Nghiên cứu chế tạo vật liệu SMC trên cơ sở nhựa polyeste không no gia cường vải cacbon

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU POLYME VÀ COMPOZIT ======***====== ĐỒ ÁN KỸ SƯ Đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu SMC sở nhựa polyeste không no gia cường vải cacbon Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Thanh Liêm Sinh viên thực MSSV Khóa : : : HÀ NỘI-2019 K59 Đồ án kỹ sư MỤC LỤC MỞ ĐẦU .3 PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu Composite 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Lịch sử hình thành phát triển 1.1.3 Ưu điểm .4 1.2 PHÂN LOẠI COMPOSITE .5 1.2.1 Phân loại theo hình dạng 1.2.2 Phân loại theo chất, thành phần 1.3 Tính chất chung ứng dụng vật liệu compozit 1.4 Vật liệu composite sở polyeste không no gia cường sợi cacbon 1.4.1 Polyme : polyeste không no 1.4.2 Sợi cacbon gia cường : .16 1.5 Chế tạo vật liệu composite .18 1.5.1 Cơ chế gia cường vật liệu composite 18 1.5.2 Công nghệ chế tạo vật liệu composite .20 PHẦN : THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP 21 2.1 Tổng hợp polyeste không no 21 2.1.1 Nguyên liệu 21 2.1.2 Phương pháp tổng hợp .22 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến vật liệu Composite .23 Trang Đồ án kỹ sư 2.2.1 Ảnh hưởng tỉ lệ sợi/vật liệu dạng vải khác 23 2.2.2 Ảnh hưởng loại vải .23 2.2.3 Ảnh hưởng cách xếp vải .23 2.2.4 Ảnh hưởng phân bố vải thô 24 2.3 Tính tốn số liệu 24 2.3.1 Chỉ số axit 24 2.3.2 Xác định độ nhớt nhựa .25 2.3.3 Xác định hàm lượng gel 25 2.3.4 Độ bền kéo .26 2.3.5 Độ bền va đập 26 PHẦN : ỨNG DỤNG VẬT LIỆU POLYME COMPOSITE 27 3.1 Chế tạo tàu thuyền 27 3.2 Chế tạo số sản phẩm gia dụng 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 Trang Đồ án kỹ sư MỞ ĐẦU Vật liệu polyme compozit đuợc sử dụng để chế tạo sản phẩm từ đơn giản thùng chứa nước, lợp…đến sản phẩm chi tiết kết cấu phức tạp chịu tải trọng lớn có yêu cầu đặc biệt chi tiết thân máy bay, tàu vũ trụ… Những công trình nghiên cứu vật liệu ngày ứng dụng rộng rãi mặt đời sống kinh tế xã hội Điển hình đời phát triển vật liệu – vật liệu polyme compozit Vật liệu polyme composite có tính chất ưu việt nhẹ, bền, dễ gia cơng, có nhiều tính chất lý hóa học trội, giá chấp nhận nên dần thay vật liệu truyền thống sắt, thép, gỗ,… Trang Đồ án kỹ sư PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu Compozit 1.1.1 Khái niệm Vật liệu Compozit vật liệu chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhằm mục đích tạo vật liệu có tính ưu việt hẳn vật liệu ban đầu Vật liệu Compozit cấu tạo từ thành phần cốt nhằm đảm bảo cho Composite có đặc tính học cần thiết vật liệu đảm bảo cho thành phần Compozit liên kết, làm việc hài hoà với 1.1.2 Lịch sử hình thành phát triển Vật liệu Compozit xuất từ lâu sống, khoảng 5.000 năm trước Công nguyên người cổ đại biết vận dụng vật liệu composite vào sống ( ví dụ: sử dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo dãn nở trình nung đồ gốm) Người Ai Cập biết vận dụng vật liệu Compozit từ khoảng 3.000 năm trước Công nguyên, sản phẩm điển hình vỏ thuyền làm lau, sậy tẩm pitum sau thuyền đan tre chát mùn cưa nhựa thông hay vách tường đan tre chát bùn với rơm, sản phẩm Compozit áp dụng rộng rãi đời sống xã hội Sự phát triển vật liệu compozit khẳng định mang tính đột biến vào năm 1930 mà stayer Thomat nghiên cứu, ứng dụng thành công sợi thuỷ tinh; Fillis Foster dùng gia cường cho Polyeste không no giải pháp áp dụng rộng rãi ngành công nghiệp chế tạo máy bay, tàu chiến phục vụ cho đại chiến giới lần thức hai Năm 1950 bước đột phá quan trọng ngành vật liệu Compozit xuất nhựa Epoxy sợi gia cường Polyeste, nylon,… Từ năm 1970 Trang Đồ án kỹ sư đến vật liệu compozit chất dẻo đưa vào sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp dân dụng, y tế, thể thao, quân vv… 1.1.3 Ưu điểm Tính ưu việt vật liệu Compozit khả chế tạo từ vật liệu thành kết cấu sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật khác mà ta mong muốn, thành phần cốt Compozit có độ cứng, độ bền học cao, vật liệu đảm bảo cho thành phần liên kết hài hoà tạo nên kết cấu có khả chịu nhiệt chịu ăn mòn vật liệu điều kiện khắc nghiệt mơi trường Một ứng dụng có hiệu Compozit polyme, vật liệu có nhiều tính ưu việt có khả áp dụng rộng rãi, tính chất bật nhẹ, độ bền cao, chịu mơi trường, rễ lắp đặt, có độ bền riêng đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với mơi trường ăn mịn hố học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp Khi chế tạo nhiệt độ áp suất định dễ triển khả thủ pháp cơng nghệ, thuận lợi cho q trình sản xuất 1.2 PHÂN LOẠI COMPOZIT Vật liệu compozit phân loại theo hình dạng theo chất vật liệu thành phần 1.2.1 Phân loại theo hình dạng a Vật liệu compozit độn dạng sợi: Khi vật liệu tăng cường có dạng sợi, ta gọi composite độn dạng sợi, chất độn dạng sợi gia cường tăng lý tính cho polyme Trang Đồ án kỹ sư b Vật liệu compozit độn dạng hạt : Khi vật liệu tăng cường có dạng hạt, tiểu phân hạt độn phân tán vào polyme Hạt khác sợi chỗ khơng có kích thước ưu tiên 1.2.2 Phân loại theo chất, thành phần • Compozit hữu (nhựa, hạt) với vật liệu cốt có dạng : sợi hữu (polyamide, kevlar…), Sợi khống (thủy tinh, carbon…), sợi kim loại (Bo, nhơm…) • Composite kim loại: kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al,…) với độn dạng hạt: sợi ki loại (Bo), sợi khống (Si, C)… • Compozit khống (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim loại (chất gốm), hạt gốm (cacbua, Nitơ)… 1.3 Tính chất chung ứng dụng vật liệu compozit Tính u việt vật liệu compozit khả chế tạo từ vật liệu thành kết cấu sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật khác mà ta mong muốn, thành phần cốt vật liệu compozit có độ cứng, độ bền học cao, vật liệu đảm bảo cho thành phần liên kết hài hồ tạo nên kết cấu có khả chịu nhiệt chịu ăn mòn vật liệu điều kiện khắc nghiệt môi trường Một ứng dụng có hiệu compozit polyme, vật liệu có nhiều đặc tinh u việt có khả áp dụng rộng rãi, tính chất bật nhẹ, độ bền cao, chịu mơi trường, rễ lắp đặt, có độ bền riêng đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với mơi trường ăn mịn hố học,… Khi chế tạo nhiệt độ áp suất định dễ triển khai thủ pháp công nghệ, thuận lợi cho trình sản xuất Những năm gần đây, nhờ nghiên cứu thành công đưa vào ứng dụng hệ nhựa mới, vật liệu gia cường mới, phương pháp gia công mà phạm vi ứng dụng sản lượng tiêu thụ loại vật liệu khơng ngừng tăng lên Ngồi lĩnh vực ứng dụng truyền thống, Trang Đồ án kỹ sư vật liệu polyme compozit nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực vật liệu y sinh, vật liệu nano, pin mặt trời 1.4 Vật liệu composite sở polyeste không no gia cường sợi cacbon Vật liệu composite sở nhựa nhiệt rắn cho tính chất lý hóa hẳn họ nhựa nhiệt dẻo, đồng thời q trình gia cơng, chế tạo đơn giản hơn, chi phí đầu tư thấp Do nhựa nhiệt rắn thường dử dụng nhiều Chất độn dạng sợi sử dụng nhiều dạng hạt tính gia cường học cao Do đề cập đến polyme nhựa nhiệt rắn, đại diện polyeste không no chất độn sợi cacbon 1.4.1 Polyme : polyeste không no Trong loại nhựa nhiệt rắn epoxy polyme thường hay sử dụng nhất, chúng có độ nhớt thấp, đóng rắn nhiệt độ phịng áp suất khí Nhựa epoxy tính lý có cao polyeste không no, giá thành cao nhều, dẫn đến tỉ số tính lý/giá thấp nhựa polyeste khơng no sử dụng hơn, thường Trang Đồ án kỹ sư sử dụng cho mục đích đặc biệt Cịn nhựa polyeste không no với tác nhân khâu mạch ngang styren, đồng thời dung mơi , có đặc điểm sau : - Để điều chỉnh độ nhớt thích hợp cho q trình gia cơng Đóng rắn nhiệt độ thường, áp suất thường, dễ dàng điều - chỉnh Dễ dàng chỉnh cấu trúc nhựa ban đầu để tạo tính chất sản - phẩm theo ý muốn Giá thành hạ Tính thấm ướt chất độn cao 1.4.1.1 Lịch sử hình thành phát triển So với sản phẩm thương mại nhựa phenol hay alkyt PEKN biết đến muộn Các cơng trình nghiên cứu PEKN thực Bradley, Kropa Johnson vào năm 1930 Tuy nhiên kết nghiên cứu gặp nhiều hạn chế thời gian khâu mạch tương đối dài Cùng khoảng thời gian Carleton Ellis tìm cách tổng hợp PEKN từ phản ứng glycol anhydrit maleic sử dụng chất peroxit cho thời gian đóng rắn nhanh Năm 1937, Ellis phát số monome không no vinyl axetat hay styren giúp giảm thời than khâu mạch giảm độ nhớt tạo điều kiện thuận lợi cho q trình gia cơng, từ phạm vi ứng dụng nhựa PEKN thực mở rộng Năm 1941, nhựa PEKN bắt đầu đưa vào thương mại hóa có ứng dựng mang tính cơng nghiệp Từ năm 1945, sau kết thúc chiến tranh giới thứ 2, PEKN ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực chế tạo tàu thuyền, xây dựng dân dụng, giao thông vận tải, thiết bị điện tử…sản lượng nhựa PEKN không ngừng tăng cao đạt đến hàng triệu năm Hiện có cơng ty lớn Trang Đồ án kỹ sư cung cấp nhựa PEKN Dainippon Ink & Chemical, Ashland and Alpha-Owens Corning, hai công ty chiếm tới 36% sản lượng PEKN khắp vùng Tây Âu Bắc Mỹ Trong công nghiệp vật liệu PC, nhựa PEKN loại nhựa phổ biến nhất, chiếm 95% sản lượng nhựa nhiệt rắn Đây loại nhựa lâu đời có giá thành tương đối rẻ Ở Việt Nam, loại nhựa ứng dụng rộng rãi 1.4.1.2 Tổng hợp nhựa PEKN a Nguyên liệu tổng hợp PEKN Nhựa PEKN sản phẩm phản ứng trùng ngưng polyaxit hay anhydrit chúng với polyol Liên kết đôi anhydrit không no tạo điều kiện cho nhựa PEKN có khả khâu mạch để tao nhựa nhiệt rắn Nhựa PEKN tạo thành dạng rắn thường sử dụng dạng dung dịch với styren (30- 40%) Styren vừa dung mơi vừa tác nhân khâu mạch Nhựa PEKN gia công nhiệt độ thường không cần áp suất ưu điểm lớn công nghiệp  Polyaxit Để tổng hợp PEKN, người ta sử dụng diaxit, thường axit/anhydryt phtalic dẫn xuất Tính chất sản phẩm nhựa PEKN thay đổi linh hoạt nhờ vào việc lựa chọn axit/anhydryt thích hợp Dưới bảng tổng hợp số loại axit/anhydryt thường sử dụng để tổng hợp nhựa PEKN tính chất đặc trưng sản phẩm nhựa tương ứng Trang Đồ án kỹ sư Sợi carbon có số lợi bao gồm độ cứng cao, độ bền kéo cao, trọng lượng thấp, kháng hóa chất cao, chịu nhiệt độ cao giãn nở nhiệt thấp Những đặc tính làm cho sợi carbon phổ biến ngành hàng không vũ trụ, kỹ thuật dân dụng, quân thể thao, với môn thể thao cạnh tranh khác Tuy nhiên, 50 năm trôi qua, sợi cacbon loại vật liệu lạ lẫm với đời sống người giá thành đắt so sánh với loại sợi tương tự, chẳng hạn sợi thủy tinh sợi nhựa Hình 1.2 Cấu trúc bên sợi cacbon Để tạo loại cacbon dùng để sản xuất sợi cacbon, cần phải tiêu hao nửa lượng nguyên liệu ban đầu dẫn đến sản phẩm cuối theo có giá gấp đơi so với ngun liệu đầu Ngồi chi phí sản xuất, khấu hao máy móc, nhân cơng góp phần vào làm cho giá thành sợi cacbon cao Chính việc “bình dân hóa” loại ngun liệu cần phải khoảng thời gian dài Trang 19 Đồ án kỹ sư Hình 1.3 Vải cacbon gia cường Tính chất sợi cacbon  Cấu trúc tinh thể, gồm lớp cacbon dạng lục diện  Có thể sản xuất từ PAN (phổ biến nhất), rayon nhựa (Pitch), loại nguyên liệu ảnh hưởng nhiều đến cấu trúc tính chất sợi cacbon  Nhẹ, khả ổn định kích thước cao, dịn  Duy trì tính chất môi trường khắc nghiệt (nhiệt độ cao, tiếp xúc với dung môi chất lỏng, môi trường ẩm ướt)  Composite polyme có độ cứng độ bền cao, nhẹ  Composite sợi cacbon/nền cacbon chịu nhiệt cao, dùng làm đĩa phanh, chi tiết lò nhiệt, ống gió, vật liệu phủ chống oxy hóa, composite nhựa (Epoxy) dùng ngành hàng không, vũ trụ  Giá thành cao Trang 20 Đồ án kỹ sư Bảng 1.5 Tính chất loại sợi cacbon 1.5 Chế tạo vật liệu composite 1.5.1 Cơ chế gia cường vật liệu composite 1.1.5.1 Lý thuyết kết dính bề mặt nhựa-sợi Vai trò chất độn dạng hạt dạng sợi điểm chịu ứng suất tập trung nhựa truyền đến có ngoại lực tác dụng Vì chất độn thường có tính lý cao nhựa nhiều, tính lý vật liệu cải thiện nhiều Đó chế gia cường vật liệu composite Vấn đề đặt phải có truyền tải ứng suất từ nhựa lên độn cho tốt, điều định tương tác bề mặt chất độn nhựa Mà thành phần cấu trúc bề mặt chất độn thành phần chất nhựa lại yếu tố ảnh hưởng định đến tương tác Ngồi cịn kể đến hình dạng, kích thước, chất độn Đối với chất độn dạng sợi, truyền tải ứng suất xẩy dễ dàng so với chất độn dạng hạt Trang 21 Đồ án kỹ sư Bởi ứng suất nhựa truyền tới điểm chiều dài sợi phân bố khoảng chiều dài tới hạn, điểm phải chịu ứng suất nhỏ nhiều so với chất độn dạng hạt chịu chung tác dụng Do vật liệu độn dạng sợi cho tính lý hóa cao dạng hạt Ở xét đến chất độn dạng sợi - Nhựa sợi vật liệu đàn hồi - Bề mặt tiếp xúc lớp vô bé - Liên kết xảy hoàn toàn bề mặt tiếp xúc - Vật liêu tăng cường vật liệu đẳng hướng , đồng lực tác dụng - Sợi tách dạng sơ cấp Phân tích liên kết dựa lý thuyết kết dính ta nhận thấy sợi nhựa có lực liên kết sau : - Lực hấp phụ thấm ướt - Lực tĩnh điện - Liên kết học - Liên kết hóa học 1.1.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính gia cường a) Bản chất polymer - Bản chất hóa học , phân bố nhóm chức , độ phân nhánh, độ phân cưc,… - Độ đa phân tán khối lượng phân tử - Trạng thái pha : vô định hình hay tinh thể - Điều kiện đóng rắn Trang 22 Đồ án kỹ sư Polyeste có độ phân cực trung bìn, thường khơng phân nhánh nhóm phân cực nằm đầu mạch , độ kêt tinh thấp , khả tương tác với sợi tốt b) tính chất bề mặt sợi Bề mặt sợi ảnh hưởng lớn đến tính chất sản phẩm thông qua việc ảnh hưởng đến liên kết sợi – nhựa Bề mặt sợi thủy tinh gồm oxyt phân bố ngẫu nhiên oxit Fe2O3 , AL2O3 SiO2 không hút ẩm oxit khác hút ẩm tạo bề mặt bị hydrat hóa 1.5.2 Công nghệ chế tạo vật liệu composite Tùy thuộc vào u cầu, tính chất sản phẩm, địi hỏi đơn pha chế cơng nghệ gia cơng thích hợp Công nghệ chế tạo vật liệu composite phong phú, đa dạng, tiến hành theo phương pháp sau :  Gia công áp suất thường: + Gia công tay : Dùng cọ hay lăn qt nhựa lên khn phủ chống dính sau đặt vải lên, quét nhựa, dùng lăn lăn đuổi bọt khí Lần lượt đắp đến đạt bề dày yêu cầu + Phun nhựa – sợi : Sợi thô cắt ngắn phun vào lúc với nhựa đạt bề mặt dày, dùng lăn đuổi bọt khí ép chặt Trang 23 Đồ án kỹ sư + Cuộn sợi : Cuộn sợi kéo qua bể cho thấm nhựa trước sau cuộn phủ lên bề mặt khuôn, dùng để sản xuất ống dẫn, thùng chứa nhỏ + Túi chân không, túi áp suất, nồi hấp + Ly tâm : Xếp sợi tẩm nhựa vào khn trịn, sau quay ly tâm, lực ly tâm tạo hình sản phẩm  Gia cơng áp suất: + Đúc ép nóng : Nhựa, sợi hay độn trộn cho vào khuôn đúc áp suất nhiệt độ cao + Đúc ép nguội : Giống đúc ép nóng tiến hành nhiệt độ thường + Đùn kéo : Chất độn trộn với nhựa nạp liên tục kéo qua lõi có gia nhiệt, nhựa đóng rắn phần hay hồn tồn qua lõi tạo hình + Đúc tiêm : Độn cho vào khn, sau nhựa lỏng tiêm vào khn, sau gia nhiệt để đóng rắn Cũng trộn nhựa đóng rắn, độn trộn tiêm vào khn đồng thời phản ứng đóng rắn xảy PHẦN : THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Tổng hợp polyeste không no Phản ứng tổng hợp polyeste sau : Trang 24 Đồ án kỹ sư 2.1.1 Nguyên liệu 2.1.1.1 Glycol - Ethylenglycol : C2H6O2 Có M= 62,07 , T(sôi)= 197,6°C, chất lỏng, không mầu, mùi, dễ hút ẩm Cho nhựa có khuynh hướng kết tinh mạnh, cấu trúc đối xứng, giá thành rẻ , trường hợp với styren kém, dòn - Propylenglycol : C3H8O2 Có M = 76,09 T(sơi) = 197,6°C, chất lỏng, không màu không mùi, dễ hút ẩm, cho nhựa tạo tinh thể (nhờ nhóm methyl), tương hợp hồn toàn với styren, cho nhựa mềm dẻo, giá thành đắt - Dethylen glycol : C4H10O3 Trang 25 Đồ án kỹ sư Có M = 106,14 T(sơi) = 245,8°C, cho nhựa không kết tinh, mềm dẻo, chịu uốn tốt , trường hợp tốt với styren, hút ẩm nhiều hơn, thường sử dụng chung với glycol khác 2.1.1.2 Diacid - Anhydric maleic : C4H2O3 Có M = 98,06 T(nc) = 52,8°C, T(s) = 199,9°C, dạng bột kết tinh, tinh thể hình khối, khơng màu, mùi hắc, dễ thăng hoa, dễ hút ẩm, khả phản ứng cao, cho sản phẩm M lớn, dễ tham gia phản ứng đồng trùng hợp - Anhydric phthalic : C8H4O3 Có M = 148,11 T(nc) = 130°C, T(s) = 284,5°C, dạng tinh thể trắng, hình thoi, dễ thăng hoa, khó tan nước Dùng để điều chỉnh mật độ nối đôi nhựa, tăng khả tương hợp styren, tăng độ bền lý hóa cho sản phẩm - Dầu thực vật dẫn suất : Dầu thầu dầu : > 85% acid ricinoeic có nhóm hydroxyl có khả tham gia phản ứng este hóa - Monomer khâu mạch ngang : styren sử dụng dạng tinh khiết chất lỏng, suốt, không tan nước, tan tốt dung mơi hữu cơ, gây kích thích mắt, mũi, ngộ độc thần kinh, khả đồng trùng hợp cao với polyeste không no 2.1.2 Phương pháp tổng hợp Phương pháp tổng hợp ảnh hưởng lớn đến tính chất polyeste khơng no, độ điều hịa mạch, phân tử lượng, độ nhớt, địi hỏi phải xây dựng phương pháp tổng hợp Một số ảnh hưởng nguyên liệu : Trang 26 Đồ án kỹ sư - Ảnh hưởng AM/AP : tỷ lệ AM tăng cấu trúc mạch chặt chẽ , chịu môi trường tốt hơn, nhựa dòn - Ảnh hưởng PG/EG EG/DEG : PG DEG làm tăng độ dẻo, bền uốn nhựa, cịn EG có tác dụng làm tăng độ cứng , bền nến, giảm thời gian nhựa - Ảnh hưởng hàm lượng styren : tăng hàm lượng styren lên thời gian kéo dài, nhựa đóng rắn chặt chẽ nên độ bền giảm đi, độ co rút tăng , khả hút ẩm giảm - Ảnh hưởng chất xúc tác, xúc tiến : sử dụng hàm lượng tăng lên thời gian đóng rắn rút ngắn q trình đóng rắn nhanh thường tỏa nhiệt lớn dẫn đến cấu trúc mạch không đồng nhất, phân tử thấp, tính lý giảm 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến vật liệu Composite 2.2.1 Ảnh hưởng tỉ lệ sợi/vật liệu dạng vải khác Các độ bền lý bền uốn, bền nén, bền kéo, bền va đập tăng lên gần tuyến tính khoảng khảo sát tỉ lệ sợi tăng, điều giải thích tỉ lệ tăng có nghĩa số phần tử chịu ứng suất tập trung tăng lên phân tán lực phần tử giảm nhiều, nên khả chịu lực vật liệu lớn 2.2.2 Ảnh hưởng loại vải Đến phân bố lực tán dụng Độ bền kéo, modul đàn hồi, bền va đập có phương lực tác dụng vng góc với bề mặt vật liệu độ chụ ứng suất tập trung vải cao nhiều Độ bền nén bền uốn có phương lực tác dụng song song với bề mặt nằm ngang vật liệu (song song với bề mặt vải) nên khả chịu lực đa hướng tốt vải, độ bền nến độ bền uốn Trang 27 Đồ án kỹ sư phải cao hơn, tăng tỉ lệ vải độ bền nén độ bền uốn vải giảm 2.2.3 Ảnh hưởng cách xếp vải Ở tỉ lệ sợi tăng số lớp vải thơ lên giá trị độ bền kéo, modul đàn hồi tăng lên Do đặc tính vải thơ có khả chịu kéo tốt (vì phân bố theo hướng) nên khả bền kéo tăng lên Do xếp xen kẽ ứng suất kéo sinh không tập trung bề mặt cắt ngang lớp mà nhiều lớp, modul đàn hồi tăng lên Còn độ bền nén độ bền uốn nhờ xếp đa hướng mà giá trụ cao hẳn ta dùng vải thô không Riêng độ bền va đập vai trị vải lại giúp cho khả chịu lực va đập cao hơn, giá trị độ bền va đập cao dùng Mat không 2.2.4 Ảnh hưởng phân bố vải thơ Các lớp vải xếp song song hay xoay góc Theo lý thuyết phần tử hữu hạn phân tích tính chất vật liệu composite nhiều lớp trạng thái ứng suất biến dạng sinh lớp trạng thái ứng suất phẳng Phần lớn chi tiết kết cấu chịu tải trọng phức tạp, có thay đổi từ điểm sang điểm khác, mà định hướng sợi vải lớp thay đổi được, lực tác dụng lên lớp vật liệu cực đại định hướng theo chiều dọc sợi Do để khả định hướng vải tốt hơn, ta phân bố hướng sợi khoảng – 90 0, với lực tác dụng : hướng thử kéo đơn hướng, hướng thử nén theo chiều dọc sợi, hướng thử uốn bề mặt phẳng Trang 28 Đồ án kỹ sư Tuy nhiên lượng độn tăng lên nhiều ngồi việc làm tăng độ chịu nén làm giảm độ bền va đập, biết khả chịu lực va đập điểm sợi Đặc biệt lực va đập tác dụng đột ngột vận tốc truyền ứng suất va đạp đóng vai trị quan trọng, tốc độ truyền ứng suất sợi nhanh độn nhiều Do độ bền va đập giảm xuống 2.3 Tính tốn số liệu 2.3.1 Chỉ số axit Chỉ số axit đặc trưng cho nhóm cacboxyl - COOH có nhựa Chỉ số axit tính số miligam KOH cần thiết cho gam nhựa để trung hoà hết nhóm cacboxyl Cơ sở phương pháp: trung hồ – dung dịch kiềm màu chất thị thay đổi Cách tiến hành: Cân khoảng 0,5 gam mẫu cân phân tích với độ xác 0,01 mg cho vào bình nón nút nhám Hồ tan mẫu 10ml axeton, cho thêm đến giọt thị phenolphtalein Nhỏ từ từ giọt dung dịch KOH 0,1N vào bình lắc xuất màu hồng không 30s Tiến hành chuẩn độ song song với mẫu trống Chỉ số axit tính theo cơng thức: Trong đó: CA: V1,V2: Chỉ số axit mẫu, mg KOH/1g mẫu Thể tích dung dịch KOH để định phân tích mẫu trống, ml k: Hệ số hiệu chỉnh dung dịch KOH 0,1N Trang 29 Đồ án kỹ sư g: 5,6: Khối lượng mẫu phân tích Số mg KOH có 1ml dung dịch KOH 0,1N 2.3.2 Xác định độ nhớt nhựa Độ nhớt nhựa xác định theo tiêu chuẩn DIN 53018 nhớt kế BROOKFIEL dạng RVT Độ nhớt đo cho xylanh đĩa (hay trục có gắn đĩa) quay mẫu làm xuất mômen xoắn cần thiết để thắng trở lực nhớt 2.3.3 Xác định hàm lượng gel Phần gel phần tạo thành mạng lưới không gian không bị trích ly axêton dụng cụ soclet với thời gian 1620 Cách xác định: Pha trộn nhựa chất đóng rắn theo tỉ lệ tính tốn Sau đưa lên giấy lọc đẫ trích ly axeton dụng cụ soclet 23 sấy khô lượng nhỏ 0,1 0,2 gam hỗn hợp nhựa Để sau khoảng thời gian xác định nhiệt độ nghiên cứu, đem cân mẫu tiến hành trích ly thiết bị solet từ 16 đến 20 Sau lấy mẫu, sấy khô đến khối lượng không đổi, cho vào bình hút ẩm để nguội cân lại Hàm lượng phần gel tính theo cơng thức : Trong đó: X: Hàm lượng phần gel, g go: Khối lượng giấy lọc, g g1: Khối lượng (mẫu + giấy lọc) sau trích ly, g Trang 30 Đồ án kỹ sư 2.3.4 Độ bền kéo Độ bền kéo xác định theo tiêu chuẩn ISO - 527 - 1993 (E) máy LLOYD - LR50K Anh Tốc độ kéo 2mm/phút, nhiệt độ 25oC, độ ẩm 75% Độ bền kéo tính theo cơng thức : Trong đó: σk: Độ bền kéo mẫu, Mpa F: Lực tác dụng, N A: Tiết diện ngang mẫu, mm2 2.3.5 Độ bền va đập Độ bền va đập Charpy xác định máy Radmana ITR2000 theo tiêu chuẩn ISO 179-1993, nhiệt độ 25oC, độ ẩm 75% Độ bền va đập Charpy xác định theo cơng thức: Trong đó: W: lượng phá hủy, J h: độ dày mẫu, mm b: chiều rộng mẫu, mm PHẦN : ỨNG DỤNG VẬT LIỆU POLYME COMPOSITE 3.1 Chế tạo tàu thuyền Ở nước ra, gỗ để chế tạo tàu thuyền, đặc biệt gỗ Sao khan Việc sử dụng vật liệu composite chế tạo tàu thuyền góp phần đáng kể bảo vệ rừng, bảo vệ mơi trường, Trang 31 Đồ án kỹ sư vật liệu bền, chịu nắng, chịu mưa , xạ , chịu mặn, nhẹ, dễ tạo dáng gia công đơn giản… 3.2 Chế tạo số sản phẩm gia dụng Do đặc điểm dễ tạo dáng, độ bóng cao, độ mỹ thuật cao sử dụng vật liệu để chế tạo số vật liệu gia dụng : - Chế tạo bồn tắm khách sạn - Chế tạo bàn ghế - Bể nuôi tôm ,… Các sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật mang độ mỹ thuật cao Với tiến kỹ thuật yêu cầu sử dụng ngày cao, vật liệu composite ứng dụng ngày rộng rãi sâu vào lĩnh vực kỹ thuật sống, thay dần cho vật liệu truyền thống gỗ, sắt, thép nhờ ưu điểm bật TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J A Brydson, “Plastics Materials”, 7th Edition, Butterworth- Heinemann (1999) Trang 32 Đồ án kỹ sư [2] Maurizio Fiorini, Laura Sisti, Martino Colonna, “Report on Plastic Materials for Extrusion” [3] Derek Hull, “An Introduction to composite material cambridge University press”, New York, (1981) [4] Bartosz Tylkowski, Karolina Wieszczycka, Renata Jastrzab, “Polymer Engineering”, Polymer additives (2017) [5] N.G Mcrum, “Principles of Polyme Engineering”, p.239-256 (1999) [6] J.P.Pascault, “Polymer materiaux composites” Trang 33 ... dụng vật liệu compozit 1.4 Vật liệu composite sở polyeste không no gia cường sợi cacbon 1.4.1 Polyme : polyeste không no 1.4.2 Sợi cacbon gia cường : .16 1.5 Chế tạo vật liệu. .. lĩnh vực vật liệu y sinh, vật liệu nano, pin mặt trời 1.4 Vật liệu composite sở polyeste không no gia cường sợi cacbon Vật liệu composite sở nhựa nhiệt rắn cho tính chất lý hóa hẳn họ nhựa nhiệt... đơn giản… 3.2 Chế tạo số sản phẩm gia dụng Do đặc điểm dễ tạo dáng, độ bóng cao, độ mỹ thuật cao sử dụng vật liệu để chế tạo số vật liệu gia dụng : - Chế tạo bồn tắm khách sạn - Chế tạo bàn ghế