Đề tài chế tạo gờ (lằn) giảm tốc độ từ polime compozit sợi vải phế thải

- 1 - Lời nói đầu Đề tài: “Chế tạo Gờ (Lằn) giảm tốc từ Polyme Compozit – Sợi vải phế thải ” Mục tiêu của đề tài. o Chế tạo sản phẩm thân thiện với môi trường, góp phần nâng cao khả năng tái sử dụng của vải phế liệu. o Sản phẩm được chế tạo theo hướng dễ gia công, lắp đặt và có độ bền cao. o Thân thiện, an toàn với ng ười tham gia giao thông. Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết. Chế tạo Gờ (Lằn) giảm tốc từ Polymer Compozit – Sợi vải phế thải có những tính chất riêng biệt: • Bền, nhẹ, dễ thi công lắp đặt, bảo trì, thay thế. • Sử dụng sợi vải phế liệu. • Bước đầu thử nghiệm tại công trình đường bộ. Nhữ ng đánh chi tiết hơn cần tiến hành tiếp tục trong thời gian tới, việc hiệu chỉnh các thành phần của vật liệu cho phù hợp với từng loại đường bộ và đặc điểm của phương tiện giao thông, điều kiện thi công, bảo trì. Hiện nay sản phẩm đang được thử nghiệm tại: Tổng công ty xây dựng công trình giao thông CIENCO-1 – CTCP Cầu đường 10 - 2 - CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA EPOXY. 1.1 Khái niệm chung về vật liệu compozit. [2, Tr 1] Vật liệu compozit là loại vật liệu được kết hợp của hai hay nhiều cấu tử khác nhau, nhằm tạo ra vật liệu mới có tính chất đặc biệt mà các vật liệu ban đầu không có được. Vật liệu polyme compozit là hệ thống gồm hai hay nhiều pha. Trong đó pha liên tục (maxtrix) là polyme. Tuỳ thuộc vào bản chất của pha khác nhau (phụ gia) vật liệu compozit được chia thành: • Vậ t liệu có phụ gia phân tán. • Vật liệu được tăng cường bằng sợi ngắn hay vẩy. • Vật liệu được tăng cường bằng sợi liên tục. • Vật liệu độn khí hay xốp. • Vật liệu là hỗn hợp polyme-polyme. Trong lĩnh vực polyme, vật liệu compozit là các vật liệu đi từ nhựa polyme (chất nền) được gia cường bằng các phụ gia (chấ t độn). NHỰA (Chất nền - Pha liên tục). Là chất kết dính, chuyển dạng rời rạc của vật liệu độn thành dạng liên tục và đóng vai trò chuyển ứng suất tập trung cho phụ gia (chất độn) do phụ gia có tính chất cơ lý cao hơn nhựa nền. Tạo khả năng để tiến hành các phương pháp gia công, vật liệu compozit có nhựa nền polyme tốt phải đảm bảo yêu cầu sau: + Có kh ả năng biến dạng trong quá trình đóng rắn, để làm giảm ứng suất nội. - 3 - + Có khả năng thấm ướt hoàn toàn lên bề mặt phụ gia. + Có khả năng tăng độ nhớt hoặc hoá rắn trong quá trình kết dính. + Chất kết dính có chứa nhóm hoạt động hay phân cực. Người ta có thể sử dụng nhựa nhiệt dẻo hay nhựa nhiệt rắn làm nhựa polyme nền. Nói chung nhựa nhiệt dẻo có tính chất cơ-lý-hoá thấp hơn nhựa nhiệt rắn. PHỤ GIA. Pha gián đoạn có vai trò t ạo nên độ bền cao, modun đàn hồi cao cho compozit, là các điểm chịu ứng suất tập trung trong vật liệu. Dó đó chất độn phải có độ bền, modun đàn hồi cao, phải nhẹ để có độ bền riêng cao. Độn làm thay đổi đặc trưng cơ bản của vật liệu gọi là chất độn hoạt tính. Độn không làm thay đổi đặc trưng cơ bản của vật liệu gọi là độ n trơ. Chất độn được đánh giá dựa trên những đặc điểm sau: • Độ bền hoá chất, môi trường. • Tính gia cường cơ học (độ cứng, độ đàn hồi). • Khả năng phân tán vào nhựa tốt. • Độ bền nhiệt, truyền nhiệt tốt. • Thuận lợi cho quá trình gia công. • Nhẹ, giá thành giảm, dễ kiếm. Tuỳ thuộc vào v ật liệu polyme compozit mà ta lựa chọn chất độn cho phù hợp. + Loại độn hữu cơ: như PVC, parafin, clo hoá…Được dùng chủ yếu làm chậm khả năng bắt lửa cho nhựa. + Bột kim loại: Sử dụng bột Fe, Al, Pb, Cu…tạo cho vật liệu một số tính chất đặc biệt chuyên dụng. - 4 - + SiO 2 làm tăng độ bền ẩm, tăng tính cách điện và dễ gia công cho vật liệu. + Tale (3MgO.4SiO 2 .2H 2 O): Trong bột tale thường có lẫn tạp chất CaO, Al 2 O 3 và oxyt sắt. Tinh thể tale có dạng tấm, hình kim hoặc hình sợi. Bột tale mềm và trơ hoá học có khả năng tăng độ bền ẩm, bền nhiệt và bền hoá. + Bột nhẹ (CaCO 3 ): Là chất độn phân bố ở nhiều dạng khác nhau: Dạng hạt, bột mịn, hạt sa lắng. Có khả năng tăng độ ổn định kích thước, độ bền nhiệt và khả năng gia công của vật liệu. + Bentonit (Al 2 O 3 .4SiO 2 .2H 2 O): Là chất độn bột phân tán tự nhiên có tác dụng chống nứt nẻ, tăng độ bền nhiệt. + Silicat (MgO.2SiO 2 .2H 2 O)…tăng độ ổn định kích thước, độ bền nhiệt, bền hoá, độ cứng và các tính chất cách điện của vật liệu. Đặc điểm việc độn dạng bột cho nhựa. + Giảm sự co rút thể tích. + Giảm giá thành cho sản phẩm. + Tăng thể tích cần thiết cho nhựa. + Tăng độ bền nén và modun ban đầu. + Cải thiện một vài tính chất (dẫn điệ n, dẫn nhiệt, chậm cháy, chậm chảy). + Tạo mỹ quan cho bề mặt gia cường bằng sợi. Độn dạng sợi: Compozit tạo thành là compozit sợi gia cường. Các loại sợi thường được sử dụng như: sợi thuỷ tinh, sợi amian, sợi bo, sợi aramit, sợi thiên nhiên (sợi bông, sợi đay)… Vật liệu polyme compozit được tăng cường bằng chất độn dạng sợi có độ bề n cơ học cao hơn rất nhiều so với tăng cường chất độn dạng bột. - 5 - 1.2. Đặc điểm kỹ thuật của vật liệu compozit [5, Tr 82] + Độ bền cơ lý tốt. + Không bị gỉ sét. + Không tốn kém trong bảo quản, chống ăn mòn. + Chi phí đầu tư thấp. + Phương pháp gia công và chế tạo đơn giản và đa dạng. 1.3. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa Epoxy [3, Tr 153 ] Epoxy là đại diện cho một số nhựa có tính năng tốt nhất hiện nay. Nói chung, epoxy có tính năng cơ lý, kháng môi trường h ơn hẳn các nhựa khác, là loại nhựa được sử dụng nhiều nhất trong các chi tiết máy bay. Với tính chất kết dính và khả năng kháng nước tuyệt vời của mình, epoxy rất lý tưởng để sử dụng trong ngành đóng tàu, là lớp lót chính cho tàu chất lượng cao hoặc là lớp phủ bên ngoài vỏ tàu hay thay cho polyester dễ bị thủy phân bởi nước. Bảng 1.1: Các tính chất cơ bản của một số nhựa Epoxy đi từ bisphenol A và epichlorohydrin Loại nhựa n Đương lượng Epoxy Nhóm hydroxyl (khi mở vòng) Điểm nóng chảy ( 0 C) Độ nhớt ở điểm nóng chảy Ưng dụng 1 <1 185-192 2 8-12 11-14 Sơn không dung môi và có hàm lượng rắn cao 2 2 450-525 6 64-76 0.8-1.7 Sơn rắn thông dụng 4 3.7 905-985 7 125-132 4.3-6.3 Sơn bột Epoxy este 7 8.8 1600-1900 13 125-132 17.5-27 Hệ Epoxy /phenolic 9 12 2400-4000 17 140-155 36.2-98.5 Hệ Epoxy/phenolic - 6 - Đặc điểm của Nhựa Epoxy bisphenol A phân tử lượng trung bình là chịu nước và hoá chất tốt, tính uốn và cứng tốt, tính bám dính cao, chịu nhiệt độ nhưng dễ bị tác động bởi các điều kiện môi trường xung quanh Nhựa epoxy được tạo thành từ những mạch phân tử dài, có cấu trúc tương tự vinylester, với nhóm epoxy phản ứng ở vị trí cuối mạch. Nhựa epoxy không có nhóm ester, do đó khả năng kháng nước c ủa epoxy rất tốt. Ngoài ra, do có hai vòng thơm ở vị trí trung tâm nên nhựa epoxy chịu ứng suất cơ và nhiệt nó tốt hơn mạch thẳng, do vậy, epoxy rất cứng, dai và kháng nhiệt tốt. Nhựa epoxy, ta dùng chất đóng rắn để tạo mạng không gian ba chiều. Chất đóng rắn ưa sử dụng là amin, được cho vào epoxy, lúc này giữa chúng sẽ xảy ra phản ứng hoá học. Thường nhóm epoxy sẽ phản ứng kết khối vớ i nhóm amin, tạo ra cấu trúc phân tử ba chiều phức tạp. Amin kết hợp với epoxy theo một tỉ lệ nhất định, đây là yếu tố quan trọng vì việc trộn đúng tỉ lệ đảm bảo cho phản ứng xảy ra hoàn toàn. Nếu tỉ lệ trộn không đúng thì nhựa chưa phản ứng hoặc chất đóng rắn còn dư trong hỗn hợp sẽ ảnh hưởng đến tính chấ t sản phẩm sau đóng rắn. Để đảm bảo tỉ lệ phối trộn chính xác, nhà sản xuất thường công thức hoá các thành phần và đưa ra một tỉ lệ trộn đơn giản bằng cách đo khối lượng hay thể tích của chúng. Cả nhựa epoxy lỏng và tác nhân đóng rắn đều có độ nhớt thấp thuận lợi quá trình gia công. Epoxy đóng rắn dễ dàng và nhanh chóng ở nhiệt độ phòng từ 5-150 0 C, tuỳ cách lựa chọn chất đóng rắn. Một trong những ưu điểm nổi bật của epoxy là co ngót thấp trong khi đóng rắn. Lực kết dính, tính chất cơ lý của epoxy được tăng cường bởi tính cách điện và khả năng kháng hoá chất. Ứng dụng của epoxy rất đa dạng, nó được dùng làm: keo dán, hỗn hợp xử lý bề mặt, hỗn hợp đổ, sealant, bột trét, sơn. - 7 - 1.4. Công nghệ chế tạo vật liệu compozit. [2, Tr 21] Có nhiều phương pháp gia công chế tạo vật liệu compozit: Gia công dưới áp suất. Gia công đúc ép nóng: Nhựa hay sợi độn được trộn đều cho vào khuôn đúc dưới áp suất và nhiệt độ cao. Sản phẩm định hình ba chiều. Đúc ép nguội: Chất độn trộn với nhựa nạp liên tục và kéo qua lõi có gia nhiệt, nhựa đóng rắn một phần hay hoàn toàn khi qua lõi tạo hình. Đúc tiêm: Độn cho vào khuôn rồi tiêm nhựa lỏng vào, sau đ ó gia nhiệt để đóng rắn. Cũng có thể trộn đều nhựa chất đóng rắn, độn rồi tiêm vào khuôn đồng thời phản ứng đóng rắn xảy ra. Phương pháp ép phun: Vât liệu được tăng cường bằng sợi xơ ngắn được định hình trước nếu cần, được đặt vào khuôn, sau đó khuôn được đóng lại kẹp chặt và nhựa được phun vào từ một đầu trộ n. Phương pháp phun chân không: Nhựa được đưa vào khuôn bằng cách hút chân không. Phương pháp này tách bọt khí rất tốt. Gia công áp suất thường. Gia công bằng tay: Dùng cọ hay con lăn quét nhựa lên khuôn đã phủ chất chống dính sau đó đặt vải lên rồi quét nhựa, dùng con lăn đuổi bọt khí và ép chặt, lần lượt đắp đến đạt bề dày yêu cầu. Phun phủ nhựa sợi: Sợi thô được cắt ngắn phun cùng một lúc v ới nhựa tuần tự cho đến khi đạt bề dày yêu cầu, dùng con lăn đuổi bọt khí và ép chặt. Cuộn sợi: Sợi được kéo qua bể chứa nhựa cho thấm nhựa trước, sau đó cuộn phủ lên bề mặt khuôn. Túi chân không, túi áp suất: Xếp sợi đã được tẩm nhựa vào khuôn rồi phủ lên một lớp túi mềm dẻo. Hút chân không bên trong, các sợi sẽ ép vào trong, tách bọt ra sản phẩ m hình thành gọi là phương pháp túi chân không. - 8 - Ly tâm: Xếp sợi đã tẩm vào khuôn tròn sau đó quay ly tâm, lực ly tâm sẽ định hình sản phẩm. 1.5 Ứng dụng của vật liệu polyme compozit [4, Tr 19] Các lĩnh vực ứng dụng của vật liệu compozit hết sức phong phú từ những sản phẩm đơn giản như bồn tắm, thùng chứa nước, tấm lợp… cho đến những chi tiết và kết cấu phức tạp có yêu cầu đặc bi ệt trong máy bay hay tàu vũ trụ ứng dụng compozit trong chế tạo chi tiết ôtô và các phương tiện giao thông trên mặt đất. Vật liệu compozit được sử dụng phổ biến là chất dẻo thuỷ tinh. Mặc dù kém bền hơn chất dẻo cacbon nhưng rẻ tiền hơn nhiều. Vật liệu compozit sử dụng trong chế tạo ô tô đem lại những hiệu quả sau. + Giảm trọng lượng tiết kiệm nhiên li ệu, tăng các thông số sử dụng. + Tăng độ lớn chi tiết, giảm chi phí sản xuất. + Giảm độ ồn và rung, tăng độ tiện nghi. + Giảm nguy hiểm cho con người khi xảy ra tai nạn. + Giảm số vốn đầu tư cho thiết bị sản xuất. Ứng dụng vật liệu compozit trong đóng tàu: Được dùng làm vật liệu kết cấu do phối hợp nhiều tính chất đặc biệ t độ bền riêng lớn, tuổi thọ cao bền với môi trường nước biển, đơn giản khi sử dụng và sửa chữa, không nhiễm từ, cách điện và độ dẫn nhiệt thấp hơn kim loại. Ngoài ra, các vật liệu đó còn cho phép sử dụng độ mềm dẻo của vật liệu vào các kết cấu mà những kim loại thông thường không có. Ứng dụng vật liệu compozit trong công nghiệp hàng không. Khi sử dụng vật liệu compozit trong lĩnh vực này, điều quan trọng nhất là giảm được trọng lượng kết cấu, nhờ vậy mà giảm được tiêu hao nhiên liệu, tăng khối lượng vận chuyển và bay tầm xa. - 9 - Tại Việt Nam, vật liệu compozit được áp dụng hầu hết ở các ngành, các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Tính riêng nhựa dùng để sản xuất vật liệu compozit được tiêu thụ ở Việt Nam khoảng 5.000 tấn mỗi năm; tại Hà Nội đã có 8 đề tài nghiên cứu về compozit cấp thành phố được tuyển trọn, theo đó vật liệu compozit được sử dụng nhiều trong đời s ống xã hội. Tại khoa răng của bệnh viện trung ương Quân đội 108 đã sử dụng vật liệu Compozit vào trong việc ghép răng thưa, các ngành thiết bị giáo dục, bàn ghế, các dãi phân cách đường giao thông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống máng trượt, máng hứng và ghế ngồi, mái che của các nhà thi đấu, các sân vận động và các trung tâm văn hoá…Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liệu Compozit vào các lĩnh vực điện dân dụ ng, hộp công tơ điện, sào cách điện, đặc biệt là sứ cách điện. 1.6 Gờ giảm tốc: Sử dụng gờ (lằn) giảm tốc có tác dụng giảm thiểu tai nạn do chạy xe tốc độ cao, khuyến khích tài xế chạy xe tốc độ phù hợp. Mỗi cụm gờ giảm tốc gồm 5-7 dải. Trong khi đó, theo quy định tạm thời về gờ giảm t ốc của Cục Đường bộ VN ban hành năm 2003 thì chiều dày của gờ giảm tốc tối thiểu phải từ 6 - 8 mm. Tuy nhiên gờ giảm tốc cũng có những hạn chế sau: Ở các xe lớn, gờ giảm tốc không có tác dụng nhiều, nhưng với các xe nhỏ gờ giảm tốc trở nên đặc biệt nguy hiểm nếu chạy với tốc độ cao. Các xe nhỏ, có khoảng cách bánh trước/sau ngắn, nh ư Matiz, Yaris, Morning rất dễ bị mất lái với kiểu gờ này do xe nhẹ dễ bị hất đuôi nếu đi nhanh. Hơn nữa các chi tiết gầm bệ như rô-tuyn, thước lái, cao su giảm chấn thanh giằng bị rơ rão cũng khiến nguy cơ xe mất lái tăng cao khi đi qua các gờ giảm tốc. Với cụm gờ giảm tốc rộng từ 80 -100 cm, dày gần 10 cm gây nên tiếng ồn từ các xe phát ra do tác động v ới gờ giảm tốc rất lớn; đã có một số trường hợp - 10 - xe tải khi đi qua gờ giảm tốc bị gãy nhíp; đoạn đường cũng thường xuyên xảy ra ùn tắc. Đặc biệt, vào ban đêm, do gờ giảm tốc làm bằng bê tông nhựa màu đen, không được sơn phản quang và khu vực này không có điện chiếu sáng đã khiến cho đoạn đường thêm bội phần nguy hiểm, dễ xảy ra tai nạn giao thông. Nhiều gờ giảm tốc với độ dày khá lớn dễ làm h ư hại phương tiện và tác động xấu đến sức khỏe người ngồi trên xe. Có nơi gờ giảm tốc quá dày, ngược lại nhiều nơi khác gờ giảm tốc lại quá mỏng, mất tác dụng giảm tốc. Theo nghiên cứu của Viện Khoa học & Công nghệ Giao Thông Vận Tải, hầu hết ôtô, xe máy không có dấu hiệu giảm tốc khi chạy qua các cụm gờ giảm tốc dày dưới 3mm và bố trí rờ i rạc mỗi cụm 5 -7 vạch sơn; xe ô tô chỉ thực sự giảm tốc độ khi gờ giảm tốc dày trên 6mm được bố trí liên tục trên đoạn dài 15 - 20 m và xe máy chỉ giảm tốc độ xuống 40 km/giờ khi đi qua gờ giảm tốc dày từ 5 mm trở lên. . - 1 - Lời nói đầu Đề tài: Chế tạo Gờ (Lằn) giảm tốc từ Polyme Compozit – Sợi vải phế thải ” Mục tiêu của đề tài. o Chế tạo sản phẩm thân thiện với. gia giao thông. Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết. Chế tạo Gờ (Lằn) giảm tốc từ Polymer Compozit – Sợi vải phế thải có những tính chất riêng