Tính chất cơ học của vật liệu composite polyme từ nhựa nền epoxy gia cường bằng sợi dứa dại

MỤC LỤC

Các thông số quan trọng của nhựa epoxy

Đương lượng epoxy (ĐLE) là lượng nhựa tính theo gam chứa một đương lượng oxyepoxit. Ngoài ra còn một vài thông số kỹ thuật khác thường được giới thiệu cho một loại nhựa epoxy như: độ nhớt , chỉ số khúc xạ, đương lượng hydroxy.

Đóng rắn nhựa epoxy [4,5,6]

Chất đóng rắn cộng hợp

Dưới tác dụng hóa học của chất đóng rắn dạng này có nhóm epoxy và hydroxyl, nhựa epoxy chuyển thành polyme có cấu trúc không gian. Thuộc về nhóm này là các chất đóng rắn chứa nguyên tử hydro hoạt động như: polyme. polyaxit, polymecaptan, polyphenol. a) Chất đóng rắn amin. Mặc dù có hoạt tính cao, một vài chất đóng rắn amin, khi đóng rắn ở nhiệt độ thấp (00C-200C) thường phải bổ sung chất xúc tiến như rượu, mercaptan, phenol, axit cacboxylic. - Lượng amin cho vào phải chính xác làm sao cho một nguyên tử hydro hoạt động của nhóm amin tương ứng với một nhóm epoxy, vì nếu dư hay thiếu đều ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

Khi cho dư amin thì các nhóm epoxy sẽ kết hợp với các amin nay và hạn chế khả năng tạo cấu trúc không gian, và nếu thiếu amin thì cấu trúc tạo lưới cũng kém chặt chẽ. - Nhựa sau khi đóng rắn có độ mềm dẻo không cao do sự phân bố các nhóm hoạt tính quá gần nhau dẫn tới khoảng cách của các mắt xích rất nhỏ, làm giảm độ linh động. Với chất đóng rắn là axit polycacboxylic, xúc tác bazo thường là hydroxyt kim loại, còn đối với anhydrit axit thì xúc tác bazo là amin bậc 3 và imidazol.

Đặc biệt, ở trường hợp đầu ( phản ứng không có xúc tác), ở nhiệt độ < 180°C anhydrit axit phản ứng với epoxy như một hợp chất đơn chức, song ở nhiệt độ >.

Sợi Sisal

Sợi tự nhiên [8,9]

Mặc dù axit và bazo Lewis là xúc tác cho phản ứng trùng hợp cation và anion tương ứng, có cơ chế khởi đầu và phát triển mạch khác nhau, song đều tạo ra cấu trúc polyme trong nhựa epoxy sau khi đóng rắn. Để giải quyết những vấn đề về môi trường, tìm giải pháp cho vấn đề khủng hoảng năng lượng hóa thạch (than đá, dầu mỏ) cần thiết phải tìm cách nâng cao tính chất ,mở rộng ứng dung của sợi tự nhiên. Ngày nay, đã áp dụng nhiều phương pháp để nâng cao chất lượng sợi thu được như: lựa chọn phương pháp và công đoạn sản xuất sợi.

Nhiều sợi thực vật như xơ dừa, sợi sisal, sợi đay, sợi chuối, sợi dứa, sợi gai dầu đã có những ứng dụng làm nguyên liệu thô cho sản xuất công nghiệp. Tính chất của sợi thực vật phụ thuộc vào chủng loại sợi, môi trường trồng, tuổi của cây và phương pháp thu hoạch sợi cũng như phương pháp để xác định các tính chất đó. Trong thành thứ hai phía ngoài (S1) nằm liền ngay thành thứ nhất thì sợi mảnh lại có cấu trúc xoắn ốc với góc nghiêng xoắn ốc bằng 400 so với chiều dọc trục sợi.

Đến lượt mình, các vi sợi lại được cấu tạo từ các chuỗi phân tử xenlulo với chiều dày khoảng 0,7nm và chiều dài khoảng vài àm.

Sơ đồ phác họa của tế bào sợi
Sơ đồ phác họa của tế bào sợi

Sợi sisal

    Sisal có mặt ở các vùng mà nhiệt độ khoảng và lượng mưa hàng năm khoảng , chúng thích nghi tốt với các vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, chịu được khô hạn kéo dài và nhiệt độ cao. Sợi được thu hoạch từ lá bằng các cách khác nhau như: giầm lá để tách sợi,nạo lớp vỏ biểu bì để lấy sợi hoặc trước khi nạo có thể dầm nát để quá trình nạo được dễ dàng hơn. - Sợi có chất lượng cao sau khi xử lý được gia công thành các sợi nhỏ sử dụng trong công nghệ dệt thảm; ngoài ra sợi còn được sử dụng làm chiếu không dệt, bàn chải.

    Hàm lượng các chất vô cơ trong một loại thực vật được quy về hàm lượng tro, nó được đo xấp xỉ bằng lượng muối khoáng và các chất vô cơ khác trong sợi sau khi nung ở nhiệt độ 5000C. Khi vật liệu là đối tượng xử lý plasma, phản ứng quan trọng dựa trên hóa học gốc tự do, Plasma, đặc biệt là plasma phát sáng có hiệu quả ở việc tạo ra mật độ cao gốc tự do bằng cách phân tách phân tử thành electron qua quá trình quang hóa và va chạm. Tuy nhiên, anhydrit axetic không phải là tác nhân làm trương xenlulo tốt nên để xúc tiến phản ứng,đầu tiên ngâm sợi dứa trong axit axetic rồi sau đó xử lý với anhydrit axetic ở nhiệt độ cao hơn trong khoảng từ 1h-3h.

    Đối với xử lý pemanganat thì sợi dứa được ngâm trong dung dịch axeton pemanganat 0,055% trong 2 phút, sau đó rửa sạch bằng axeton, làm khô ở 60oC trong vòng 4h để loại bỏ dung môi thừa.

    Bảng 6: tính chất của sợi dứa.
    Bảng 6: tính chất của sợi dứa.

    Ứng dụng của vật liệu PC sợi thực vật :[8,9]

    Đối với xử lý bằng DCP thì sợi dứa được ngâm trong dung dịch axeton DCP 6% trong thời gian 1,5h, sau đó rửa sạch bằng axeton. Chú ý, tất cả các sợi trước khi đem xử lý phải sấy trước ở 120oC để loại bỏ hơi ẩm và được cất trong túi plastic trước khi mang ra sử dụng. Với những ưu điểm so với sợi thủy tinh như độ bền riêng cao, giá thành thấp, nguồn nguyên liệu dồi dào và có khả năng phân hủy sinh học trong những điều kiện xác định.

    Vật liệu compozit gia cường bằng sợi thực vật còn được biết đến với cái tên khác như “compozit sạch” bởi sự thân thiện với môi trường. Vật liệu PC có nền polyme nhiệt dẻo gia cường bằng sợi thực vật được ứng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp trên thế giới. Hiện nay,trong nghành công nghiệp oto, vật liệu copozit gia cường bằng sợi thực vật được xem là giải pháp nhằm thay thế cho một số vật liệu truyền thống với mục đích giảm trọng lượng xe cũng như giảm mức tiêu thụ năng lượng.

    Vật liệu PC gia cường bằng sợi thực vật có sự kết hợp các tính chất cơ học tốt của các cấu tử, và có tỷ trọng thấp.

    Các phương pháp gia công vật liệu compozit

      Nhựa và chất đóng rắn,chất khơi mào..được trộn hợp trong súng phun sau đó dược phun qua một ống vào khuôn.Đồng thời sợi tăng cường được cắt ngắn và rơi vào dòng nhựa ra tờ súng phun.Sợi được thấm ướt bằng nhựa lên bề mặt khuôn.Bề mặt vật liệu có thể được làm phẳng bằng các dụng cụ tương tợ phương pháp lăn ép bằng tay. Đăc điểm của phương pháp phun nhựa:hạn chế chiều dài sợi,chiều dài sợi trung bình khoảng 80mm;Phương pháp này không cần áp suất nên khuôn có thể làm từ nhiều vật liệu,thích hợp chế tạo sản phẩm cỡ lơn. Sợi được cuốn tờ giá để cuộn qua bể nhúng được trải nhựa,làm cho nhựa thấm tốt lên sợi trong một đoạn của máy cán min,sau đó được quấn lên bề mặt của khuôn.

      Nhựa và vật liệu tăng cường được trộn,tẩm đều _dạng bán thành phẩm được cắt và đưa vào khuôn,ép với một áp lực nhất định.Đồng thời gia nhiệt để đóng rắn sản phẩm.Kết thúc quá trình đong rắn hạ nhiệt đọ ròi tháo sản phẩm. Phương pháp này thích hợp để sản xuất sản phẩm lớn.phẳng có tính chất cơ học tốt hơn khi gia công không cò áp lực. Ở phương pháp này sợi được kéo từ các cuộn sợi qua một bể nhựa đã trộn hợp với cỏc chất đúng rắn và phụ gia khỏc và được kộo qua lừi(khuụn) gia nhiệt.Lực kéo được tạo bởi một thiết bị kéo đặt ở phía sau khuôn.

      Sản phẩm compozit được tạo hình trong khuôn nhựa được đóng rắn một phần hoặc hoàn toàn khi qua lừi tạo hỡnh.

      PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu và hóa chất

      • Phương pháp xác định tính chất cơ học của vật liệu PC
        • Khảo sát khả năng chịu ẩm của vật liệu

          Sợi sau khi cắt được nhặt tơi trước khi đem xử lý kiềm nhằm làm cho quá trình xử lý kiềm được đồng đều trong toàn bộ khối sợi. Các loại sợi kích thước 2cm;5cm;7cm được lấy với khối lượng bằng nhau và được trộn đều trước khi đem tạo mát. +Bước 6: Mát dứa tạo thành được phơi khô tự nhiên, sau đó được đem ép sơ bộ trên máy ép 30 tấn của Trung Quốc.

          Mức độ đóng rắn của nhựa epoxydian theo thời gian được xác định bằng phương pháp soxhlet trong axeton sau 24 giờ. Sau khi nhựa đóng rắn trong một khoảng thời gian xác định, cân mẫu và tiến hành trích ly trong axeton khoảng 24 giờ. Chuẩn bị mẫu : sử dụng tấm bìa có dán sẵn sợi như hình vẽ bằng keo dán, nhựa epoxydian được pha chất đóng rắn với hàm lượng 49% (về khối lượng) và được nhỏ thành giọt hình cầu bám lên bề mặt sợi.

          Để khảo sát sự suy giảm tính chất cơ học theo thời gian được tiến hành như sau: mẫu sau khi chế tạo được để ổn định trong khoảng 1 tuần sau đó sơn phủ một lớp nhựa epoxy.