Đề tài xây dựng quy trình xử lý vỏ quả macca phế phẩm nông nghiệp Ứng dụng trong chế tạo vật liệu compozit nền nhựa epoxy công suất 1000kgngày

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ======o0o====== ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ HÓA HỮU CƠ ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG QUY TRÌNH XỬ LÝ VỎ QUẢ MACCA PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

======o0o======

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHUYÊN NGÀNH

CÔNG NGHỆ HÓA HỮU CƠ

ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG QUY TRÌNH XỬ LÝ VỎ QUẢ MACCA PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT NỀN NHỰA EPOXY CÔNG SUẤT 1000KG/NGÀY

Giáo viên hướng dẫn : PGS TS Nguyễn Tuấn AnhSinh viên thực hiện : Lê Đức Công

Lớp : ĐH CN Hóa 2– K15Chuyên ngành : Công nghệ hóa hữu cơ

Hà Nội, năm 2023

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, con xin cảm ơn gia đình, chính gia đình đã không ngừng động viên,

hộ trợ giúp đỡ con có động lực vượt lên khó khăn và tạo điều kiện để con hoàn thành

đề tài

Tiếp đến, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong Khoa CôngNghệ Hóa, những người đã tận tâm giảng dạy em trong những năm học vừa qua, giúp

em có được những kiến thức cần thiết để hoàn thành đề tài

Xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tuấn Anh đã có những ý kiến đóng gópquý báu và luôn theo sát em trong quá trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, xin cảm ơn các bạn đã giúp đỡ, động viên mình để mình có thểhoàn thành tốt đề tài được giao

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếusót vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô để đồ án đượchoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Lê Đức Công

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ, làm chongành khoa học vật liệu cũng phát triển không ngừng nhằm tìm ra vật liệu mới đáp ứngđược các yêu cầu ngày càng cao của xã hội Trong đó, vật liệu compozit ngày càngđược quan tâm, sở dĩ vật liệu composite ngày càng được nghiên cứu và sử dụng rộng rãitrong đời sống hàng ngày vì chúng có nhiều tính chất ưu việt như: dễ gia công, bền, nhẹ

và có giá thành thấp Trong số các vật liệu compozit thì compozit nền nhựa nhiệt dẻogia cường bằng sợi tự nhiên được chú ý hơn, do chúng là nguồn nguyên liệu tự nhiêndồi dào tái tạo, có tỉ trọng thấp, độ bền cao và đặc biệt thân thiện với môi trường, khôngđộc hại đối với con người [1, 2, 3] …

Việt Nam là nước có lịch sử lâu đời gắn liền với hình bóng của cây tre trăm đốt.Sinh ra và lớn lên ở vùng quê thì cây tre gắn liền với tuổi thơ và có ích cho nhiều thế hệ

Chính vì vậy tôi chọn “Xây dựng quy trình xử lý vỏ quả macca phế phẩm nông

nghiệp ứng dụng trong chế tạo vật liệu compozit nền nhựa epoxy công suất 1000kg/ngày” làm đề tài cho môn đồ án chuyên ngành hữu cơ của mình.

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xây dựng quy trình xử lý vỏ quả macca phế phẩm nông nghiệp ứng dụng trongchế tạo vật liệu compozit nền nhựa epoxy công suất 1000kg/ngày

- Đề xuất các phương án lựa chọn thiết bị, tính toán các chi tiết thiết bị

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu nhựa epoxy gia cường bằng vỏ quả macca

- Phạm vi nghiên cứu: Sản phẩm được sử dụng trong quy mô công nghiệp

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỞ ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOZIT 6

1.1.1 Giới thiệu về compozit 6

1.1.2 Tính chất của vật liệu compozit 6

1.1.3 Phân loại vật liệu compozit 8

1.1.4 Cấu tạo của vật liệu polimer compozit 10

1.1.5 Công nghệ chế tạo vật liệu compozit 12

1.1.6 Ứng dụng của vật liệu compozit 17

1.2 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NỀN EPOXY 19

1.2.1 Giới thiệu chung về nhựa Epoxy 19

1.2.2 Định nghĩa 19

1.2.3 Phân loại nhựa epoxy 20

1.2.4 Tính chất đặc trưng 22

1.2.5 Ưu nhược điểm của nhựa Epoxy 24

1.3 TỔNG QUAN VỀ QUẢ MACCA 26

1.4 GIA CÔNG VẬT LIỆU COMPOZIT 26

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 27

2.1 TÍNH CHẤT HOÁ LÝ CỦA CÁC NGUYÊN LIỆU 27

2.1.1 Nhựa Epoxy 27

2.1.2 Chất đóng rắn 27

2.2 TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG CHO SẢN PHẨM 28

2.3 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 31

2.3.1 Tính thể tích thiết bị phản ứng 31

2.3.2 Tính chiều cao và đường kính của thiết bị 32

2.3.3 Tính chiều dày thân thiết bị 33

2.3.4 Tính chiều dày của đáy và nắp elip có gờ 37

2.3.5 Tính vỏ bọc ngoài của thiết bị 38

2.3.6 Tính đường kính các ống dẫn 39

2.3.7 Tính cánh khuấy 41

2.3.8 Chọn mặt bích 43

2.3.9 Tính và chọn tai treo cho thiết bị phản ứng 45

2.3.10 Chọn bơm 47

2.3.11 Chọn cửa quan sát 47

KẾT LUẬN 48

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Công nghệ gia công bằng tay 14

Hình 1.2: Gia công vật liệu bằng phương pháp phun 15

Hình 1.3: Gia công vật liệu bằng phương pháp hút chân không 16

Hình 1.4: Gia công vật liệu bằng phương pháp quấn sợi 17

Hình 1.5: Phương pháp gia công đúc ép nóng 18

Hình 1.6: Phương pháp ép phun 19

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOZIT

1.1.1 Giới thiệu về compozit

Vật liệu compozit là vật liệu tổ hợp mức độ vĩ mô của hai hay nhiều vật liệuthành phần khác nhau về hình dạng hoặc thành phần hóa học nhằm tạo nên một vậtliệu mới có tính năng vượt trội so với từng vật liệu thành phần riêng rẽ

Nhiều vật liệu compozit có nguồn gốc tự nhiên Ví dụ gỗ là một compozit gồmnhững sợi cellulose trong nền liên kết là ligin, hoặc xương bền và nhẹ được hìnhthành do sự kết hợp của các tinh thể apatite (một hợp chất của axit) và những sợiprotein collagen Ở Việt Nam, Ấn Độ, Hy Lạp và các nước khác, rơm hoặc trấu đượctrộn với đất sét làm nhà cách đây hàng trăm năm là loại compozit sợ ngắn

Sự tổ hợp hai hay nhiều vật liệu khác nhau trong thành phần cấu tạo vật liệucompozit tạo nên một sản phẩm với các tính chất tối ưu, bao gồm tính chất cơ học,tính chất hóa học và tính chất vật lý như tính dẫn nhiệt (độ dẫn nhiệt, hệ số giãn nởnhiệt, nhiệt dung riêng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ chảy bền), tính chất điện (độ dẫnđiện, tổn thất điện môi…), tính chất quang học, tính cách âm…

Từ những năm 1960, xuất hiện nhu cầu ngày càng tăng về các vật liệu yêu cầucứng và nhẹ hơn Tuy nhiên, không có một vật liệu đơn nào có thể đáp ứng được yêucầu đó Xuất phát từ nhu cầu đó ý tưởng chế tạo vật liệu kết hợp từ một số vật liệukhác nhau ra đời và tạo nên một loại vật liệu mới đó là vật liệu tổ hợp hay còn gọi làvật liệu compozit

1.1.2 Tính chất của vật liệu compozit

Trong điều kiện sử dụng so với các vật liệu khác thì vật liệu compozit cónhững ưu điểm cơ bản sau:

 Nhẹ và cứng hơn, khả năng chịu va đập, uốn, kéo tốt

 Chịu hóa chất, không sét gỉ, chống ăn mòn Đặc tính này thích hợp cho biển vàkhí hậu vùng biển

 Chịu thời tiết, chống tia tử ngoại, chống lão hóa nên rất bền

 Chịu nhiệt, chịu lạnh, chịu cháy

 Cách điện, cách nhiệt tốt.

 Chịu ma sát, cường độ lực, nhiệt độ cao (thể hiện ở compozit sợi carbon)

 Hấp thụ sóng điện tử tốt (composite – thủy tinh)

 Không thấm nước, không độc hại

 Bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, chi phí thấp

 Màu sắc đa dạng, đẹp bền vì được pha ngay trong nguyên liệu

 Thiết kế, tạo hình dáng thuận lợi, đa dạng, có nhiều công nghệ để lựa chọn

*Một số ưu điểm vượt trội của vật liệu compozit

Nhựa compozit kế thừa những ưu điểm của vật liệu nhựa thông thường và cảcủa kim loại như dẻo dai, dễ pha màu, dễ đóng khuôn tạo hình Tuy nhiên, vật liệucompozit còn tỏ ra ưu việt hơn rất nhiều khi mà chất lượng gia công của compozitkhông thua kém gì với sắt thép – kim loại

Nhựa compozit bền màu và trơ với hầu hết các chất ăn mòn, ít bị oxi hóa nênvật liệu compozit được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghệ hóa chất để dùnglàm thùng – bồn đựng hóa chất, thùng rác hay bọc bể chống ăn mòn…

Với ưu điểm dễ gia công, tạo hình, tạo màu giống như các sản phẩm nhựacompozit còn được dùng để làm các sản phẩm đồ gia dụng hay các vật liệu xây dựngnhư ống nước, mái che

Không những thế do tính dẻo dai và chất lượng không kém gì kim loại mà lạinhẹ hơn rất nhiều nên compozit còn được dùng làm các thiết bị vệ sinh và vỏ bọc sảnphẩm

Ngoài ra sản phẩm làm từ nhựa compozit còn có khả năng cách điện, cách âmtốt và tổng hợp những ưu điểm của cả nhựa và kim loại nên nhựa compozit đang dầnthay thế các loại vật liệu khác trong xây dựng và công nghiệp Trộn hai vật liệu nàyvới nhau theo một tỷ lệ nhất định, gia nhiệt rồi ép vào khuôn dưới áp suất cao là ta cóđược vật liệu compozit với hình dạng theo ý muốn, không cần phải luyện, tôi, phay,tiện, … như với các sản phẩm kim loại khác

Compozit rất nhẹ, chỉ bằng 40% so với nhôm nếu cùng thể tích Nhờ ưu điểmnày, gần đây, vật liệu compozit đã được sử dụng để thay thế kim loại trong các sảnphẩm của ngành cơ khí, chế tạo máy, đóng xuồng, … Người ta có thể phủ lên mặtcompozit một lớp nhũ có ánh kim để tạo cảm giác giống kim loại

1.1.3 Phân loại vật liệu compozit

Vật liệu compozit được phân loại dựa theo hình dạng và theo bản chất của vậtliệu thành phần

*Theo hình dạng, cấu trúc vật liệu nền:

Dựa vào cấu trúc vật liệu gia cường, compozit được phân thành 3 nhóm chính:compozit gia cường sợi (compozit cốt sợi), compozit gia cường hạt (compozit cốthạt) và compozit cấu trúc

 Compozit gia cường bằng sợi: Compozit gia cường sợi (fibre reinforcedcompozit – FRC) là compozit có vật liệu gia cường ở dạng sợi, ví dụ nhưcompozit sợi thủy tinh, compozit sợi tự nhiên,

Trong hệ compozit này, sợi chịu tải trọng chính, vật liệu nền chỉ đóng vai tròphân bố tải trọng và truyền tải trọng sang sợi cũng như liên kết các sợi lại với nhau.Nói chung, mục đích thiết kế FRC nhằm tạo sản phẩm có modul riêng (modul/khốilượng riêng) và độ bền riêng (độ bền/khối lượng riêng) cao Các sợi trong compozit

có thể được phân bố ngẫu nhiên hoặc có sự định hướng nhất định

 Compozit gia cường bằng hạt: Compozit gia cường hạt (Particulatereinforced compozit): là compozit được gia cường bởi các hạt với các hìnhdạng (hình cầu, que, vảy ) và cỡ kích khác nhau như bột gỗ, than đen, caolanh, vảy mica, sắt, đồng, nhôm, …

Các vật liệu gia cường hạt có kích cỡ macro, micro hoặc nano và thường có độcứng cao hơn vật liệu nền Một số vật liệu gia cường dạng hạt có thể cải thiện các tínhchất của compozit như giảm co ngót, chống chảy, kháng mài mòn, chịu nhiệt… Tuynhiên, khả năng cải thiện tính chất cơ lý của vật liệu gia cường dạng hạt thường béhơn rất nhiều so với vật liệu gia cường dạng sợi và phụ thuộc rất nhiều vào kết dínhtại bề mặt ranh giới phân chia pha Chính vì vậy, vật liệu compozit hạt thường đượcdùng trong các ứng dụng yêu cầu về độ bền không cao

Trong nhiều trường hợp các hạt được sử dụng trong chế tạo compozit nhằmmục đích giảm giá thành và tăng độ cứng sản phẩm

 Compozit cấu trúc lớp: Compozit cấu trúc gồm 2 loại chính: compozitdạng lớp (laminate) và sandwich panel:

Compozit cấu trúc lớp được tạo thành từ các lớp cơ sở, lớp thứ nhất là lớp chịulực (thường là các compozit cốt sợi đơn hướng) và lớp thứ hai đóng vai trò liên kết(thường là vật liệu đồng nhất) hoặc có thể được tạo thành từ cùng một loại vật liệu(thường là các compozit cốt sợi đơn hướng), gồm nhiều lớp sắp xếp đổi hướng cáclớp cho phù hợp yêu cầu thiết kế rồi ép lại sẽ thu được các bán thành phẩm dạng tấmdùng trong xây dựng nhà cửa, làm vỏ thân cánh và đuôi các loại máy bay …

Sandwich panel có cấu tạo gồm hai lớp mặt, là vật liệu có độ bền và cứng caonhư tấm cấu trúc compozit dạng lớp, hợp kim nhôm, hợp kim titan… và lớp lõi ởgiữa, là vật liệu nhẹ, có độ bền và độ cứng tương đối bé Lớp lõi có tác dụng duy trìkhoảng cách giữa hai tấm mặt và giảm biến dạng theo chiều vuông góc mặt tấm, tạo

độ cứng nhất định, tránh hiện tượng cong vênh tấm Lớp lõi thường làm bằng:polyme bọt, cao su nhân tạo, gỗ nhẹ, vật liệu dạng tổ ong Compozit loại này đượcứng dụng rất rộng rãi: trần, sàn, tường trong xây dựng nhà cửa, làm vỏ thân cánh vàđuôi các loại máy bay…

*Phân loại theo bản chất vật liệu nền:

Theo bản chất vật liệu nền, compozit được chia thành ba nhóm chính sau:compozit nền polyme, compozit nền kim loại và compozit nền ceramic

 Compozit nền polyme (Polyme matrix compozit – PMC) là compozit cónền là các loại polyme nhiệt dẻo như polypropylen, polyethylene, polyvinylchloride, polyamide… hoặc các polyme nhiệt rắn như polyester không no,vinyl ester, phenolic, melamine, polyurethane, epoxy… Vật liệu gia cường

là các sợi, hạt hữu cơ (sợi Kevlar, cellulose…), vô cơ (thủy tinh, carbon…)

và kim loại (nhôm, thép, molipden…)

Loại compozit này được sử dụng rộng rãi nhờ ưu điểm rất lớn là dễ dàng giacông tạo những sản phẩm có hình dạng phức tạp và kích thước lớn Trong hệcompozit này, vật liệu gia cường có độ bền và modul cao còn polyme nền có vai tròtruyền tải trọng và tăng khả năng kháng ăn mòn, chịu thời tiết cho compozit

 Compozit nền kim loại: (Metal matrix compozit – MMC) là compozit cónền là các kim loại như nhôm, magie, titan, sắt, cobalt, đồng…

Vật liệu gia cường là các sợi, hạt vô cơ ceramic (oxide, cacbua silic ) hoặckim loại (chì, vonfram, molipden ) Vật liệu nền thường dẻo dai, vật liệu gia cườngthường có tác dụng cải thiện tính chất cơ lý, kháng mài mòn, chống rão, dẫn nhiệt, ổnđịnh kích thước của compozit.

Ưu điểm lớn của compozit nền kim loại so với nền polyme là khả năng chịunhiệt tốt hơn, không cháy và chống lại sự tấn công của các chất lỏng hữu cơ tốt hơn.Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm so với compozit nền polyme là giá thành cao hơn

và khối lượng riêng lớn hơn, dễ bị phá hủy tại bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu nền và vậtliệu gia cường do kim loại dễ bị ăn mòn

 Compozit nền khoáng (gốm) hay còn gọi là compozit nền ceramic vớivật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim loại (chất gốm), hạt gốm (cacbua,Nitơ) … Do sức căng bề mặt của ceramic nóng chảy cao nên khó thấm ướt lêncác loại sợi Chính vì vậy trong thực tế tồn tại rất ít hệ compozit nền ceramic.Một hệ compozit điển hình trên nền ceramic được ứng dụng rộng rãi trong kỹthuật là compozit nền carbon gia cường sợi carbon nhờ những tính chất ưu việt nhưchịu nhiệt tốt đến 2200 oC mà vẫn duy trì độ bền cao, tỉ số độ bền/trọng lượng và độcứng/trọng lượng cao, ổn định kích thước tốt, chống ăn mòn tốt, kháng hóa chất tốt…Compozit nền carbon gia cường sợi carbon được dùng trong những ứng dụng cấutrúc và phi cấu trúc, đặc biệt là ứng dụng cấu trúc vận hành ở nhiệt độ cao như các bộphận của máy bay, động cơ phản lực, tên lửa… Nhược điểm lớn nhất của hệcompozit này là giá thành cao do giá nguyên liệu và chi phí sản xuất cao

1.1.4 Cấu tạo của vật liệu polimer compozit

1.1.4.1 Vật liệu nền

Polymer là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đóng vai trò truyền ứng suấtsang pha gia cường khi có lực tác dụng lên vật liệu Polymer nền có thể là một loạinhựa hay nhiều loại trộn lẫn vào nhau thành hỗn hợp đồng nhất Polymer nền thường

có ba loại:

 Nhựa nhiệt dẻo: PE, PP, PS, PVC,

 Nhựa nhiệt rắn: UP, Epoxy, vinyl ester,

 Cao su (Elastomer)

1.1.4.2 Vật liệu gia cường

Đóng vai trò chịu ứng suất do pha gia cường có tính chất cao hơn nhựa Có haidạng pha gia cường chính:

 Dạng hạt: thường được sử dụng nhằm mục đích giảm giá thành, giảm sự tạobọt khí, dễ đúc khuôn, cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, chống co rút và giảmtỏa nhiệt khi đóng rắn

 Dạng sợi: tính năng cơ lý cao hơn dạng hạt nhưng giá thành cao Sợi gia cường

có thể ở dạng tự do hay được dệt thành tấm định hướng (roving) hoặc khôngđịnh hướng (mat)

1.1.4.3 Các thành phần khác

Để tạo thành một sản phẩm composite, ngoài hai thành phần chính trên cầnphải có một số thành phần phụ khác gọi là chất phụ gia Một số chất phụ gia phổ biếntrong vật liệu composite nhựa nhiệt rắn như:

Chất róc khuôn: thường gặp là wax, silicon, dầu, mỡ heo, có tác dụng ngăn

không cho nhựa dính lên mặt khuôn Có hai loại chất róc khuôn là róc khuôn nội(được pha vào nhựa) và chất róc khuôn ngoại (bôi lên mặt khuôn)

Chất làm kín: với khuôn làm từ vật liệu xốp như gỗ, thạch cao phải bôi chất

làm kín trước khi dùng chất róc khuôn Chất làm kín có tác dụng lấp đầy các lỗ xốpkhông cho nhựa chảy vào Ví dụ: acid stearic, vecni, cellulose acetate,

Chất đóng rắn (Curing agents): có tác dụng tạo gốc tự do khơi mào cho phản

ứng đóng rắn nhựa Tác nhân kích thích quá trình tạo gốc tự do có thể là nhiệt độ, ánhsáng, tia tử ngoại, chất xúc tiến,

Chất ức chế (Inhibitors): được pha vào nhựa với lượng rất ít nhằm cản trở hay

làm giảm bớt phản ứng đóng rắn xảy ra trong quá trình khuấy trộn hay lưu trữ nhựa

Chất chống co ngót (Low profile additives): là các nhựa nhiệt dẻo được trộn

với hỗn hợp nhựa nhiệt rắn để giảm bớt sự co rút khi đóng rắn của nhựa nhiệt rắn.Chất chống co ngót thường được dùng khoảng 5-10% khối lượng so với nhựa Cácchất chống co ngót thường sử dụng là PMMA, PVAc, PE, PCL,

Chất độn (Fillers): là chất được thêm vào với mục đích làm giảm giá thành sản

phẩm Chất độn không làm tăng mà có khi c.n làm giảm tính chất tính chất cơ lý củasản phẩm

Chất phủ bề mặt (gel coat): có tác dụng làm bề mặt sản phẩm trơn láng và tạo

màu cho sản phẩm

1.1.5 Công nghệ chế tạo vật liệu compozit

 Công nghệ chế tạo vật liệu composite rất phong phú và đa dạng Tùy thuộcvào yêu cầu, tính chất của sản phẩm mà có thể thay đổi phù hợp.  

1.1.5.1 Gia công bằng tay

Dùng cọ hay con lăn quét nhựa lên bề mặt khuôn đã được chống dính, đặt sợilên rồi quét nhựa, sau đó dùng con lăn đuổi bọt khí và nén chặt liên tục như vậy chođến khi đạt bề dày yêu cầu

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp handlay up:

Ưu điểm:

 Thiết kế linh động, dễ dàng thay đổi

 Chi phí đầu tư dụng cụ, thiết bị thấp

Hình LỜI CẢM ƠN.1: Công nghệ gia

công bằng tay

 Hàm lượng sợi cao và phù hợp với sợi dài.

Nhược điểm:

 Sản phẩm chỉ có một bề mặt nhẵn

 Thời gian đóng rắn thường dài

 Chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào kỹ năng thao tác 

 Vấn đề an toàn sức khoẻ, nhựa dùng trong phương pháp này thường cókhối lượng phân tử thấp nên mức độ độc hại cao hơn, dễ thấm vào áoquần… 

 Nhựa yêu cầu có độ nhớt thấp, ảnh hưởng đến tính chất cơ học, tính chấtnhiệt do yêu cầu lượng chất pha loãng (VD: styren) thích hợp

1.1.5.2 Phương pháp phun

Sợi được cắt ngắn ngay trong súng phun, được phun đồng thời với nhựa lên

khuôn Để sản phẩm đóng rắn hoàn toàn mới tháo khuôn.

Ưu điểm:

 Nhanh, chi phí dụng cụ thấp

Nhược điểm:

 Hàm lượng nhựa cao

 Chỉ chế tạo được composite sợi ngắn

Hình LỜI CẢM ƠN.2: Gia công vật liệu bằng phương pháp phun

 Nhựa cần có độ nhớt thấp khi phun, ảnh hưởng đến tính chất cơ nhiệtcủa sản phẩm; cùng với hàm lượng styren cao, dễ ảnh hưởng đến điềukiện làm việc của công nhân.

1.1.5.3 Phương pháp hút chân không

Vật liệu lớp được gia công bằng tay theo phương pháp ướt Màng chất dẻo(nilon) bọc lên khuôn và không khí được tháo ra nhờ bơm Lượng nhựa thừa đượcloại bỏ dưới tác dụng của bơm chân không

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp hút chân không

Ưu điểm:

 Hàm lượng lỗ bọt ít

 Thấm ướt của nhựa lên sợi tốt hơn nhờ áp suât chân không, lượng nhựathừa sẽ được loại bỏ, do vậy hàm lượng sợi cao hơn phương pháp giacông bằng tay

 An toàn cho sức khoẻ: Túi chân không sẽ làm giảm lượng chất bay hơigiải phóng khi đóng rắn

Nhược điểm:

 Quá trình tạo chân không làm tăng giá thành sản phẩm

 Đòi hỏi kỹ năng thao tác cao hơn

Hình LỜI CẢM ƠN.3: Gia công vật liệu bằng phương pháp hút

chân không

1.1.5.4 Quấn sợi

Cốt sợi được kéo qua bể chứa nhựa cho thấm nhựa trước, sau đó được cuộnphủ lên bề mặt khuôn Phương pháp này dùng để sản xuất ống và thùng chứa…

Có hai phương pháp cuộn: cuộn khô và cuộn ướt

 Cuộn khô: quấn lên trục khuôn bán thành phẩm tức là quá trình tẩmnhựa lên sợi đã được thức hiện trước đó rồi

 Cuộn ướt: quá trình tẩm nhựa lên sợi được diễn ra đồng thời với quátrình quấn lên khuôn Tức là sợi thô sau khi qua bể nó được quấn lêntrục ngay

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp quấn sợi

Ưu điểm:

 Nhanh, hiệu quả kinh tế cao

 Tỷ lệ sợi/nhựa có thể điều chỉnh được khi sợi đi qua bể nhựa

 Giá thành sợi giảm thiểu do không qua công đoạn dệt sợi thành vải

 Tính chất của sản phẩm tốt do có thể điều chỉnh phương của sợi phùhợp. 

Nhược điểm:

Hình LỜI CẢM ƠN.4: Gia công vật liệu bằng phương pháp quấn sợi

 Hạn chế ở một số dạng sản phẩm nhất định (rỗng, mặt cắt tròn, oval, ).

 Khó điều chỉnh chính xác vị trí sợi dọc theo chiều dài sản phẩm

 Giá thành đối với những sản phẩm lớn là rất cao

 Yêu cầu nhựa có độ nhớt thấp nên ảnh hưởng tính chất cơ học và vấn đề

an toàn sức khỏe

1.1.5.5 Đúc ép nóng

Nhựa cốt được phân bố đều mặt khuôn đúc dưới áp suất và nhiệt độ cao Sảnphẩm được định hình theo ba chiều kỹ thuật đúc ép được sử dụng để tao những sảnphẩm có kích thước lớn Sản phẩm được định hình sau khi làm nguội. 

Đúc ép nguội (cold press moulding): Tương tự như đúc ép nóng nhưng ở nhiệt

Nhựa nhiệt rắn: sợi ngắn được định hình trước nếu cần, được đặt vào khuôn,sau đó đóng lại, kẹp chặt và nhựa được phun vào từ đầu trộn có độ khuấy cao.

Phương pháp này là phương pháp gia công liên tục để sản suất ra loạicomposite dạng profile với bất cứ độ dài nào yêu cầu Sợi tẩm sẳn được kéo qua một

lỗ (có lõi gia nhiệt), với hình dạng theo chiều cắt ngang bề mặt của sản phẩm Sảnphẩm được định hình khi nhựa khô Ưu điểm của phương pháp này là sản xuất sảnphẩm thành mỏng với đa dạng độ dài, bề mặt căt ngang, dễ dàng tự động hóa Nhượcđiểm của phương pháp này là hạn chế sự thay đổi hình dạng sản phẩm theo chiều dàicủa sản phẩm là không thể

1.1.6 Ứng dụng của vật liệu compozit

Compozit được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sau đây:

 Trong giao thông vận tải: Thay thế các loại sắt, gỗ, ván VD: càng, thùng trầncủa các loại xe ôtô, một số chi tiết của xe môtô

 Trong hàng hải: Làm ghe, thuyền, thùng, tàu

 Trong ngành hàng không: Thay thế vật liệu sắt, nhôm trong máy bay dân dụng,quân sự

 Trong quân đội: Những phương tiện chiến đấu: Tàu, máy bay, phi thuyền Dụng cụ, phương tiện phục vụ cho việc sản xuất nghiên cứu trong quân đội như:Bồn chứa nước hoặc hóa chất, khay trồng rau, bia tập bắn

Hình LỜI CẢM ƠN.6: Phương pháp ép phun.

 Trong công nghiệp hóa chất: Bồn chứa dung dịch acid (thay gelcoat bằng epoxyhoặc nhựa vinyleste) Bồn chứa dung dịch kiềm (thay gelcoat bằng epoxy).

 Trong dân dụng: Sản phẩm trong sơn mài: bình, tô, chén, đũa, …; Sản phẩmtrang trí nội thất: khung hình, phù điêu, nẹp hình, vách ngăn, …; Bàn ghế, tủ giả

đá, khay, thùng, bồn, đường ống dẫn nước, …

1.2 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NỀN EPOXY

1.2.1 Giới thiệu chung về nhựa Epoxy

 Nhựa epoxy là loại nhựa tương đối mới, được nhiều ngành trong công nghiệpchú ý đến Do trong nhựa có nhóm epoxy cho nên người ta gọi nhựa đó là nhựaepoxy Nhựa epoxy trong những điều kiện xác định có chất đóng rắn, có khả năngchuyển sang trạng thái nóng chảy và không tan

Oxit etylen là hợp chất epoxy đơn giản nhất, có khả năng phản ứng lớn Vàonăm 1860, Buoc - xơ mới nhận ra khả năng dễ trùng hợp tạo thành hợp chất cao phân

tử của nó Đến năm 1936, nó mới được đưa vào trong sản xuất

Năm 1948 trong công nghiệp đã dùng nhiều loại nhựa epoxy Điều chế từepiclohidrin ngưng tụ với 4,4 dioxidifenil propan có dung dịch NaOH, các sản phẩmtạo ra, sau khi đóng rắn, có nhiều tính chất lý và hóa quí, bám dính rất tốt với nhiềuloại vật liệu, tính điện môi tốt, khi đóng rắn độ co không lớn, chịu tác dụng của cácdung môi và kiềm

Ngoài việc sử dụng một mình,nhựa epoxy còn dễ biến tính nhiều loại nhựakhác Gần đây, người ta đã dùng nhựa epoxy từ polibutadien phân tử thấp chứa cảnhóm epoxy và nối đôi, do vậy mà nó có khả năng đóng rắn khi có amin, anhidric củaacid hai gốc hay peroxyt Cũng có thể điều chế nhựa epoxy từ epiclohydrin vớirezorain, fenol ftalein và với các hợp chất khác

1.2.2 Định nghĩa

Nhựa epoxy có thể được định nghĩa là bất kỳ hệ thống polymer, trong đó cácoxirane hoặc vòng epoxide tham gia trong tổng hợp Binder, hoặc hay lĩnh vực biếnđổi (đóng răn)

Epoxy resins đã trở thành loại thương mại có sẵn ở Úc từ năm 1950s, và từ thờiđiểm đó đã được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp Trong thực tế, phần lớn cácepoxies (khoảng 85 % vào cuối năm 1970) được dựa trên những sản phẩmcondensation của bisphenol A (diphenylol propan) và epichlorohydrin, và có sẵntrong một loạt các trọng lượng phân tử khác nhau Resins trọng lượng phân tử thấp làchất lỏng; cao là rắn

Trong ngành công nghiệp nhựa, epoxy resins được phân loại nhưthermosetting resins, và chúng được sử dụng trong ngành công nghiệp sơn như chất

tạo màng có khả năng biến đổi Epoxy resins được chuyển thành trạng thái thermosetbằng phản ứng hóa học giữa các resin và chất đóng rắn (curing agent) Tùy thuộc vàochất đóng rắn phản ứng có thể diễn ra ở nhiệt độ cao hoặc ở nhiệt độ phòng.

Resins đã đóng rắn không tan trong solvents và không thể chảy khi gia nhiệt

1.2.3 Phân loại nhựa epoxy

1.2.3.1 Nhựa Epoxy nền Bisphenol-A

Nhựa epoxy nền Bisphenol A là nhựa epoxy được sản xuất từ Bisphenol A vàepichlorohydrin

Sự có mặt của nhóm Bisphenol A đã cung cấp cho loại nhựa này các đặc tínhnhư độ cứng cao, chống được môi trường hóa chất và nhiệt độ Trong phân tử khôngchứa nhóm ester mà chỉ có nhóm ete và các liên kết giữa các carbon, như vậy nó lạicàng tăng khả năng chống hóa chất cho nhựa này Ngoài ra, các nhóm hydroxyl vàcác nhóm epoxy dầu mạch giúp nhựa có khả năng thấm ướt và bám dính tốt cũng như

có thể tương tác và phản ứng với các loại nhựa khác

Nhóm epoxy có thể phản ứng với các nhóm amine, thiols, methylol, các acidcarboxylic và cả các nhóm cyanate và ester isocyanate Vì vậy, nó có thể phản ứngvới Bisphenol A Epichlorohydrin các amine mạch thắng và amine mạch vòng, cácamide, các loại nhựa amino, polyester,carboxylated acrylic Các phản ứng nàykhông làm mất đi các nhóm chức của nhựa epoxy ban đầu mà chỉ gắn thêm các loạinhóm chức mới vào mạch nhựa, nhờ đó ta có thể bổ sung thêm các tính chất khác chonhựa

1.2.3.2 Nhựa Epoxy nền Bisphenol-F

Công thức hóa học:

Nhựa epoxy nền Bisphenol F có cấu trúc tương tự nhựa epoxy nền Bisphenol

A, tuy

chỉ có nhóm methylene nối hai vòng benzen thay cho nhóm isopropylidenetrong Bisphenol A, điều này làm giảm sự thủy tinh hóa trong quá trình lưu trữ vàcung cấp độ nhớt thấp hơn cho nhựa nền Bisphenol F

Nhựa epoxy nền Bisphenol F khối lượng phân tử thấp có độ nhớt từ 3000 –

8000 cps thấp hơn so với nhựa epoxy nền Bisphenol A khối lượng phân tử thấp độnhớt từ 11000 -16000 cps Với cầu nối methylene giữa hai nhóm phenolic thay chonhóm isopropylene trong nhựa epoxy nền Bisphenol A, nhựa epoxy nền Bisphenol F

có khả năng kết mạng cao hơn, làm cho màng phim của nhựa này có nhiệt độ thủytinh hóa, khả năng chịu nhiệt và khả năng chống dung môi và hóa chất cao hơn

1.2.3.3 Nhựa Epoxy nền Novolac

Nhựa epoxy nền novolac có khả năng chống hóa chất rất tốt vì nó có cấu trúcrất chặt chẽ Khi ở nhiệt độ cao 500°F (260°C) và áp suất 10.000psi (69Mpa) nhựanày vẫn có khả năng chống hóa chất tốt

Nhựa epoxy nền novolac có độ nhớt khá cao (30.000 - 500.000 cps) Trongcông nghiệp sơn, nhựa epoxy nền novolac thường được dùng làm sơn bột (powdercoating).

Khi được đóng rắn bởi các amin béo, nhựa này có khả năng chịu được hầu hếtcác loại dung môi như: ketone, chlorinated hydrocarbon, acid vô cơ (HCl,HP,H2SO4), dung dịch kiềm ngay cả khi phải ngâm trong các dung dịch này hàngtháng Ngoài ra, nó có thể chịu được nhiệt độ cao, trong môi trường khô hoặc ẩm ướt,môi trường kiềm hoặc acid và chịu mài mòn cao

Ngày này, người ta thường sử dụng Epoxy đi từ nền Bisphenol A do nó cónhiều tính chất ưu việt thỏa mãn nhiều yêu cầu khi sử dụng

Module Young, IB/in2 2-5⨯105

Độ bền va đập 0,3-0,9

Độ dẫn nhiệt (cal cm-1sec -10 C) 4-5⨯105

Nhiệt độ phân hủy 3100C-3500C

Cấu trúc hóa học của epoxy resins cho chúng có tính kháng hóa chất cao,chống lại một số điều kiện ăn mòn, tính chất này có được từ tính chất vòng thơm củacác backbone và bền hóa học tốt của các liên kết ether phenolic. 

Epoxy resins có tính bám dính tốt cho một loạt các nguyên vật liệu, bao gồmcác kim loại, gỗ, bê tông, thuỷ tinh, gốm và nhiều chất dẻo Điều này là do sự hiệndiện của polar hydroxyl và nhóm ethertrong resin

Độ co rút thấp trong quá trình đóng rắn cho kết quả tốt trong tính chính xáckích thước trong kết cấu sản phẩm và cho phép sản xuất keo dán tính năng cao Tínhchất cơ lý tốt như toughness, độ mềm dẻo và kháng mài mòn có thể có được

Mặc dù có sự hạn chế về nhiệt độ sử dụng, epoxy resins thường tốt hơn so vớihầu hết các nhựa nhiệt dẻo ở nhiệt độ cao

1.2.5 Ưu nhược điểm của nhựa Epoxy

1.2.5.1 Ưu điểm của nhựa epoxy

Nhiều người lần đầu tiên tiếp xúc với nhựa epoxy đã tự hỏi bản thân nó thực sự

là gì Cách tốt nhất để trả lời câu hỏi này là liệt kê các tính chất đặc biệt của nhựathông Các tính chất được trình bày dưới đây đề cập đến trạng thái rắn sau khi trộn vàđóng rắn Có thể mất đến một tuần để đạt được trạng thái này, tùy thuộc vào sảnphẩm và nhà sản xuất Bạn thường có thể tìm thấy chi tiết chính xác về thời gian đóngrắn trên hướng dẫn đóng gói của các thành phần của bạn Đôi khi có vẻ như nhựa đãđược đóng rắn hoàn toàn, nhưng trong nhiều trường hợp, quá trình biến đổi hóa họcdiễn ra lâu hơn dự kiến

Các đặc tính tích cực sau đây áp dụng cho hầu hết mọi sản phẩm sau khi epoxyđược đóng rắn hoàn toàn:

• Khả năng chống mài mòn rất cao

• Sức mạnh vật liệu cao

• Chống va đập (không vỡ hoặc vụn)

• Thường là độ co rút thấp trong quá trình chuyển đổi từ chất lỏng sang chất rắn

• Giá trị mật độ khoảng 1,2 gam (mỗi cm khối)

• Khả năng chống tia cực tím tốt với các sản phẩm chất lượng cao tương ứng

• Bám dính tốt trên hầu hết mọi vật liệu (ví dụ trên gỗ)

• Nhiệt độ lệch nhiệt cao

• Hoạt động như một chất cách điện

• Khả năng chống lại axit cao

• Với việc chuẩn bị bề mặt cẩn thận: hầu như không có bất kỳ vết nứt nào của nhựaepoxy

• Chống chịu thời tiết tốt ở các khu vực ngoài trời