Người ta gọi tên thuỷ tinh dựa trên thành phần hoá học và tắnh năng của nó như: Loại đặc tắnh chung E D A C R,S Ứng dụng chung, tắnh cách ựiện tốt Tắnh dẫn ựiện cao
Hàm lượng kiềm cao độ bền hoá học cao độ bền cơ học cao
Thuỷ tinh E ựược sử dụng thông thường và chiếm tỷ lệ cao nhất. Thành phần ựặc trưng của thuỷ tinh E:
Silica(SiO2) : 55% Oxit nhôm và sắt : 15% CaCO3 và MgCO3 : 22% Oxit boric : 7% Na và K ở dạng oxit : 8%
Ưu ựiểm chắnh của sợi thuỷ tinh :
Tỷ số tắnh năng cơ lý / giá thành rất cao. Có nhiều dạng : vải dệt, matt, roving, Ầ Kết dắnh tốt với tất cả các loại nhựa. Kháng nhiệt ựộ tốt
Một ựặc ựiểm ựáng chú ý của sợi thuỷ tinh giữ ựược các cơ tắnh ở nhiệt ựộ khá cao khoảng 2000C ựối với thuỷ tinh E và khoảng 2500C ựối với thuỷ tinh R.
_ Truyền nhiệt kém
_ Chống ẩm và chống ăn mòn tốt 2.5.1.3. Các loại sợi khác:
Ngoài các loại sợi nêu trên còn khá nhiều loại sợi ựược ứng dụng. Với các loại sợi có cường ựộ và môdun ựàn hồi thấp thì ựược ứng dụng vào các mục ựắch ắt chịu lực như:
- Các sản phẩm giá thành hạ. - Các sản phẩm cách nhiệt cao.
- Các sản phẩm dẫn ựiện và dẫn nhiệt tốt.
Sợi gia cường ựược phân loại theo tên của vật liệu gốc tạo ra sợi: 2.5.1.3.1. Gia cường bằng sợi thực vật:
- Gỗ: ựược ứng dụng nhiều nhất dưới dạng: sợi ựịnh hướng, giấy ựược tẩm keo phenolic. Ngoài ra người ta cũng chế tạo gỗ thành các loại sản phẩm phân tầng ựể làm các ựồ gia dụng.
- Sợi Sisal: Loại này ngày càng ắt sử dụng và ựược thay thế bằng sợi thủy tinh.
2.5.1.3.2. Sợi khoáng amiăng
đây là sợi khoáng silicat:chrysotil, croxidolit và amoxit. Các loại sợi này có ựặc tắnh ựiển hình là chống cháy. Vì vậy chúng ựược sử dụng kết hợp với chất dẻo nhiệt như phenolic ựể tạo ra các vật liệu compozit chống cháy (bọc các bình giảm âm và ống khắ xả ựộng cơ diesel, tấm lợp amiăng, Ầ).
Gần ựây việc sử dụng các loại sợi ngắn amiăng cho một số mục ựắch ựã bị cấm vì phát hiện chúng có thể gây ựộc hại cho sức khỏe. Cho nên việc sử dụng sợi thủy tinh rẻ tiền lại càng có ựiều kiện phát triển hơn.
Trang- 35 -
độn dạng hạt chịu nhiệt, chịu môi trường, chịu mài mòn, giá thành thấp. độn dạng hạt có khả năng gia công dễ hơn, tạo bọt ắt hơn so với sợi. Khi gia cường vật liệu chịu lực cao thì nên chọn vật liệu dạng sợi hoặc có thể dung một lớp sợi, một lớp hạt ựể bổ sung tắnh chất.
2.5.2.1. Calci carbonate Calci carbonate gồm :
đá phấn : dạng rời rạc, mịn, mềm, màu trắng, là hợp chất vôi trong vỏ sò đá vôi : kết dắnh chặt hơn dạng ựá phấn, có trong hoá thạch của vỏ sò.
đá cẩm thạch : hình thành từ hiện tượng tái kết tinh ựá ở nhiệt ựộ 6000C, áp suất cao trong lòng ựất. Do vậy cẩm thạch cứng, cấu trúc hạt to, thô.
Calci carbonate là chất ựộn thông dụng trong ngành nhựa, chúng có tác dụng làm ựầy, giữ vai trò trong việc cân bằng giữa giá thành và duy trì tắnh chất cơ lý của vật liệu. Một số tắnh chất tiêu biểu: giảm co ngót, cải thiện chất lượng bề mặt, tăng ựộ bền va ựập, chịu nhiệt tốt.
2.5.2.2. Hạt thuỷ tinh
Có hai dạng: ựặc và rỗng
Tắnh chất: hạt ựặc có ựường kắnh 0.004-5mm, tốt nhất là từ 4-44ộm, tỉ trọng:2.2g/cm3. Hạt rỗng nổi trên mặt nước, tỉ trọng khoảng 0.3-0.6 g/cm3, ựường kắnh khoảng 10-250ộm.
Sử dụng: Hạt thuỷ tinh ựược sử dụng làm chất ựộn cho cả nhựa nhiệt dẻo và nhiệt nhiệt rắn. Uu ựiểm của chúng là: có cùng hình dạng, trong suốt. kháng nén ép, ổn ựịnh nhiệt cao. Các ưu ựiểm mà hạt thuỷ tinh có ựược là do hình dạng cầu của nó. Chúng giống như những trái banh lăn trên trục, làm giảm khả năng chảy của dòng polymer nên có thể sử dụng ựược nhiều ựộn. Nó cũng cũng có thể cải thiện ứng suất cơ dưới tác dụng của tải. Do hạt cầu có bề mặt nhọ nhấtở thể tắch cho trước nên lực trượt giữa polymer và ựộn thấp. độ hấp thụ dầu không chịu ảnh hưởng của dạng cầu.
độn hạt thuỷ tinh sẽ làm tăng lực kéo, nén và modul uốn. Do có dạng cấu, ứng suất nứt trong sản phẩm cuối ắt hơn khi sử dụng ựộn vô cơ. Mặc dù
có tỉ trọng thấp, hạt thuỷ tinh cũng làm giảm tắnh chất cơ lý. Chúng thường ựược sử dụng làm lõi, hạt ựặc chiếm khối lượng ắt hơn hạt rỗng nhưng có thể tắch lớn hơn.
2.5.2.3. đất sét
đất sét là sản phẩm cuốicủa quá trình phong hoá ựá granite và feldspat, không ựòi hỏi ựộ tinh khiết. Kaolin còn có tên là ựất sứ hay ựất sét.
Tắnh chất: Kaolin là hợp chất nhôm silicate ngậm nước có dạng tinh thể mắt cáo với cấu trúc lục giác. Thành phần hoá học ựiển hình của kaolin: Al2O3.SiO2.2H2O vớI Al2O3 (38,8%), SiO2 (45,4%), MgO, K2O, Na2O, FeO. Kaolin có ựộ trắng cao, không dẫn ựiện, chịu hoá học rất tốt ngay cả với acid mạnh.
Kaolin cứng và mềm : ngành công nghiệp giấy sử dụng khoảng 50% kaolin. Ngoài ra nó còn là chất ựộn quan trong thứ hai trong công nghiệp cao su carbon black. Trong công nghệ cao su, người ta phân biệt kaolin cứng hay mềm tuỳ theo sản phẩm cuối có modul cao hay thấp. Về mặt hình dạng, sự khác nhau giữa hai loại là kắch thước: kaolin cứng có ắt nhất 75% hạt có ựường kắnh nhỏ hơn 0.2ộm còn kaolin mềm ở dạng thô.
2.5.2.4. Nhôm hydroxide
Nhôm hydroxide thường ựược sử dụng do tắnh chống cháy của nó. Do nhôm hydroxide bắt ựầu phân huỷ ở nhiệt ựộ 2000C, nên vấn ựề khó khăn là phải gia công nhựa ở nhiệt ựộ lớn hơn nhiệt ựộ này.
Cũng như các chất ựộn khác, ựộ cứng sẽ tăng khi lượng Al(OH)3 tăng, sử dụng thay thế các chất ựộn thông thường ựể chống cháy cho sản phẩm
Trang- 37 - Chương 3
KỸ THUẬT đẮP TAY (Hand Lay-Up)
3.1. GIỚI THIỆU
Kỹ thuật hand lay-up dùng ựể sản xuất các sản phẩm gia cường, thường bao gồm việc tẩm ướt sợi thủy tinh với nhựa lỏng. Nhựa dùng trong công nghệ này là loại nhựa nhiệt rắn và ựóng rắn ở nhiệt ựộ phòng với áp suất thường. Sản phẩm gia cường làm từ quy trình hand lay-up là những sản phẩm quá lớn không thể sản xuất ựược từ những kỹ thuật khác, kỹ thuật này dùng ựể sản xuất các sản phẩm có số lượng ắt và có ựầu tư cho sản phẩm thấp
V
ắ d ụ: tàu, thuyền, xe hơi, bồn chứa hóa chất, hồ bơi,Ầ 3.2. PHƯƠNG PHÁP
Phương pháp hand lay-up thường dùng khuôn ựơn, có thể là khuôn ựực hoặc khuôn cái. Khuôn có thể ựược quét gelcoat trước hoặc chỉ dùng chất róc khuôn. Các bước cần thiết trong kỹ thuật hand lay-up là chuẩn bị khuôn, quét khuôn, quét chất róc khuôn, chọn nhựa và chất gia cường thắch hợp, ựặt sợi gia cường vào trong khuôn, quét nhựa lên, dùng con lăn ựể phân bố nhựa ựều và khử bọt khắ, chờ cho ựóng rắn, lấy sản phẩm ra khỏi khuôn và hòan tất sản phẩm
3.3. NGUYÊN VẬT LIỆU
3.3.1. Chất róc khuôn và chất làm kắn
Nhựa ựược dùng trong sản phẩm gia cường thường có tắnh chất bám dắnh tốt. Vì thế chúng ta phải ngăn chặn sự bám dắnh của nó vào khuôn bằng cách dùng tác nhân róc khuôn. Trong kỹ thuật hand lay-up, thường dùng chất róc khuôn ngoại quét lên khuôn chứ không dùng chất róc khuôn nội
Khi sử dụng vật liệu xốp như gỗ hoặc thạch cao làm khuôn thì bề mặt thường có các lỗ li ti, vì vậy phải bịt kắn các lỗ này trước khi róc khuôn. Các chất làm kắn này thâm nhập sâu vào bề mặt gỗ và thạch cao, làm ựầy các lỗ, không cho nhựa bám vào, thường dùng vecni, sơn mài, dầu bong,Ầ Một số chất làm kắn cho khuôn gỗ và thạch cao: cellulose acetate, wax, silicon
Cẩn thận khi chọn lựa vật liệu dùng làm chất làm kắn, một số vật liệu bị phân hủy ở nhiệt ựộ khuôn, stearate là một chất làm kắn rất tốt, mặc dù nhôm stearate ngăn cản quá trình ựóng rắn của polyester. Với sản phẩm từ khuôn thạch cao thì phải chú ý: khi ựắp, nhựa ựóng rắn tiếp xúc với thạch cao, mặc dù chất làm kắn ựược dùng trong khuôn thạch cao, nhưng sự hóa vôi và phân hủy thạch cao sẽ xảy ra ở nhiệt ựộ vượt quá 1200C
3.3.2. Một số loại gelcoat dùng trong hand lay-up
Loại gelcoat Tắnh chất Lĩnh vực áp dụng
Gelcoat ựiều chế từ isophthalic
Có tắnh ựàn hồi, chịu va ựập, chịu thời tiết, chịu hóa chất tương ựối tốt và có ựộ bóng cao
được dùng trong sản xuất thuyền và cho mục ựắch thông thường
Gelcoat ựiều chế từ Orthophthalic
Giống isophthalic nhưng có giá trị và ựộ bền va ựập thấp hơn Thường dùng cho mục ựắch thông thường Gelcoat trong, không có màu Có ựộ trong rất tốt ở dạng màng mỏng, màu sắc ắt thay ựổi, có ựộ bóng cao
Dùng cho mục ựắch trang trắ, là lớp có ựộ bóng cao phủ lên lớp Gelcoat màu Gelcoat chịu hóa
chất
Là lọai gelcoat bền với acid, kìềm và dung môi
Dùng làm các bồn chứa hóa chất và nắp nồi hơi Loại isophthalic
chịu hóa chất cho các
mục ựắch thường
Là loại gelcoat ựàn hồi, chịu mài mòn, có giá thành thấp hơn loại chịu hóa chất
Dùng làm các thiết bị chịu hóa chất yếu
Loại gelcoat không in hình sợi phắa sau
Công thức chứa từ 40-50% chất ựộn sợi thủy tinh trơ, không cho thấy lớp sợi gia cường phắa sau trên bề mặt gelcoat
Làm tăng khả năng trang trắ, dùng cho bàn ghế và các mục ựắch thường
Loại gelcoat có màu ựen hoặc xám
Có bề mặt cứng Kết hợp với nhựa ựắp ựể
Trang- 39 - 3.3.3. Nhựa dùng trong công nghệ hand lay-up
Là loại nhựa nhiệt rắn ở dạng lỏng, ựóng rắn ở nhiệt ựộ phòng. Các loại nhựa thường dùng là polyester, vinyl este, và nhựa epoxy. Tùy vào mục ựắch sử dụng mà ta có thể chọn lựa vật liệu thắch hợp ựể ựạt ựược sản phẩm có tắnh năng cao. Các loại nhựa sử dụng cho công nghệ này ựòi hỏi thời gian ựóng rắn không ựược ngắn quá, ựộ nhớt không ựược quá cao vì sẽ ảnh hưởng ựến khả năng thấm ướt sợi gia cường
3.3.4. Hệ ựóng rắn
Một số chất hữu cơ ựược hòa tan trong styrene, trong quá trình ựóng rắn chúng phân hủy sinh ra gốc tự do và tấn công vào liên kết ựôi của polyester
Kỹ thuật hand lay-up ựược ựóng rắn ở nhiệt ựộ phòng, thường dùng xúc tác là MEKP và chất xúc tiến là cobalt napthenate, ngòai ra có thể dùng chất ức chế ựể làm chậm quá trình ựóng rắn
3.4. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ3.4.1. Khuôn 3.4.1. Khuôn
Khuôn ựược làm từ nhiều loại vật liệu như kim loại, gỗ, ximăng, thạch cao,Ầ
Tránh vấn ựề khuôn bị biến dạng
Một số loại lổi có thể thường gặp trong sản xuất: Hiện tượng không bằng phẳng hoặc gợn song
Bề mặt xù xì: bề mặt không bóng thắch hợp hoặc bề mặt không chuẩn bị ựúng, các tác chất không ựược áp dụng phù hợp, bề mặt bị bẩn trước khi phun và ựắp
Các vết rạng trong quá trình ựắp: vật liệu ựắp quá cứng, quá mỏng, ứng suất va ựập trong quá trình sử dụng, biến dạng quá mức trong quá trình sử dụng, dùng nêm ựể lấy sản phẩm
Hiện tượng giộp hoặc vỡ ựến lớp ựắp: các lỗ xốp hình thành trong quá trình sản xuất khuôn: do nhựa bị gel hóa quá nhanh ngăn cản quá trình bọt khắ thóat ra, sự tỏa nhiệt quá cao gây ra bong bóng nhựa
Sự cong vênh: quá nhiều lớp ựược ựặt một lần hoặc quá sớm khi lớp trước ựó ựược ựặt lên
3.4.2. Thiết bị trộn và chuẩn bị
Nhiều vấn ựề có thể gây ra do nguyên nhân chắnh là các nhà sản xuất trộn nhựa bằng tay. Trong nhiều trường hợp, tuy nhiên trong gia công cần trộn chất xúc tác, chất xúc tiến, chất ựộn, màu, chất pha lõang và một số tác nhân khác cho hệ ựóng rắn, khi trộn phải tuân theo một số nguyên tắc như sau:
Cân nhựa, ựộn sợi gia cường
Cân chất xúc tác, một số phụ gia khác ựược tổ hợp lại vì chúng ựược sử dụng với một lượng rất nhỏ
Mặc dù quy trình ựắp ở ựây là bằng tay nhưng cũng cần trang bị thêm cho người công nhân một số công cụ như: con lăn có các hình dáng dùng cho mặt phẳng và cong, con lăn sơn, bàn chải, cọ, dao,Ầ
3.5. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Sau khi khuôn ựược làm xong cần ựặt lên giá ựỡ ựể tiện thao tác. Trong trường hợp khuôn có cốc khuôn rất sâu thì nên ựặt khuôn ựứng thẳng
Chuẩn bị khuôn, dùng chất làm kắn, chất tạo bóng, bước tiếp theo dùng chất róc khuôn. Trong công ựoạn này phải cẩn thận không ựược dùng quá nhiều chất róc khuôn vì nhựa dùng trong ựắp tay không bám dắnh tốt làm cho sản phẩm không giữ ựược trong khuôn. Trong từng vùng, diện tắch bề mặt khuôn cần phải ựược ựánh chất róc khuôn ựều ựể sản phẩm khỏi dắnh vào khuôn gây hư hỏng bề mặt
Bước tiếp theo là phun hoặc quét gelcoat lên bề mặt khuôn. Tùy thuộc vào loại khuôn, diện tắch mà gelcoat có thể quét hoặc phun. Hàm lượng chất xúc tiến và xúc tác phù hợp ựóng rắn ở nhiệt ựộ phòng. điều này rất quan
Trang- 41 -
trọng, cần phải ựể cho lớp gelcoat ựược ựóng rắn hòan tòan nhằm ngăn cản sự xâm nhập của styren qua, làm cho lớp gelcoat bị nhắu
Bắt ựầu quá trình ựắp, quét lớp nhựa ựắp lên trên bề mặt gelcoat, sau ựó ựặt lớp sợi gia cường lên, tiếp tục quét nhựa, dùng con lăn khử bọt khắ,ựảm bảo lượng bọt khắ tối thiểu và khả năng thấm ướt tối ựa
Giai ựọan ựóng rắn: có thể cho phép dùng nhiệt hoặc hoặc ựược xúc tiến bằng hơi nóng hoặc ánh sáng mặt trời. Cẩn thận trong việc ựìều khiển nhiệt ựộ, bởi vì nếu nhiệt ựộ cao quá mức thì sẽ gây ra sự sôi, nhanh chóng làm bốc hơi chất pha lõang và các phụ gia lỏng khác. Kết quả là hình thành bong bóng khắ và biến dạng sản phẩm trong khi ựắp. Nếu dùng nhiệt ựộ cho quá trình ựóng rắn thì chỉ cần cho quá trình khơi mào phản ứng trùng hợp, còn sau ựó thì nhiệt ựộ sẽ tăng lên. Cần phải có sự thông gió tốt nhằm mục ựắch loại bỏ các chất bay hơi như styrene vì nó có thể gây cháy và ựộc hại
Khi sản phẩm có ựộ cứng phù hợp, nó ựược lầy ra khỏi khuôn. Có thể dùng nhiều kỹ thuật cho công ựọan quan trọng này nhằm tránh làm hư hỏng bề mặt sản phẩm như là dùng khắ nén hoặc dùng áp lực của nước
Sản phẩm nên ựược di chuyển ựến khu vực hòan tất nhằm mục ựắch tránh bám bẩn
Các dung môi dùng rửa dụng cụ là acetone, metyl isobutyl keton, ethylen chloride
3.6. THUẬN LỢI VÀ HẠN CHẾ CỦA PHƯƠNG PHÁP đẮP TAY
Một số thuận lợi của phương pháp hand lay-up so với các công nghệ gia công chất dẻo gia cường khác là:
Làm ựược các sản phẩm lớn, có kết cấu phức tạp mà không thể gia công bằng phương pháp ép khuôn hoặc phun
độ bền của sản phẩm phụ thuộc vào hàm lượng sợi thủy tinh, ựộ bền cao nhất có thể ựạt ựược ở lượng sợi là 60%. Sợi có thể chọn lựa hướng ựịnh hướng ựể phù hợp với yêu cầu ựộ bền
mã.
Giá thành của khuôn và sản phẩm thấp, dễ thay ựổi kiểu cách và mẫu
Tuy nhiên bên cạnh ựó có một số bất lợi:
Tốc ựộ sản xuất bị giới hạn, giá thành khuôn giảm thì tốn thêm chi phắ nhân công vì dùng nhiều nhân công
Kỹ năng và kinh nghiệm của người nhân công cần phải cao nếu như muốn làm các sản phẩm ựồng nhất giữa nhựa và sợi cũng như ựảm bảo chất