Tài liệu Chế tạo gờ (lằn) giảm tốc từ polyme 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 người 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. Những 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: • Vật 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 (chất 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 khả 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 tạo 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 độn 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 vật 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- + SiO2 làm tăng độ bền ẩm, tăng tính cách điện và dễ gia công cho vật liệu. + Tale (3MgO.4SiO2.2H2O): Trong bột tale thường có lẫn tạp chất CaO, Al2O3 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 (CaCO3): 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 (Al2O3.4SiO2.2H2O): Là chất độn bột phân tán tự nhiên có tác dụng chống nứt nẻ, tăng độ bền nhiệt. + Silicat (MgO.2SiO2.2H2O)…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 điện, 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 bền 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 hơn 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 (0C) Độ nhớt ở điểm nóng chảy 1 <1 185-192 2 8-12 11-14 2 2 450-525 6 64-76 0.8-1.7 4 3.7 905-985 7 125-132 4.3-6.3 7 8.8 1600-1900 13 125-132 17.5-27 9 12 2400-4000 17 140-155 36.2-98.5 Ưng dụng Sơn không dung môi và có hàm lượng rắn cao Sơn rắn thông dụng Sơn bột Epoxy este Hệ Epoxy /phenolic 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 của 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 với 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 chất 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 5-1500C, 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 đó 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 trộn. 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 với 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 phẩm 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 biệt 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 liệu, 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 biệt 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 sống 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 dụng, 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 tốc 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, như 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 với 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 hư 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 rời 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. - 11 - CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 KHẢO SÁT THỜI GIAN GEL HOÁ. [1, Tr 34] Chuẩn bị: Lấy 0,5 – 1g nhựa epoxy và một lượng chất đóng rắn tương ứng và trộn đều ở nhiệt độ thường. Bình thử nghiệm 3 cổ dung tích 250ml lắp sinh hàn hồi lưu. Đáy ống nghiệm và bầu thuỷ ngân của nhiệt kế được đặt ngang nhau, cách mặt thoáng của dung môi 2 – 3cm. Nhiệt độ thử nghiệm là nhiệt độ sôi của dung môi bay hơi. Có thể cất ra một lượng môi bay hơi, đến khi đạt nhiệt độ sôi ổn định. Tiến hành: Lấy trên đầu tròn đũa thuỷ tinh một lượng tổ hợp nhựa đã trộn sẵn, đưa váo ống nghiệm đã được ổn định nhiệt. Khi nhựa vừa chạm đáy ống nghiệm là lúc bấm khởi động đồng hồ đo giây. Đến khi nhấc que thuỷ tinh mà có sợi kéo theo đầu tiên thì ngừng bấm đồng hồ. Xác định thời gian gel hoá tại nhiệt độ đã định. Ở mỗi nhiệt độ cần thử 3 lần để lấy kết quả trung bình. 2.2 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PHẦN GEL. [1, Tr 39] Cân 0,1 – 0,2 g mẫu (tổ hợp nhựa epoxy-chất đóng rắn) trên cân phân tích với độ chính xác 0,0001g, phết mỏng trên giấy lọc, sau đó, mẫu được đóng rắn ở nhiệt độ và thời gian thích hợp. Cân mẫu trên cân phân tích chính xác đến 0,0001g, sau đó trích ly mẫu bằng axêton trong thiết bị soxlet trong 24 giờ. Lấy mẫu ra sấy khô và cân lại mẫu. Hàm lượng phần gel được tính theo công thức. G= m2 − m0 x100 m1 − m0 Trong đó: m1: Khối lượng mẫu trước khi trích ly, g. m2: Khối lượng mẫu sau trích ly, g. m0: Khối lượng giấy lọc, g. - 12 - 2.3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN NÉN [1, Tr 41] Xác định theo tiêu chuẩn ISO 604 1993 (E) trên máy LLOYD Instrument LK 50K của Anh. Vận tốc nén 2mm/phút. Độ bền của mẫu được xác định theo công thức σN = PN/(a.b) trong đó σN : Độ bền giới hạn nén, Mpa. PN : Tải trọng phá hủy mẫu, N. b : Chiều rộng mẫu, mm. a : Chiều dài mẫu, mm. 2.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN KÉO [1, Tr 42] Xác định theo tiêu chuẩn ISO 3268 1978 (E) trên máy LLOYD Instrument LK 50K của Anh. Vận tốc kéo 2mm/phút. Độ bền của mẫu được xác định theo công thức σk = F/(a.b) trong đó σk : Độ bền giới hạn nén, Mpa. PN : Tải trọng phá hủy mẫu, N. b : Chiều rộng mẫu, mm. a : Chiều dài mẫu, mm. 2.5 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN UỐN [1, Tr 43] Xác định theo tiêu chuẩn ISO 3268 1978 (E) trên máy LLOYD Instrument LK 50K của Anh. Vận tốc uốn 2mm/phút. Độ bền của mẫu được xác định theo công thức σu = 3FL/(2bh2) trong đó σu : Độ bền giới hạn nén, Mpa. F : Tải trọng phá hủy mẫu, N. L: Khoảng cách giữa hai gối đỡ b : Chiều rộng mẫu, mm. h : Chiều dài mẫu, mm. - 13 - CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3. 1. NHỰA EPOXY DER 331. Nhựa epoxy dạng lỏng DER 331 là sản phẩm phản ứng giữa epichlorohydrin và bisphenol A. Nhựa Epoxy DER 331 là loại nhựa epoxy dạng lỏng có công dụng phổ biến nhất. Có nhiều loại chất đóng rắn cho nhựa epoxy dạng lỏng ở nhiệt độ thường. Loại thường dùng nhất là polyamin aliphatic, polyamide, amidoamin, cycloaliphatic và các dạng biến tính của những loại đóng rắn này. Quá trình đóng rắn có thể thực hiện ở nhiệt độ cao nhằm tăng các tính chất cần thiết. Nhà sản xuất : Dow Chemical Bảng 1: Một số tiêu chuẩn kỹ thuật của nhựa DER 331 : Stt Tính chất Giá trị Phương pháp đo 1 Đương lượng epoxy (g/eq) 182-192 ASTM D- 1652 2 Phần trăm epoxide (%) 22.4-23.6 ASTM D- 1652 3 Độ nhớt tại 250 C (mPa.s) 11000-14000 ASTM D- 445 4 Tỷ trọng tại 250C (g/ml) 1.16 (g/ml) ASTM D- 4052 5 Hàm lượng nước (ppm) 700 Max ASTM E- 203 - 14 - 3.1 XÁC ĐỊNH THỜI GIAN GEL HÓA Lấy trên đầu tròn đũa thuỷ tinh một lượng tổ hợp nhựa đã trộn sẵn, đưa vào ống nghiệm đã được ổn định nhiệt. Khi nhựa vừa chạm đáy ống nghiệm là lúc bấm khởi động đồng hồ đo. Đến khi nhấc que thuỷ tinh mà có sợi kéo theo đầu tiên thì ngừng bấm đồng hồ. Xác định thời gian gel hoá tại nhiệt độ đã định. Ở mỗi nhiệt độ cần thử 3 lần để lấy kết quả trung bình. Bảng 3.2: Thời gian gel hóa của nhựa epoxy DER- 331 Nhiệt độ 25 30 35 40 45 Thời gian gel hóa 124 108 92 76 61 trung bình (phút) Nhận xét: Thời gian gel hóa của nhựa epoxy DER-331 trong điều kiện từ 25OC - 45OC là từ 124 phút – 61 phút. Điều này phù hợp với điều kiện thời tiết và thời gian thi công tại Việt Nam. 3.2 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PHẦN GEL. Cân mẫu (tổ hợp nhựa epoxy-chất đóng rắn) trên cân phân tích, phết mỏng trên giấy lọc, sau đó, mẫu được đóng rắn ở nhiệt độ và thời gian thích hợp. Cân mẫu trên cân phân tích chính xác, sau đó trích ly mẫu bằng axêton trong thiết bị soxlet trong 24 giờ. Hàm lượng phần gel được cho ở bảng sau. Bảng 3.3 : Hàm lượng phần gel Ngày 1 2 3 4 5 6 7 M2 0.7847 0.7635 0.7552 0.7468 0.7319 0.7235 0.7124 M1 0.6322 0.6817 0.6980 0.7109 0.7130 0.7139 0.7032 % 80.56 95.19 97.42 98.68 89.29 92.43 98.71 - 15 - Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn hàm lượng phần gel. 120 % Đ ó n g rắ n 100 80 y = 9.4822Ln(x) + 81.635 2 R = 0.9813 60 40 20 0 0 2 4 6 8 Ngày Nhận xét: Theo đồ thị, nhận thấy rằng có sự phụ thuộc giữa thời gian đóng rắn (ngày) và hàm lượng đóng rắn (R2 =0,9813). Nhựa đóng rắn rất nhanh đạt 80% trong ngày đầu, sau 2 giờ nhựa đã khô bề mặt có thể tháo khuôn. Thời gian đóng rắn gần hoàn toàn là sau 7 ngày và hàm lượng đóng rắn cao (98%). 3.3 KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT TỪ NHỰA EPOXY VÀ BỘT THẠCH ANH. Việc đưa bột độn vào nhựa có thể làm giảm lượng nhựa sử dụng và bột độn hấp thụ một phần lượng nhiệt giải phóng ra. Hơn nữa bột độn còn làm tăng hệ số dẫn nhiệt. - 16 - Việc tăng hàm lượng bột lên cao là rất khó khăn và khó loại bỏ được bọt khí. Các bọt khí này làm suy giảm tính chất cơ lý và độ dẫn nhiệt của vật liệu. Bột thạch anh được sử dụng nghiên cứu có tỷ trọng (d=2,6 g/cm3). Độ cứng theo thang Mohs = 7. Bột thạch anh có khả năng phối trộn tốt với nhựa. Tiến hành khảo sát tính chất cơ lý của vật liệu polyme compozit chế tạo từ nhựa epoxy DER 331 và bột thạch anh theo phần khối lượng (PKL) 3.3.1 Độ bền uốn. Bảng 3.4: Độ bền uốn của vật liệu polyme compozit chế tạo từ nhựa epoxy DER 331 và bột thạch anh theo phần khối lượng (PKL) Tỷ lệ nhựa/bột (PKL) Độ bền uốn (Mpa) 100:100 64.8 100:150 91.1 100:200 84.3 100:250 67.2 Hình 3.2: Đồ thị mô tả mối quan hệ giữa tỷ lệ bột thạch anh và độ bền uốn của vật liệu polyme compozit 100 90 80 70 MPa 60 50 40 30 y = -0.0043x 2 + 1.5198x - 42.64 R2 = 0.9477 20 10 0 0 50 100 150 Tỷ lệ bột 200 250 300 - 17 - Nhận xét: Theo đồ thị, nhận thấy rằng có sự phụ thuộc giữa tỷ lệ bột thạch anh và độ bền uốn ( R2 =0,9477). Độ bền uốn đạt trên 80 Mpa ứng với tỷ lệ bột trong khoảng 125 PKL – 225 PKL 3.3.2 Độ bền kéo Bảng 3.5: Độ bền kéo của vật liệu polyme compozit chế tạo từ nhựa epoxy DER 331 và bột thạch anh theo phần khối lượng (PKL) Tỷ lệ nhựa/bột (PKL) Độ bền kéo (Mpa) 100:100 53.7 100:150 60.1 100:200 54.9 100:250 44.3 Hình 3.3: Đồ thị mô tả mối quan hệ giữa tỷ lệ bột thạch anh và độ bền kéo của vật liệu polyme compozit 70 60 MPa 50 40 y = -0.0017x 2 + 0.5282x + 18.19 R2 = 0.9852 30 20 10 0 0 50 100 150 Tỷ lệ bột PKL 200 250 300 - 18 - Nhận xét: Theo đồ thị, nhận thấy rằng có sự phụ thuộc giữa tỷ lệ bột thạch anh và độ bền kéo ( R2 =0,9852). Độ bền kéo đạt trên 55 Mpa ứng với tỷ lệ bột trong khoảng 100 PKL – 200 PKL 3.3.3 Độ bền nén Bảng 3.6: Độ bền nén của vật liệu polyme compozit chế tạo từ nhựa epoxy DER 331 và bột thạch anh theo phần khối lượng (PKL) Tỷ lệ nhựa/bột (PKL) Độ bền nén (Mpa) 100:100 572.4 100:150 654.8 100:200 641.1 100:250 619.3 Hình 3.4: Đồ thị mô tả mối quan hệ giữa tỷ lệ bột thạch anh và độ bền nén của vật liệu polyme compozit 670 660 650 640 MPa 630 620 610 600 590 y = -0.0104x 2 + 3.901x + 290.9 R2 = 0.9009 580 570 560 0 50 100 150 Tỷ lệ bột PKL 200 250 300 - 19 - Nhận xét: Theo đồ thị, nhận thấy rằng có sự phụ thuộc giữa tỷ lệ bột thạch anh và độ bền nén ( R2 =0,9009). Độ bền kéo đạt trên 640 Mpa ứng với tỷ lệ bột trong khoảng 125 PKL – 225 PKL Hàm lượng bột có ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất cơ lý của compozit, đặc biệt tại hàm lượng bột tới hạn tính chất cơ lý sẽ thay đổi mạnh Từ đồ thị 3.1, 3.2, 3.3 có thể rút ra hàm lượng bột thạch anh thích hợp : Nhựa DER 331: Bột thạch anh = 100: 150 PKL Lựa chọn kết quả này cho những nghiên cứu tiếp theo. 3.4 KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT TỪ NHỰA EPOXY, BỘT THẠCH ANH (150PKL) VÀ CHẤT HÓA DẺO DIOCTYLPHTALAT (DOP) Nhựa epoxy đã đóng rắn thường cứng nhưng giòn, do đó để tăng độ bền của vật liệu với tác động cơ học, sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ cần hóa dẻo nhựa epoxy Nhựa epoxy có thể hóa dẻo một trong hai cách: + Các mạch phân tử dài, mềm dẻo có thể kết hợp vào mạng lưới trong quá trình đóng rắn + Các phân tử mạch dài không phản ứng với nhựa được cho vào hệ thống, đó là các chất hóa dẻo Chất hóa dẻo làm tăng và duy trì tính mềm dẻo của vật liệu, chất hóa dẻo có thể được trộn trực tiếp với nhựa epoxy. Chất hóa dẻo DioctylPhtalat (DOP) dạng lỏng, khó bay hơi và có thể trộn lẫn hoàn toàn với nhựa. Ngoài ra DOP còn ổn định tốt với ánh sáng và nhiệt. Việc khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất hóa dẻo đến tính chất cơ lý của vật liệu là cần thiết. - 20 - 3.4.1 Độ bền uốn của polyme compozit chế tạo từ nhựa epoxy DER 331 và bột thạch anh có sử dụng hóa dẻo DioctylPhtalat (DOP) Bảng 3.7: Độ bền uốn của vật liệu polyme compozit chế tạo từ nhựa epoxy DER 331 và bột thạch anh theo phần khối lượng (PKL) Tỷ lệ DOP: Nhựa (PKL) Độ bền uốn MPa 0:100 92.1 7:100 104.6 9:100 99.3 11:100 94.2 13:100 84.1 15:100 73.3 Hình 3.5: Đồ thị mô tả mối quan hệ giữa tỷ lệ DOP và độ bền uốn của vật liệu polyme compozit 120 100 MPa 80 60 40 20 y = -0.364x 2 + 4.1611x + 92.255 R2 = 0.9955 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Tỷ lệ DOP (PKL)