Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Lời mở đầu Nhân loại đang bớc vào kỷ nguyên bùng nổ của khoa học và công nghệ với hàng loạt thành tựu to lớn đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, giao thông vận tải, kinh tế cũng nh trong đời sốngMột trong những thành tựu đó là sự ra đời và phát triển của vật liệu compozit. Vật liệu compozit ra đời đáp ứng đ- ợc nhu cầu to lớn về một loại vật liệu mới có khả năng kết hợp đợc những tính chất mà vật liệu truyền thống riêng rẽ không có đợc , tạo ra một loại vật liệu có nhiều tính chất u việt nh: nhẹ, bền, có nhiều tính chất chuyên dụng, dễ gia côngNhững vật liệu này đang dần thay thế những vật liệu truyền thống để chế tạo các chi tiết máy và các kết cấu, kể cả các kết cấu chịu tải trọng lớn cũng nh các sản phẩm dân dụng Vật liệu compozit đợc nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất là polyme compozit. Sự phát triển mạnh mẽ của vật liệu polyme compozit gia cờng bằng sợi tổng hợp cũng đặt ra những thách thức to lớn đối với nhân loại do sự gia tăng l- ợng chất thải khó phân huỷ vào môi trờng. Chính vì vậy, trong khoảng mời năm trở lại đây, việc sử dụng sợi tự nhiên để thay thế một phần hoặc toàn bộ cho sợi tổng hợp đã đợc các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. ở Việt Nam, lanh là một loại sợi tự nhiên dễ kiếm và có giá thành hợp lý, một nguồn nguyên liệu tự nhiên có khả năng tái tạo và phân huỷ sinh học. Việc mở rộng nghiên cứu ứng dụng loại sợi tự nhiên này vào lĩnh vực vật liệu polyme compozit với các loại nhựa nền khác nhau là một hớng ứng dụng mới không những đem lại hiệu quả kinh tế cao mà còn góp phần đáng kể vào việc bảo vệ môi trờng[1].Trên cơ sở đó đã hình thành đồ án: Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy- novolac, epoxy-cacdanol gia cờng bằng sợi lanh . Nhiệm vụ chủ yếu của đồ án là: - Tổng hợp và phân tích hai loại nhựa: nhựa novolac và nhựa epoxy cacdanol. - Xác định các điều kiện để chế tạo vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy novolac: Tỷ lệ phối trộn, dung môi hoà tan, điều kiện gia công prepregs, điều kiện gia công vật liệu. - Chế tạo mẫu và xác định các tính chất cơ lý của vật liệu polyme copozit trên cơ sở nhựa epoxy novolac, epoxy cacdanol gia cờng bằng sợi lanh. 1 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 chơng I: tổng quan I.1. Hiểu biết chung về vật liệu polyme compozit (PC) I.1.1. Lịch sử phát triển của vật liệu PC Vật liệu PC đã xuất hiện cách đây hàng nghìn năm và đợc con ngời sử dụng rất hiệu quả trong cuộc sống. 5000 năm trớc Công nguyên ngời cổ đại đã thêm đá nghiền nhỏ hoặc những vật liệu nguồn gốc hữu cơ vào đất sét để giảm độ co, nứt khi nung gạch hoặc đồ gốm. ở Ai Cập khoảng 3000 năm trớc Công nguyên ngời ta đã làm vỏ thuyền bằng lau sậy đan tẩm bitum, nếu bỏ qua một số khái niệm thì kỹ thuật đó cũng giống nh kỹ thuật làm tàu hiện đại từ chất dẻo cốt thuỷ tinh hiện nay. [2] Năm 1851, Nelson Goodyear đã dùng oxit kẽm làm chất độn cho ebonit. Năm 1920, Bakeland đã dùng bột gỗ độn vào nhựa bakelit và John đã sử dụng xenlulo làm chất độn cho các loại nhựa ure. [13] 2 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Mặc dù đợc hình thành từ rất sớm nhng việc chế tạo vật liệu PC mới thực sự đợc chú ý khoảng 60 năm trở lại đây. Vào những năm 1930, Slayter và Thomas đã đợc cấp bằng sáng chế cho việc chế tạo sợi thuỷ tinh và đợc Ellis và Goster dùng gia cờng cho polyeste không no. Polyeste tăng cờng bằng sợi thủy tinh đợc sử dụng trong ngành hàng không năm 1938. Năm 1944 đã sản xuất hàng nghìn chi tiết bằng chất dẻo compozit cho máy bay và tàu chiến phục vụ đại chiến thế giới lần thứ II. Năm 1950, chất lợng của vật liệu compozit đợc nâng cao rất nhiều nhờ sự ra đời của nhựa epoxy và hàng loạt loại sợi tăng cờng nh sợi cacbon, sợi polyeste, nylon, aramit (Kevlar), sợi silic Từ năm 1970 đến nay các chi tiết chế tạo từ compozit nền chất dẻo và sợi tăng cờng có độ bền cao đã đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp đóng tàu, chế tạo ô tô, làm vật liệu xây dựng và những ngành kỹ thuật cao nh hàng không, vũ trụ[17] Mặc dù vậy, việc nghiên cứu nâng cao chất lợng, cải thiện tính chất cơ lý, tính chất nhiệt, điện, mở rộng lĩnh vực ứng dụng của vật liệu này vẫn luôn đợc đặt ra. Trong thời gian tới vật liệu PC sẽ đợc phát triển theo các xu hớng sau: - Thay thế thép:sự thay thế thép bằng vật liệu PC có liên quan đến các tính chất đặc biệt và bản chất vật lý của chúng. Nhờ những tính chất u việt, vật liệu PC cho phép đạt đợc độ bền nén lớn hơn nhiều so với thép. - Chuyển vật liệu sang dạng sợi để tăng độ bền: kết quả nghiên cứu trong nhiều năm đã chứng tỏ khi chuyển vật liệu ở dạng khối sang dạng sợi thì độ bền của chúng tăng lên.Trong những sợi mảnh, độ bền đạt tới giá trị gần với lý thuyết và khi đó trong cấu trúc không quan sát thấy khuyết tật. - Đa dạng hoá nền polyme và chất tăng cờng: trong những năm gần đây trên thế giới, cùng với những loại nhựa nhiệt rắn đã đợc sử dụng rộng rãi nh epoxy, polyeste không no, phenol-fomandehyt ngời ta đã sử dụng rất có hiệu quả các loại nhựa nhiệt dẻo nh polyolefin, polyamit, polycacbonat. - Phối hợp giữa các vật liệu polyme, kim loại và gốm. [2] I.1.2. Đặc điểm chung và phân loại vật liệu PC I.1.2.1. Đặc điểm chung Vật liệu compozit nói chung là loại vật liệu đồng nhất trong thể tích lớn nhận đợc bằng cách hợp nhất các thể tích nhỏ của các vật liệu khác nhau về bản chất [3]. Vật liệu PC là hệ thống hai hay nhiều pha, khác nhau về bản chất hoá học, gần nh không tan lẫn trong nhau, phân cách nhau bằng ranh giới pha, trong 3 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 đó pha liên tục hay nền là polyme, pha phân tán là phụ gia tăng cờng. Ngoài ra, còn có một số hợp chất khác nh chất tạo màu, chất tăng cờng đặc biệt [3,4,5] Việc đa các chất gia cờng vào nền polyme đa lại cho vật liệu PC nhiều u điểm so với những vật liệu truyền thống nh: độ bền riêng cao, modun đàn hồi riêng cao, tỷ trọng thấp, tính chất ổn định trong nhiều môi trờng hoá chất, chịu mài mòn tốt Vật liệu PC có những đặc điểm chính sau[3,4]: - Là vật liệu nhiều pha nhng trong thực tế phổ biến nhất là vật liệu hai pha. Pha gián đoạn là cốt đợc bao bọc bởi pha liên tục là nền polyme. Các pha tơng tác với nhau qua bề mặt phân chia pha . - Đối với vật liệu PC cốt sợi, vật liệu có tính dị hớng. Đây là một đặc điểm nổi bật nhất của vật liệu PC. Vì vậy với những phơng pháp chế tạo khác nhau có thể đa lại những vật liệu có tính chất cơ lý khác nhau. - Trong vật liệu PC thì tỷ lệ, hình dáng, kích thớc cũng nh sự phân bố của nền và cốt tuân theo những quy định thiết kế trớc. Nói cách khác, với sự lựa chọn thích hợp chất tăng cờng và nhựa nền, tính chất của vật liệu PC có thể tính toán trớc. - Tính chất của vật liệu PC là sự kết hợp các tính chất của các pha thành phần. Tuy vậy, tính chất của nó không phải chỉ đơn thuần là các tính chất của các pha thành phần mà nó chỉ lựa chọn và phát huy những tính chất tốt tạo ra các tính chất đặc trng mà các pha thành phần không có đợc. - Vật liệu PC cho phép chế tạo các kết cấu, sản phẩm theo những yêu cầu kỹ thuật mong muốn. Tuỳ theo những đòi hỏi về độ bền, độ cứng, nhiệt độ làm việc, điều kiện khai thác sử dụng, mà chúng ta lựa chọn những vật liệu thành phần, kết cấu, tỷ lệ, và công nghệ sản xuất phù hợp. I.1.2.2. Phân loại Để phân loại vật liệu PC ngời ta dựa vào các đặc điểm đặc trng của nó. Vật liệu PC có thể đợc phân loại theo các cách sau: - Theo bản chất của vật liệu nền: + Nền kim loại. + Nền polyme. + Nền gốm và thuỷ tinh. + Nền cacbon/graphit. - Theo đặc điểm hình học của cốt hoặc đặc điểm cấu trúc, đây cũng là ph- ơng pháp phân loại phổ biến nhất. Theo phơng pháp này vật liệu PC đợc chia thành ba nhóm: 4 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 + PC cốt hạt: Các phần tử chất độn không có kích thớc u tiên đợc phân tán vào cấu trúc của mạng polyme. Vật liệu PC cốt hạt thờng có tính đẳng hớng. Cốt hạt gồm hạt thô và hạt mịn. + PC cốt sợi: Cốt sợi có tỷ lệ chiều dài trên đờng kính khá lớn. Vật liệu PC cốt sợi thờng có tính chất dị hớng. Cốt sợi gồm sợi ngắn, sợi trung bình, sợi dài. + PC cấu trúc: Khái niệm này dùng để chỉ các bán thành phẩm trong đó thông dụng nhất là dạng lớp và dạng tổ ong, đợc cấu thành từ các vật liệu đồng nhất, phối hợp với các compozit khác. Vật liệu PC cấu trúc có tính chất kết hợp của các nguyên liệu thành phần. - Ngoài ra còn có thể phân loại theo phạm vi ứng dụng hoặc theo phơng pháp gia công. I.1.3. Các thành phần chính của vật liệu PC I.1.3.1. Cốt cho vật liệu PC Trong vật liệu PC cốt là thành phần có tác dụng chịu ứng suất tập trung do cơ tính cao hơn nhựa nền. Do đó thành phần cốt phải thoả mãn đợc những đòi hỏi về khai thác và công nghệ:[6]. Đòi hỏi về khai thác là những đòi hỏi nh yêu cầu về độ bền, độ cứng, khối lợng riêng, độ bền trong một khoảng nhiệt độ nào đó, bền ăn mòn trong môi tr- ờng axit, kiềm Còn đòi hỏi về công nghệ đó là những đòi hỏi về khả năng công nghệ để sản xuất ra các thành phần cốt và những vật liệu compozit trên cơ sở những cốt này. Đặc trng và mức độ ảnh hởng của chất độn lên tính chất của vật liệu phụ thuộc vào bản chất, cấu trúc ban đầu, hình thái hình học và phân bố, diện tích bề mặt riêng của chất gia cờng trong vật liệu, tơng tác và độ bền liên kết giữa chất gia cờng và nền. Chất gia cờng quyết định khả năng gia công của vật liệu, ngoài ra còn ảnh hởng đến các tính chất hoá, điện, cũng nh giá thành của vật liệu. Chất gia cờng đợc đánh giá trên những đặc điểm sau: - Khả năng tăng cờng độ bền cơ học. - Độ bền nhiệt. - Độ bền hoá chất, môi trờng. - Khả năng thấm ớt bề mặt bởi nhựa nền. - Thuận lợi cho quá trình gia công. - Nhẹ, giá thành hạ, sẵn có. 5 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Tuỳ theo yêu cầu đối với những loại sản phẩm mà lựa chọn chất gia cờng thích hợp nhất, bảo đảm cả về yêu cầu kỹ thuật cũng nh hiệu quả kinh tế. Chất gia cờng làm thay đổi đặc trng cơ bản của vật liệu gọi là chất gia c- ờng hoạt tính, chất gia cờng không làm thay đổi đặc trng cơ bản của vật liệu gọi là chất gia cờng trơ. Tuy nhiên, chất gia cờng hoạt tính hay không hoạt tính phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của nhựa nền. Các chất gia cờng trơ chủ yếu nhằm mục đích giảm giá thành của vật liệu, trong một số trờng hợp còn cải thiện khả năng gia công. Dựa trên hình thái hình học, chất gia cờng đợc chia thành nhiều loại, trong đó chủ yếu là chất gia cờng dạng bột và dạng sợi. Chất gia cờng dạng bột là loại phụ gia phân tán đồng đều trong toàn thể tích vật liệu. Vật liệu trên cơ sở chất gia cờng dạng bột có tính chất đẳng hớng. Ngoài ra, còn có một số loại chất gia cờng bột khác nh chất tạo màu, chất chống tác dụng của tia cực tím, chống lão hoá Các hợp chất này thờng có tỷ lệ nhỏ, ở dạng bột mịn và đợc đa vào nh một thành phần của nhựa nền [5] . Các chất gia c- ờng dạng bột thờng gặp là bột gỗ, bột talc, bột CaCO3. Vật liệu gia cờng bằng cốt dạng sợi có tính dị hớng. Độ bền theo phơng song song với phơng sắp xếp của cốt có độ bền cao hơn các phơng khác. Sợi gia cờng thờng đợc xử lý bề mặt trớc khi sử dụng nhằm tăng cờng khả năng liên kết giữa cốt và nhựa nền. Phơng pháp xử lý bề mặt phổ biến nhất là dùng chất liên kết đóng vai trò chất trung gian liên kết giữa nền và cốt. Nói chung chất liên kết phải có khả năng phản ứng với nhựa nền trong quá trình đóng rắn và phản ứng với các nhóm chức hoạt động trên bề mặt cốt. Xu hớng hiện nay trong vật liệu PC là chuyển sang sử dụng chất gia cờng dạng sợi. Trong những sợi mảnh, độ bền gần đạt tới giá trị lý thuyết và khi đó trong cấu trúc không quan sát thấy khuyết tật. Sợi sử dụng làm cốt gia cờng trong vật liệu PC có thể là dạng sợi liên tục, sợi cacbon, sợi aramit hay sợi Kevlar, sợi Bo, sợi có nguồn gốc thực vật I.1.3.2. Nền cho vật liệu PC [3,4,5,6,14] Vật liệu nền giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong việc chế tạo ra vật liệu compozit. Trong vật liệu PC nền polyme đóng những vai trò chủ yếu sau: - Liên kết toàn bộ các phần tử cốt thành một khối thống nhất. - Tạo khả năng gia công vật liệu PC thành các chi tiết theo thiết kế. - Che phủ, bảo vệ cốt tránh các phá huỷ cơ học và hoá học, duy trì tính toàn vẹn và hình dạng của các thành phần. - Truyền ứng suất tập trung lên chất độn thờng có cơ tính cao hơn, nhờ đó làm giảm độ nhạy cảm với quá tải cục bộ do tập trung ứng suất. Nh vậy hệ số an toàn khi sử dụng vật liệu PC nói chung cao hơn vật liệu truyền thống. 6 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 - Nền còn ảnh hởng lớn tới các đặc tính sử dụng của vật liệu PC nh : nhiệt độ làm việc, độ bền mỏi, khối lợng riêng, độ bền riêng, khả năng chống lại tác dụng của môi trờng ngoài Nhựa nền đợc lựa chọn cho vật liệu PC phải thoả mãn các yêu cầu nhiều khi mâu thuẫn với nhau. Do đó, việc chế tạo và lựa chọn một loại nhựa nền tối u luôn phải dung hoà các thông số về độ bền, độ mềm dẻo, khả năng gia công và các tính chất khác. Nhựa nền đợc lựa chọn trên cơ sở sau: - Yêu cầu của sản phẩm, chủ yếu là các đặc tính cơ lý và độ bền nhiệt, ngoài ra độ bền hoá, khả năng làm chậm cháy, đặc tính điện cũng là những yếu tố quan trọng. - Phơng pháp gia công. - Giá thành Đối với compozit polyme, vật liệu nền thờng sử dụng là nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo. Vật liệu nền nhiệt rắn có độ nhớt thấp, dễ hoà tan và đóng rắn lại khi nung nóng (có hoặc không có chất xúc tác) và sau khi đóng rắn tạo thành cấu trúc mạng lới không thuận nghịch (không hoà tan và không nóng chảy tiếp đợc nữa). Nhựa nhiệt rắn thờng đợc sử dụng là nhựa phenol-fomandehyt, polyeste không no, epoxy,vinyleste, ure-fomandehyt, melamin-fomandehyt, Vật liệu nền nhựa nhiệt dẻo là các polyme mạch thẳng, khi nung nóng sẽ chảy dẻo ra, nếu sau đó làm nguội sẽ cứng lại và chúng có trạng thái thuận nghịch. Nhựa nhiệt dẻo hay đợc sử dụng là PP, PE, I.1.3.3 Liên kết giữa nền và cốt trong PC Độ bền liên kết giữa nhựa nền và chất tăng cờng có ảnh hởng đến hiệu quả truyền ứng lực qua vùng phân chia pha. Sự tơng tác pha ảnh hởng đến độ bền liên kết giữa các cấu tử trong vật liệu compozit, do đó ảnh hởng đến các tính chất đặc trng của vật liệu. Vì vậy, điều khiển quá trình này là một khâu quan trọng trong việc hình thành các tính chất của vật liệu. Trong nhiều năm gần đây, hoá học vùng phân chia pha, tầm quan trọng của hiệu ứng tách lớp giữa các pha và đứt gãy trong vật liệu compozit đợc thảo luận rất nhiều. Tuy nhiên, nhiều vấn đề về các hiện tợng biên vẫn còn ở giai đoạn nghiên cứu và có nhiều ý kiến khác nhau về các vấn đề đó. Cho đến gần đây, một hớng giải quyết đợc đề nghị khá nhiều là sử dụng sợi hai lớp hay phủ lên chất tăng cờng một lớp đệm mềm dẻo. Thông thờng các chất gia cờng dạng bột và sợi đều đợc xử lý bề mặt trớc khi sử dụng. Phổ biến nhất là xử lý bằng các chất liên kết lên bề mặt chất gia cờng để tạo nên một lớp 7 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 chuyển tiếp giữa chúng và nền polyme. Mặc dù vấn đề này còn nhiều tranh luận nhng nhiều nhà nghiên cứu cho rằng chất liên kết là chất chứa một loại nhóm chức có khả năng phản ứng với nền polyme trong quá trình đóng rắn và chứa một loại nhóm chức khác có khả năng phản ứng với các nhóm hoạt động trên bề mặt chất gia cờng, ví dụ nhóm OH trên bề mặt thuỷ tinh.[2] I.1.4. Tính chất và ứng dụng của vật liệu PC I.1.4.1. Tính chất Tính chất chung của vật liệu PC là sự chọn lọc và phát huy những tính chất của các pha thành phần. Tính chất của cấu tử polyme trong vật liệu PC phụ thuộc vào khoảng thời gian, tốc độ và tần số của sự biến dạng hay tải trọng tác dụng lên. Tính đàn nhớt của polyme cũng tạo nên đặc tính của compozit nh tính rão, hồi phục ứng suất và sự tiêu tán năng lợng có thể dẫn tới sự sinh nhiệt bên trong vật liệu. Đối với vật liệu PC cần quan tâm một số tính chất sau: modun xé rách và hệ số Poisson đặc trng cho khả năng chịu biến dạng của vật liệu. Độ bền kéo, nén cho biết khả năng chịu tải của vật liệu. Hệ số dãn nở nhiệt đặc trng cho sự thay đổi kích thớc dới tác dụng của nhiệt độ và tải trọng. Ngoài các yêu cầu về tính chất cơ lý còn cần phải biết các thông số nh: độ dẫn nhiệt, điện, độ thấm chất lỏng hoặc khí, hệ số khuyếch tán Tính chất nổi bật của các polyme compozit so với các vật liệu khác nói chung là nhẹ, bền, chịu môi trờng, dễ lắp ráp, có tính đẳng hớng hay không đẳng hớng chỉ phụ thuộc vào thiết kế ban đầu. Tuy nhiên, tính chịu nhiệt vẫn là điểm yếu hơn so với kim loại hoặc gốm. Tính chất cơ lý của vật liệu PC phụ thuộc và đợc quyết định bởi các yếu tố sau: - Tính chất cơ lý của sợi tăng cờng. - Sự thay đổi hàm lợng sợi-nhựa, hình học cốt sợi. - Sự kết hợp giữa pha nhựa và sợi. Điều này đợc quyết định không chỉ bởi độ bền liên kết tại bề mặt phân chia pha nhựa/sợi mà còn về độ nhạy cảm khác nhau đối với những thay đổi của môi trờng ngoài của nhựa và sợi. Ví dụ, sự không tơng ứng về hệ số dãn nở nhiệt của sợi và pha nhựa nền có thể gây ra sự phát triển ứng suất gần bề mặt phân chia pha nhựa/sợi khi compozit phải chịu sự thay đổi nhiệt độ lớn, thờng xảy ra trong quá trình gia công. - Các khuyết tật và tính không liên tục của nhựa nền. [16] 8 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 I.1.4.2. ứng dụng Nhờ có nhiều tính chất u việt nh có khối lợng riêng thấp, có độ bền cao, chịu môi trờng tốt, có thể điều khiển đợc tính chất của vật liệu theo các hớng khác nhau một cách dễ dàngVật liệu PC ngày càng đợc ứng dụng rộng rãi, chủ yếu trong một số lĩnh vực sau: - Ngành chế tạo ôtô: chủ yếu sử dụng vật liệu PC chất lợng cao chế tạo các chi tiết, bộ phận cho ôtô, đặc biệt là ô tô thể thao và các phơng tiện giao thông trên mặt đất. Hiệu quả nhận đợc khi sử dụng các vật liệu này là: giảm trọng l- ợng, tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ chịu ăn mòn Ngày nay, vật liệu PC đang đợc nghiên cứu để chế tạo các bộ phận phải chuyển động qua lại, chuyển động quay nhằm làm giảm các rung động, tiếng ồn và tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc. - Ngành hàng không, vũ trụ: vật liệu PC chất lợng cao đợc ứng dụng rộng rãi để chế tạo máy bay cả quân sự lẫn dân sự từ khá sớm. Các ứng dụng chính bao gồm: mũi máy bay, cánh gập, các bộ phận ổn định của máy bay, bánh lái độ cao, đuôi ngang máy bay, cánh máy bayƯu điểm khi sử dụng vật liệu PC là cho hiệu quả kinh tế cao, giảm đợc trọng lợng kết cấu, nhờ vậy giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng khối lợng vận chuyển và tầm bay xa. Việc sử dụng vật liệu PC trong máy bay dân dụng mới nh Boing 757,767 và Airbus310 đã làm giảm 5% tổng khối lợng. - Trong các ngành công nghiệp nói chung: vật liệu PC chủ yếu đợc sử dụng để chế tạo các sản phẩm yêu cầu độ bền cơ lý cao, bền hoá chất, có các tính chất điện, điện tử - Dụng cụ thể thao: nh gậy đánh gol, vợt tennit, cần câu, tàu lợn, cột buồm, các thiết bị bắn cung - Vòm che máy bay. - Chế tạo vệ tinh: nh vệ tinh viễn thông, truyền hình, dự báo thời tiết, địa lýCác vật liệu PC chế tạo các thiết bị này cần có hệ số dãn nở nhiệt thấp, độ dẫn nhiệt cao, tỷ trọng thấp, modun cao để cấu trúc có độ cứng cao, chịu đợc các chấn động mạnh, chịu đợc môi trờng laze[16] I.2. Vật liệu PC gia cờng bằng sợi tự nhiên [17] I.2.1. Giới thiệu chung Trải qua rất nhiều năm con ngời đã nhận ra rằng polyme có thể thay thế đ- ợc nhiều kim loại thông thờng, những vật liệu đã đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh 9 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 vực. Đó là do vật liệu polyme có nhiều u điểm nổi bật hơn nhiều vật liệu truyền thống. Ưu điểm quan trọng nhất của việc sử dụng polyme là dễ gia công, năng suất cao và giá thành thấp. Đặc biệt vật liệu polyme compozit gia cờng bằng sợi có nhiều u việt so với các vật liệu thông thờng và nó đợc ứng dụng rất rộng rãi kể cả trong lĩnh vực hàng không. Những năm gần đây, sợi tự nhiên đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học và sự phát triển của vật liệu PC trên cơ sở sợi tự nhiên đã trở thành đề tài rất đợc quan tâm. Sợi tự nhiên có nhiều u điểm nh có khối lợng riêng thấp, giá thành thấp, và chúng có những tính chất rất đặc trng mà các loại sợi khác không có đợc nh có khả năng phân huỷ sinh học và khả năng chịu mài mòn rất lớn. Ngoài ra, sợi tự nhiên là nguồn nguyên liệu sẵn có, dồi dào và có khả năng tái tạo. Tuy nhiên, mặt hạn chế lớn nhất của sợi tự nhiên là nó không tơng hợp nền polyme kỵ nớc, có xu hớng kết hợp với nhau trong quá trình gia công và khả năng chống ẩm kém. Những nhợc điểm này làm giảm những tính năng tốt của sợi tự nhiên khi sử dụng để gia cờng cho polyme. Do đó, trớc khi sử dụng ngời ta thờng xử lý bằng nhiều phơng pháp khác nhau nh xử lý với kiềm , axetyl hoá hay ghép các monome I.2.2.Sợi tự nhiên sử dụng trong PC [17] I.2.2.1.Phân loại sợi tự nhiên Sợi tự nhiên đợc chia làm ba loại chính là:sợi từ hạt, sợi từ vỏ và sợi từ lá. Ví dụ: Sợi từ hạt: sợi bông, xơ dừa, bông gòn đây là những loại sợi có liên quan đến cây ăn quả, cây có hạt. Sợi từ vỏ: sợi gai, sợi đay, sợi lanh Sợi từ lá: sợi chuối, xơ sisal Trong đó, sợi gai, sợi đay, sợi lanh và xơ sisal là các sợi đợc sử dụng nhiều nhất trong vật liệu PC. Sợi tự nhiên ở dạng bột gỗ cũng thờng đợc sử dụng trong vật liệu PC. Một số tính chất của các sợi này đợc biểu diễn dới đây. Bảng 1. Một số tính chất cơ học của sợi tự nhiên Sợi Trọng lợng riêng, kg/m 3 Độ bền kéo, MPa Modun, GPa Modun riêng Sợi đay 1,3 393 55 38 Xơ sisal 1,3 510 28 22 Sợi lanh 1,5 344 27 50 Sợi dứa 1,56 170 62 40 Sợi thuỷ tinh 2,5 3400 72 28 10 [...]... cho vật liệu PC gia cờng bằng sợi tự nhiên 14 I.3 Vật liệu PC từ nhựa epoxy-cacdanol và epoxy-novolac gia cờng bằng sợi lanh. 15 I.3.1 Sợi lanh gia cờng cho vật liệu PC.15 I.3.1.1 Giới thiệu về sợi lanh. ..15 I.3.1.2 Thành phần hoá học và cấu trúc của sợi lanh. .17 I.3.2 Nhựa epoxy-cacdanol. 19 I.3.2.1 Tổng hợp.19 I.3.2.2 Tính chất và ứng dụng.22 I.3.3 Nhựa epoxy-novolac 22 I.4 Các phơng pháp gia công vật. .. Nền nhựa nhiệt dẻo có u điểm hơn Một trong những u điểm của vật liệu PC với nền nhựa nhiệt dẻo là giá thành thấp và dễ gia công với những chi tiết phức tạp Các nhựa nhiệt dẻo thờng sử dụng là PP, PE, PVC I.3 .Vật liệu PC từ nhựa epoxy - novolac, epoxy - cacdanol gia cờng bằng sợi lanh I.3.1 .Sợi lanh gia cờng cho vật liệu PC [11,12] I.3.1.1.Giới thiệu về sợi lanh Sợi lanh đợc cấu tạo từ 10ữ40 sợi nhỏ tạo. .. Dới đây là hình ảnh chụp SEM bề mặt phá huỷ của vật liệu PC gia cờng bằng vải lanh trên cơ sở nhựa epoxy novolac: Hình 4 Bề mặt phá huỷ của vật liệu PC trên cơ sở nhựa epoxy novolac gia cờng bằng vải lanh 33 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Kết luận 1 Đã tổng hợp nhựa epoxy cacdanol, nhựa novolac và tiến hành xác định một số tính chất của nhựa tổng hợp đợc nh hàm lợng nhóm epoxy, hàm lợng... sợi lại với nhau Bằng phơng pháp xử lý sợi hoặc nhờ những tác động của việc gia công mà ta có thể làm giảm bớt khả năng liên kết giữa các sợi nghĩa là tăng độ phân tán của sợi vào nền I.2.3.Nền cho vật liệu PC gia cờng bằng sợi tự nhiên Pha nền có vai trò chủ yếu quyết định tính năng của vật liệu PC Cả nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn đều đợc sử dụng làm vật liệu nền cho vật liệu PC gia cờng bằng sợi. .. sợi lanh có lai tạo với sợi tằm (lanh tằm) III.8.1 .Nhựa nền epoxy cacdanol Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu ở phần trên, đã tiến hành gia công vật liệu polyme compozit với các loại gia cờng là vải lanh, lụa thuỷ tinh, vải lanh lụa thuỷ tinh (xen kẽ), vải lanh tằm Với các điều kiện gia công: - Chất đóng rắn NPV-99 đợc tính dựa vào hàm lợng nhóm epoxy của hỗn hợp nhựa E-EC - Gia công mẫu đợc thực hiện... chính của vật liệu PC..6 I.1.3.1 Cốt cho vật liệu PC6 I.1.3.2 Nền cho vật liệu PC 8 I.1.3.3 Liên kết giữa nền và cốt trong vật liệu PC.9 I.1.4 Tính chất và ứng dụng của vật liệu PC 10 I.1.4.1 Tính chất 10 I.1.4.2 ứng dụng.11 I.2 Vật liệu PC gia cờng bằng sợi tự nhiên 12 I.2.1 Giới thiệu chung 12 I.2.2 Sợi tự nhiên sử dụng trong vật liệu PC 12 I.2.2.1 Phân loại sợi tự nhiên 12 I.2.2.2 Đặc điểm của sợi tự... của nhựa EC (EEC = 7,24) xep: Tỷ lệ nhựa epoxy ứng với 100g hỗn hợp nhựa E-EC Eep: Hàm lợng nhóm epoxy của nhựa epoxy DER331 (Eep=23) 30 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Theo công thức trên tính đợc Ehh = 16,43 % III.8.Tính chất cơ lý của vật liệu PC gia cờng bằng sợi lanh Trong đồ án này, ngoài sợi lanh đợc sử dụng làm sợi gia cờng chính còn sử dụng cả lụa thuỷ tinh và sợi lanh có lai tạo. .. vật liệu PC khá tốt Điều này đợc thể hiện rõ khi chụp SEM ở bề mặt phá huỷ của vật liệu Hình 3 Bề mặt phá huỷ của vật liệu PC trên cơ sở nhựa epoxy - cacdanol gia cờng bằng vải lanh III.8.2.Với nhựa nền epoxy novolac * Gia công prepregs: Từ các kết quả nghiên cứu ở trên đã rút ra đợc điều kiện gia công prepregs là: - Hoà tan nhựa epoxy novolac = 40/60 PKL trong hỗn hợp dung môi axeton/n-butanol = 50/50... nhựa epoxy novolac - Tẩm nhựa lên vải theo phơng pháp dung môi - Cắt prepregs theo hình dáng của khuôn và gia công vật liệu * Chế độ gia công vật liệu PC epoxy novolac: 900C trong 1 giờ 1200C trong 30 phút áp suất ép: 150 KG/cm2 Kết quả xác định các tính chất cơ lý của vật liệu PC đợc trình bày ở bảng 8: 32 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Bảng 8 Một số tính chất cơ lý của vật liệu với nhựa. .. kg/cm3 Ngoài ra, cũng xác định tính chất của vật liệu PC gia cờng bằng lụa thuỷ tinh, lai tạo vải lanh lụa thuỷ tinh theo cấu trúc xen kẽ và vải lanh tằm 35 Đồ án tốt nghiệp Bùi Thị Oanh Polyme- K44 Mục lục Mở đầu .1 Chơng I: Tổng quan I.1 Hiểu biết chung về vật liệu polyme compozit (PC).3 I.1.1 Lịch sử phát triển của vật liệu PC.3 I.1.2 Đặc điểm và phân loại vật liệu PC4 I.1.2.1 Đặc điểm chung.4 I.1.2.2 . trờng[1] .Trên cơ sở đó đã hình thành đồ án: Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy- novolac, epoxy-cacdanol gia cờng bằng sợi lanh. cacdanol gia cờng bằng sợi lanh I.3.1 .Sợi lanh gia cờng cho vật liệu PC [11,12] I.3.1.1.Giới thiệu về sợi lanh Sợi lanh đợc cấu tạo từ 10ữ40 sợi nhỏ tạo thành