Tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit từ nhựa nền epoxydian gia cường bằng mát dứa dại

Tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit từ nhựa nền epoxydian gia cường bằng mát dứa dại

Nghiên cứu vật liệu polymer compozit sở nhựa epoxy gia cường sợi sisal LỜI CẢM ƠN Qua khoảng thời gian làm việc miệt mài em hoàn thành luận văn nghiên cứu tốt nghiêp đề tài “Tính chất học vật liệu polyme compozit từ nhựa epoxydian gia cường mát dứa dại” Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn cô giáo PGS.TS Phan Thị Minh Ngọc va TS Vũ Bích Thủy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình thực Nhân đây, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme _ trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, bạn bè người thân tận tình giúp đỡ em suốt q trình học tập hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp Hà Nội, ngày tháng năm 2009 MỤC LỤC Hoàng Thị Phương – lớp CN polymer – k49 Nghiên cứu vật liệu polymer compozit sở nhựa epoxy gia cường sợi sisal PHẦN TỔNG QUAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP II.1.2 Các thông số quan trọng nhựa epoxy 14 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA EPOXY GIA CƯỜNG BẰNG SỢI SISAL LỜI MỞ ĐẦU Nhân loại bước vào kỷ nguyên bùng nổ khoa học công nghệ với hàng loạt thành tựu to lớn ứng dụng rộng rãi công nghip,nụng nghip,giao thụng tiXà hội ngày phát triển nhu cầu vật liệu lớn đòi hỏi ngày nhiều vật liệu có tính lý kÜ tht cao h¬n u viƯt h¬n Do vËy, nói đời loại vật liệu polyme compozit tất yếu đà giải đợc nhu cầu Vật liệu polyme compozit loại vật liệu đợc tạo thành từ hai loại cấu tử nhựa polyme sợi gia cờng.Các loại sợi gia cêng trun thèng hay dïng cho vËt liƯu polyme compozit sợi cacbon, sợi thủy tinh, sợi aramit Tuy nhiên loại sợi đợc tổng hợp từ nguồn nguyên liệu không tái tạo, khả phân hđy kÐo theo vËt liƯu polyme compozit tõ chóng sau trình sử dụng bị thải đà gây ô nhiễm môi trờng cách nghiêm trọng, gây phơng hại trực tiếp đến sức khỏe ngời phát triển bền vững xà hội Chính vậy, năm gần ngày có nhiều quan tâm từ nhà nghiên cứu, nhà sản xuất chế tạo vật liệu có khả phân hủy phân hủy dới tác động vi sinh vật Nh loại vật liệu sau sử dụng hạn chế đợc ô nhiễm môi trờng Bên cạnh đó, vấn đề giá thành yếu tố quan trọng để mở rộng khả ứng dụng vật liệu Để đáp ứng đợc yêu cầu trên, vật liệu polyme compozit gia cờng sợi thực vật đợc đặc biệt quan tâm số u điểm trội sợi thực vật so với sợi gia cờng truyền thống nh là: có khả phân hủy sinh học, rẻ tiền, sẵn có, nhẹ có độ bỊn riªng tèt Hồng Thị Phương – lớp CN polymer – k49 Nghiên cứu vật liệu polymer compozit sở nhựa epoxy gia cường sợi sisal Một số sợi tự nhiên thơng dụng như:sợi đay.tre.dừa,dứa,sisal…Trong sợi sisal sử dụng rộng rã có modun đàn hồi cao.độ bền riêng cao,độ dẻo dai tốt sử dụng làm chất gia cường cho vật liệu PC Nhựa epoxy ứng dụng cơng nghệ chế tạo vật liệu PC có số tính chất bât như:khả bám dinh tốt với sợi gia cường,chịu hóa chất bền mài mịn Chính em thực đề tài luận văn: Tính chất học vật liệu polyme compozit sở nhựa epoxy gia cường mát dứa dại I Giới thiệu chung vật liệu polyme compozit (PC) [1,2]: Lịch sử phát triển Vật liệu PC xuất cách hàng nghìn năm người sử dụng hiệu sống 5000 năm trước công nguyên người cổ đại thêm đá nghiền nhỏ vật liệu nguồn gốc hữu vào đất sét để giảm độ co ngót nung gạch, đồ gốm Tại Ai cập khoảng 3000 năm trước công nguyên, người ta làm vỏ thuyền lau sậy đan tẩm tubin Ở Việt Nam, thuyền tre đan trát sơn ta với mùn cưa thí dụ vật liệu PC Mặc dù hình thành sớm việc chế tạo vật liệu PC thực ý khoảng 60 năm trở lại Năm 1942 sản xuất vật liệu PC sở nhựa polyeste không no Năm 1944, sản xuất hàng nghìn chi tiết PC cho máy bay tàu phục vụ đại chiến giới lần thứ hai Năm 1950, chất lượng vật liệu PC nâng cao nhiều có đời nhựa eposy hàng loạt sợi gia cường như: sợi cacbon, sợi polyeste, nilong, aramit (kevlar), sợi silic… Hoàng Thị Phương – lớp CN polymer – k49 Nghiên cứu vật liệu polymer compozit sở nhựa epoxy gia cường sợi sisal Từ năm 1970 đến nay, chi tiết chế tạo từ compozit chất dẻo sợi tăng cường có độ bền cao sử dụng rộng rãi cơng nghiệp đóng tàu, chế tạo chi tiết chịu lực ô tô, vật liệu xây dựng… Tuy đạt thành tựu vấn đề nâng cao chất lượng, cải thiện tính chất lý, tính chất nhiệt, điện, chịu ăn mòn… mở rộng lĩnh vực sử dụng PC đặt Đặc biệt việc nghiên cưú chế tạo loại vật liệu có khả phân hủy nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường yêu cầu cấp thiết 2.Khái niệm, thành phần, phân loại vật liệu PC 2.1 Khái niệm [1]: Vật liệu PC tạo thành từ kết hợp hai hay nhiều cấu tử khác nhau, tạo vật liệu có tính chất đặc biệt mà vật liệu thành phần ban đầu khơng có Vật liệu PC nói chung cấu tạo từ hai thành phần cốt nền, ngồi cịn có số loại chất phụ gia khác : chất độn, chất màu, chất chống lão hóa, chống co ngót… 2.2.Thành phần vật liệu PC [1,2]: Vật liệu PC vật liệu kết hợp hai hay nhiều cấu tử khác có tính chất mà vật liệu thành phần ban đầu khơng có Hồng Thị Phương – lớp CN polymer – k49 Nghiên cứu vật liệu polymer compozit sở nhựa epoxy gia cường sợi sisal Thành phần vật liệu PC polyme vật liệu tăng cường dạng hạt hay dạng sợi(cốt) Ngồi cịn có chất đóng rắn (đối với nhựa nhiệt rắn), chất độn số phụ gia cần thiết Hoàng Thị Phương – lớp CN polymer – k49 Nghiên cứu vật liệu polymer compozit sở nhựa epoxy gia cường sợi sisal 2.3 Cơ chế gia cường vật liệu PC:[2]  Cơ chế gia cường: Dưới tác dụng ngoại lực, vật liệu gia cường điểm chịu ứng suất tập trung nhựa truyền sang Vật liệu gia cường dạng sợi chịu ứng suất tốt vật liệu gia cường dạng hạt, ứng suất điểm sợi phân bố toàn chiều dài, điểm chịu ứng suất nhỏ so với vật liệu gia cường dạng hạt tác dụng ngoại lực Khả truyền tải trọng từ vật liệu lên vật liệu gia cường phụ thuộc vật liệu nền, vật liệu gia cường, kết dính bề mặt tiếp xúc vật liệu vật liệu gia cường Hoàng Thị Phương – lớp CN polymer – k49 Nghiên cứu vật liệu polymer compozit sở nhựa epoxy gia cường sợi sisal 2.4 Phân loại [1,2]: Tùy thuộc vào chất vật liệu thành phần,vật liệu PC đươc phân loại sau: 2.4.1 Theo chất vật liệu nền: - Nền polyme chiêm 90% tổng số loại compozit - Nền kim loại (hợp kim nhôm,hợp kim tital…) với vật liệu gia cường dạng sợi kim loại, sợi khoáng - Nền gốm thủy tinh:với vật liệu gia cường dạng sợi hạt kim loại - Nền cacbon/graphit: vật liệu chịu nhiệt tốt cứng 2.4.2 Phân loại theo hình dạng vật liệu gia cường:  Compozit cốt hạt : Có cấu tạo gồm phần tử cốt hạt đẳng trục phân bố Các phần tử cốt đa dạng : loại khoáng tự nhiên , oxit , cacbit , nitrit… Compozit cốt hạt đa dạng : cốt hạt thô cốt hạt mịn Compozit cốt hạt mịn thường có kim loại hợp kim, cốt hạt có kích thước nhỏ (< 0,1mm) thường vật liệu bền cứng , có tính ổn định nhiệt cao Compozit cốt hạt thơ : kim loại , polyme gốm.Gốm thường đưa vào để cải thiện độ bền kéo , nén , uốn,độ chống mài mịn, độ ổn định kích thước, chịu nhiệt… Hoàng Thị Phương – lớp CN polymer – k49 Nghiên cứu vật liệu polymer compozit sở nhựa epoxy gia cường sợi sisal  Compozit cốt sợi ngắn : độ dài cốt sợi thường nhỏ 5cm Compozit cốt sợi ngắn thường gia công phương pháp gia công nhựa thông thường đúc đùn, đúc phun Sợi ngắn thường dùng tăng cường cho nhựa nhiệt dẻo Nhựa nhiệt rắn có khối lượng phân tử lớn đóng rắn khơng có lợi dùng sợi ngắn  Compozit cốt sợi có chiều dài trung bình: Độ dài sợi cốt từ 10 đến 100 mm, thường dùng tăng cường cho nhựa nhiệt rắn có thêm bột độn lớn Phương pháp gia công thường sử dụng phương pháp ướt  Compozit cốt sợi dài: Sợi dài hay gọi sợi liên tục thường gia cường cho nhựa nhiệt rắn Compozit cốt hạt thường chế tạo với vơ cơ, gốm kim loại Tính chất phạm vi ứng dụng[1.3] : 3.1 Tính chất chung vật liệu PC: Tính chất vật liệu PC tổ hợp tính chất cấu tử có mặt vật liệu Nó phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn, điều kiện gia công tác dụng tải trọng Đối với vật liệu PC cần quan tâm tới số tính chất sau: modun xé rách đặc trưng cho khả chịu biến dạng vật liệu Độ bền kéo, nén cho biết khả chịu tải trọng vật liệu Hệ số giãn nở nhiệt đặc trưng cho thay đổi kích thước tác dụng kích thước tải trọng Vật liệu PC mang số tính chất chung sau: - Khối lượng riêng bé tính lý riêng cao thép vật liệu truyền thống khác (thủy tinh, gốm, sứ, gỗ ) nhiều Hoàng Thị Phương – lớp CN polymer – k49 Nghiên cứu vật liệu polymer compozit sở nhựa epoxy gia cường sợi sisal - Giá thành không cao, chịu môi trường , kháng hóa chất, khơng tốn bảo quản chống ăn mịn, khơng cần sơn bảo vệ vật liệu gỗ, kim loại… - Cách điện cách nhiệt tốt - Gia công, chế tạo đơn giản, nhanh , đa dạng, dễ thay đổi sửa chửa… - Chi phí đầu tư thiết bị gia công thấp 3.2 Phạm vi ứng dụng: Nhờ có nhiều tính ưu việt khối lượng riêng thấp, có độ bền cao,chịu mơi trường tốt, điều khiển tính chất vật liệu theo hướng khác cách dễ dàng… Được ứng dụng chủ yếu lĩnh vực sau: - Giao thông vận tải: vỏ ca nô, tàu biển… - Vật liệu điện: ấm cách điện, vỏ thiết bị điện… - Vật liệu xây dựng: kết cấu nhà lắp ghép, đá ốp lát, lợp… - Vật liệu chịu hóa chất: bồn chứa, ống dẫn, van ,bể điện phân… - Vật liệu gia dụng:bàn, ghế,giá,tấm trần,tấm cách âm… - Vật liệu PC cao cấp:dùng hàng không,vũ trụ ,dụng cụ thể thao cao cấp… Hoàng Thị Phương – lớp CN polymer – k49 Nghiên cứu vật liệu polymer compozit sở nhựa epoxy gia cường sợi sisal II.VẬT LIỆU PC TRÊN CƠ SỞ NHỰA EPOXY GIA CƯỜNG BẰNG SƠI SISAL II.1 Nhựa epoxy [4]: Nhựa epoxit (được biết đến tên nhựa epoxy, cịn gọi nhựa etoxylin ) đặc trưng có nhiều nhóm 1,2-epoxy phân tử polyme Nhóm thường nằm cuối mạch Phần phi epoxy phân tử hydrocacbon no, hidrocacbon mạch vòng no hydrocacbon thơm Nhựa epoxy-dian chiếm 80-90% tổng sản lượng epoxy Khoảng 25% số sử dụng làm chất kết dính cho vật liệu compozit có độ bền cao II.1.1.Tổng hợp nhựa epoxy[4,5,6]: Nhựa epoxy_dian chủ yếu tổng hợp từ phản ứng Ngng tô cã xúc tác (bazơ) hợp chất epoxy (điển hình epiclohidrin) với chất cho proton (chẳng hạn bisphenol A) Đó phản ứng nối tiếp song song tạo oligome có độ trùng hợp n=2,3,4… Cơng thức tổng quát nhựa epoxy dian có dạng : CH3 CH3 CH 2-CH-CH2 O O C O O-CH 2-CH-CH CH3 OH C CH3 (10) O-CH 2-CH-CH O n Tùy thuộc tỷ lệ đương lượng epyclohidrin bis phenol A, thời gian, nhiệt độ nồng độ NaOH sử dụng , nhựa epoxy nhận có khối lượng phân tử khác Hoàng Thị Phương – lớp CN polymer – k49 10 ... trọng từ vật liệu lên vật liệu gia cường phụ thuộc vật liệu nền, vật liệu gia cường, kết dính bề mặt tiếp xúc vật liệu vật liệu gia cường Hoàng Thị Phương – lớp CN polymer – k49 Nghiên cứu vật liệu. .. lớp CN polymer – k49 Nghiên cứu vật liệu polymer compozit sở nhựa epoxy gia cường sợi sisal 2.3 Cơ chế gia cường vật liệu PC:[2]  Cơ chế gia cường: Dưới tác dụng ngoại lực, vật liệu gia cường. .. có số tính chất bât như:khả bám dinh tốt với sợi gia cường, chịu hóa chất bền mài mịn Chính em thực đề tài luận văn: Tính chất học vật liệu polyme compozit sở nhựa epoxy gia cường mát dứa dại I