NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG của NỒNG độ KIỀM đến độ bền kéo của vật LIỆU COMPOSITE cốt sợi NGẮN THỦY TINH

MỤC LỤC XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT xi DANH MỤC CÁC BẢNG xii DANH MỤC CÁC HÌNH xiii Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu 1.1.1 Các kết nghiên cứu nước 1.1.2 Các công trình nghiên cứu nước 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục đích đề tài 1.4 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn 1.4.1 Ý nghĩa khoa học 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.5 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.5.1 Nhiệm vụ đề tài 1.5.2 Giới hạn đề tài 1.6 Phương pháp nghiên cứu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT -vii- 2.1 Cơ sở vật liệu Composite 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Tính chất vật liệu composite 2.1.3 Ưu nhược điểm vật liệu composite 10 2.1.4 Xu hướng phát triển vật liệu composite thời gian tới 11 2.1.5 Phân loại vật liệu composite 12 2.1.6 Cấu tạo vật liệu composite 13 2.1.7 Chất pha loãng 20 2.1.8 Chất tách khuôn, chất làm kín phụ gia khác 21 2.2 Composite nhựa PA66 cốt sợi ngắn thủy 21 2.2.1 Ảnh hưởng yếu tố hình học sợi 21 2.2.2 Sợi ngắn thủy tinh 25 2.2.3 Nhựa poliamid (PA) 29 2.3 Công nghệ chế tạo sản phẩm composite 30 2.3.1 Phương pháp chế tạo thủ công 30 2.3.2 Phương pháp phun hỗn hợp composite 31 2.3.3 Phương pháp thấm nhựa trước 32 2.3.4 Phương pháp đùn ép 33 2.3.5 Phương pháp đúc chuyển nhựa 34 2.3.6 Phương pháp đúc chân không 35 2.4 Cơ học vật liệu PC 36 2.4.1 Độ bền kéo ứng suất kéo 36 2.4.2 Độ giãn dài 37 2.4.3 Mô đun đàn hồi 37 2.5 Giới thiệu công nghệ ép phun 38 2.5.1 Khái niệm 38 2.5.2 Nguyên lý hoạt động: 39 -viii- 2.6 Nồng độ pH môi trường kiềm tính 39 2.6.1 Khái niệm nồng độ pH 39 2.6.2 Một số giá trị pH phổ biến 40 2.7 Tiêu chuẩn ISO 527 (TCVN 4501-4:2009) 40 Chương MÔ TẢ THÍ NGHIỆM 42 3.1 Thiết kế mẫu thử 42 3.2 Khuôn ép phun 42 3.3 Vật liệu, hóa chất, dụng cụ 47 3.3.1 Vật liệu 47 3.3.2 Hóa chất 47 3.3.3 Thiết bị thí nghiệm 48 Chương 4: THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 52 4.1 Thành lập điều kiện thí nghiệm 52 4.1.1 Xác định số lượng mẫu 52 4.1.2 Các bước thực 52 4.2 Kiểm tra độ bền kéo 53 4.2.1 Thực thí nghiệm 53 4.2.2 Điều kiện thí nghiệm 53 4.2.3 Chuẩn bị thí nghiệm 53 4.2.4 Tiến hành thí nghiệm 54 4.3 Kết thí nghiệm mẫu kéo 55 4.3.1 Số liệu thí nghiệm 55 4.3.2 Xác định lực kéo Pmax 58 4.3.3 Xác định ứng suất kéo mô đun đàn hồi 65 4.3.4 Phân tích bề mặt sau chụp qua kính hiển vi điện tử quét SEM 75 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 5.1 Kết luận 79 -ix- 5.2 Kiến nghị 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 -x- DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT PC Polymer Composite PF PhenolFomandehit PET PolyEste MAPE Maleic Anhydride grafted PolyEthylene PA PoliAmid PVC PolyVinyl Clorua PP PolyPropylen UF UreFormaldehyt MMA Metyl Meta Acrylat SEM Scanning Electron Microscope -xi- DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Thành phần hóa học loại sợi thủy tinh 26 Bảng 2.2: Tính chất lý loại sợi thủy tinh 27 Bảng 2.3: So sánh tính chất số sợi gia cường 29 Bảng 3.1: Thành phần hóa học dung dịch NaOH 47 Bảng 4.1: Số lượng thí nghiệm 52 Bảng 4.2: Tổng hợp kết kéo mẫu PA6-GF30 tháng (kgf) 56 Bảng 4.3: Tổng hợp kết kéo mẫu PA6-GF30 tháng (kgf) 56 Bảng 4.4: Tổng hợp kết kéo mẫu PA6-GF30 tháng (kgf) 57 Bảng 4.5: Tổng hợp kết kéo mẫu PA6-GF30 tháng (kgf) 57 Bảng 4.6: Tổng hợp kết kéo mẫu PA6-GF30 tháng (kgf) 58 Bảng 4.7: Tổng hợp kết lực kéo mẫu PA6-GF30 theo thời gian (kgf) 61 Bảng 4.8: Tổng hợp kết kéo mẫu PA6-GF30 theo nồng độ pH (kgf) 64 Bảng 4.9: Tổng hợp kết ứng suất kéo mẫu thử kéo PA6-GF30 (MPa) 65 Bảng 4.10: Thông số độ giãn dài mẫu sau kéo (mm) 69 Bảng 4.11: Thông số độ giãn dài mẫu sau san tuyến tính (mm) 70 Bảng 4.12: Tổng hợp kết ứng suất kéo mẫu PA6-GF30 (MPa) 71 Bảng 4.13: Tổng hợp kết kéo mẫu PA6-GF30 theo thời gian (MPa) 74 -xii- DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Cấu trúc composite Hình 2.2: Sơ đồ phân loại composite theo cấu trúc 13 Hình 2.3: Sơ đồ phân bố định hướng cốt sợi 22 Hình 2.4: Biểu đồ phân bố ứng suất chiều dài sợi 24 Hình 2.5: Cấu tạo poliamid 29 Hình 2.6: Máy ép nhựa SHINE WELL W-120 B 38 Hình 2.7: Một số giá trị pH phổ biến 40 Hình 3.1: Mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO 527 – 1993 42 Hình 3.2: Cấu tạo chung khuôn ép nhựa 43 Hình 3.3: Tấm kẹp 44 Hình 3.4: Tấm kẹp 44 Hình 3.5: Tấm khuôn cố định 45 Hình 3.6: Tấm khuôn di động 45 Hình 3.7: Gối đỡ 45 Hình 3.8: Tấm giữ, ty đẩy ty hồi 46 Hình 3.9: Tấm đẩy 46 Hình 3.10: Bộ khuôn hoàn chỉnh 46 Hình 3.11: Hóa chất sử dụng làm tăng nồng độ pH 47 Hình 3.12: Chế tạo mẫu thử máy ép nhựa SHINE WELL W-120 B 48 Hình 3.13: Máy đo nồng độ pH 49 Hình 3.14: Thông số máy thử kéo Instron Series 3367 50 Hình 3.15: Kính hiển vi điện tử quét SEM Jeol 5410 LV 51 Hình 4.1: Các bước thiện ngâm mẫu thử kéo 53 Hình 4.2: Thử kéo máy Instron Series 3367 54 Hình 4.3: Cài đặt thông số trình kéo 54 Hình 4.4: Biểu đồ kéo mẫu có nồng độ pH=7,0 sau tháng 55 -xiii- Hình 4.5: Biểu đồ so sánh kết thực nghiệm phương trình hồi quy 60 Hình 4.6: Biểu đồ biểu diễn thay đổi lực kéo mẫu thử kéo PA66-30GF theo thời gian 61 Hình 4.7: Biểu đồ biểu diễn thay đổi lực kéo mẫu thử kéo PA66-30GF theo nồng độ pH 64 Hình 4.8: Biểu đồ biểu diễn thay đổi ứng suất kéo mẫu thử kéo PA66-30GF theo thời gian 66 Hình 4.9: Biểu đồ biểu diễn thay đổi ứng suất kéo mẫu thử kéo PA66-30GF theo nồng độ pH 66 Hình 4.10: Biểu đồ biểu diễn thay đổi ứng suất kéo theo thời gian mẫu thử kéo PA66-30GF ngâm dung dịch có nồng độ pH=13,0 67 Hình 4.11: Ảnh hưởng nồng độ pH đến ứng suất kéo vật liệu PA66-30GF 69 Hình 4.12: Biểu đồ biểu diễn thay đổi độ giãn dài mẫu thử kéo PA66-30GF theo nồng độ pH thời gian 70 Hình 4.13: Biểu đồ so sánh kết thực nghiệm phương trình hồi quy 73 Hình 4.14: Biểu đồ biểu diễn thay đổi mô đun đàn hồi mẫu thử kéo PA66-30GF theo thời gian nồng độ pH 74 Hình 4.15: Ảnh SEM bề mặt trước sau ngâm dung dịch pH=13-1 tháng 75 Hình 4.16: Ảnh SEM bề mặt trước sau ngâm dung dịch pH=7,0-5 tháng 76 Hình 4.17: Ảnh SEM bề mặt sau ngâm dung dịch pH=13-1 tháng pH=7,0-5 tháng 76 Hình 4.18: Kết nghiên cứu tác giả Nguyễn Nhật Trinh 77 -xiv- Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu 1.1.1 Các kết nghiên cứu nước Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật thập niên gần đây, đời phát triển vật liệu composite chiếm vị trí trội ngành công nghiệp chế tạo Có nhiều đề tài nghiên cứu vật liệu PC, trội là: - Đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số chế tạo đến độ bền vật liệu polymer composite gia cường vải polyeste sở nhựa phenolfomandehit”[1] năm 2009 – ĐH Bách khoa Hà Nội Đề tài thực vào năm 2009 TS Nguyễn Nhật Trinh Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ chế tạo nhiệt độ, lực ép tỉ phần vải nhựa đến độ bền học vật liệu polymer composite (PC) sở nhựa phenolfomandehit (PF) gia cường vải dệt thoi xơ polyeste (PET) Vải thí nghiệm: Vải làm cốt gia cường cho vật liệu PC vải kỹ thuật kết cấu kiểu dệt thoi vân điểm Công ty Hualon Việt Nam sản xuất, nguyên liệu 100% xơ polyeste philamăng (PET) Nhựa phenolfomandehit (PF) dạng novolac Viện hóa Trung tâm ứng dụng Khoa học Kỹ thuật Quân sản xuất Đề tài trình bày kết thực nghiệm cho thấy thông số công nghệ chế tạo nhiệt độ, lực ép tỉ phần cấu tử ảnh hưởng đến độ bền học vật liệu PC gia cường vải polyeste sở nhựa PF Sử dụng phần mềm toán học Design-Experts cho phép xác định nhanh xác thông số công nghệ chế tạo tối ưu nhằm đạt độ bền vật liệu PC lớn - Sự phát triển ngày mạnh mẽ vật liệu PC, dẫn đến yêu cầu chất lượng cao động thời giá thành hạ Tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, dồi nước, đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite nhựa polyethylene mùn cưa”[2] TS Đào Thị Thu Loan – ĐH Đà Nẵng chủ trì thực năm -1- 2013 Đề tài nghiên cứu chế tạo vật liệu composite từ mùn cưa nhựa polyethylene tỷ trọng cao ảnh hưởng điều kiện gia công đến tính chất sản phẩm composite Nghiên cứu cải thiện độ bám dính nhựa HDPE mùn cưa nhằm cải thiện tính vật liệu cách sử dụng chất tương hợp MAPE Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng mùn cưa đến tính chất sản phẩm composite, ảnh hưởng kích thước hạt mùn cưa đến tính chất sản phẩm composite nồng độ phụ gia ổn định nhiệt gia công tối ưu ảnh hưởng đến độ bền sản phẩm composite Bằng phương pháp thực nghiệm, người nghiên cứu chế tạo thành công composite nhựa HDPE độn trấu, mùn cưa phương pháp tạo compound thiết bị ép đùn hai trục vít tạo mẫu composite thiết bị đúc tiêm Nhiệt độ ép đùn (vùng trộn) tối ưu 160oC với tốc độ quay trục vít 50 vòng/phút Nhiệt độ đúc tiêm tối ưu 180oC áp suất 800 bar Sử dụng chất tương hợp MAPE cải thiện độ tương hợp nhựa trấu, mùn cưa từ cải thiện tính chất lý composite trấu, mùn cưa độ bền kéo, độ bền uốn độ bền va đập độ kháng nước - Khi chất lượng sống ngày cao yêu cầu sản phẩm từ PC ngày thân thiện với môi trường, tiết kiệm lượng nguyên vật liệu Đề tài “Nghiên cứu, chế tạo vật liệu composite sở nhựa polylefin bột gỗ, ứng dụng làm vật liệu xây dựng, kiến trúc nội - ngoại thất”[3] TS Nguyễn Vũ Giang - Viện Kỹ thuật nhiệt đới thực năm 2013 Theo TS Nguyễn Vũ Giang, nước có số công trình sử dụng vật liệu để chế tạo vật liệu xanh thân thiện với môi trường Tuy nhiên, bột gỗ chưa xử lý trước, nên khả tương tác với nhựa chưa tốt, sản phẩm có độ hút nước cao Nếu sử dụng phương pháp truyền thống (ép sâu, tạo lớp liên tục…), chế tạo vật liệu có hình dạng đơn giản, không chế tạo vật liệu có hình dạng phức tạp: Mặt cong, độ rỗng, hay vật liệu trang trí nội thất, chi tiết phụ tùng ôtô vật liệu khác, vỏ tivi Đề tài sử dụng thành công khâu mạch, vật liệu nano gia cường, phụ gia, nano silica… làm tăng tính kết dính pha vật liệu bột gỗ nhựa chất biến tính bề mặt, cho phép sản phẩm điều chỉnh theo yêu cầu sử dụng Cùng với việc lưới hóa nhựa nền, hình thành liên kết ngang -2- Hình 4.11: Ảnh hưởng nồng độ pH đến ứng suất kéo vật liệu PA6630GF Xét khoảng nồng độ pH từ 8,0 – 9,5 khoảng nồng độ pH từ 11,5 – 13,0 hình ta thấy góc α1[...]... Nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh khi làm việc trong môi trường kiềm - Nghiên cứu mối quan hệ giữa thời gian và nồng độ kiềm đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh 1.4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 1.4.1 Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi. .. động của môi trường làm việc và thời gian sử dụng ảnh hưởng đến độ bền của vật liệu composite, đặc biệt khi làm việc trong môi trường hóa chất Trên cơ sở đó, đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh là cần thiết 1.3 Mục đích của đề tài - Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh. .. công trình nào nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường và thời gian đến độ bền kéo của vật liệu polymer composite Đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh sẽ nghiên cứu sự thay đổi về độ bền kéo của vật liệu PC khi làm việc trong môi trường có nồng độ kiềm khác nhau theo mức thời gian khác nhau Từ kết quả nghiên cứu ta có thể tìm... sợi ngắn thủy tinh -6- 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu giúp xác định độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh khi làm việc trong môi trường kiềm có nồng độ khác nhau - Kết quả nghiên cứu giúp xác định thời gian làm việc của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh tốt nhất trong môi trường kiềm 1.5 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn của đề tài 1.5.1 Nhiệm vụ của đề tài - Nghiên. .. toán học về ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh -8- 2 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở về vật liệu Composite 2.1.1 Khái niệm Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp từ hai hoặc nhiều loại vật liệu khác nhau Vật liệu mới được tạo thành có tính chất ưu việt hơn nhiều so với từng loại vật liệu thành phần riêng rẽ [7] Về mặt cấu tạo, vật liệu composite. .. đến vật liệu composite, vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh, kiềm và nồng độ dung dịch kiềm - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Chế tạo mẫu thử bằng vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh Tiến hành ngâm vật liệu composite cốt sợi ngắn -7- thủy tinh vào dung dịch kiềm có nồng độ khác nhau trong khoảng thời gian khác nhau Sau đó, đánh giá độ bền kéo của các mẫu thử - Phương pháp thống kê toán... vật liệu thành phần: các vật liệu thành phần có cơ tính tốt thì vật liệu composite cũng có cơ tính tốt và tốt hơn tính chất của từng vật liệu thành phần - Luật phân bố hình học của vật liệu cốt: khi vật liệu cốt phân bố không đồng đều, vật liệu composite bị phá huỷ trước hết ở những nơi ít vật liệu cốt Với composite cốt sợi, phương của sợi quyết định tính dị hướng của vật liệu, có thể điều chỉnh được... filled ABS hybrids” [6] nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền kéo của vật liệu copomsite nền ABS cốt sợi ngắn thủy tinh và hạt thủy tinh Đề tài được nghiên cứu bởi S Hashemi - London Metropolitan Polymer Centre, London Metropolitan University, UK - Ngoài ra, còn rất nhiều các đề tài, công trình nghiên cứu về tính chất, đặc điểm, phương pháp chế tạo và ứng dụng của vật liệu PC như: “Description... người nghiên cứu chỉ tiến hành trên vật liệu composite nền nhựa poliamid cốt sợi ngắn thủy tinh (PA66-30GF) được ngâm trong dung dịch kiềm với nồng độ khác nhau trong khoảng thời gian: 1 tháng, 2 tháng, 3 tháng, 4 tháng và 5 tháng 1.6 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Phân tích, so sánh, hệ thống hóa, khái quát hóa các tài liệu liên quan đến vật liệu composite, vật liệu composite. .. tính chất của vật liệu composite và độ bền thời tiết của vật liệu - Ngoài ra, còn có rất nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu PC do các học viên Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM do PGS – TS Đỗ Thành Trung chủ trì và thực hiện như: Nghiên cứu và phát triển nhíp giảm xóc bằng vật liệu composite , Nghiên cứu và phát triển đòn treo trên bằng vật liệu composite , Nghiên cứu cường độ ứng suất