Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy novolac, epoxy cacdanol gia cường bằng sợi lanh

Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 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 nghiệp, giao thông vận tải, kinh tế đời sống…Một thành tựu đời phát triển vật liệu compozit Vật liệu compozit đời đáp ứng nhu cầu to lớn loại vật liệu có khả kết hợp tính chất mà vật liệu truyền thống riêng rẽ khơng có , tạo loại vật liệu có nhiều tính chất ưu việt như: nhẹ, bền, có nhiều tính chất chun dụng, dễ gia công…Những vật liệu dần thay vật liệu truyền thống để chế tạo chi tiết máy kết cấu, kể kết cấu chịu tải trọng lớn sản phẩm dân dụng… Vật liệu compozit nghiên cứu ứng dụng nhiều polyme compozit Sự phát triển mạnh mẽ vật liệu polyme compozit gia cường sợi tổng hợp đặt thách thức to lớn nhân loại gia tăng lượng chất thải khó phân huỷ vào mơi trường Chính vậy, khoảng mười năm trở lại đây, việc sử dụng sợi tự nhiên để thay phần toàn cho sợi tổng hợp nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Ở Việt Nam, lanh loại sợi tự nhiên dễ kiếm có giá thành hợp lý, nguồn nguyên liệu tự nhiên có khả tái tạo phân huỷ sinh học Việc mở rộng nghiên cứu ứng dụng loại sợi tự nhiên vào lĩnh vực vật liệu polyme compozit với loại nhựa khác hướng ứng dụng đem lại hiệu kinh tế cao mà góp phần đáng kể vào việc bảo vệ mơi trường[1].Trên sở hình thành đồ án: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit sở nhựa epoxynovolac, epoxy-cacdanol gia cường sợi lanh” Nhiệm vụ chủ yếu đồ án là: Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 - Tổng hợp phân tích hai loại nhựa: nhựa novolac nhựa epoxy – cacdanol - Xác định điều kiện để chế tạo vật liệu polyme compozit sở nhựa epoxy – novolac: Tỷ lệ phối trộn, dung mơi hồ tan, điều kiện gia công prepregs, điều kiện gia công vật liệu - Chế tạo mẫu xác định tính chất lý vật liệu polyme copozit sở nhựa epoxy – novolac, epoxy – cacdanol gia cường sợi lanh CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1 Hiểu biết chung vật liệu polyme compozit (PC) I.1.1 Lịch sử phát triển vật liệu PC Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 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, nứt nung gạch đồ gốm Ở Ai Cập khoảng 3000 năm trước Công nguyên người ta làm vỏ thuyền lau sậy đan tẩm bitum, bỏ qua số khái niệm kỹ thuật giống kỹ thuật làm tàu đại từ chất dẻo cốt thuỷ tinh [2] Năm 1851, Nelson Goodyear dùng oxit kẽm làm chất độn cho ebonit Năm 1920, Bakeland dùng bột gỗ độn vào nhựa bakelit John sử dụng xenlulo làm chất độn cho loại nhựa ure [13] Mặc dù hình thành từ sớm việc chế tạo vật liệu PC thực ý khoảng 60 năm trở lại Vào năm 1930, Slayter Thomas cấp sáng chế cho việc chế tạo sợi thuỷ tinh Ellis Goster dùng gia cường cho polyeste không no Polyeste tăng cường sợi thủy tinh sử dụng ngành hàng không năm 1938 Năm 1944 sản xuất hàng nghìn chi tiết chất dẻo compozit cho máy bay tàu chiến phục vụ đại chiến giới lần thứ II Năm 1950, chất lượng vật liệu compozit nâng cao nhiều nhờ đời nhựa epoxy hàng loạt loại sợi tăng cường sợi cacbon, sợi polyeste, nylon, aramit (Kevlar), sợi silic… Từ năm 1970 đến 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 tơ, làm vật liệu xây dựng ngành kỹ thuật cao hàng không, vũ trụ… [17] Mặc dù vậy, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng, cải thiện tính chất lý, tính chất nhiệt, điện…, mở rộng lĩnh vực ứng dụng vật liệu đặt Trong thời gian tới vật liệu PC phát triển theo xu hướng sau: Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 - Thay thép:sự thay thép vật liệu PC có liên quan đến tính chất đặc biệt chất vật lý chúng Nhờ tính chất ưu việt, vật liệu PC cho phép đạt độ bền nén lớn nhiều so với thép - Chuyển vật liệu sang dạng sợi để tăng độ bền: kết nghiên cứu nhiều năm chứng tỏ chuyển vật liệu dạng khối sang dạng sợi độ bền chúng tăng lên.Trong sợi mảnh, độ bền đạt tới giá trị gần với lý thuyết cấu trúc khơng quan sát thấy khuyết tật - Đa dạng hoá polyme chất tăng cường: năm gần giới, với loại nhựa nhiệt rắn sử dụng rộng rãi epoxy, polyeste không no, phenol-fomandehyt … người ta sử dụng có hiệu loại nhựa nhiệt dẻo polyolefin, polyamit, polycacbonat - Phối hợp vật liệu polyme, kim loại gốm [2] I.1.2 Đặc điểm chung phân loại vật liệu PC I.1.2.1 Đặc điểm chung Vật liệu compozit nói chung loại vật liệu đồng thể tích lớn nhận cách hợp thể tích nhỏ vật liệu khác chất [3] Vật liệu PC hệ thống hai hay nhiều pha, khác chất hố học, gần khơng tan lẫn nhau, phân cách ranh giới pha, pha liên tục hay polyme, pha phân tán phụ gia tăng cường Ngồi ra, cịn có số hợp chất khác chất tạo màu, chất tăng cường đặc biệt [3,4,5]… Việc đưa chất gia cường vào polyme đưa lại cho vật liệu PC nhiều ưu điểm so với vật liệu truyền thống như: độ bền riêng cao, modun đàn hồi riêng cao, tỷ trọng thấp, tính chất ổn định nhiều mơi trường hố chất, chịu mài mịn tốt… Vật liệu PC có đặc điểm sau[3,4]: Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 - Là vật liệu nhiều pha thực tế phổ biến vật liệu hai pha Pha gián đoạn cốt bao bọc pha liên tục polyme Các pha tương tác với qua bề mặt phân chia pha - Đối với vật liệu PC cốt sợi, vật liệu có tính dị hướng Đây đặc điểm bật vật liệu PC Vì với phương pháp chế tạo khác đưa lại vật liệu có tính chất lý khác - Trong vật liệu PC tỷ lệ, hình dáng, kích thước phân bố cốt tuân theo quy định thiết kế trước Nói cách khác, với lựa chọn thích hợp chất tăng cường nhựa nền, tính chất vật liệu PC tính tốn trước - Tính chất vật liệu PC kết hợp tính chất pha thành phần Tuy vậy, tính chất khơng phải đơn tính chất pha thành phần mà lựa chọn phát huy tính chất tốt tạo tính chất đặc trưng mà pha thành phần khơng có - Vật liệu PC cho phép chế tạo kết cấu, sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật mong muốn Tuỳ theo đòi hỏi độ bền, độ cứng, nhiệt độ làm việc, điều kiện khai thác sử dụng,… mà lựa chọn vật liệu thành phần, kết cấu, tỷ lệ,… công nghệ sản xuất phù hợp I.1.2.2 Phân loại Để phân loại vật liệu PC người ta dựa vào đặc điểm đặc trưng Vật liệu PC phân loại theo cách sau: - Theo chất vật liệu nền: + Nền kim loại + Nền polyme + Nền gốm thuỷ tinh + Nền cacbon/graphit Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 - Theo đặc điểm hình học cốt đặc điểm cấu trúc, phương pháp phân loại phổ biến Theo phương pháp vật liệu PC chia thành ba nhóm: + PC cốt hạt: Các phần tử chất độn khơng có kích thước ưu tiên phân tán vào cấu trúc mạng polyme Vật liệu PC cốt hạt thường có tính đẳng hướng Cốt hạt gồm hạt thô hạt mịn + PC cốt sợi: Cốt sợi có tỷ lệ chiều dài đường kính lớn Vật liệu PC cốt sợi thường có tính chất dị hướng Cốt sợi gồm sợi ngắn, sợi trung bình, sợi dài + PC cấu trúc: Khái niệm dùng để bán thành phẩm thơng dụng dạng lớp dạng tổ ong, cấu thành từ vật liệu đồng nhất, phối hợp với compozit khác Vật liệu PC cấu trúc có tính chất kết hợp ngun liệu thành phần - Ngồi cịn phân loại theo phạm vi ứng dụng theo phương pháp gia cơng I.1.3 Các thành phần vật liệu PC I.1.3.1 Cốt cho vật liệu PC Trong vật liệu PC cốt thành phần có tác dụng chịu ứng suất tập trung tính cao nhựa Do thành phần cốt phải thoả mãn địi hỏi khai thác cơng nghệ:[6] Địi hỏi khai thác đòi hỏi yêu cầu độ bền, độ cứng, khối lượng riêng, độ bền khoảng nhiệt độ đó, bền ăn mịn mơi trường axit, kiềm… Cịn địi hỏi cơng nghệ địi hỏi khả cơng nghệ để sản xuất thành phần cốt vật liệu compozit sở cốt Đặc trưng mức độ ảnh hưởng chất độn lên tính chất vật liệu phụ thuộc vào chất, cấu trúc ban đầu, hình thái hình học phân bố, diện Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 tích bề mặt riêng chất gia cường vật liệu, tương tác độ bền liên kết chất gia cường Chất gia cường định khả gia cơng vật liệu, ngồi cịn ảnh hưởng đến tính chất hố, điện, giá thành vật liệu Chất gia cường đánh giá đặc điểm sau: - Khả tăng cường độ bền học - Độ bền nhiệt - Độ bền hố chất, mơi trường - Khả thấm ướt bề mặt nhựa - Thuận lợi cho q trình gia cơng - Nhẹ, giá thành hạ, sẵn có Tuỳ theo yêu cầu loại sản phẩm mà lựa chọn chất gia cường thích hợp nhất, bảo đảm yêu cầu kỹ thuật hiệu kinh tế Chất gia cường làm thay đổi đặc trưng vật liệu gọi chất gia cường hoạt tính, chất gia cường khơng làm thay đổi đặc trưng vật liệu gọi chất gia cường trơ Tuy nhiên, chất gia cường hoạt tính hay khơng hoạt tính phụ thuộc nhiều vào chất nhựa Các chất gia cường trơ chủ yếu nhằm mục đích giảm giá thành vật liệu, số trường hợp cải thiện khả gia cơng Dựa hình thái hình học, chất gia cường chia thành nhiều loại, chủ yếu chất gia cường dạng bột dạng sợi Chất gia cường dạng bột loại phụ gia phân tán đồng tồn thể tích vật liệu Vật liệu sở chất gia cường dạng bột có tính chất đẳng hướng Ngồi ra, cịn có số loại chất gia cường bột khác chất tạo màu, chất chống tác dụng tia cực tím, chống lão hố… Các hợp chất thường có tỷ lệ nhỏ, dạng bột mịn đưa vào thành phần nhựa [5] Các chất gia cường dạng bột thường gặp bột gỗ, bột talc, bột CaCO3 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Vật liệu gia cường cốt dạng sợi có tính dị hướng Độ bền theo phương song song với phương xếp cốt có độ bền cao phương khác Sợi gia cường thường xử lý bề mặt trước sử dụng nhằm tăng cường khả liên kết cốt nhựa Phương pháp xử lý bề mặt phổ biến dùng chất liên kết đóng vai trị chất trung gian liên kết cốt Nói chung chất liên kết phải có khả phản ứng với nhựa q trình đóng rắn phản ứng với nhóm chức hoạt động bề mặt cốt Xu hướng vật liệu PC chuyển sang sử dụng chất gia cường dạng sợi Trong sợi mảnh, độ bền gần đạt tới giá trị lý thuyết cấu trúc khơng quan sát thấy khuyết tật Sợi sử dụng làm cốt gia cường vật liệu PC dạng sợi liên tục, sợi cacbon, sợi aramit hay sợi Kevlar, sợi Bo, sợi có nguồn gốc thực vật… I.1.3.2 Nền cho vật liệu PC [3,4,5,6,14] Vật liệu giữ vai trò quan trọng việc chế tạo vật liệu compozit Trong vật liệu PC polyme đóng vai trị chủ yếu sau: - Liên kết toàn phần tử cốt thành khối thống - Tạo khả gia công vật liệu PC thành chi tiết theo thiết kế - Che phủ, bảo vệ cốt tránh phá huỷ học hố học, trì tính tồn vẹn hình dạng thành phần - Truyền ứng suất tập trung lên chất độn thường có tính cao hơn, nhờ làm giảm độ nhạy cảm với tải cục tập trung ứng suất Như hệ số an toàn sử dụng vật liệu PC nói chung cao vật liệu truyền thống - Nền ảnh hưởng lớn tới đặc tính sử dụng vật liệu PC : nhiệt độ làm việc, độ bền mỏi, khối lượng riêng, độ bền riêng, khả chống lại tác dụng môi trường ngoài… Nhựa lựa chọn cho vật liệu PC phải thoả mãn yêu cầu nhiều mâu thuẫn với Do đó, việc chế tạo lựa chọn loại nhựa tối ưu phải dung hồ thơng số độ bền, độ mềm dẻo, khả gia cơng tính chất khác Nhựa lựa chọn sở sau: Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 - Yêu cầu sản phẩm, chủ yếu đặc tính lý độ bền nhiệt, độ bền hố, khả làm chậm cháy, đặc tính điện yếu tố quan trọng - Phương pháp gia công - Giá thành… Đối với compozit polyme, vật liệu thường sử dụng nhựa nhiệt rắn nhựa nhiệt dẻo Vật liệu nhiệt rắn có độ nhớt thấp, dễ hồ tan đóng rắn lại nung nóng (có khơng có chất xúc tác) sau đóng rắn tạo thành cấu trúc mạng lưới khơng thuận nghịch (khơng hồ tan khơng nóng chảy tiếp nữa) Nhựa nhiệt rắn thường sử dụng nhựa phenol-fomandehyt, polyeste không no, epoxy,vinyleste, ure-fomandehyt, melamin-fomandehyt,… Vật liệu nhựa nhiệt dẻo polyme mạch thẳng, nung nóng chảy dẻo ra, sau làm nguội cứng lại chúng có trạng thái thuận nghịch Nhựa nhiệt dẻo hay sử dụng PP, PE,… I.1.3.3 Liên kết cốt PC Độ bền liên kết nhựa chất tăng cường có ảnh hưởng đến hiệu truyền ứng lực qua vùng phân chia pha Sự tương tác pha ảnh hưởng đến độ bền liên kết cấu tử vật liệu compozit, ảnh hưởng đến tính chất đặc trưng vật liệu Vì vậy, điều khiển trình khâu quan trọng việc hình thành tính chất vật liệu Trong nhiều năm gần đây, hoá học vùng phân chia pha, tầm quan trọng hiệu ứng tách lớp pha đứt gãy vật liệu compozit thảo luận nhiều Tuy nhiên, nhiều vấn đề tượng biên giai đoạn nghiên cứu có nhiều ý kiến khác vấn đề Cho đến gần đây, hướng giải đề nghị nhiều sử dụng sợi hai lớp hay phủ lên chất tăng cường lớp đệm mềm dẻo Thông thường chất gia cường dạng bột sợi xử lý bề mặt trước sử Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 dụng Phổ biến xử lý chất liên kết lên bề mặt chất gia cường để tạo nên lớp chuyển tiếp chúng polyme Mặc dù vấn đề nhiều tranh luận nhiều nhà nghiên cứu cho chất liên kết chất chứa loại nhóm chức có khả phản ứng với polyme q trình đóng rắn chứa loại nhóm chức khác có khả phản ứng với nhóm hoạt động bề mặt chất gia cường, ví dụ nhóm OH bề mặt thuỷ tinh.[2] I.1.4 Tính chất ứng dụng vật liệu PC I.1.4.1 Tính chất Tính chất chung vật liệu PC chọn lọc phát huy tính chất pha thành phần Tính chất cấu tử polyme vật liệu PC phụ thuộc vào khoảng thời gian, tốc độ tần số biến dạng hay tải trọng tác dụng lên Tính đàn nhớt polyme tạo nên đặc tính compozit tính rão, hồi phục ứng suất tiêu tán lượng dẫn tới sinh nhiệt bên vật liệu Đối với vật liệu PC cần quan tâm số tính chất sau: modun xé rách hệ số Poisson đặc trưng cho khả chịu biến dạng vật liệu Độ bền kéo, nén cho biết khả chịu tải vật liệu Hệ số dãn nở nhiệt đặc trưng cho thay đổi kích thước tác dụng nhiệt độ tải trọng Ngồi u cầu tính chất lý cịn cần phải biết thông số như: độ dẫn nhiệt, điện, độ thấm chất lỏng khí, hệ số khuyếch tán… Tính chất bật polyme compozit so với vật liệu khác nói chung nhẹ, bền, chịu mơi trường, dễ lắp ráp, có tính đẳng hướng hay không đẳng hướng phụ thuộc vào thiết kế ban đầu Tuy nhiên, tính chịu nhiệt điểm yếu so với kim loại gốm Tính chất lý vật liệu PC phụ thuộc định yếu tố sau: - Tính chất lý sợi tăng cường - Sự thay đổi hàm lượng sợi-nhựa, hình học cốt sợi 10 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Hình Hàm lượng phần gel tổ hợp epoxy – novolac đóng rắn 1200C theo thời gian Từ kết nghiên cứu chọn điều kiện gia công mẫu 1200C với hàm lượng xúc tác DMP-30 1% khoảng 30 phút III.6.Nghiên cứu tìm điều kiện gia cơng prepregs * Lựa chọn nồng độ dung dịch: 36 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Sử dụng hỗn hợp dung mơi axeton/n-butanol = 50/50 PTT để hồ tan hệ nhựa epoxy – novolac với nồng độ khác nhau: 35%; 40%; 45%; 50%; 55% Sau đem tẩm lên vải lanh nhận thấy nồng độ 40% thực trình tẩm thuận lợi * Nhiệt độ thời gian bay dung môi: Đã xác định thời gian bay dung môi nhiệt độ 300C, 400C 450C Kết trình bày bảng Bảng Sự phụ thuộc thời gian bay dung môi vào nhiệt độ Nhiệt độ Thời gian bay dung môi, phút 30 C 400C 450C Hệ nhựa Epoxy-novolac axeton/n-butanol 180  185 150  155 110 120 nồng độ 40% Từ bảng thấy thời gian bay dung môi giảm nhiệt độ tăng lên chọn nhiệt độ 450C cho trình làm bay dung mơi III.7.Tổng hợp nhựa epoxy - cacdanol Q trình tổng hợp nhựa epoxy – cacdanol thực khối, khơng có mặt xúc tác Từ kết nhận nghiên cứu trước, rút điều kiện tối ưu để tiến hành phản ứng là: - Tỷ lệ cấu tử ban đầu: epoxy DER331/cacdanol = 1/1,4 (đương lượng) - Nhiệt độ phản ứng: 1400C - Thời gian phản ứng: 240 phút Nhựa epoxy – cacdanol tổng hợp (gọi nhựa EC) đem xác định hàm lượng nhóm epoxy theo phương pháp nêu phần Kết là, hàm lượng nhóm epoxy nhựa EC 7,24% Để khảo sát ảnh hưởng lượng cacdanol đưa vào tổ hợp nhựa epoxy DER331 – EC đến khả đóng rắn tính chất lý tổ hợp nhựa 37 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 nghiên cứu trước đưa tỷ lệ cacdanol tối ưu 15% Kết sử dụng đồ án nghiên cứu Khi đó, hàm lượng nhóm epoxy tổ hợp nhựa có 15% cacdanol (gọi nhựa E-EC) xác định theo công thức sau: Ehh = xECEEC + xepEep (%) Trong đó: xEC: Tỷ lệ nhựa EC ứng với 100g hỗn hợp nhựa E-EC EEC: Hàm lượng nhóm epoxy nhựa EC (EEC = 7,24) xep: Tỷ lệ nhựa epoxy ứng với 100g hỗn hợp nhựa E-EC Eep: Hàm lượng nhóm epoxy nhựa epoxy DER331 (Eep=23) Theo cơng thức tính Ehh = 16,43 % III.8.Tính chất lý vật liệu PC gia cường sợi lanh Trong đồ án này, sợi lanh sử dụng làm sợi gia cường cịn sử dụng lụa thuỷ tinh sợi lanh có lai tạo với sợi tằm (lanh tằm) III.8.1.Nhựa epoxy – cacdanol Trên sở kết nghiên cứu phần trên, tiến hành gia công vật liệu polyme compozit với loại gia cường vải lanh, lụa thuỷ tinh, vải lanh – lụa thuỷ tinh (xen kẽ), vải lanh tằm Với điều kiện gia công: - Chất đóng rắn NPV-99 tính dựa vào hàm lượng nhóm epoxy hỗn hợp nhựa E-EC - Gia cơng mẫu thực theo phương pháp lăn ép tay - Q trình đóng rắn thực nhiệt độ phòng để ổn định ngày Kết xác định tính chất lý vật liệu PC trình bày bảng 7: 38 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Bảng Một số tính chất lý vật liệu PC với nhựa epoxy – cacdanol Hệ sợi gia Khối lượng Độ bền kéo, Độ bền uốn, Độ bền va cường Vải lanh riêng, g/cm3 1,28 MPa 50,2 MPa 107,5 đập, kJ/m2 8,9 Lụa thuỷ tinh 1,47 238,5 287,1 50,7 Vải lanh – lụa 1,42 114,3 185,4 26,2 thuỷ tinh Vải lanh tằm 1,29 54,2 113,8 6,9 Từ kết bảng cho thấy, vật liệu PC gia cường vải lanh có khối lượng riêng thấp độ bền uốn cao Ngoài ra, lai tạo vải lanh với lụa thuỷ tinh theo cấu trúc xen kẽ độ bền kéo, uốn, va đập cao Ngoài ra, liên kết nhựa epoxy – cacdanol sợi gia cường (vải lanh) vật liệu PC tốt Điều thể rõ chụp SEM bề mặt phá huỷ vật liệu 39 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Hình Bề mặt phá huỷ vật liệu PC sở nhựa epoxy - cacdanol gia cường vải lanh III.8.2.Với nhựa epoxy – novolac * Gia công prepregs: Từ kết nghiên cứu rút điều kiện gia công prepregs là: - Hoà tan nhựa epoxy – novolac = 40/60 PKL hỗn hợp dung môi axeton/n-butanol = 50/50 PTT với nồng độ 40% Bổ sung xúc tác DMP-30 với hàm lượng 1% so với trọng lượng nhựa epoxy – novolac - Tẩm nhựa lên vải theo phương pháp dung môi - Cắt prepregs theo hình dáng khn gia công vật liệu * Chế độ gia công vật liệu PC epoxy – novolac: 900C 1200C 30 phút Áp suất ép: 150 KG/cm2 Kết xác định tính chất lý vật liệu PC trình bày bảng 8: 40 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Bảng Một số tính chất lý vật liệu với nhựa epoxy novolac Hệ sợi gia Khối cường Vải lanh Lụa lượng Độ bền kéo, Độ riêng, g/cm3 1,25 MPa 27,9 bền Độ bền va uốn, MPa 48,7 đập, kJ/m2 23,8 thuỷ 1,69 159,3 295,2 8,5 tinh Vải lanh-lụa 1,47 107,7 162,8 10,5 thuỷ tinh Vải lanh 1,35 39,0 44,2 34,5 tằm Qua bảng thấy vật liệu PC gia cường vải lanh có khối lượng riêng thấp độ bền va đập cao Ngoài ra, lai tạo vải lanh với lụa thuỷ tinh tính chất độ bền kéo, độ bền uốn nâng cao đáng kể Dưới hình ảnh chụp SEM bề mặt phá huỷ vật liệu PC gia cường vải lanh sở nhựa epoxy – novolac: 41 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Hình Bề mặt phá huỷ vật liệu PC sở nhựa epoxy – novolac gia cường vải lanh 42 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 KẾT LUẬN Đã tổng hợp nhựa epoxy – cacdanol, nhựa novolac tiến hành xác định số tính chất nhựa tổng hợp hàm lượng nhóm epoxy, hàm lượng phenol tự do, nhiệt độ chảy mềm, khối lượng riêng Lựa chọn tỷ lệ phối trộn thích hợp nhựa epoxy DER331 với nhựa novolac epoxy/novolac = 40/60 PKL, đồng thời tìm hệ dung môi axeton/ n-butanol = 50/50 PTT hệ dung mơi thích hợp cho gia cơng prepregs từ nhựa epoxy – novolac (có 1% hàm lượng xúc tác DMP-30) với cốt sợi tăng cường khác Lựa chọn tỷ lệ phối trộn nhựa epoxy DER331 với nhựa epoxy – cacdanol epoxy/cacdanol = 100/15 PKL Đã xác định chế độ gia công hợp lý vật liệu PC sở nhựa epoxy – novolac: 900C 1200C 30 phút Áp suất ép 150 KG/cm2 Đã xác định số tính chất lý vật liệu PC gia cường vải lanh: - Với nhựa epoxy – cacdanol: Độ bền kéo đứt: 50,2 MPa Độ bền uốn: 107,5 MPa Độ bền va đập: 8,9 kJ/m2 Khối lượng riêng: 1,28 kg/cm3 - Với nhựa epoxy – novolac: Độ bền kéo đứt: 27,9 MPa Độ bền uốn: 48,7 MPa Độ bền va đập: 23,8 kJ/m2 Khối lượng riêng: 1,25 kg/cm3 43 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Ngoài ra, xác định tính chất vật liệu PC gia cường lụa thuỷ tinh, lai tạo vải lanh – lụa thuỷ tinh theo cấu trúc xen kẽ vải lanh tằm 44 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 MỤC LỤC MỞ ĐẦU…………………………… ………………………………………….1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1 Hiểu biết chung vật liệu polyme triển compozit (PC) vật liệu ………………………….3 I.1.1 Lịch sử phát PC………………………………………….3 I.1.2 Đặc điểm phân loại vật liệu PC………………………………………… I.1.2.1 Đặc điểm chung………………………………………………………….4 I.1.2.2 Phân loại…………………………………………………………………5 I.1.3 Các thành phần vật liệu PC……………………………….…….6 I.1.3.1 Cốt cho vật liệu PC……………………………………………………… I.1.3.2 Nền cho vật liệu PC…………………………………………………… I.1.3.3 Liên kết cốt vật liệu PC…………………………….… I.1.4 Tính chất ứng dụng vật liệu PC………………………………… 10 I.1.4.1 Tính chất……………………………………………………………… 10 I.1.4.2 Ứng dụng……………………………………………………………….11 I.2 Vật liệu PC gia cường sợi tự nhiên………………………………… 12 I.2.1 Giới thiệu chung…………………………………………………… … 12 I.2.2 Sợi tự nhiên sử dụng vật liệu PC………………………………… 12 I.2.2.1 Phân loại sợi tự nhiên………………………………………………… 12 I.2.2.2 Đặc điểm sợi tự nhiên…………………………………………… 13 45 Đồ án tốt nghiệp I.2.3 Nền cho vật liệu PC gia Bùi Thị Oanh Polyme- K44 sợi tự cường nhiên……………………… 14 I.3 Vật liệu PC từ nhựa epoxy-cacdanol epoxy-novolac gia cường sợi lanh………………………………………………………………………….15 I.3.1 Sợi lanh gia cường cho vật liệu PC……………………………………….15 I.3.1.1 Giới thiệu sợi lanh……….…………………………………… …….15 I.3.1.2 Thành phần hoá học cấu trúc sợi lanh… ……………………….17 I.3.2 Nhựa epoxy-cacdanol……………………………………………….……19 I.3.2.1 Tổng hợp……………………………………………………………….19 I.3.2.2 Tính chất ứng dụng………………………………………………….22 I.3.3 Nhựa epoxy- novolac…………………………………………………… 22 I.4 Các phương pháp gia công vật liệu PC từ epoxy-cacdanol, epoxy-novolac với sợi lanh……………………………………………… …………………………24 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II.1.Các phương pháp phân tích nguyên liệu đầu sản phẩm………………… 26 II.1.1.Phương pháp phân tích hàm lượng phenol……………………………….26 II.1.2.Phương pháp phân tích hàm lượng fomandehyt………………………….26 II.1.3.Phương pháp phân tích hàm lượng nhóm epoxy………………………… 27 46 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 II.1.4.Phương pháp xác định hàm lượng phenol tự nhựa novolac…….28 II.1.5.Phương pháp xác định hàm lượng phần gel…………………………… 29 II.2.Các phương pháp phân tích tính chất lý vật liệu…………………… 30 II.2.1.Phương pháp xác định độ bền uốn……………………………………….30 II.2.2.Phương pháp xác định độ bền kéo……………………………………….30 II.2.3.Phương pháp xác định độ bền va đập…………………………………….31 II.2.4.Phương pháp xác định khối lượng riêng ……………………………… 31 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1.Nguyên liệu đầu………………………………………………………… 32 III.2.Tổng hợp nhựa novolac…………………………………………………… 32 III.3.Lựa chọn tỷ lệ phối trộn nhựa epoxy DER331 với nhựa novolac…… 33 III.4.Lựa chọn dung mơi hồ tan nhựa epoxy – novolac……………………….33 III.5.Nghiên cứu tìm nhiệt độ hàm lượng xúc tác để đóng rắn nhựa epoxy – novolac………………………………………………………………………….3 III.6 Tìm điều kiện gia công prepregs…………………………………………35 III.7 Tổng hợp nhựa epoxy – cacdanol……………………………………… 36 III.8 Tính chất lý vật liệu PC gia cường sợi lanh………………… 37 III.8.1.Với nhựa epoxy – cacdanol………………………………………… 37 III.8.2.Với nhựa epoxy – novolac………………………………………….39 KẾT LUẬN………………………………………………………….42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Vĩnh Diệu, Lê Thị Phái, Phan Minh Ngọc, Lê Phương Thảo, Lê Hồng Quang “Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC sở nhựa polypropylen gia cường bắng sợi đay” Tạp chí hố học, T.40, 2002, tr Trần Vĩnh Diệu, Lê Thị Phái Vật liệu compozit Các vấn đề khoa học, hướng phát triển ứng dụng Trung tâm KHKT CNQG Trung tâm thông tin tư liệu 1998 Trần Vĩnh Diệu, Lê Thị Phái “Hướng phát triển vật liệu PC” Báo cáo khoa học- Hội nghị khoa học vật liệu Việt Nam-1994 Vật liệu học Chủ biên Lê Công Dưỡng Nhà xuất KHKT, 1997 Trần Ích Thịnh Vật liệu compozit- Cơ học tính tốn kết cấu Nhà xuất giáo dục, 1994 Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức Vật liệu compozit- Cơ học cơng nghệ Nhà xuất KHKT, 2002 V.M.Nhikitin Hoá học gỗ xenlulo 48 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1964 Đặng Văn Luyến, Nguyễn Thị Hồng Quế, Nguyễn Quốc Trung “Sử dụng lignin để sản xuất chất dẻo” Tạp chí hoá học, T.1, No4, 1963, tr 37-40 Bạch Trọng Phúc “Tổng hợp chất đóng rắn cho nhựa epoxy sử dụng lĩnh vực sơn chống ăn mòn, keo dán kết cấu compozit” Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1996, tr 8-15, 37-38 10 Nguyễn Thị Hồng Anh “Nghiên cứu nâng cao độ bền lý vật liệu Polyme Compozit sở nhựa epoxy vải thuỷ tinh” Tiểu luận khoa học – Thạc sĩ Hoá học, 1993 11 A.K.Bledzki, J.Gassan Progress in Polyme Science “Compozit Reinforced with Cenllulose Based Fibres” Vol.24, 1999, p 221-274 12 C.Baley Composites, part A “Analysis of the Flax Tensile Behaviour and Analysis of the Tensile Stiffness Increase” Vol.33, 2002, p 939-948 13 Reymond B Seymour Polymer Composites Utrecht, The Netherlands, 1990, p 1-9, 43-59 14 Composite Engineering Laminates Edited by Albert G.H Dietz The MIT Press 1972, p 114-118 15 Composite Material, Vol.3 Engineering Application of Composite 49 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Academic Press New York and London 1974 16 Composite Materials Ullmann’s Encyclopedia of Industrials Chemistry, Vol.A7, 1986, p 369-409 Federal Republic of Germany 17 John Wiley and Sons Advances in Polymer Technology Vol 18, N0.4, p 351- 363, 1999 50 ... I.3 .Vật liệu PC từ nhựa epoxy - novolac, epoxy - cacdanol gia cường sợi lanh I.3.1 .Sợi lanh gia cường cho vật liệu PC [11,12] I.3.1.1.Giới thiệu sợi lanh Sợi lanh cấu tạo từ 1040 sợi nhỏ tạo thành... lý vật liệu PC gia cường sợi lanh Trong đồ án này, sợi lanh sử dụng làm sợi gia cường cịn sử dụng lụa thuỷ tinh sợi lanh có lai tạo với sợi tằm (lanh tằm) III.8.1 .Nhựa epoxy – cacdanol Trên sở. .. tan, điều kiện gia cơng prepregs, điều kiện gia công vật liệu - Chế tạo mẫu xác định tính chất lý vật liệu polyme copozit sở nhựa epoxy – novolac, epoxy – cacdanol gia cường sợi lanh CHƯƠNG I: