Báo cáo tổng kết kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu ma sát trên cơ sở các hệ Polyme Composite

Nghiên cứu tổng hợp chất kết dính trên cơ sở nhựa phenol focmandehit biến tính bằng dầu hạt điều (cacdanol).. Chế tạo thử nghiệm má phanh xe máy trên cơ sở VLMS tổng hợp được.[r]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

Đề tài: ĐẶC BIỆT CÂP ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

BÁO CÁO TỔNG KẾT KÊT QUẢ NGHIÊN c ú u CHẾ TẠO VẬT LIỆU MA SÁT (VLMS) TRÊN

c SỞ CÁC HỆ POLYME COMPOSITE

Chủ nhiệm đế tài:

PGS IS Ngô Duy Cường

V ' Ị

• ÍAV !iCN>, : ■ if ■ ' '

>»■ Đ T Ị Ũ O Ũ H

THUYẾT MINH ĐỂ TÀI NGHIÊN cúu KHOA HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

1 Tên đề tài: 2 Mã số: $ € > < *

Tiếng Việt: Nghiên cứu chế tạo vật liệu ma sát (VLMS) sở hệ

3 Thời gian thực hiện: 24 tháng (từ tháng 6/1997 đến tháng 6/1999) 4 Theo hướng nghiên cứu ưu tiên: Công nghệ ứng dụng

5 Họ tén chủ nhiệm đề iài: Ngô Duy Cường

Học hàm, học vị, chun m ơn: PGS TS Hố học, Cao phân tử Chức vụ: Phó chủ nhiệm khoa hố

Đon vị cơng tác: Khoa hố, ĐHKH Tự Nhiên, ĐHQGHN Địa chỉ: 19 Lê Thánh Tông sỏ'điện thoại: 8.253.503 6 Các đơn vị phối hợp chính:

- Viện Hố Cơng nghệ thuộc Bộ Cơng nghiệp nặng - Nhóm nhiệt động học khoa Hố ĐHKHTN

- Bộ mơn Phân tích, mơn Hữu ĐHKHTN 7 Danh sách người tham gia thực chính:

Họ tên Học hàm, học vị Đo~n vị, quan

Phan Văn Ninh PGS, TS Viện Hố Cóng nahiệp

polime - compozit

Tiếng Anh: Synthesis Reserch Machanical Properties of Material Friction based on Polymer Composities

Vũ Nsọc Ban Hồng Thọ Tín Nsuyển Đức Huệ

PGS TS PGS TS

Bộ Cơns nghiệp nặng Khoa Hố Khoa Hố

8 Tình hình nghiên cứu:

Trong nước:

Vật liệu ma sát loại vật liệu có mặt hầu hết cấu chuyển lực, hãm tốc độ, v.v Nguyên tắc việc chế tạo VLMS compozite phối hợp hay hay nhiều thành phần khác sở hợp chất cao phân tử, chất độn, chất gia cường, v.v nhằm tạo vật liệu ma sát đáp ứng yêu cầu khắt khe công nghệ thực tiễn VLMS sở polime chịu mài mịn cao, hệ số ma sát lớn, bền với mơi trường, khơng bị ăn mịn, v.v nước ta năm gần có số sở nghiên cứu vấn đề Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Kĩ thuật Quân sự, Khoa Hoá trường ĐHKHTN, ĐHQG Hà nội, v.v Trên sở kết nghiên cứu thu được, nhà máy "Gạch lát - Má phanh ôtô" sản xuất VLMS sở chất kết dính nhựa phenol - focmandehit, chất độn sợi amiãng, chất lượng 70% so vói sản phẩm nhập ngoại Vì việc nghiên cứu nâng cao chất lượng tương đương với sản phẩm nhập ngoại cần thiết

N goài nước:

Ở nước công nghiệp phát triển việc nghiên cứu sản xuất VLMS sở hệ polime compozite quan tâm Thí du, Anh quốc từ năm 1952 thành lập trung tâm quốc gia chuyên nghiên cứu ma sát

Có báo cáo cho biết, đầu tư mức cho nghiên cứu, Anh Quốc có năm tiết kiệm 500 triệu bảng Anh cho VLMS

9 M ục tiêu đề tài: Nghiên cứu chế tạo thử thành công VLMS sỏ' hệ polime - compozit tiêu tính lí tương đương với VLMS nhập ngoại

10 Nội dung nghiên cứu:

1 - Nghiên cứu tổng hợp chất kết dính sở nhựa phenol- focmandehit biến tính bằns dầu hạt điều (cacdanol)

3 - Khảo sát ảnh hưởng loại bột độn đến tính lí VLMS Chế tạo-thử nghiệm má phanh ô tô, má phanh xe máy sở VLMS tổng hợp

11 Nhu cầu kinh tế - xã hội, khoa học, đào tạo:

1 - Nâng cao đáng kể chất lượng VLMS làm chi tiết truyền lực, má phanh xe loại

2 - Đào tạo hai sinh viên cao học sinh viên làm luận văn tốt nghiệp 12 Mô tả phương pháp nghiên cứu:

Tổng hợp chất kết dính polime Tổng hợp bột độn Chế tạo VLMS Khảo sát tất tính lí - hóa VLMS

13 Dự kiến kết đạt được:

1 - Các kết khoa học: Chế tạo thành cơng loại VLMS có thành phần dầu đào lộn hột; VLMS đạt tính lí tương đương VLMS nhập ngoại

2 - Số ìượng công trình dự kiến công bố: báo 14 Tiến độ thực hiện:

1 TT Nội dung công việc Sản phẩm đạt Thời gian bắt đầu/kết thúc

Người thực hiên !

1

Nghiên cứu tổng hợp chất kết dính

Chế tạo thử sở chất tổng hợp

6/97 - 6/98 Tất thành viên đề tài Nghiên cứu tổng hợp

một số bột độn

6/97 4- 6/98 Tất thành viên đề tài 3 Nghiên cứu tính trộn

hợp cấu tử

Chế tạo thành công VLMS

6/97 ^ 6/98 Tất thành viên đề tài 4 Nghiên cứu tính

năng lí VLMS

6/97 - 6/99 Tất thành viên đề tài 5 Nghiên cứu chế tạo

thử nghiệm phanh xe máy

Má phanh xe máy loại

MỤC LỤC

Trang

Mở đầu

Chương Tổng quan 8

1 Vật liệu ma sát

1.1 Lịch sử phát triển

1.2 Khái quát chung vật liệu PC

1.3 Các thành phần tổ hợp vật liệu ma sát

1.4 Yêu cầu ứng dụng VLMS 10

2 VLMS sở nhựa phenol - cacdanol - focmandehit 11 2.1 Nhựa phenol - cacdanol - focmandehit 11 2.2 Cao su

2.3 Hệ chất độn

3 Khả phản ứng phenol - focmadehit biến tính

bằng cacdanol 12

3.1 Nhựa cacdanol - focmandehit 13

3.2 Nhựa phenol - focmadehit biến tính cacdanol 14 3.3 Q trình đóng rắn chựa novolac nhựa novolac cacdanol

bằnghexam in 15

4 Khả ứngdụng nhựa phenol - focmadehit nhựa phenol - focmandehit biến tính cacdanol dùng làm chất

kết dính cho VLMS 15

5 Cao su 17

6 Hệ chất độn 18

Chương Thực nghiệm 22

2.1 Hoá chất 22

2.2 Phân tích hố học 9?

2.2.1 Phân tích hàm lượne phenol 02

2.2.2 Phân tích hàm lượn2 focmandehit 04

2.2.3 Xác định hàm lượng phenol tự nhựa 25

2.3 Xác định tính chất lí 25

2.3.1 Xác định độ mài mòn 25

2.3.2 Xác định hệ số ma sát 26

2.3.3 Độ cứng Brinel 27

Chương Kết thảo luận 28

3.1 Tổng hợp chất kết dính 28

3.2 Lựa chọn tỉ lệ nhựa thích hợp cho hỗn hợp vật liệu ép 29

3.3 Tổng hợp bột ma sát 30

3.4 Lựa chọn tỉ lệ cao su thích hợp cho tổ hợp vật liệu 32 3.5 Gia cơng kết đo tính chất lí vật liệu 33

3.5 Cắt mạch cao su, phối trộn thành phần phụ gia

và lưu hoá 33

3.5.2 Đơn phối liêu 34

3.5.3 Qui trình ép mẫu 34

3.6 Chế tạo mẫu vật liệu ma sát sở nhựa phenolic sợi

Kevlar 35

3.7 Chế tạo mẫu vật liệu sở nhựa phenolic, bột amiăng

và sợi Kevlar 36

Kết luận 38

MỞ ĐẨU

Vật liệu ma sát (VLMS) sở polime loại vật liệu compozit đặc biệt sử dụng cấu hãm hệ thống truyền động Mặc dù VLMS, sở polime có hệ thống ma sát khơng thật cao độ mài mịn nhỏ, gây tiếng ổn, bền với mối trường ăn mòn dung môi hữu cơ, nên ngày sử dụng rộng rãi

Cùng vói phát triển ngành khoa học khác, khoa học mat sát nghiên cứu từ lâu lí thuyết mát - mài mịn khơng ngừng bổ xung phát triển Bắt đầu từ lí thuyết cổ điển, lí thuyết phân tử, lí thuyết điện lí thuyết đại ngày nay.

VLMS loại vật liệu khác nhà nghiên cứu, nhà sản suất quan tâm cải tiến không ngừng để nâng cao chất lượng đáp ứng yêu cầu thực tiễn VLMS sở nhựa phenol - fomandehit nghiên cứu đưa vào ứng dụng số nước khác Vật liệu có độ mài mịn nhỏ, hệ số ma sát tương đối cao, vói mơi trường hố chất Do nhiệt toả trén bề mặt VLMS trình sử dụng nên sau thời gian VLMS thường trở nên cứng, địn q trình vận hành tạo tiếng ồn khó chịu, sản phẩm bị mịn nhanh giảm hệ số ma sát Để khấc phục tổn nêu trên, tiến hành nghiên cứu giảm độ cứng nâng cao số tính lí VLMS

Nội dung nghiên cứu:

1 Nghiên cứu tổng hợp chất kết dính sở nhựa phenol focmandehit biến tính dầu hạt điều (cacdanol)

2 Nghiên cứu chế tao bôt ma sát, khảo sát ảnh hưởng đến tính năn^ lí vật liệu ma sát

3 Khảo sát ảnh hưởng loại bột độn đến tính lí VLMS Chế tạo thử nghiệm má phanh xe máy sở VLMS tổng hợp

Chương

TỔNG QUAN

1 Vật liệu ma sát.

1.1 Lịch sử ph át triển.

Cùng với phát triển nghành khoa học khác, khoa học ma sát phát triển không ngừng, gắn liền với ngành công nghiệp cồng nghiệp ôtô, giao thông đường sắt gia công kim loại

Khoa học ma sát mài mòn nhà khoa học I V Gragenxki E- M Svexôba người Nga nghiên cứu [1]

Các tượng ma sát nghiên cứu từ lâu ỉí thuyết ma sát - mài mịn khơng ngừng bổ sung phát triển vơí phát triển ngành khoa học khác [1; 14; 29-33]

1.2 Khái quát chung vê vật liệu polim e compozit (PC).

Vật liệu PC loại vật liệu gồm hai hay nhiều pha có pha tạo hình (matrix) polime pha khác phụ gia tăng cường Tuỳ thuộc vào chất phụ gia mà vật liệu polime compozit chia thành:

- Vật liệu có phụ gia phân tán

- Vật liệu tăng cường sợi ngắn hay phiến - Vật liệu tăng cường sơi liên tục

- Vật liệu độn khí

- Vật liệu hỗn hợp polime - polime

Nhựa phenol - focmandehit (PHENOL - FOCMANDEHIT) loại polime phát có nhiều ưu điểm nén sử dụng rống rãi ngày Ưu điểm loại nhựa PHENOL - FOCM ANDEHIT cách điện tốt, bền hố chât có độ bền nhiệt cao so với loại nhựa thông dụng khác epoxy, polieste không no, [9; 10; 12; 15]

Các sản phẩm từ nhựa phenol phổ biến, ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vưc công nghiệp điện tử, dân dụng, hàng không, giao thông vận tải lĩnh vực quán Chủng loại sản phẩm đa dạng từ vật liệu ép, đúc, làm chất kết dính cơng nghiệp sản xuất gỗ dán sơn keo, Vật liệu ép sở nhựa phenol - focmandehit sử dụng làm VLMS ứng dụng nhựa PF [4; ; 5; 6; 12; 13]

Nhựa phenol - focmandehit có độ bền nhiệt cao: nhiệt độ làm việc từ 150 -r 200°c Do tính chất mà vật liệu polime - compozit sở nhựa phenol - focmandehit với chất độn thích hợp sợi thuỷ tinh, sợi amiăng có khả làm việc nhiệt độ cao tới 250°c điều kiện nhiệt độ làm việc thay đổi phạm vi rộng mà nguy bị thayđổi kích thước

Nhựa phenol - focmandehit có khả nãng chịu mài mịn tương đương so vói đồng nhơm [9; 16; 17; 18]

Hệ số ma sát nhựa phenol - focmandehit tương tự loại nhựa nhiệt rắn khác, nằm khoảng 0,2^ 0,3, tương đối thấp so với cao su kim loại với chất độn thích hợp tăng hệ số ma sát vật liệu tới 0,7+0,8 [9],

1.3 Các thành phần tổ họp vật liệu ma sát.

VLMS loại vật polime - compozit đặc biệt, nhữnơ yêu cầu chung vật liệu poĩime - compozit, phải đáp ứng Iihữnơ đòi hỏi riêng VLMS Các cập ma sát dùng cấu hãm cần phải thoả

mãn yêu cầu: hệ số ma sát ổn đinh, độ chịu mài mòn cao, chịu áp lực lớn; bề mãt không bị cào xước, tách lớp hay dính vào vật liệu cán hãm q trình sử dụng; VLMS khơng bị cháy sinh khói sử dụng [20-24]

VLMS loại vật liệu polime - compozit khác gồm hai phần kết dính chất độn

Chất kết dính cần phải có đặc điểm sau [9]:

- Có khả phủ hồn tồn lên chất độn chất tăng cường - Có cấu trúc mạng lưới khơng gian sau đóng rắn

- Có khả hồi phục q trình hoá rắn để làm giảm ứng suất nội - Chất kết dính chứa nhóm hoạt động hay phân cực

Hệ chất độn cần đáp ứng yêu cầu [8; 9; 11; 20]:

- Chất độn tăng cường tính, chất lí cho VLMS tăng độ bền va đập, giảm độ biến dạng tác dụng ngoại lực

- Tăng số tính chất nhiệt sản phẩm độ bền nhiệt, khả dẫn nhiệt, tính ổn đinh tính chất lí khác nhiệt độ bề mặt tồn vật liệu tãng lên q trình sử dụng

- Thav đổi độ mài mòn tính chất ma sát vật liệu 1.4 Yêu cầu ứng dụng VLMS.

a) Yêu càu.

Các nhà nghiên cứu người Nga I.v G rasenxiki B.I Coxtexki nshiên cứu, phát triển đưa số yêu cầu chi tiết VLMS [11]

- Hệ số ma sát, mài mịn phải ổn định, q trình phanh phép thay đổi khống 15% loại xe du lịch xe tái dễ khống

chế máy móc vận hành

- Dưới tác dụng nhiệt t o ả trình vận hành CO' cấu ma

sát lớp bề mặt khơng tróc, bám dính vào bề m ặt cần hãm b) ứng dụng VLMS.

VLMS đời với phát triển phương tiện giao thơng vận tải, phần thiếu tất cấu hãm để làm chậm ngừng hẳn chuyển động máy móc, xe cộ VLMS cịn có mặt chi tiết truyền động khớp nối để truyền chuyển động cho phần khí khác

Trên giới VLMS cảc nhà khoa học sản xuất quan tâm Năm 1976 Mĩ người ta kết luận việc ứng dụng kĩ thuật ma sát tiết kiệm 12 4- 16 tỉ đôla năm Ở Anh từ năm 1966 thừa nhận hàng năm hiệu kinh tế ứng dụng thành tựu kĩ thuật ma sát học 500 triệu bảng Anh tương đương với 2% thu nhập kinh tế quốc dân [11]

2 VLMS sỏ chựa phenol - cacdanol - focmandehit.

2.1 Nhựa phenol - cacdanol - focm andehit (PCF).

Một yếu tố quan trọng hàng đầu ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu polime - compozit tính chất lí hố học nhựa (chất kết dính) Trong vật liệu polime - compozit chức nhựa đa dạng tuỳ thuộc vào ngoại lực mà vật liệu chịu tác động

vặt liệu polime - compozit Ngoài chất đóng rắn urotropin có khả tăng liên kết nhóm chức bề mặt chất độn với nhựa [8: 21; 22]

Các nhựa phenol - focmandehit tổng hợp từ phản ứng trùng ngưng phenol với focmandehit trùng ngưng phenol có nhóm khác với focmandehit

Q trình biến tính nhựa phenol - focmandehit để sử dụng làm chất kết dính cho VLMS thực nhiều phương pháp khác với mục đích thay đổi phần hay tồn tính chất sản phẩm

Để nhựa phenol - focmandehit đáp ứng u cầu VLMS theo cơng trình nghiên cứu [3, 4] lựa chọn phương pháp biến tính nhựa phenol - focmandehit cacdanol

Từ cấu trúc hố học cacdanol nhận thấy cacdanol có ba khả phản ứng phản ứng hiđro hoạt động nhân thom, phản ứng nhóm hiđroxiphenol phản ứng nối đơi m ạch [4],

3 Khả phản ứng phenol-focmandehit biến tính bàng cacdanol.

Như ta biết, phenol cacdanol có khả nâng tham gia phản ứng trùng ngưng với focmandehit Tuy nhiên để hiểu rõ trình thấy ảnh hưởng tỉ lệ cấu tử hệ phản ứng phenol - cacdanol - focmandehit, ta cần nghiên cứu trình phản ứng phenol - focm andehit cacdanol - focmadehit Phản ứng trùng ngưng phenol focmandehit biết tò lâu Sau ta xét khả phản ứns cacdanol focmadehit để tons hợp nhựa cacdanol - focmandehit.

OH

3.1 Nhựa cacdanoỉ - focmandehit.

Cacdanol có khả tham gia phản ứng trùng ngưng với focmadehit môi trường axit môi trường kiềm Cơ chế phản ứng diễn tả sau:

a) Phản ứng môi trường ơxit (H +).

c=0 + H + — ► C -O H H

Sự tạo thành cacbon cation phân tử HCHO tạo điều kiện cho phản ứng nhân thơm xảy dễ dàng Quá trình phản ứng tiếp tục xảy ra:

OH OH OH OH

Quá trình ngưng tụ tiếp tục xảy để tạo polime b) Phản ứng môi trường kiềrìì (OH~).

Xúc tác thường dùng NH4OH

OH OH OH

CH2OH

Sau q trình khâu mạch tiếp tục xảy tưcms tự phản ứng phenol focmandehit với xúc tác bazơ

Một đặc điểm quan trọng phản ứng cacdanol focm andehit điều kiện phản ứng có khơng có dung mơi

- Nếu khồng dùng dung mơi khó tách nước khỏi hệ phản ứns nhựa nhót, khó điều chỉnh phản ứng.

- Nếu dùng dung mơi khóng hồ tan sản phẩm polime phản ứng phân lớp.

- Nếu dùng dung mơi hồ tan sản phẩm nhựa tạo thành tan vào dung môi làm cho hệ đồns hơn, dễ tách nước khỏi hệ

3.2 Nhựa phenol - focmandehit biến tính cacdanol.

Vì phân tử cacdanol có chứa nhóm R làm giảm khả phân cực cacdanol Do đó, phản ứng cacdanol focmandehit không thực thể Đồng thời dẫn đến tốc độ phản ứng xảy chậm, phản ứng khơng đạt hiệu suất cao Trong đó, phenol khơng chứa nhóm (-R ) cacdanol nên có khả tan nước, phản ứng xảy dễ dàng Chính vậy, cho phenol, cacdanol đồng thời phản ứng với focmandehit, phenol phản ứng với focmandehit dễ dàng hơn, nên tốc độ phản ứng hệ ba cấu tử xảy nhanh hơn, hiệu suất phản ứng đạt cao Bên cạnh đó, sản phẩm thu từ phản ứng trùng ngưng phenol, cacdanol focmandehit cồ tính chất lí hố mong muốn Sản phẩm thu cịn kết hợp tính chất hai loại nhựa phenolic nhựa cácdanol - focmandehit

Phản ứng trung ngưng phenol, cacdanol focmandehit tiến hành với điều kiện phản ứng xúc tác axit bazơ

Nhựa phenol - cacdanol - focmandehit thường tổng hợp theo hai criai đoạn [1.2]

- Giai đoạn 1: Giai đoạn metyl hoá nhiệt độ 60 4- 65°c tronơ °ũờ - Giai đoạn 2: Thực nhiệt độ 95°c trong 1.5

Tuỳ thuộc tỉ lệ cấu tử tham gia phản ứng mà nhựa nhận có tính chất lí khác nhau.

3.3 Q trình đóng rắn nhựa novolac nhựa novolac cacdanol hexamin [9],

Hexamin hợp chất hữu có nhiều ứng dụng cóng nghiệp sản xuất nhựa Hexamin cịn có nhiều tên gọi khác hexametylen tetramin, urotropin, aminoform Đó chất rắn dạng tinh thể màu trắng Công thức phân tử C6H 12H4

Công thức cấu tạo:

c h2- ỏ h2- c h2

N /C H z C T2x

N\ CH f

Q trình đóng rắn thường thực nhiệt độ 160 -ỉ- 180°c 4 Khả nâng ứng dụng nhựa phenol - focmandehit nhựa phenol -

focmandehit biến tính bàng cacdanol dùng làm chất kết dính cho vật liệu ma sát.

Việc sử dụng nhựa phenol - focmandehit nhựa phenol - cacdanol - focmandehit làm chất kết dính cho vật liệu ma sát quan tâm đến từ láu [1; 2; 9]

Trong nhiều trường hợp vật liệu ma sát sỏ' nhựa phenol - focmandehit có khả thay cho vật liệu ma sát sỏ' kim loại, có nhiều ưu điểm sau:

- Nhưa phenol - focmandehit có tính chất cơ, lí, hố hoc thav đổi trons phạm vi rộng có khả biến tính hợp chất cao phán tử hệ chất độn, chất tàng cường

— Giá thành nhựa rẻ, dễ gia công tất san phâm co hình dạng phức tạp.

— Nhựa phenol - focmandehit bền vói tác động mơi trường ăn mịn, hoá chất đặc biệt độ bền nhiệt cao

— Nhựa tạo thành có khối lượng riêng nhỏ, khoảng 1,15 H- 1,31 g/cm ?, khối lượng riêng chất độn tăng cường thấp, vật liệu tạo thành có khối lượng riêng khơng cao, khoảng 1,23 -f 1,67 g/cm?, thấp từ -ỉ- lần so với kim loại thồng thường Tỉ lệ độ bền khối lượng riêng vật liệu sở nhựa phenol - focmandehit cao so với kim loại thông thường như: đồng, nhôm

Một yêu cầu quan trọng vật liệu ma sát, hệ số ma sát có độ bền đối vói nhiệt Hệ số ma sát nhựa phenol - focmandehit tương tự loại nhựa nhiệt rắn khác, thấp so với cao su kim loại thơng thường, có chất độn tăng cường tăng hệ số ma sát vật liệu gấp lần

Nhựa phenol - focmandehit nhựa phenol - cacdanol - focmandehit số loại nhựa nhiệt rắn khác có chứa nhiều nhóm chức mạch, có độ phân cực lớn thuận tiện sử dụng làm chất kết dính cho vật liệu ma sát Trong trường hợp này, có nhóm phân tử cacdanol nên phenol - cacdanol - focmandehit có độ nhớt cao so với nhựa phenol - focmandehit Do đó, tăns khả thấm ướt bề mặt chất độn nhựa làm tăng độ bền liên kết nhựa chất độn tãns cườns Điều có ảnh hưởng đến tính ổn định vật liệu ma sát

Nhựa phenol - focmandehit có độ bền nhiệt cao đáp ứng yêu cầu Nhưng lại có độ cứng cao, độ bền va đập thấp, độ mài mịn cao, hệ số ma sát bị suy giảm Ngược lại nhựa phenol - cacdanol - focmandehit có độ mền dẻo cao, có khả bám dính bề mặt tốt nên có hệ số ma sát cao độ mài mòn thấp Nhưng tính bền nhiệt lại khơng nhựa phenol - focmandehit

Do đó, nghiên cứu khả sử dụng hai loại nhựa để làm chất kết dính cho vật liệu ma sát, cần phải tập trung vào hai nhiệm vụ:

1 Nghiên cứu tìm tỉ lệ phenol - cacdanol - focmandehit thích hợp để sản phẩm thu vừa có độ mềm dẻo cao vừa bền với nhiệt độ Nhờ tăng hệ số ma sát giảm mài mòn

2 Lựa chọn chất độn tăng cường thích hợp, có khả trộn hơp tốt với nhựa để tăng cường tính cơ, lí, hố nhựa

Về thành phần hố học, nhựa phenol có cơng thức dạng tổng quát sau:

—c h2

5 Cao su.

Để có loai VLMS có tính chất lí hố cao thời có đô cứnơ<-2 o thấp, theo công trình nghiên cứu tác giả lựa chọn việc sử dụnơ cao su nitril để làm giảm độ cứng vật liệu [3; ; ‘ 30; 31]

Trộn hỗn hợp nhựa phenol - focmandehit với cao su nhằm tạo loại sán phẩm kết hợp tính chất ưu việt loại nhựa ban đầu thời có rihững tính chất quí báu cao su độ mềm dẻo cao khả hồi phục lớn hệ số ma sát cao

Cao su butadien nitril sản phẩm trùng hợp 1,3 butandien acrylonitrl có mặt xúc tác trietanolamin, pesunfatkali Tính chất phụ thuộc nhiều vào tỉ lệ cấu tử tham gia phản ứng Hàm lượng nhóm nitril sản phẩm phản ứng cao cao su cứng, khả chịu môi trường cao [7],

Một ưu điểm cao su butandien nitril so vói loại cao su khác khả trộn hợp tốt với loại polime phân cực nhắc đến nhiều khả trộn hợp cao su nitril với nhựa phenol - focmandehit Tổ hợp cao su butadien nitril với phenol - focmandehit có nhiều tinh chất quí giá như: chịu nhiệt cao, chỏng xé rách tốt, bền với ozon, oxi có độ kết dính ngoại cao Điều giải thích cao su nitril thườnơ sử dụng tất LVMS sở nhựa phenol - focmandehit [9]

Trong phần nghiên cứu sử dụng cao su butadien nitril làm tác nhân giảm độ cứng VLMS

ố Hệ chất độn.

Chất độn sử dụng vật liệu polime - compozit đa dạng đónơ vai trị quan trọng việc cải thiện tính chất vật liệu Dưới tác độnơ ngoại lực, chat độn đong vai tiị thành phân chiu ứncr suất tâp trung Nhựa phenol - focmandehit có tính dịn cao, chất độn đónơ vai trị việc cải tạo tính chất lí vật liệu tàng khả chịu va đập

loại chất độn cịn có khả tãng độ cách điện biến đổi tính chất ma sát sản phẩm

Ảnh hưởng chất độn đến tính chất lí vật liệu sở nhựa phenol - focmandehit trình bày bảng [1]

Bảng Ảnh hưởng bột độn đến tính chất lí của vật liệu

Tính chất lí Nhựa

Khơng độn Bột gỗ Bột amiăng Sợi thuỷ tinh

Độ co ngót, cm/cm 0,08 0,006 0,003 0,005

Độ bền uốn, Mpa 10 62 82 85

Nhiệt độ làm việc, °c 150 160 175 175

Khối lượng riêng g/cm? 1,154 1,4 1,5 1,6

M ột chất độn thưòng sử dụng VLMS bột amiăng sợi kevlar

Bột amiăng chất độn có nguồn gốc khống chất, có cấu trúc tự nhiên dạng sợi Amiãng có nhiều loại lại thông dụng crysolit (hiđrat magie silicat), 3M g0.2S i0.2H 20 Amiăng dễ thấm ướt loại nhựa khác Amiăng trơ hoá học, mơi trường kiềm amiăng chịu

100°c trong thời gian dài.

Ưu điểm lớn amiăng không cháy tuỳ thuộc vào thành phần bị phân huỷ nhiệt độ cao khoảng 1770 1450°c [4], Tính chất đáp ứng yêu cầu VLMS cần phải có độ bền nhiệt cao q trình sử dụns

Sợi aramid Kevlar (Kevlar nhãn hiệu đãng k í họ sợi aramid thuộc sở hữu Công ty Du Pont, W ilmington, Delware USA)

sợi hữu xuất thị trường từ năm 1971 Sợi Kevlar có cơng thức hố học poli-para-phenylene terephtalamide (viết tắt PPD-T) sản

diamine (H2H -C 6H4-N H 2) terephtaloyl dichloride <C]OCC6H,COCl) dung dung môi amit [12,13, 14]

Độ bền phân tử sợi Kevar tăng cường liên kết hydro nội phân tử Hơn Kevlar có cấu trức thẳng, gần 100 % tinh thể có độ đinh hướng cao phân tử dọc theo trục sợi Do vậy, sợi Kevlar có hai tính chất bật [14; 15]

1 Độ bền ứng suất độ cứng cao (Kevlar 49) Độ bền ứng suất độ dẻo dai cao (Kevlar 29)

Như bảng dưới, tính dai độ bền ứng suất sợi Kevlar 49 Kevlar 29 cao hẳn loại sợi hữu thông dụng sợi Nylon-6 Những tính chất bật thu cổng nghệ polyme tinh thể lỏng xuất cơng nghiệp q trình trùng naưng para-phenylene

n

+ 2n HC

Bans Tính chất sợi aramid Kevlar sợi Nylon-66

Loại sợi Tính dẻo dai Độ giãn dài Độ bền ứng suất

Kevlar 49 (2760 MPa) 2,5 % 124000 Mpa

Kevlar 29 — ,0 % 62000 Mpa

Nylon-66 (985 MPa) 18 % 5520 Mpa

Nhờ tính ưu việt trên, sợi Kevlar dùng để tăng cường cao su (trong sản phẩm lốp xe, dây curoa, vòi cao su .) tăng cường chất dẻo (vỏ tàu thuyền nhiều phận tơ, máy bay )• Tổ hợp Kevlar 49 với sợi thuỷ tinh hay sợi graphite có khả nãng cân độ bền nén độ bền kéo sản phẩm Ngồi ra, sợi Kevlar 29 cịn sử dụng cho quần áo, máy móc bảo vệ chống nhiệt chống cắt; sản xuất dây cáp đặc biệt VLMS (phanh, đĩa ly hợp ) [14]

Chương

THỰC NGHIỆM

2.1 Hoá chất.

- Phenol tinh khiết, hàm lượng 97% nhà máy hoá chất Đức Giang sản xuất

- Focmandehit 36,5% nhà mày hoá chất Đức Giang sản xuất - Cacdanol chưng cất từ vỏ hạt điều 245 ± 5°c ở -i- 10 mmHg - Dầu vỏ hạt điều

- Axit clohiđric 37% nhà máy hoá chất Đức Giang sản xuất - Bộ amíăng

- Sợi Kevlar Mỹ

- Oxit kẽm, oxit magie tinh khiết - Cao su butađienitril CKH-26 Nga - Axít strearic

2.2 Phân tích hố học.

2.1.1 Phán tích hàm lượng phenol (phưong pháp Koppese) dựa phản ứng phenol brom.

Br Y

OH OH

Br Br

+ Br2

X

Hi - ■ - —B:

ỉ I + HBr

Br B)

Khi có dung dịch iotđua kali hỗn hợp phản ứng, brom dư brom thay nhóm hiđroxyl tác dụng với iot theo tỉ lệ đương lượng:

OBr

+ KBr + 1/2I2

Sau định phân iot tạo dung dịch natritiosunphat 0,1N I2 + 2Na2S20 =' Na2S40 + 2NaI

Dung dịch bromit - bromat chuẩn bị cách hoà tan 2,1 g kali bromat ,25 gam kali bromit vào lít nước cất

Phươììg pháp định phân phenol

Cân -r gam phenol cân phân tích, hồ tan nước cất chứa vào bình đựng nước 500 ml dung dịch, cho vào bình tam giác 250 ml, thêm vào 50 ml dung dịch bromit - bromat, ml axit HC1 (d = 1,19) lắc Sau 15 phút, cho thêm ml dung dịch KI 10% Để yên 10 phút chuẩn lượng iot tạo Na2s 20 0,1 N với chất thị hổ tinh bột Đổng thời so sánh v i mẫu trống

Hàm lượng phenol tính theo cơng thức:

2000 X (Vị - Y ) X m X k Ph =

s

Vị - thể tích dung dịch Na2s20 0,1 dùng định phán mảu kiểm tra, ml v r thể tích dung dịch Na2S20 , 0.1 N dùns định phán mẫu nghiên cứu ml

m = 0,001567- lượng phenol tính gam với ml dung dịch

Na2s20 ? 0,1N.

K-ihệ số điều chỉnh g- trọng lượng mẫu, g

2.2.2 Phán tích hàm lưọĩig focmandeh.it.

Nguyên tắc phương pháp sử dụng sunfit natri xác đinh lượng NaOH tạo focmadehit phản ứng với sunfit theo phương trình

H20 + HCHO + Na2S = H C H 2S 2Na + NaOH Chuẩn bị dung dịch natri sunfit 2N

Cân 126 gam Na2SO? cân phân tích Sau hồ tan vào nước cất chứa bình đinh mức 1000 mỉ Để dung địch 48 cho ổn đinh

Phương pháp định phán focmandehit.

Dùng pipet lấy 10 ml dung dịch focmandehit cho vào bình định mức 500 ml có sẵn 100 ml nước cất Cho nước cất tới ngấn bình, lắc cẩn thận lấy 100 ml để đinh phân Dung dịch định phân chứa bình tam giác, thêm vào 50 ml dung dịch N2SO? 2N, cho vào vài giọt chất thị phenol phatalein lắc đều, để yên 10 phút Sau đinh phân dung dịch axit clohiđric IN màu Đồng thời tiến hành định phân kiểm tra

Hàm lượng focmadehit tính theo cơng thức: [ a - b ] X k X 0,03 X 100

X = - -—

10.5

a- thể tích dung dịch HC1 N dùng định phân dung dịch kiểm tra ml b- thể tích dung dịch HC1 N dùng để định phân duns dịch nghiên cứu, ml

0,03- lượng CH20 tính theo gam tương ứng với ] ml dung dịch HC1 IN 2.2.3 Xác định hàm lượng phenol tự nhựa.

Cân khoảng V gam nhựa có độ xác 1CT4 gam, cho vào bình cầu dung tích 300 ml, cho thêm vào 20 ~ 25 ml nước cất đê tạo dung dịch nhũ tương Chưng cất nước bão hoà nước chưng khơng bị đục thử dung địch nước brom Lấy nước chưng cho vào bình định mức 1000 ml cho thêm nước cất đến ngấn bình Định phân giống phần 2.2

Hàm lượng phenol tự (P) tính theo công thức: ( a - b ) x 0,001567 X k X 100 " 25 X g

Tronơ đó:

g- trọng lượng mẫu, g k- hệ số điều chỉnh

a- lượng dung dịch Na2s 20 dùng định phân mẫu kiểm tra, ml b- lượng dung dịch Na2S203 dùng phân mẫu nghiên cứu, ml 2.3 Xác định tính chất lí.

2.3.1 Xác định độ mài mòn.

Độ mài mòn xác định theo tiêu chuẩn ASTM D I 044-94 máy Taber - Abraser - 5130 (Mỹ) với bánh xe thử mài mòn CS-10 Tải trọnơ đặt lên mẫu 1000 gam Tốc độ quay máy 72 v/phút Môi trườnc đo: khơng khí nhiệt độ 25°c, độ ẩm 50 ± 2%

a) Chuẩn bị mẫu thử.

Mẫu thử độ mài mịn hình chữ nhật có kích thức 100 X 100 mm có khoan lỗ (ị) = 6,5 mm Mẫu mài nhẵn, làm để ổn định nhiệt độ phòng trons 24

Mẫu kích thước tình bày hình sau:

b) Tiến hàĩìh thử.

Mẫu cân cân phân tích có độ xác lo ’4 gam Sau chịu 1000 vòng quay (g/1000 v)

M = Wj - w 2

Trong đó: w r trọng lượng mẫu trước thử mài mòn, g w 2- trọng lượng mẫu sau thử mài mịn, g Sơ lượng mẫu đo: -ỉ- mẫu

2.3.2 Xác định hệ sỏ ma sát.

Hệ số ma sát xác định theo tiêu chuẩn ASTM D I 894-93 máy Usunumetre (Pháp)

Môi trường đo: khơng khí, nhiệt độ 25°c, độ ẩm 50 ± 2%. Chế độ đo: áp lực 1,5 N, vận tốc 0,5 m/s

Mẫu hình có dạns khối chữ nhật 14 X x mm:

í A

ị 10 m

Mẫu lau để nhiệt độ phòng 24 Mẫu chạy già 30 phút trước đo hệ sỏ ma sát cho bề mặt cuả mẫu tiếp xúc hoàn toàn với bề mặt máy đo ■

Hệ số ma sát xác định theo công thức sau:

Trong đó: A- số đọc lực kế, g

B- lượng mẫu gia trọng, g Số lượng mẫu đo: 4- mẫu

2.3.3 Độ cứng Brinel.

Độ cứng Brinel xác định theo tiêu chuẩn Din 57302 Độ dày mẫu không nhỏ mm

Mơi trường đo: khơng khí, nhiệt độ 25°c, độ ẩm 50 ± 2% Chế độ đo: áp lực 1,5 N, vận tốc 0,5 m/s

Độ cứng Brinel (H) xác định theo công thức sau: H = - - X 100, HB

n X h X D

Trong đó: p- áp lực nén, ks

H- Độ sâu vệt nén, cm

Chương

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Tổng hợp chất kết dính.

Vói mục đích tổng hợp loại chất kết dính thích hợp cho VLMS, dựa vào kết nghiên cứu tác giả khác, đồng thời sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có nước, chọn phương pháp biến tính nhựa phenol - focmandehit cacdanol

Các nhựa phenol nói chung nhựa tổng hợp từ phản ứng trùng ngưng phenol với focmandehit đồng trùng ngưng phenol có nhóm khác với focmandehit Có hai loại nhựa phenol - focmandehit chủ yếu nhựa novolac tạo thành điều kiện có dư phenol với xúc tác axit nhựa rezolic tạo thành điều kiện có dư focmandehit với xúc tác kiềm Nhựa phenol dạng novolac sử dụng nhiều để làm chất kết dính cho vật liệu ma sát

Qui trình tổng hợp nhựa PCF có dạng novolac tiến hành sau sử dụng xúc tác axit HC1 0,1 % so với phenol Tỉ lệ cấu tử tham gia phản ứng p : c : F = 1,15 : 0,15 :

Tiến hành phản ứng, nhiệt độ đạt tới 60°c bắt đầu cho xúc tác lần (1/2 lượng chất xúc tác) Giữ nhiệt độ 60 + 65°c trong vịng giị Sau nâng nhiệt độ lên 90°c cho lượng chất xúc tác cịn lại Duy trì nhiệt độ 15 phút, kết thúc phản ứng Nhựa lira nước cất đến hết lượng phenol dư Sấy nhẹ đến hết nước dung môi Đặt nhựa xelophan, để nsuội, sau đem nghiền mịn

OH OH

CH2OH OH

OH

H

OH

X

CHpOH Sơ đồ

Nhựa novolac đóng rắn urotropin với hàm lượng 10% trọng lượng nhựa Các mẫu nhựa đóng rắn 160°c trong 15 phút

3.2 Lựa chọn tỉ lệ nhựa thích hợp cho hỗn họp vật liệu ép.

Đối với trường hợp VLMS sở nhựa phenol - focm andehit để đạt tính chất lí mong muốn phải có tương hợp tỉ lệ thành phần tổ hợp, giữ tỷ lệ chất kết dính cần thiết đê độ mài m òn hệ số ma sát sản phẩm khơng bị thay đổi Do cần xác định m ột cách xác tỉ lệ thành phần tổ họp vật liệu

Bên cạnh yếu tố quan trọng kể định đến tính chất lí sản phẩm tỉ lệ chất kết dính tổng hợp vật liệu đóns: vai trò quan trọng

Đã tiến hành ép mầu VLMS với tỉ lệ nhựa khác thay đổi từ 18, 20, 22 25% trọng lượng so với 100% trọns lượng vật liệu ép Thành phẩn hỗn họp ép trình bày bảng (tính theo phần trăm trọnơ

lượng) sử dụng bột MS FR2 Trung tâm Polime, ĐHBK Hà Nội chê tạo

Bảng Thành phần tổ hợp VLMS

Thành phần Tỉ lệ (%)

Nhựa 18, 20, 22, 25

Bột amiăng 60 (X = 100%, nhựa giảm bột amiãng tăng)

Bột ma sát 8,5

Oxi kẽm 5,5

Oxi magie 7,5

Axit strearic 0,5

Kết đo tính chất lí tổ họp vật liệu trình bày bảng Bảng Anh hưởng tỉ lệ nhựa đến tính chất lí vật liệu Tính chất lí Tỉ lệ nhựa, % trọng lượng

18 20 2 25

Độ cứng, HB 28 34 34,5 36

Độ mài mòn, g/1000 V 0,0573 0,0520 0,0540 0,0560

Hệ số ma sát 0,38 0,38 0,39 0,37

Kết trình bày bảng 2, cho thấy 20% nhựa tạo vật liệu có tính chất lí cao lựa chọn cho phần nghiên cứu

3.3 T họp bột m a sát

Dầu vỏ hạt điều (cashew nutishell liquid) có thành phần chủ yêu gổm axit anacadic (a); cacdol (b) 2-metyl cacdol (c)

COOH CO,

OH

X

C15H „ - n > 0 V (a)

OH C15H?1_ n OH

( b ) (c)

C15H31- n

Trong n = 0, 2,

Theo Tuman, John H, đầu vỏ hạt điều tự nhiên có 83% axit anacadic; 13,8% cacdol, 2,6% 2-metyl cacdol 1,6% cacdanol

Cacdanol nhận theo phản ứng sau: OH

CO, > 200^

Ci.sHji-n

Bột ma sát tổng hợp theo qui trình tổng hợp nhựa PCF Qui trình tổng họp bột ma sát mơ tả sau:

Cho hỗn hợp phenol- dầu hạt điều- focmandehit với tỉ lệ (P + C) : F 1,1:1 mol), dầu hạt điều chiếm 25% so với lượng phenol, khuấy đều, nâng nhiệt độ lên 60°c -r 65°c, cho xúc tác axit HC1 (1/2 lượng chất xúc tác) Thời gian phản ứng giai đoạn Nâng nhiệt độ lên 90 4- 95°c, cho nốt phần xúc tác cịn lại trì phản ứng khoảng 15 đến 30 phút Sấy sản phẩm cho bay hết nước, dung môi đóng rắn 150°c, sau đem nghiền mịn

Sử dụng tác nhận đóng rắn hexametylentetramin (urotropin)

Đã tiến hành tổng hợp loại bột ma sát với tỉ lệ dầu hạt điều khác 20%, 25%, 30% 35% trọng lượnc cuả dầu vỏ hạt điều (VDHĐ) so với lượng phenol, kí hiệu BM1, BM3, BM4

Kết đo hệ số ma sát độ dài mòn tổ hợp vật liệu sử dụng loại bột ma sát trình bày bảng có so sánh với loại bột ma sát FR2 trung tâm NCVL Polime chế tạo

Bảng Ảnh hưởng loại bột ma sát đến độ mài mòn hệ số ma sát vật liệu

Tính chất lí Loại bột ma sát

BM1 BM2 BM3 BM4 f r

Độ mài mòn, g/1000 V 0,066 0,531 0,056 0,058 0,052

Hệ số ma sát 0,31 0,38 0,37 0,32 0,38

Từ kết bảng cho thấy bột ma sát kí hiệu BM tạo cho vật liệu có tính chất lí cao (độ mài mịn 0,0531 hệ số ma sát 0,38) tương đương vói tổ hợp vật liệu sử dụng bột ma sát tổng hợp từ cacdanol bo kí hiệu FR2 loại bột ma sát chọn cho phần nghiên cứu

3.4 Lựa chọn tỉ lệ cao su thích hợp.

Để có m ột loại vật liệu vừa có tính chất lí, hố học loại nhựa tương hợp sử dụng cho VLMS, có tính mềm dẻo, có khả hồi phục cao, nhiều cơng trình nghiên cứu trước [2] sử dụng cao su làm tác nhân biến tính nhựa

Những loại vật liệu vừa có tính chất loại nhựa nhiệt rắn vừa có tính đàn hổi cao cao su nghiên cứu từ năm 1942

Cao su liên kết với nhựa liên kết hoá học đơn liên kêt vật lí (chỉ trộn hợp thơng thường)

Cao su sau lưu hố thường có độ mài mòn lớn, hệ số ma sát cao, khả biến dạng, hồi phục cao [7] Nhựa hợp chất sau đóng rắn có độ cứng cao, giịn, độ mài mòn lớn hệ số ma sát nhỏ Sản phẩm biến tính thu ngồi tính chất nhựa cịn có thêm tính chất q khác, bật độ cứng vật liệu giảm khả chịu va đập tăng lên m ột cách rỗ rệt

Theo cơng trình nghiên cứu trước người ta nghiên cứu khả tăng cưồng độ bền va đập tổ hợp cao su Dưới tác động ngoại lực vật liệu bị biến dạng điểm bị phá huỷ điểm có liên kết yếu nhất Nếu vật liệu có nhựa bột độn điểm phá huỷ bề mặt phán chia pha nhựa chất độn hay liên kết phân tử nhựa Khi có mặt cao su vật liệu thỉ lượng cần thiết để phá huỷ bề mặt cần phải lớn nhiều

Ngoài cơng trình nghiên cứu [1-9] cịn tỉ lệ nhựa tổ hợp lớn sản phẩm trở nên giịn Hàm lượng cao su tăng dẫn đến độ cứng cuả sản phẩm giảm xuống Nhựa phenol - focmandehit loại nhựa phân cực có khả trộn hợp với loại cao su có cực

Theo số cơng trình nghiên cứu trước [1,2] hàm lượng cao su tối đa đưa vào tổ họp vật liệu 15% (tính theo trọng lượng)

Trong phần nghiên cứu chúng tơi thay đổi hàm lượng cao su tìr % đến 15% trọng lượng.

3.5 Gia công kết đo tính chất CO' lí vật liệu.

3.5.1 Cắt mạch cao su, phối trộn thành phần phụ gia lull hoá.

Cao sir dạng crep cắt mạch máy cán trục có kích thước 150 X 300 m m thời gian 30 phút

Đơn phối liệu cao su butadien-nitril (tính theo % trọng lượng):

Cao su: 100

Oxit kẽm: Axit strearic:

Xúc tiến TMTD: 0,5 3.5.2 Đơn phối liệu.

Gia công vật liệu ma sát theo đơn phối liệu sau (tính theo % trọng lượng) - Hệ nhựa PCF (8% urotropin) 18, 20, 22, 25

- Bột ma sát BM 8,5

- Oxit kẽm 5,5

- Oxit ma gie 7,5

- Axit strearic 0,5

- Bột độn 33 -T 45

- Ca su nitril 6, 9, 12, 15, 18 3.5.3 Qui trinh ép mẫu.

Mẫu ép nhiệt độ 150°c vòng 15 phút với áp lực 75 kg/cm 2, sau xử lí nhiệt nhiệt độ 140°c

Kết qủa đo tính chất lí tổ hợp chứa tỉ lệ cao su khác trình bày bảng

Bảng 5- Ảnh hưởng tỉ lệ cao su đến tính chất CO' lí vật liệu

Tỉ lệ cao su % Độ mài mòn g/1000 V Hệ số ma sát Độ cứng Brinel HB

6 0,0507 0,40 24.5

9 0,0510 0.43 15,7

12 0,0533 0.43 15,4

So sánh tổ hợp vật liệu có cao su tỉ lệ khác cho thấy với 9% cao su butandienitri] tổ hợp vật liệu tạo cho sản phẩm có tính chát c lí cao

Kết qủa đo tính chất lí vật liệu có chứa 9% cao su butandien - nitril trình bày bảng

Bảng Các thông số vật liệu ma sát nhận

Thông số kĩ thuật Kết đo

Độ cứng Brineỉ, HB 15,7

Hệ số m a sát 0,43

Độ mài mòn, g/1000 V 0,0510

Với tỉ lệ cao 9% đưa vào tổ hợp vật liệu giảm độ cứng xuống từ 34 HB xuống 15,7 HB mà tính chất khác vật liệu không bị thay đổi Như việc đưa 9% cao su butadien nitril tạo co sản phẩm có tính chất lí tốt, hệ số ma sát từ 0,38 lên ,4 đồng thời độ mài mòn giảm từ 0,053 xuống 0,051 quan trọng giảm độ cứng từ 34 HB xuống lại 15,7 HB Tuy nhiên việc sử dụng amiăng làm chất tăng cường cho VLMS năm tới bị hạn chế, amiăng chất gây ung thư Nhằm mục đích thay phần hay hoàn toàn sợi amiăng, khảo sát khả nàng sử dụnơ sợi Kevlar

3.6 Chế tạo mẫu vật liệu ma sát sỏ nhựa phenolic sợi kevlar.

Nhằm mục đích khảo sát tác dụng sợi kevlar vật liệu ma sát tiến hành chế tạo mẫu VLMS với tỉ lệ phối liệu sau (mẫu 2)

Báng Thành phần tổ họp chế tạo VLMS nhựa phenolic - sợi kevlar

Thành phần Tỉ lệ (%)

Nhựa phenolic 65

Sợi kevlar 35

Đo hệ số ma sát (tại vận tốc 0,4082 m/s) độ dài mòn hai mầu vật liệu chế tạo trên, đem so sánh bảng sau:

Bảng 7- So sánh tính lí VLMS nhựa phenolic - amiăng nhựa phenolic - sợi kevlar

Vật liệu ma sát Hệ số ma sát Độ mài mòn (g/1000 v)

Nhựa phenolic - amiăng 0,28 0,0615

Nhựa phenolic - sợi kevlar 0,22 0,0195

Kết trình bày bảng cho thấy sợi kevlar làm giảm độ mài mòn vật liệu ma sát tới lần (từ 0,0615 giảm 0,0195), phù hợp với tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5775 - 1993 Điều giải thích độ cưng phenolic, độ dẻo dai độ bền sợi kevlar độ bền liên kết nhựa vải cao

Tuy nhiên thực nghiệm vật liệu nhựa phenolic - sợi kevlar có hệ số ma sát thấp vật liệu nhựa phenolic - cao su - amiăng (0,22 so với 0,28), kết trình loại bỏ loại bột độn (đặc biệt bột cao su bột ma sát) có độ ráp bề mặt cao Từ nhận thấy cần thiết phải giảm tỉ lệ sợi kevlar cách thích hợp để tạo vật liệu ma sát có hệ số ma sát cao hơn, độ mài mòn chấp nhận được,

3.7 C hế tạo mẫu vật liệu trẽri co sở nhựa phenolic, bột amiăng sợi kevlar.

Bảng Thành phần tổ hợp chế tạo VLMS nhựa phenolic - amiãng - sợi kevlar

Thành phần Tỉ lệ (%)

Nhựa phenolic 27

Sợi kevlar

Bột amiăng 28

Bột ma sát 8,5

Bột oxit kẽm 5,5

Bột cao su 18

Axit strearic 0,5

Hệ số ma sát mài mòn mẫu vật liệu so sánh bảng sau Bảng So sánh tính lí VLMS

Vật liệu ma sát Hệ số ma sát Độ mài mòn (g/1000v) Nhựa phenolic - cao su - amiăng 0,28 0,0615

Nhựa phenolic - sợi kevlar 0,22 0,0195

N hựa p h e n o li o c a o su-amiãng-sợi kevlar 0,26 0,0562

Kết thu cho thấy thay 5% khối lượng bột amiăng sợi kevlar hệ số ma sát giữ nguyên (0,26 so với 0,28) độ mài mòn giảm dáng kể (giảm từ 0,0615 xuống 0,0562) Điều cho phép kéo dài tuổi thọ VLMS, nhung quan trọng loại bỏ phần amiãng vốn có hại cho sức khoẻ

Từ kết nghiên cứu, ép thử loại mẫu:

1 Roăng chịu áp lực, độ mài mòn thấp dùns cho loại bơm li tám. Bánh xe có độ mài mịn thấp, chịu va đập chịu mỏi trườnơ axit

ooo ooo

2 Bánh xe có độ mài mịn thấp, chịu va đập chịu mơi trường axit

K Ế T LUẬN

1 Đã tổng hợp nhựa PCF dạng novolac tìm tỉ lệ thích hợp cấu tử tham gia phản ứng, thời xác định 8% urotropin tỉ ]ệ chất đóng rắn thích hợp cho nhựa PCF dạng novolac để ỉàm chất kết dính cho VLMS

2 Đã tổng hợp bột ma sát từ dầu vỏ hạt điều Kết đo hệ số ma sát độ dài mòn cho thấy 25% dầu vỏ hạt điều thích hợp

3 Việc đưa 9% cao su butandien nitril tạo cho sản phẩm có tính chất lí cao, tăng hệ số ma sát, độ mài mòn giảm, quan trọng giảm độ cứng từ 34 HB xuống 15,7 HB

4 Đã chế tạo mẫu vật liệu ma sát nhựa phenol - cacdanol - focmandehit, sợi amiăng sợi kevlar, khảo sát tính lí sản phẩm thu

5 Quá trình thay phần amiăng vải kevlar tạo sản phẩm có tính nãng lí chất nhận đươcj, phù hợp với tiêu chuẩn quốc gia chống ô nhiễm môi trường

PHIẾU ĐĂNG KÝ

KẾT QUẢ NGHIÊN cứu KH-CN

T ên đề tài (h o ả c d ự án):

V q L * * CiL CẮÍ tủo vẹ t Ậici^ >nA- sO<*t ( V L M$ ) tiĩrr t ỉ /Oờ ịỉiịL ', ítv Ciỉu (Ắ z ~t&0 v * t ỉ i â

Ca-Í l z j>0-£y.ynt Ce>+*,Ịiữ'4t'Ì~&

M ã số: Ổ ổ $ ĩ ' ?

C q u a n c h ủ trì đề tài (hoậc dự án): T u ii„2 l , c j a + Ậ te 7ư

Địa chỉ: 3ỖH / t i ' _ fẬ ctt>£ _ RcC iVữ/ s $ k ! $

lei: _ đ •

Cơ q uan q u ả n lý đề tài (hoặc dự án): yỹti/ l , c ỔỊuĩ-o H&

Địa chi: H 4H u _ (Ju.4sv ứỉi*- _ ị-icĩ^ N /•

Tel:

Tổng kinh p h í thực chi: éữ- ũ ũ 0 X 1000 đ U SD T r o n g đó: - T ngân sách Nhà nước: éO.Oồù’ X 1000 đ USD - K inh phí cùa trường: X 1000 đ U SD - V av tín dụng: X 1000 đ U S D - Vốn tự có: X 1000 đ USD - T h u hổi: X 1000 đ U SD Thòi gian n g h iê n cứu:

Thòi gian bắt đầu: Thòi g ia n kết thức:

2 Mữ.n* ?- - 193 ĩ 10- i f f 9

Tèn cán phối họp nghicn cứu:

fta,* V^rv /IÁ K X Yu, fv'^ơC & 'ịlìữ n -Ị I&-0

pCrí Tí Vi '/ia A

Ểỉ CĨ T-Ệ /Vệ 4.Ịv

pCrí , Ts 8» to"

?<*, 7( F<rí Ti

Số đăne ký đổ tài

N iiàv:

Sỏ cliứníi nhận đănu ký kết ne hiên cứu:

R a o m ậ l :

a P h ổ b i ế n rộnÌZ r ãi :

b Pho bíốn hạn chế:

Tóm tắt kết nghiên cứu:

i t * * , £>'Ị~ ‘t ú i c fc/n’rt p C F tỉữ tx Ị • f t * v » t A c Ẩ ĩ>y //£ * / s t n ỉ l

X ui í- ỉ /» ~iịj / l ỉA ĩii jTị >t(Ị <lAf j{u^(£, Ẩ ìịi I'flO

V ỉ* V^ổ, iíx ///Ih- t í i Ả l<:'f Ẩ íi,Á clo y t M c

ũ ịt y*Ậ Ắ*ịỊ*> /ịti'»í, t ỷ UxH /J*/ ~ívi / / â t i ự o /Ùs ĩ*-1 v \ ì tợ ,

/I /ĩ-t" v'* L nr, r rV'/A', f &£**/ is r íIX /Jé ỳn&,í ỷyt ỹAỹv

«*££>-3 * /, tsic /ll-l du( / r tJ U i t £ ^iK B t t \►* o <'">+< t> ^tóyyẮ cAk / (J £' £<10 , Ầ* Ipơ.ỹii A£ữ*n H> tAf'ty

y / " / r /

Kiến nghị ve quv 1110 (lối rữựng á|) dụng nghiÍM} cứu:

fc'iú*y i-ỉi <ju * ty & £ Cs-JM- c* $'*' Ur^Ị dế>it\i /a

c i u ỉ Ì M Í i Ắ *~ U H - u ít- Ẩ ù l i O ' t S i u a i i y i l

i ’ f * - ■ / A . / / i £ , » /Y / V ư

C hii nhiêm d í liii 'I hù Irườna qiiỉin chú rì dc till

Chú (ịch Hội dóng (liình giá chinh lhứe

T h ù H ướng co <|ii:in quiin lý dc lỉii

H ọ tên fựặ* A Cií*>^

H ọ c h m hoc vi

r & ì , T í

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Thanh Liêm Bùi Cường, Ảnh hưởng cấu tạo phenol đén tính chất lí cuả nhựa phenol - focmandehit dùng làm chất kết dính cho vật liệu ma sát, Tạp chí hố học còng nghệ XXXIII, 1, 1995, tr 28 - 32

2 Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Thanh Liêm, Bùi Cường, Nghiên cứu tổng họp khảo sát ảnh hưởng bột ma sát đến tính chất lí vật liệu ma sát, Tạp chí Hóa học, T 34, số 2, 1996, tr -

3 Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Thanh Liêm, Bùi Cường, Nghiên cứu ảnh hưởng loại alastome tới tính chất lí vật liệu ma sát, Tạp chí Hóa học, T 34, số ĐB, 1996, tr -

4 VÕ Phiên, Lê Thành Long, Ngô Kế Thế, Nguyễn Sỹ Ly, Phan Mạnh Liêm, Polime sở cacdanol - focmandehit cacdanol - epoxi, Tạp chí Hố học, T 19, N 2, 1981, tr -

5 Võ Phiên, Lê Thành Long, H.Raubach, Phạm Ngọc Lân, Thành phần cấu tạo dầu vỏ hạt đào lộn hột Việt Nam, Tạp chí Hố học, T 26, số 1988, tr -

6 Đặng Văn Luyến, Đỗ Hồng Sâm, Bùi Thanh Bình, Lê Thị Hiên, Nguyễn Thị Thìn Một số kết nghiên cứu sử dung dầu hạt điều, Tạp chí Hố học, T 19, N 2, 1981, tr -

7 Đỗ Trường Thiện, Nguyễn Văn Khôi, Gia cường compozit cao su bằna sợi dứa dại nhựa cacdanol - phenol - focmandehit, Tạp chí Hố học, T 35 số 4, 1997.tr -

8 Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Văn Thêm Kĩ thuật ma sát biện pháp nâng cao tuổi thọ thiết bị, Nhà xuất khoa học kĩ thuật 1990 tr - 1

9 Nguyễn Thanh Liêm Nghiên cứu ché tạo vật liệu polime compozit sử dụng lĩnh vực vật liệu ma sát Luận án phó tiến sĩ khoa học, Đại học Bách khoa Hà Nội, 1996

10 Bài thí nghiệm hoá học polime, Trung tâm nghiên cứu vật liệu Polime, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 1997, tr 12 - 16

11 Annual Book of ASTM Standards, Part 27, Philadephia, Amer Soc, for, Testing and M aterials, 1971, p 397 - 398, 550 - 554

12 G Cl osa, I J R Baumvol, Tribology of Polymer Composites Used as Frictional M aterials, Advances in composite tribology, Edited by Klaus Friedrich, Elsevier Science Publishers B v , Amsterdam, The Netherland,

1993, p 583 - 525.

13 Raymon B Seymour, Polymer Composites, Edited by C.R.H.I De Joge, Utrecht, Th Netherland, 1990, p.60 -

14 R S Irwin, Organic leiforcement fibres, Matrix Resin for composites (Seminar Proceedings), Edited by Indra K Varma, Center for Materials Science & Technology and Department of Chemistry Indian Institute of Technology, Delhi, 1990, p 45 - 83

15 Ben T Collins, The Ư s Friction Materials Industry, Friction and antifiction materials, Vol 4, New York - London, Plenum Pr., 1970, p -

16 D Scott, Trybology In Prespective, Tribology Series, Vol 28, Industrial Tribology, Edited by D Dowson Amsterdam, London New York Tokyo, 1994 p -

18 J A Brydson, Plastics materials, 2nd edition, London Iliffe Books Ltd, 1969, p 390 - 399.

19 T s Carswell, Phenolplasts Their structure, properties, and chemical technology, Vol VIII, Interscience publishers INC, New York 1947, p.9-11

20 N J L Megson, Phenolic resin chemistry, Butterworths scientiffic pulications, London, 1958, p 182 - 187

21 Alan B Glanvill, Plastics materials handbook, 2nd edition, Vol 2, The machinary publishing Co., Ltd., 1964, p - 19

22 J.p Trotignon, M Piperaud, J Verdu, A Dobraczynski, Les phénolpláter, Precis de matières plastiques, Fernand Nathan, 1982, p 83 - 85

23 J Gossot, Les matières plastiques Febrication - Technologie, 3eme edition, Dunod, Pais, 1968, p 61 - 66

24 J Gossot, Les matières plastiques Dunod, Pais, 1968, p - 11

25 Jean, Bost, Matières plastiques, I Chime applications, Technique et Documentation, Lavoisier, 1985, p 21 - 35

26 M Fournier, L’ ère des Matières plastiques, Dunod, Pais, 1951, p 7 - 82

27 Jean - Charles Glautier, Matières plastiques, Presse documentaire, 28 me Saint - dominique, Paris 1958, p, 161 - 174

28 M.Reyne, Les plastiques Guide Pratique de I'utilisateur,

29 P Dubois, Pỉastique modem es, Masson et c le Editeurs, Paris, 1968, p 374-187

30 Metalmeclanica plast, Planification technique du m oulase par injection des matières plastiques Italie 1979 p 30 - 35

31 Manuel industriel de I'usure et du arippaae, Centre Stéphanois de Recherches Mécaniques hydiomécanique et fiottement Centre technique des industries mécaniques cetim, editions science et Industrie

32 M oulage par compression et moulage par transfeit des résines thermođurcissables, M onograhies Technique et Pratiques, edition amphora, Paris