trong t-

ơng lai

ứng dụng của tro bay trong công nghệ sản xuất xi măng và bê tông: do

sự phân bố kích thớc các hạt của tro bay giống xi măng, nhng hạt tro bay còn

có thêm dạng hình cầu, đợc nung chảy nhẹ trong lò hơi và đợc làm đặc độtngột trong khói thải Nên khi sử dụng trong công nghệ sản xuất bê tông, dạnghình cầu của tro bay đóng vai trò nh quả bang mang khí trong hỗn hợp bêtông giúp giảm nhu cầu nớc và nâng cao tính mềm dẻo, dễ tạo hình và dễ sửdụng của bê tông và tạo cho khối bê tông có cấu trúc tốt hơn và dễ tạo góc

cạnh hơn Thành phần hoá học của tro bay có lợng CaO thấp, do đó sẽ hạnchế đợc các phản ứng Pozzolanic là phản ứng tạo các hợp chất kết dínhCa(OH)2 khi tiếp xúc với nớc, phá vỡ cấu trúc hoá học của bê tông gây mụcrỗng bê tông Khi thêm tro bay vào, phản ứng với vôi trong bê tống sẽ tạohợp chất kết dính bền vững hơn làm tăng sức bền của bê tông.

Ngoài ra thành phần hoá học của tro bay có sét hoặc phiến sét là vật liệucung cấp cho sản xuất xi măng Tỷ lệ tro bay đợc sử dụng phụ thuộc nhiềuvào tỷ lệ cacbon còn lại trong tro, tỷ lệ tro bay đợc sử dụng có thể lên đến >30% phụ thuộc cả vào thành phần hoá học của tro bay

ứng dụng của tro bay trong công tác xây dựng, làm nền đờng và lấp các

lỗ hổng của các mỏ sau khi không còn khai thác để hạn chế và phòng tránh

sự sụt lún nền đất của công trình Mặt khác các sản phẩm từ quá trình đốtthan còn có tỷ trọng thấp hơn đất tự nhiên, có thành phần giống đất sét nên

nó đợc sử dụng rộng rãi trong công tác làm đờng, đắp đập, đê, chin lấp chocác chỗ rỗng của công trình ống ngầm làm tăng độ kết dính, độ cứng của đ-ờng và giảm tải cho các công trình cần chèn lấp Tro bay đợc trộn với nớc vôi

và các vật liệu liên kết khác thành vật liệu làm đờng bền và cứng hơn đất tựnhiên, đặc biệt đối với loại đờng asphalt

90 – 95% tro bay trộn với cát, nớc và xi măng thành vật liệu có thể sửdụng để lấp các khoảng trống của các mỏ, mạch nớc ngầm, cống rãnh khôngcòn sử dụng dới lòng đất Dung dich này sẽ đợc bơm vào mà không cần phải

có công nhân trực tiếp thao tác Mặt khác, vật liệu này dễ đào xới trong trờnghợp công trình nào đó cần sử dụng Đặc điểm này u việt hơn sử dụng xi măngthông thờng

ứng dụng trong công nghệ xử lý chất thải: nhờ phản ứng Pazzolanic củatro xỉ khi kết hợp với xi măng nên nó đợc sử dụng để làm rắn chất thải lỏng,bùn công nghiệp và bùn sinh học trong quá trình xử lý nớc thải Phản ứngnày làm giảm khả năng rò rỉ các hợp chất độc hại trong mùn thải, đặc biệt làcác chất thải có chứa kim loại nặng nhờ việc làm khô đóng bánh chất thải ứng dụng trong quá trình cải tạo đất nông nghiệp: Đất chất lợng xấu sẽ

đợc trộn với tro xỉ để tăng cờng các đặc tính thoát và giữ nớc và khả năngtăng trởng của thực vật nhờ trong tro bay có chứa một số vi chất mà thực vậtcần

Tro của lò CFB còn đợc sử dụng trong xử lý các vấn đề môi trờng trongkhai thác mỏ Than cung cấp cho các nhà máy điện lò CFB thờng là loại thanchất lợng xấu và ở những địa điểm khó khăn nên giải quyết đợc vấn đề môitrờng đối với loại than này Mặt khác tro từ lò này có thành phần CaO lớngiúp trung hoà mức axit tại các mỏ than bỏ đi này Với u điểm đó, tro của lòCFB đợc sử dụng để làm tờng và vách hoặc lấp các hầm lò đã không còn sửdụng hạn chế tối đa nguy cơ ô nhiễm nguồn nớc và đất do thay đổi độ pH từcác mỏ này gây ra.

Tro bay còn đợc sử dụng trong công nghiệp nhựa và sơn nhờ cấu tạo rỗngcủa nó nhằm làm giảm trọng lợng của sản phẩm, sử dụng trong công nghệsản xuất ống và cáp điện đặc biệt, các tấm chắn chịu nhiệt của xe máy đua,vật liệu chịu lửa và các sản phẩm ốp lát trang trí trong xây dựng, công nghiệp

đúc nhôm Ưu điểm nổi bật của chúng là loại vật liệu có tính năng đặc biệt vàgiá thành rẻ

Ngoài những ứng dụng nh đã nói ở trên, xỉ đáy lò còn có thể sử dụng chocác mục đích khác nh: đợc sử dụng để chống trơn ở các đờng đóng băng vàomùa đông

Xỉ lò hơi còn sử dụng nh các hạt sắt cứng để phun làm sạch sơn phủ bềmặt của thiết bị, đặc biệt là trong ngành công nghiệp sửa chữa tàu biển thayhạt Nix độc hại và các ngành công nghiệp khác Đặc tính trơn nhẵn của xỉ là

u điểm để sử dụng trong công nghiệp sản xuất tấm lợp

Những ứng dụng thông thờng từ các sản phẩm cháy của than ở Mỹ sẽ

đ-ợc nên ra ở đây hy vọng thu hút đđ-ợc mối quan tâm của các nhà sản xuất vàthúc đẩy việc sử dụng tro xỉ ở Việt Nam trong thời gian tới

Quan trọng hơn cả là với khối lợng lớn tro xỉ sử dụng cho các mục đíchtrên sẽ giải quyết đợc một số vấn đề nan giải của các nhà đầu t và nhà quản

lý cụ thể sẽ giảm đợc đáng kể quỹ đất chiếm dụng, giảm chi phí quản lý bãithải và chống ô nhiễm môi trờng

ở Việt Nam các nhà nghiên cứu đã sản xuất tấm sóng và tấm phẳng ximăng cốt sợi theo phơng pháp xeo từ các phụ gia Silica fume và tro bay củanhà máy nhiệt điện đã qua xử lý Các kết quả nghiên cứu cho thấy sản phẩmnày đều đạt tính chất về cờng độ uốn, độ chống thấm nớc và một số chỉ tiêu

kỹ thuật khác Tro bay là một phụ gia đặc biệt cho bê –tông, có thể thay thế

20% xi măng trong bê tông và giảm đợc 30% giá thành sản phẩm Do cấutrúc mịn tro bay cũng làm tăng cờng độ của bê tông và làm tăng độ nhớt củavữa, giúp bê tông chui vào các khe nỗ dễ dàng.

Tại nhà máy chế biến tro bay nhiệt điện, tro xỉ đợc hút từ dới hồ thải lên,qua trạm tuyển nổi để tách thành hai phần tro bay và than Chỉ sau vài tiếngqua tuyển nổi, tro bay đã đợc đông đặc lại, đợc đa sang hệ thống sấy đóngbao, đa ra thành phẩm Sấy bằng lò quay đốt trực tiếp hoặc gián tiếp

 Sơ đồ công nghệ tuyển nổi [1]

Bơm hoà

Thùng khuấy TX 3 Thùng khuấy TX 2 Thùng khuấy TX 1

TB tuyển nổi Bơm hoà

Dung dich tro bay

Bể điều hoà

Dung dịch than

Sàng rung

Bể cô đặc tro bay Bơm hoà

Róc nớc, phơi tự nhiên

Kho có mái che

Bể chứa sản phẩm Bơm hoà

Bể cô đặc than Dầu thông

Dầu M 7

Chú thích: TX – tiếp xúc

 Nguyên lý của công nghệ tuyển nổi tro bay

Xởng tuyển nổi đợc đặt ngay cạnh hồ chứa tro thải của nhà máy nhiệt

điện Nguyên liệu đợc bơm cùng với nớc lên sàng rung Tại đây phần hạt thô

đợc loại ra, còn phần hạt mịn đợc đa vào bể chứa điều hoà, nguyên liệu đợckhuấy nhẹ, nớc trong tràn ra ở phía trên mức tràn đợc điều tiết sao cho tỷ lệrắn/lỏng = 1/3

Tỷ lệ này đợc kiểm tra bằng phơng pháp đo tỷ trọng của dung dịch huyềnphù Dung dịch huyền phù đợc bơm lên thùng khuấy tiếp xúc với sự tham giacủa dầu M7 là chất thuốc tuyển 1 với hàm lợng 2 lít/tấn nguyên liệu Sau đó,dung dịch đợc đa vào hệ thống tuyển nổi gồm một cụm máy tuyển vét 4 ngănvới sự tham gia của thuốc tuyển 2 là dầu thông với hàm lợng 2 lít/ tấn nguyênliệu Cả 2 loại thuốc tuyển này đợc khống chế một cách nghiêm ngặt cùngvới việc ổn định tỷ trọng của dung dịch bằng một hệ thống điều khiển trungtâm để đảm bảo năng suất hoạt động của hệ thống tuyển nổi và hạn chế l ợng

d thừa của thuốc tuyển Phần nổi là than đợc gạt xuống máng dẫn và đa về bểcô đặc than Phần trìm là dung dịch tro bay đợc dẫn về bể cô đặc tro bay Nớcthoát ra từ các bể cô đặc đợc dẫn về bể chứa nớc tái sử dụng, còn các sảnphẩm tro bay và than sau khi đợc cô đặc với tỷ lệ rắn/lỏng là 50/50 sẽ đợcbơm lên hai bãi chứa khác nhau

Quá trình róc nớc và phơi tự nhiên sẽ đa độ ẩm xuống 20 – 22% Sảnphẩm chính tro bay có độ ẩm < 20% sẽ đợc chuyển vào kho có mái che, vào

hệ thống sấy và thu sản phẩm Tro bay có độ ẩm < 20% đợc đa vào Bunkecấp liệu bằng máy xúc lật Nguyên liệu đợc vận chuyển tiếp lên lò sấy bằngbăng tải Quá trình sấy đợc thực hiện trong lò sấy quay đốt trực tiếp bằngthan Qua hệ thống: lọc bụi sơ bộ, lọc bụi cấp hai, hệ thống lọc bụi túi vải,sản phẩm tro bay thu đợc có các chỉ tiêu kỹ thuật đáp ứng yêu cầu đề ra

Cụ thể:

SiO2 + Fe2O3 + Al2O3: 86%

SO3 : 0,3%

MKN < 5%

Độ đồng đều I : 2%

Độ ẩm : 0,3%

I.3 Một số phơng pháp gia công vật liệu PC [4]

Qúa trình gia công ảnh hởng rất lớn đến tính chất của vật liệu, do vây tuỳtừng trờng hợp cụ thể phải lựa chọn phơng pháp gia công để có đựơc sảnphẩm phù hợp với yêu cầu

Thông thờng vật liệu PC có thể gia công bằng một trong các phơng phápsau đây:

I.3.1 Phơng pháp lăn ép bằng tay.

Đây là phơng pháp sử dụng rulô hay chổi quét có kích thớc khác nhau đểthấm nhựa lên bề mặt sợi (sợi ở tấm vải dệt hay dạng vải mat) Thấm và lănrulô từng lớp một cho đến khi đạt độ dày yêu cầu của sản phẩm Tuy nhiênsản phẩm có thể có bọt khí, khả năng thấm ớt không đồng đều và tuỳ thuộcvào tay nghề ngời thợ

Phơng pháp gia công này đơn giản, vốn đầu t thấp nên đợc ứng dụngrộng rãi và đặc biệt sử dụng cho những sản phẩm có kích thớc lớn

I.3.2 Phơng pháp phun sợi.

Sản phẩm đợc làm từ sợi cắt nhỏ và nhựa sẽ đợc phun đồng thời lên bềmặt khuôn Sợi thô đợc cho vào máy cắt nối liền với súng phun với độ dàitheo ý muốn Chế tạo sản phẩm bằng phơng pháp lăn ép phun có chu kỳngắn, gía thành thấp Do sợi gia cờng chỉ sử dụng loại sợi ngắn nên tính chấtcơ lý sản phẩm không cao

I.3.4 Công nghệ quấn sợi.

Sử dụng các trục đợc chống dính, các sợi tẩm nhựa sẽ đợc quấn vào trục.Quấn sợi theo các góc khác nhau tuỳ theo yêu cầu và có thể lập chơng trìnhtrớc Có hai cách quấn : quấn vắt chéo và quấn song song Phơng pháp này đ-

ợc sử dụng để chế tạo các loại ống và thùng chứa

I.3.5 Công nghệ bơm nhựa vào khuôn.

Tạo hình trong chân không bao gồm sử dụng đồng thời áp suất chânkhông và áp suất không khí Khuôn đợc phủ lên một lớp nhựa và sợi bằng tayhoặc phun Phơng pháp này thích hợp để chế tạo các sản phẩm không thờngxuyên và các kết cấu phức tạp

Sản phẩm có tính chất cơ lý cao do sự phân bố nhựa, sợi đồng đều, hai bềmặt nhẵn Tuy nhiên, tốc độ sản xuất thấp, phải đầu t lớn về nhà xởng và máythuỷ

I.3.6 Công nghệ hút chân không.

Vật liệu lớp đợc gia công bằng tay theo phơng pháp ớt

Màng chất dẻo (Nilon) bọc lên khuôn và không khí đợc tháo ra nhờ bơmchân không

Lợng nhựa thừa đợc loại bỏ dới tác dụng của bơm chân không

 Ưu điểm :

- Hàm lợng lỗ bọt khí ít hơn.

- Thấm ớt nhựa lên sợi tốt hơn nhờ áp suất chân không, lợng nhựa thừa

sẽ loại bỏ, do vậy hàm lợng sợi cao hơn phơng pháp gia công bằngtay

- An toàn cho sức khoẻ : Túi chân không sẽ làm giảm lợng chất bayhơi giải phóng trong quá trình đóng rắn

 Nhợc điểm :

- Qúa trình tạo chân không làm tăng giá thành sản phẩm (nhân công,vật liệu)

- Đòi hỏi kỹ năng thao tác cao hơn

I.4 Tính chất của vật liệu PC

Độ bền và độ chắc cao của vật liệu PC làm cho các chi tiết chuyển động

nh bánh xe, trục quay có khả năng hoạt động nhanh hơn rất nhiều so với cácchi tiết làm bằng hợp kim Điều đó có nghĩa là năng lợng tích tụ trên một đơn

vị trọng lợng cao hơn Khác với các vật liệu truyền thống sự phá huỷ của vậtliệu PC khi đạt đến tải trọng tới hạn không xảy ra tức thời, nghĩa là khôngxảy ra h hỏng thảm hoạ Vật liệu PC tiếp tục biến dạng mà vẫn duy trì đợckhả năng làm việc ở các tải trọng thấp hơn tải trọng phá huỷ Một cơ chế pháhuỷ nh vậy của vật liệu PC gia cờng bằng sợi đảm bảo cho các chi tiết làmviệc với độ tin cậy cao

Khi sử dụng vật liệu PC gia cờng bằng sợi có mođun cao sẽ giảm đợcmomen quán tính ở tốc độ tới hạn của các trục quay và do đó giảm đợc số l-ợng các gối hay ổ đỡ trung gian, hoặc cho phép trục quay làm việc với tốc độcao hơn

Tính chụi va đập bao gồm cả ứng suất d và ứng suất phá huỷ của vật liệu

PC gia cờng bằng sợi thuỷ tinh và sợi aramit là tuyệt vời Hơn nữa sợi aramit

có thể kết hợp với sợi cacbon hoặc thuỷ tinh để tối u hoá nặng lợng hấp thụ

và các yêu cầu khác, kể cả giá thành

Giảm tiêu hao năng lợng do độ bền và độ chắc đợc nâng cao cho phépcác vợt tennis compozit sợi cacbon tạo cho quả bóng có vận tốc cao hơn.Chống ăn mòn là đặc tính của vật liệu PC dựa vào việc lựa chọn loạinhựa thích hợp

Tính ổn định kích thớc của các kết cấu từ vật liệu PC là điều kiện rấtquan trọng để ứng dụng trong thiết bị X- quang, máy công cụ, máy đo tế vi,cánh tay rôbốt, kính viễn vọng, thiết bị lạnh… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền

Các chi tiết và liên kết tiêu chuẩn từ vật liệu PC có thể sản xuất nhanh vàkinh tế hơn so với trờng hợp dùng kim loại Đồng thời dễ thay thế hơn

Độ giãn nở nhiệt của vật liệu PC có thể điều chỉnh cho phù hợp với cácyêu cầu gia công đa dạng để giảm thiểu ứng suất nhiệt Sợi cacbon và aramit

có hệ số giãn nở nhiệt âm theo chiều dài, do đó phải chú ý điều chỉnh

Vật liệu PC có khả năng chụi khí hậu tốt trong môi trờng biển Nhờ độbền và tính chống ăn mòn cao nên giảm đợc thời gian bảo hành so với các kếtcấu gỗ hay kim loại Tuy nhiên, cần có xử lý đặc biệt để vật liệu PC chụi đợcbức xạ tử ngoại

Có thể tạo nên vật liệu PC dẫn điện nếu sử dụng compozit sợi cacbon phủNiken

Vật liệu PC có khả năng cách âm và giảm xóc tuyệt vời Độ rung về âmthanh và cơ học có thể giảm 10% so với kim loại

Tính chất ma sát và mài mòn của vật liệu PC gia cờng bằng sợi cacbon làrất tồt Hệ số ma sát của compozit cacbon trên thép chỉ bằng 40% so với thép/thép có bôi trơn

Tính tích tụ nhiệt thấp của compozit cacbon-cacbon cùng với độ ổn địnhkích thớc, nhẹ và hệ số ma sát cao cho phép sử dụng làm má phanh cho máybay và cho ôtô đua

Dễ thao tác và vận chuyển nhanh do nhẹ

Giảm đợc phế liệu vì các chi tiết và kết cấu từ vật liệu PC thờng đợc làmtheo đúng hình dáng sản phẩm yêu cầu, chứ không phải bằng phơng phápphay, bào, tiện, khoan… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền kim loại.nh

I.5 Ứng dụng của vật liệu PC

Hiện nay vật liệu PC đợc ứng dụng rất rộng rãi và phổ biến trong nhiềulĩnh vực khác nhau để thay thế cho các vật liệu truyền thống nh : gỗ, kimloại… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền và đặc biệt là trong nghành giao thông vận tải

Trong nghành giao thông vận tải, vật liệu PC đợc dùng để chế tạo cácthiết bị, các phơng tiện nh : Tàu, thuyền đi biển, thùng chứa nhiên liệu, ốptrần toa xe lửa, lốp các loại xe, lớp bọc lót phía trong thân máy bay, cầu… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyềnNgày 8 – 7 – 1997, ngời ta đã lắp đặt một cây cầu hoàn toàn bằng vậtliệu PC trên cơ sở nhựa isopolyeste kết hợp với cốt sợi thuỷ tinh Sau một thờigian, ngời ta theo dõi và đã nhận thấy rằng bề mặt cầu không những có khảnăng chống thấm mà nó còn không bị rạn nứt, han rỉ Điều này cho phép tiếtkiệm đợc một khoản chi phí đáng kể cho việc bảo dỡng.

Hiện nay nhiều nớc trên thế giới đã sử dụng vật liệu PC để lắp đặt và bốtrí các thiết bị trong hệ thống hành lang an toàn giao thông: Dải phân cách,biển báo, cọc tiêu, biển phản quang… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền

Đối với nghành công nghiệp sản xuất ôtô, việc sử dụng vật liệu PC sẽmạng lại hiệu quả rất tích cực Trọng lợng của ôtô sẽ giảm Độ rung, tiếng ồncũng sẽ giảm đi khoảng 10% Không những thế với việc duy trì khả nănglàm việc ngay cả khi bị biến dạng (ở mức trọng tải thấp hơn trọng tải pháhuỷ), các thiết bị làm từ vật liệu PC sẽ góp phần hạn chế bớt những rủi ro khitai nạn bất ngờ xảy ra Vì vậy mà ngời ta thờng dùng vật liệu này để chế tạocác bộ phận, chi tiết của ôtô nh : Trục truyền động cơ, bình chứa nhiên liệu

… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền

Do có trọng lợng nhẹ hơn rất nhiều so với kim loại, lại có khả năng chụi

và hấp thụ đợc các cơn chấn động nên vật liệu PC đợc coi là loại vật liệu lý ởng để xây dựng những toà cao ốc hoặc các công trình kiến trúc ở nhữngvùng hay bị động đất (Mỹ, Nhật Bản, Thỗ Nhĩ Kỳ)

t-Ngoài ra trong thể thao, nó đợc dùng để lắp đặt các thiết bị hoặc chế tạocác công cụ nh : vợt tennis, bóng bàn, mái vòm ở sân vận động… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền

Trong khoa học vật liệu PC đợc dùng để chế tạo : Máy X- quang, máycông cụ, kính viễn vọng, rôbốt… và rất nhiều các tính năng khác mà vật liệu truyền

Về giá cả, nhìn chung chi phí cho vật liệu PC đắt hơn so với kim loại vàmột số vật liệu khác Tuy nhiên, xét theo hiệu quả thì nó lại có giá trị kinh tếlâu dài Bởi chi phí cho việc bảo dỡng rất thấp và tính bền cơ học trong quátrình sử dụng