Báo cáo Chất chống dính khuôn cho vật liệu composite

Đề tài: Chất chống dính khuôn cho vật liệu composite 1/Giới thiệu chất chống dính khuôn: Chất chống dính ? Chất chống dính, tên gọi khác nhau: dầu, chất chống dính, chất chống dính khuôn, chất giúp tách rời chung chất giúp phân tách sản phẩm từ khuôn Mặc dù thông số kỹ thuật ACI ATSM để định nghĩa lọai chất chống dính riêng biệt trên, từ tên gọi riêng thông dụng phân biệt khác chúng Ví dụ dạng dầu dầu diesel, dầu đốt dân dụng chất chống dính vật liệu thích hợp có thành phần kết hợp hóa học với cement,… Tại giai đoạn chống dính khuôn cần thiết ? Khi gia công sản phẩm composite loại khuôn, cấu trúc bề mặt khuôn có mao quản tạo lực hút nên sau sản phẩm hoàn thành (nếu không chống dính khuôn), sản phẩm bị dính vào khuôn không lấy Tuỳ theo loại khuôn mà giai đoạn gia công chống dính hoá chất chống dính khác Vd: khuôn gỗ khuôn silicate có nhiều lỗ mao quản, kết bám dính mạnh với nhựa composite, nên cần phải gia công chống dính kỹ, khuôn kim loại cấu trúc lỗ mao quản nên bám dính yếu nhựa composite nên cần gia công chống dính đơn giản 2/Nguyên lý chất chống dính khuôn: Vì chất chống dính dùng để giảm kết dính ngoại bề mặt ên hiển nhiên chế kết dính ngoại tính chất ảnh hưởng đến chìa khoá để hiểu tượng chống dính Cơ chế là: phản ứng hoá học xảy bề mặt, khuếch tán, lực hút tĩnh điện, lượng bề mặt, khả thấm ướt liên kết học Tính chất bề mặt mặt phân giới bao gồm: địa hình bề mặt, cấu trúc bề mặt, lượng bề mặt, tính bám dính hay thấm ướt, công nhiệt động bám dính Những tính chất then chốt cho bề mặt phân giới pha bao gồm khả để tạo thành chất kết dính nội sau thấm ướt lên đáp ứng đàn nhớt biến dạng phụ thuộc vào yếu tố độ kết tinh, khối lượng phân tử, phân bố số lượng nối ngang có mặt chất độn Nếu lớp biên yếu, kết dính ngoại pha tốt Ngược lại với nguyên lý để kết dính chất chống dính hoạt động theo nguyên lý sau: 1) Tạo lớp hàng rào để chống lại liên kết học 2) Ngăn chặn khuếch tán 3) Hấp phụ không phản ứng với bề mặt 4) Sức căng bề mặt dẫn đến thấm ướt 5) Công nhiệt động trình kết dính ngoại thấp 6) Lực liên phân tử qua bề mặt 7) Thể tương tác kết dính nội bên pha chống dính 8) Tạo lớp biên yếu Các nguyên lý kể có liên quan đến Bột talc loại chống dính điển hình làm việc theo nguyên lý tạo hàng rào chống liên kết học chống khuếch tán Nó làm giảm vùng tiếp xúc thông qua lực tương tác liên phân tử tầm gần Sức căng bề mặt công nhiệt động kết dính có liên quan đến nhau, trình bày biểu thức đây, liên quan đến lực liên phân tử nên ảnh hưởng đến hấp phụ liên kết hoá học Công kết dính ngoại WA thay đổi lượng đơn vị diện tích bề mặt hai pha tiếp xúc nhau: WA = với  lượng bề mặt bề mặt,  lượng tương tác bề mặt Nếu chất kết dính ngoại pha 1, lớp phủ chống dính pha hệ số trải rộng S pha pha cho biểu thức: S =  Do công kết dính nội WC pha kết dính 2n ên ta có: WA – WC = S Vì lực kết dính ngoại bé lực kết dính nội, tức WA bé WC, hệ số trải rộng âm làm cho tách rời hai bề mặt (điều mong muốn ứng dụng chất chống dính) Ngược lại hệ số trải rộng dương, xuất tách rời thân pha kết dính pha lớp phủ chống dính Đơn giản yêu cầu chống dính: lượng bề mặt lớp phủ chống dính phải bé lượng bề mặt pha kết dính Có loại lực liên phân tử cho trình kết dính nội & ngoại là: Lực lượng tử, lực tĩnh điện lực phân cực Lực lượng tử xem lực liên kết cộng hoá trị Lực tương tác tĩnh điện bao gồm lực Coulomb ion tích điện, lực lưỡng cực vĩnh cửu lực tứ cực Lực phân cực xuất momen lưỡng cực tạm thời gây cảm ứng từ phân tử kế cận chúng tiến đến gần Một cách lý tưởng, lực tương tác bề mặt chống dính nên thấp Loại lực phân cực gọi lực phân tán London tương tác lưỡng cực tạm thời tạo dao động mật độ điện tử Nó xảy với vật chất khoảng lượng từ 0.1 đến 40kJ/mol Những bề mặt rắn với lực tương tác phân tán thấp bao gồm: hydrocacbon mạch thẳng flourocacbon nên đa số loại chất chống dính bắt nguồn từ loại chất 3/Phân loại chất chống dính khuôn Chất chống dính khuôn gọi hiệu giúp cho vật liệu tách khỏi khuôn cách nhanh chóng hiệu Chất chống dính giúp giai đoạn hoàn tất sản phẩm giảm thời gian lấy sản phẩm, giảm khuyết điểm bề mặt sản phẩm, việc đánh bóng dễ dàng Hiện thị trường có nhiều loại chất chống dính cho loại khuôn, ta phân loại chúng sau : Phân loại theo thời gian sử dụng: a)Chất chống dính dùng lần: Loại phủ lên khuôn lần sử dụng, sau lấy sản phẩm lớp phủ chống dính bị bong khỏi thành khuôn, không sử dụng lại Loại chống dính người ta thường dùng silicone b)Chất chống dính bán vĩnh cửu: người ta dùng loại để phủ lên làm lớp lót lớp sơn bảo vệ cho sản phẩm, thường dùng thêm chất hoạt tính polysiloxane c)Chất chống dính vĩnh cửu: loại sử dụng nhiều nhất, có nhiều loại PTFE ( Teflon ), nhà cung cấp khuôn phủ sẵn lớp PTFE khuôn, ta mua khuôn sử dụng giảm bớt thời gian để thao tác phủ PTFE, đôi lúc bị tổn hại dùng khuôn sai qui cách Phân loại theo cách thức sử dụng: a)Chống dính nội ( Internal Mold Release Agent – IMR ) - Chất chống dính nội loại chất chống dính cho vào giai đoạn trộn hỗn hợp nhựa Sau hoàn thành, nhựa composite trở nên dính thoát khuôn dễ dàng Chất chống dính nội thường bao gồm chất hoạt động bề mặt alcohol béo/amide, este wax, chúng di chuyển từ bề mặt sang bề mặt khác - Khi hòa tan IMR tạo hỗn hợp resin, hỗn hợp tan tốt loại dung môi styren, dùng loại chống dính Trong trình bảo quản sản phẩm, ảnh hưởng co thể tích, áp suất không khí nhiệt độ môi trường nên hạt dần bị trồi khỏi hỗn hợp trồi lên bề mặt sản phẩm - Chất chống dính nội dùng để phủ lên bề mặt sản phẩm thực chức chống dính Ngay sau rửa đi, chất hoạt động bề mặt thành phần chất chống dính nội có xu hướng tiết lên bề mặt nhựa - Các tiêu đặc tính IMR : • Khả tan tốt • Tối thiểu hóa khả hóa cứng • Tối thiểu hóa ảnh hưởng màu sắc • Có tính chất lý cao • Không có silicone, muối stearat hay loại sáp tự nhiên, loại gây ảnh hưởng xấu sơn hay dán ghép vật liệu • Các chất cặn bã làm nghẹt khuôn quét lớp chống dính dày • Trong chu kỳ giảm kích thước - Tuy nhiên phải đọc kĩ hướng dẫn sử dụng trước dùng IMR, loại chất chống dính có cách sử dụng riêng Một lần bôi IMR dùng cho nhiều lần sau Nhưng sau lần sử dụng IMR sinh cặn để lại khuôn ( chất cặn sinh trình đùn sản phẩm ) IMR thường dùng cho thiết bị sản xuất, trải lên khuôn khỏa lấp tất chỗ khuôn - Đặc điểm IMR sử dụng không gây ảnh hưởng cho sản phẩm hay khuôn, mà suất sản xuất cao – chống dính từ bên đòi hỏi kĩ thao tác cao Chống dính ngoại ( External Mold Release Agent – EMR ) : - Chất chống dính ngoại loại chất chống dính mà thành phần chủ yếu silicone hợp chất flourocarbon Chúng tạo lớp ngăn cách tạm thời ngăn cản nhựa dính chặt vào lỗ, rỗ khiếm khuyết bề mặt khuôn - Loại phủ lên bề mặt khuôn phải theo dõi cẩn thận suốt trình ứng dụng, đảm bảo cho lớp chống dính hoàn tất - Việc sử dụng loại chất chống dính tùy thuộc loại khuôn Đối với loại khuôn có bề mặt rỗ hay nhiều khiếm khuyết, ERM bôi vào khuôn lần cho nhiều lần sử dụng sau Với khuôn nhám hay nhẵn phải bôi EMR sau lần sử dụng - Các tiêu đặc tính EMR : • Dễ ứng dụng mà không cần thành phần phức tạp • Không sử dụng dung môi có hại • Thấm ướt tốt với bề mặt nên không bị dúm lại sử dụng • Sức căng bề mặt phù hợp cho ứng dụng tạo màng • Mau khô • Dễ đánh bóng • Dễ tháo sản phẩm khỏi khuôn • Có thể dự đoán khả nhả khuôn - Chất chống dính dạng sáp thường dùng với hàm lượng thấp, sử dụng riêng biệt theo điều kiện nghiêm ngặt Loại bán vĩnh cửu thường dùng với hàm lượng cao - Trong trình sản xuất công nghệ cao RTM việc sử dụng hệ thống chống dính bán vĩnh cửu thị trường rộng rãi, đặc tính chống dính mà không ảnh hưởng đến sản phẩm hay khuôn 4/Quy trình công nghệ chống dính khuôn cho composite: Cách gia công chất chống dính: có cách +Chống dính lên khuôn trước hình thành sản phẩm +Chống dính lên bề mặt sản phẩm sau hình thành sản phẩm Ở bàn đến chống dính lên khuôn trước hình thành sản phẩm Đây công đoạn công nghệ dùng khuôn tiếp xúc Công nghệ chống dính cho khuôn bao gồm bước chính: rửa bền mặt khuôn, bôi trơn bề mặt khuôn bôi chất chống dính cho bề mặt khuôn Trước thực bước này, cần phải làm cho bề mặt khuôn đạt độ nhẵn, phẳng cần thiết nhiều cách Và phải lưu ý đến góc mở để lấy sản phẩm dễ dàng, góc mở lớn lấy sản phẩm dễ Việc chọn lựa hiệu chất chống dính quy định yếu tố sau: - Chất liệu khuôn, nhựa polyme hoá theo phương pháp nhiệt rắn hay nhiệt dẻo - Mức độ nhẵn bóng bề mặt sản phẩm, cần thiết hay không cần thiết quy trình công nghệ riêng (vd sơn bề mặt) - Thời gian làm khô bề mặt lớp chống dính so với thời gian thi công khuôn Ví dụ công đoạn chống dính cho sản phẩm composite UPE, cốt sợi thủy tinh trung tâm polymer theo trình tự bước: -Trét Mattit ( hỗn hợp bột nhẹ nhựa UPE + đóng rắn ) chỗ lõm bề mặt khuôn để đạt độ phẳng -Mài, dũa góc cạnh bề mặt khuôn để đạt độ nhẵn cần thiết -Lau vết bẩn khuôn -Quét lên bề mặt khuôn lớp sáp ( sáp cục nấu hoà với xăng ), lớp bôi trơn bề mặt khuôn -Chà lên lớp bột talc (do sáp tính bám dính với chất chống dính bước sau) -Quét hỗn hợp dung dịch chống dính ( PVA + nước + alcol ) lên -Đợi cho lớp chống dính khô ( phơi nắng ) Sau trát lớp bảo vệ (gelcoat) lên khuôn trải sợi thuỷ tinh & phết nhựa để làm composite Sau lần sử dụng, khuôn phải đánh bóng lại Sau số lần sử dụng định, tuỳ thuộc vào chất liệu cách thức sử dụng chất chống dính, cần phải bôi thêm chất chống dính lên khuôn 5/Các loại chất chống dính nay: Trên thực tế có nhiều loại chất chống dính khuôn: +Họ sáp (wax): -Sáp từ dầu mỏ: tiêu biểu sáp parafin -Sáp từ thực vật: tiêu biểu sáp carnauba ( loại cọ braxin ) -Sáp từ động vật: tiêu biểu sáp mỡ lông cừu -Sáp tổng hợp: tiêu biểu sáp polyetylen +Họ xà phòng kim loại-axit béo: -Muối stearat: tiêu biểu Magie stearat -Loại khác: tiêu biểu Canxi ricinoleat +Họ dẫn xuất alkyl mạch dài: -Ester: tiêu biểu Dietylen glycol monostearat -Amide & amine: tiêu biểu Etylen bis (stearamide) -Axit & alcohol: tiêu biểu Axit oleic +Họ polymer: -Polyolefin: tiêu biểu polypropylen -Silicone: tiêu biểu Polydimetylsiloxane -Floropolymer: tiêu biểu Polytetrafloroetylen -Polymer tự nhiên: tiêu biểu Cellophane -Loại khác: tiêu biểu Poly Vinyl Alcohol +Họ hỗn hợp Florinat: -Axit béo Florinat: tiêu biểu Axit Perflorolauric +Họ vật liệu vô cơ: -Silicate: tiêu biểu bột Talc -Đất sét: tiêu biểu Cao lanh -Loại khác: tiêu biểu Graphit Trong đó, loại chống dính khuôn thường dùng cho vật liệu composite Loại chống dính, hình thức sử dụng chúng trát tẩm đặc điểm bề mặt sản phẩm: a)Parafin: -Dạng sệt bột nhão dạng nước Đặc điểm: mặt bóng, tái sản xuất chi tiết khuôn, số lượng sản phẩm lớn b)Cồn polyvinyl: -Dạng nước bụi phun Đặc điểm: hoà tan nước, sử dụng lần, rửa từ khuôn sản phẩm nhận được; vật liệu chống dính lý tưởng, cho phép dễ sơn bề mặt sản phẩm c)Flo hoá hydrocacbon (silan, silocsan): -Dạng nước bụi phun Đặc điểm: hệ số ma sát thấp, không cho bề mặt có độ bóng; đắt tiền d)Các loại giấy đệm, lót mỏng chống dính: -Giấy có lớp mạ xelophan, mỏng chống dính từ cồn polyvinyl Đặc điểm: Chỉ sử dụng lần, tạo dáng phẳng e)Bôi trơn lớp chống dính trong: -Dạng lỏng ( thấm vào từ lớp ) Đặc điểm: Mặt bóng nhẵn, giữ dáng chi tiết, cho phép dễ sơn thêm lớp bề mặt sản phẩm 6/Kết luận Qua trình nghiên cứu chống dính cho khuôn cho vật liệu composit rút số kết luận sau đây: + trình chống dính cho khuôn cho bề mặt sản phẩm(chủ yếu chống dính cho khuôn) trình cần thiết thiếu trình sản xuất,thậm chí trình phải thực đầu tiên(quá trình chống dính cho khuôn) +quy trình chống dính gồm bước chính: -rửa bề mặt - bôi trơn bề mặt - bôi chất chống dính +các chất chống dính thường dùng như:parafin,cồn polyvinyl,silan,silocsan,và loại giấy đệm,lót,tấm mỏng chống dính…v.v Xu hướng phát triển chất chống dính là:bên cạnh chất chống dính thông thường cần nghiên cứu,tìm chất chống dính cho đáp ứng yêu cầu cho chống dính,hóa chất dễ tìm dễ tổng hợp,dễ thao tác,có thể sử dụng nhiều lần để giảm chi phí thời gian,có hiệu kinh tế cao tốt vấn đề quan trọng độc hại ô nhiễm môi trường.Tuy nhiên để đảm bảo đạt hết yêu cầu vấn đề phải cân cách hài hòa tiêu theo hướng có lợi Cuối xin cảm ơn thầy bạn tâm theo dõi thuyết trình nhóm Tài liệu tham khảo: “Release Agent” - Michael J Owen (Dow Corning Corporation) “Release Agent What are they ? How they work?” - George Baty and Rick Reynolds (Cresset Chemical Company) “Vật liệu Composite Cơ học & Công nghệ” – Nguyễn Hoa Thịnh & Nguyễn Đình Đức (Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật) http://www.releaseagents.co.uk/ (Chemical Release Limited company) http://en.wikipedia.org/wiki/Rotational_molding Và số trang web nhà sản xuất Hurontech, Chemtrend…  ... đa số loại chất chống dính bắt nguồn từ loại chất 3/Phân loại chất chống dính khuôn Chất chống dính khuôn gọi hiệu giúp cho vật liệu tách khỏi khuôn cách nhanh chóng hiệu Chất chống dính giúp... đệm,lót,tấm mỏng chống dính v.v Xu hướng phát triển chất chống dính là:bên cạnh chất chống dính thông thường cần nghiên cứu,tìm chất chống dính cho đáp ứng yêu cầu cho chống dính, hóa chất dễ tìm dễ... xúc Công nghệ chống dính cho khuôn bao gồm bước chính: rửa bền mặt khuôn, bôi trơn bề mặt khuôn bôi chất chống dính cho bề mặt khuôn Trước thực bước này, cần phải làm cho bề mặt khuôn đạt độ nhẵn,