Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ đinh anh cường...

Tài liệu đinh anh cường

.DOC
64
241
54

Mô tả:

Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Huy Tùng và Ths. Nguyễn Thị Thu Thủy đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Em cũng xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô giáo và bạn bè trong trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme và Compozit đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi, giúp đỡ để đồ án hoàn thành. Đồ án đã hoàn thành nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý và bổ sung của các thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Sinh viên: Đinh Anh Cường GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 1 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Cao su nhiệt dẻo (TPE) 1.1.1. Lịch sử phát triển 1.1.2. Đặc điểm cấu tạo 1.1.3. Chế tạo và gia công 1.1.3.1. Tổng hợp TPE 1.1.3.2. Phương pháp gia công chế tạo 1.1.3.3. Ứng dụng TPE 1.2. TPE trên cơ sở nhựa PP và cao su NBR bằng phương pháp lưu hóa động 1.2.1. Lưu hóa động, đặc điểm của lưu hóa động 1.2.2. Chế tạo vật liệu polymer blend NBR/PP 1.3. Nhựa nền Polypropylene (PP) 1.3.1. Lịch sử phát triển 1.3.2. Đặc điểm cấu tạo 1.3.3. Tính chất cơ lý 1.4. Cao su Butadien Nitril (NBR) 1.4.1. Lịch sử phát triển 1.4.2. Đặc điểm cấu tạo 1.4.3. Tính chất GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 2 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp 1.4.4. Lưu hóa 1.4.5. Ứng dụng CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1. Thiết bị và hóa chất 2.1.1. Thiết bị 2.1.2. Hóa chất 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp chế tạo mẫu 2.2.2. Phương pháp xác định tính chất CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Quy hoạch thực nghiệm 3.2. Tính chất nhiệt 3.2.1. DSC 3.2.2. TGA 3.2.3. DMA 3.2.4. Lão hóa nhiệt 3.3. Khả năng tái sinh 3.4. Một số tính chất khác KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 3 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt TPE Thermoplasitc elastomer Cao su nhiệt dẻo NBR Nitril butadiene rubber Cao su butadiene nitril – cao su nitril PP Polypropylene Nhựa PP RD 2,2,4-trimetyl-1,2 dihydro quynolin Phòng lão RD Tg Glass transmission temperature Nhiệt độ hóa thủy tinh TMTD Tetramethyl Thiuram Disulfide Xúc tiến TMTD MAPP Maleic anhydride polypropylene Trợ tương hợp MAPP GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 4 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 5 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Đồ án tốt nghiệp Page 6 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Đồ án tốt nghiệp Page 7 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đời sống con người ngày một nâng cao, đòi hỏi những vật liệu mới có những đặc tính ưu việt thay thế cho những vật liệu truyền thống. Xuất hiện ở những thập kỷ đầu của thế kỷ 20, vật liệu polyme blend ngày một phát triển mạnh mẽ, đa dạng và phong phú về chủng loại. Vật liệu polrme blend là loại vật liệu mới với những tính năng vượt trội như khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt, chịu mài mòn cao, bền nhiệt, chịu hóa chất, giá thành hạ… Chúng được sử dụng rất nhiều trọng các lĩnh vực khác nhau từ những ngành kỹ thuật cao như kỹ thuật điện tử, công nghiệp chế tạo máy, máy chính xác. Trong công nghiệp hóa chất đòi hỏi những vật liệu chịu hóa chất tốt, độ bền cao, … cho đến các ngành phục vụ nhu cầu đời sống của con người như giày, dép và các đồ gia dụng khác. Với ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực như vậy vật liệu polyme blend cần được quan tâm nghiên cứu hơn nữa để tạo ra những vật liệu vượt trội hơn trong công nghiệp tương lai. Polyme blend là vật liệu tổ hợp, có thể chế tạo được nhiều blend khác nhau từ những polyme thành phần khác nhau. Những loại polyme blend này có những tính chất vượt trội của các polyme thành phần tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Cao su butadien acrylonitril (NBR) và nhựa polypropylen (PP) là những polyme được sử dụng từ rất lâu, trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Bên cạnh những ưu điểm, chúng cũng có những tính chất hạn chế cần khắc phục. Cao su NBR có khả năng bền dầu mỡ cao, có khả năng biến dạng đàn hồi lớn, bền chống cháy, còn nhựa nhiệt dẻo PP có ưu điểm là thân thiện với môi trường, có thể sử dụng trong thực phẩm, có độ bền va đập tốt, có tính chất chống thấm O2, hơi nước, nhưng nhược điểm là vật liệu rất cứng... Việc kết hợp hai polyme này để tạo thành một vật liệu polyme blend (cao su nhiệt dẻo) có những đặc tính của cả hai polyme thành phần cần một quá trình nghiên cứu và chế tạo. Vì vậy nhiệm vụ đặt ra là: Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su nhiệt dẻo trên cở sở cao su butadiene-acrylonitrile và nhựa polypropylene bằng phương pháp lưu hóa động. GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 8 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Cao su nhiệt dẻo (TPE) 1.1.1 Lịch sử phát triển [1,2] Cao su nhiệt dẻo được bắt đầu phát triển đầu những năm 1930 với sự phát minh quá trình hóa dẻo PVC ở công ty B.F.Goodrich. Phát minh này dẫn tới sự phát triển của hỗn hợp PVC và NBR (butadien-acrylonitril). Hỗn hợp PVC/NBR, khi phối trộn thích hợp, nhìn và cảm giác giống cao su và là cầu nối giữa PVC được hóa dẻo lỏng và vật liệu đàn hồi kết mạng truyền thống. Vì vậy, chúng có thể được xem như tiền thân của vật liệu đàn hồi nhiệt dẻo hiện tại. Trong năm 1937, một bước đột phá quan trọng xảy ra với sự phát hiện phản ứng cộng chuỗi diisocyanat, nó được ứng dụng lần đầu tiên sản xuất sợi polyurethan và một vài loại polyurethan đàn hồi ở DuPont và ICI. DuPont tập trung nghiên cứu thêm về sợi đàn hồi và cuối cùng dẫn đến sự phát minh sợi polyurethan copolyeste tuyến tính đàn hồi, được tạo thành bởi sự trao đổi este giữa hai polyme được copolyme nóng chảy. Vật liệu đàn hồi tổng hợp này có độ bền cao hơn cao su thiên nhiên lưu hóa và hồi phục đàn hồi nhanh, và đây có thể được xem là vật liệu đàn hồi nhiệt dẻo đầu tiên. Hỗn hợp polyolefin nhiệt dẻo (TPOs) được bắt đầu phát triển những năm 1960. Vật liệu đầu tiên là hỗn hợp polypropylen kết tinh và copolyme ethylen-propylen (EPD). Trong đó, hàm lượng propylen lớn hơn 50%. Hỗn hợp lưu hóa của polypropylen và cao su chlorinated butyl được phát minh vào năm 1962. Sau đó vào năm 1966, styren-Butadien block copolyme được phát triển lần đầu tiên bởi Shell thông qua quá trình block copolyme hóa anion của styren với butadien (S-B-S) và styren với isopren (S-I-S) được giới thiệu thương mại như Kraton. Trong năm 1972, Shell thêm copolyme S-EB-S, trong đó EB là đoạn copolyme ethylen-butylen. Các liên kết đôi trong copolyme S-EB-S được loại bỏ giúp cải thiện tính kháng của sản phẩm với sự cắt mạch oxy hóa và tấn công ozon. Hỗn hợp kết mạng một phần của EPM (monome ethylen-propylenedien) với polypropylen dùng peroxit được giới thiệu trong năm 1974. Cao su nhiệt dẻo được phát triển mạnh cho đến ngày nay. 1.1.2 Đặc điểm cấu tạo của TPE [8] Cao su nhiệt dẻo là các vật liệu có những liên kết ngang rất linh động theo nhiệt độ, có thể được gia công như nhựa nhiệt dẻo (bởi quá trình nung nóng chảy) và chúng cũng thể hiện tính đàn hồi tương tự như vật liệu đàn hồi truyền thống (được kết mạng hóa học). Hầu hết các vật liệu đàn hồi nhiệt dẻo (TPE) là các hệ phân tách pha, ngoại trừ một số trường hợp ngoại lệ. Luôn luôn, một pha là cứng và rắn ở nhiệt độ môi trường trong khi pha còn lại có tính đàn hồi. Thông thường, các pha được liên kết hóa học bởi quá trình block hoặc graft polyme hóa. Tuy nhiên trong một số trường hợp, sự GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 9 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp phân tán mịn của các pha là đủ. Pha cứng tạo nên độ bền cho TPE và đại diện cho các liên kết ngang vật lý. Không có nó, pha đàn hồi sẽ chảy tự do dưới ứng suất và polyme không sử dụng được. Ngược lại, pha đàn hồi tạo nên tính uốn dẻo và tính đàn hồi cho TPE. Khi pha cứng được nung nóng chảy hoặc hòa tan trong dung môi, vật liệu có thể chảy và gia công bằng các phương pháp thông thường. Khi làm nguội hoặc bay hơi dung môi, pha cứng đóng rắn và vật liệu lấy lại độ bền và tính đàn hồi của nó. Hình 1.6 Sự phân tán cao su trong nhựa nền nhựa nhiệt dẻo [77] TPE có thể chia thành 2 nhóm chính: copolyme khối và blend. Nhóm thứ nhất là những copolyme chứa khối elastome mềm và khối nhựa nhiệt dẻo, ví dụ nhựa copolyme khối styren (SBCs), copolyme polyamide/elastome (COPAs), copolyme khối polyete este/elastome (COPEs), copolyme khối polyuretan/elastome (TPUs) [46]. Các polyme riêng biệt cấu thành nên các pha tương ứng, giữ lại hầu hết những đặc tính của chúng. Vì vậy, mỗi pha này thể hiện nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) hoặc nhiệt độ nóng chảy tinh thể (Tm) riêng biệt của chúng. Tại hai nhiệt độ này, các vật liệu đàn hồi riêng biệt trải qua các trạng thái chuyển tiếp trong tính chất vật lý của chúng. Hình 1.8, bên dưới minh họa cho sự thay đổi mô-đun uốn cong của TPE tiêu biểu trên một khoảng nhiệt độ rộng. GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 10 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.7 Giản đồ pha của vật liệu đàn hồi [6]  Vùng 1 - Ở nhiệt độ rất thấp, dưới sự chuyển thủy tinh của pha đàn hồi, cả hai pha đều cứng, vì vậy vật liệu cứng và giòn.  Vùng 2 - Trên nhiệt độ Tg của pha đàn hồi nên pha đàn hồi mềm và vật liệu có tính đàn hồi, giống như cao su lưu hóa truyền thống.  Vùng 3 - Khi nhiệt độ tăng, mô-đun của vật liệu tương đối ổn định (vùng này được gọi là “vùng bằng phẳng cao su”) cho tới điểm mà pha cứng mềm hoặc nóng chảy. Tại điểm này vật liệu trở thành lưu chất nhớt. Nhiệt độ sử dụng thực tế của TPE nằm giữa Tg của pha đàn hồi (nhiệt độ sử dụng thực tế ở mức thấp) và Tg hoặc Tm của pha cứng (nhiệt độ sử dụng thực tế ở mức cao). 1.1.3. Chế tạo và gia công. 1.1.3.1. Tổng hợp TPE [8] Lưu hóa động được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp giữa cao su và nhựa nhiệt dẻo để tạo các liên kết ngang của pha cao su trong nền nhựa nóng chảy. Các hạt cao su phân tán và phân bố vào nền polyme nhiệt dẻo, sự phân tán và phân bố cùng với sự khâu mạch có chọn lọc của cao su là quá trình xảy ra đồng thời trong quá trình trộn nóng chảy polyme nhiệt dẻo và cao su. Trong polyme blend cao su/nhựa nhiệt dẻo, khi cao su khâu mạch hoàn toàn ta không thể gia công polyme blend này được nữa. Để khắc phục điều này, người ta tiến hành lưu hóa cao su có chọn lọc (lưu hóa không hoàn toàn) trong hỗn hợp với polyme nhiệt dẻo dưới tác động của nhiệt độ cao và trộn cơ học trên các máy cán, máy đùn, máy ép phun…quá trình diễn ra như trên được gọi là lưu hóa động. Do vậy có thể định nghĩa lưu hóa động là quá trình khâu mạch có chọn lọc của pha phân tán, ngăn cản chúng kết hợp lại với nhau. Pha phân tán kết dính với nhau bởi pha liên tục. Trong đó cao su có thành phần lớn hơn, độ nhớt của nhựa nhiệt dẻo và GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 11 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp cao su không quá chênh lệch ở nhiệt độ tiến hành. Thời điển đầu, nhựa nhiệt dẻo là pha phân tán, phân tán trong pha liên tục là cao su hình 1.9. Khi bổ sung thêm các tác nhân khâu mạch và nhiệt độ đạt tới nhiệt độ lưu hóa, quá trinh đảo pha xảy ra, cao su trở thành pha phân tán, nhựa nhiệt dẻo trở thành pha liên lục. Các hạt cao su được lưu hóa, phân tán trong pha liên tục và không có khả năng kết hợp lại với nhau. Lớp nhựa nhiệt dẻo mỏng giữa các hạt cao su như là một chất kết dinh giữa các hạt cao su đã liên kết ngang. Hinh 1.8 Hình thái của blend nhựa nhiệt dẻo và cao su trước và sau khi lưu hóa động [40] Quá trình lưu hoá động ảnh hưởng tới động học phát triển hình thái học của polyme blend. Có thể tiến hành lưu hoá động có chọn lọc cao su trong quá trình trộn nóng chảy với nhựa nhiệt dẻo hoặc lưu hoá động một phần cao su trước khi trộn nóng chảy với nhựa nhiệt dẻo. Đưa vào polyme blend một hoặc một số chất khâu mạch, độ nhớt của pha cao su tăng. Khi mức độ khâu mạch pha cao su lớn sẽ hạn chế sự tạo thành kích thước các hạt nhỏ hơn, giảm diện tích bề mặt do tạo thành các khối lớn và sự kết tụ các hạt cao su phân tán với nhau. Vì thế, sự phân tán các pha trong polyme blend nhựa nhiệt dẻo/cao su lưu hoá động không đồng đều. Khi khâu mạch có chọn lọc pha cao su trong cao su nhựa nhiệt dẻo, yêu cầu kích thước hạt pha cao su phải nhỏ, khoảng 1 - 2μm. Nhựa nhiệt dẻo/ cao su được chế tạo theo phương pháp lưu hóa động kết hợp được cả tính chất nhiệt dẻo và đàn hồi. Đặc biệt là khả năng tái chế cũng như khả năng gia công trên các thiết bị gia công nhưa nhiệt dẻo mà phương pháp lưu hóa tĩnh không có được. Trong quá trình lưu hóa động các hạt cao su phân tán trong nền nhựa nhiệt dẻo, dưới tác dụng của lực xé lớn, các hạt cao su tiếp tục phân tách thành các hạt nhỏ hơn và kết dính với nhau bởi pha liên tục (hình 1.9) GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 12 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.9 Hình thái học trong quá trình lưu hóa động của polyme blend Lưu hóa động đòi hỏi kích thước hạt cao su cỡ micromet và hạt cao su phải được khâu mạch ở mức độ xác định trong pha polyme nhiệt dẻo có tỷ lệ nhỏ hơn. Có thể tiến hành lưu hóa động có chọn lọc cao su trong quá trình trộn nóng chảy với polyme nhiệt dẻo hoặc có thể lưu hóa động một phần cao su trước khi trộn nóng chảy với polyme nhiệt dẻo. Sau khi lưu hóa động, các hạt cao su khâu mạch được trộn và phân tán trong polyme nhiệt dẻo, pha cao su trở thành pha phân tán trong pha liên tục nhựa nhiệt dẻo. Chất đàn hồi nhiệt dẻo tiêu biểu đã được thương mại hoá là polyme blend PP/EPDM lưu hoá động. Hệ chất khâu mạch cao su lưu hoá tĩnh gồm lưu huỳnh, chất xúc tiến (tetrametyl tiuram disulfit, mecaptobenzatiazol) và chất hoạt hoá lưu hoá (oxit kẽm) đã được áp dụng cho lưu hoá động polyme blend PP/EPDM. Trong quá trình trộn hợp, do ảnh hưởng của lực ma sát, nhiệt độ thực trong máy trộn nội sẽ tăng nhanh và có thể dẫn đến sự phân huỷ nhiệt của polyme blend PP/EPDM. Do đó, người ta thường đặt nhiệt độ ban đầu trong buồng trộn ở 180 oC, tốc độ quay rô to 50 vòng/phút. Nhờ đó, đến cuối qui trình sản xuất, nhiệt độ của khối nhựa nhớt (stock temperature) không vượt quá 230oC. 1.3.2. Phương pháp gia công chế tạo [8] Cao su nhiệt dẻo có thể áp dụng nhiều phương pháp gia công khác nhau, bởi vì chúng có thể gia công giống như nhựa nhiệt dẻo, đây chính là ưu điểm chính so với cao su đã tạo mạch không gian. Chúng có thể tái nóng chảy và tạo hình lại. Do vậy, chúng thường được gia công bằng phương 5 phương pháp như pháp đùn, đúc phun và hầu hết các phương pháp gia công áp dụng cho nhựa nhiệt dẻo. Một vài yếu tố cần được tính toán trong quá trình gia công của TPE bao gồm độ nhớt và lưu biến của hai pha polyme, nhiệt độ tại đó pha cứng có thể gia công, độ ổn định nhiệt do cấu trúc có một số liên kết hóa học yếu, độ dẫn nhiệt do pha cứng bị bao GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 13 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp bọc bởi pha mềm, để kết tinh pha rắn phải được nóng chảy với một etanpy dư, độ ẩm cũng là một yếu tố có thể gây thủy phân trong quá trình gia công nhiệt. 1.3.2.1 Đúc liên tục (Extrusion) Đúc liên tục là phương pháp gia công với số lượng lớn để chế tạo các sản phẩm từ elastome nhiệt dẻo. Kỹ thuật gia công này cần thực hiện ở trạng thái nóng chảy của nguyên liệu và tạo hình chúng thành những hình dạng khác nhau liên tục. Các phương pháp phổ biến nhất là đùn phim và tấm, thổi phim, đùn ống và màng phủ. Sản phẩm cuối cùng được thực hiện bởi phương pháp đùn là ống, dây, vật liệu cách nhiệt, phim, băng keo và khung cửa sổ. Về cơ bản, phương pháp đúc liên tục gia nhiệt nhựa lên trên nhiệt độ nóng chảy và tạo áp lực đẩy vật liệu. Bộ phận chính của phương pháp này là máy đùn. Máy đùn là một thiết bị gia nhiệt và tạo áp lực có thể gồm một hoặc nhiều trục vít vận hành trong thân máy. Yếu tố quyết định hiệu suất của máy đùn là trục vít. Trục vít có ba chức năng: nạp và vận chuyển nguyên liệu; nóng chảy, tạo áp và đồng nhất vật liệu; định lượng và điền nguyên liệu vào khuôn với tốc độ không đổi. Nguyên liệu TPE được đưa vào máy đùn, tiếp xúc với các trục vít. Các trục vít quay đẩy nguyên liệu về phía trước vào vùng gia nhiệt và được gia nhiệt đến nhiệt độ mong muốn. Sau khi rời khỏi trục vít, nguyên liệu được chuyển qua màng lọc, ở đây các chất cặn và tạp chất sẽ được loại bỏ, màng lọc cũng tạo cho nguyên liệu được đồng đều. Sau đó, vật liệu được chuyển vào khuôn định hình sản phẩm và tiếp tục các công đoạn tiếp theo để cho ra sản phẩm cuối cùng. 1.3.2.2 Đúc phun (Injection molding) Cho đến nay, đúc phun là phương pháp gia công được sử dụng nhiều nhất để sản xuất các sản phẩm từ cao su nhiệt dẻo do cho năng suất cao. Máy đúc phun và khuôn đúc khá đắt vì đòi hỏi áp suất cao và phức tạp trong việc điều khiển. Do vậy, nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi phải sản xuất với số lượng lớn. Hệ thống được phân chia thành 3 ba bộ phận với chức năng chính như sau: máy phun với chức năng hóa lỏng nguyên liệu sau đó phun nguyên liệu vào khuôn, khuôn là bộ phận định hình sản phẩm từ mức độ hình dạng đơn giản đến phức tạp, cuối cùng là cơ cấu đẩy và máy kẹp có chức năng giữ chắc khuôn khi phun và tháo mở khuôn lấy sản phẩm ra. Nguyên tắc của đúc phun rất đơn giản. Nguyên liệu được điền vào máy phun nhờ trọng lực qua phễu nạp liệu. Sau khi vào máy phun, polyme được gia nhiệt đến nhiệt độ nóng chảy. Nhờ áp lực nguyên liệu được điền vào khuôn và định hình sản phẩm. Khuôn được làm lạnh tới nhiệt độ thích hợp để đóng rắn sản phẩm, sau đó khuôn được mở ra. Sản phẩm được lấy ra và quá trình sản xuất lại tiếp tục. Phương pháp đúc phun có khả năng sản xuất hàng loạt các sản phẩm có kích thước từ nhỏ đến lớn, từ các chi tiết nhỏ phức tạp của xe đến thân xe. Một số sản phẩm khác có thể chế tạo bằng phương pháp đúc phun gồm các chi tiết cơ khí phức tạp, bảng điều khiển, thùng chứa… GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 14 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp 1.3.2.3 Đúc ép (Compression molding) Đúc áp lực được xem là phương pháp đầu tiên của việc đúc, được sử dụng để sản xuất các sản phẩm nhựa. Tuy nhiên, gần đây ít được sự dụng hơn phương pháp đúc phun. Nhìn chung, phương pháp này gồm bốn bước. Đầu tiên, nguyên liệu polyme ở dạng hạt hoặc bột được điền vào khuôn mở và được gia nhiệt sẵn. Áp lực được tác dụng để polyme điền đầy mọi vị trí của khuôn. Polyme được làm mềm dưới tác dụng của áp suất và nhiệt độ cao, chảy ra điền đầy khuôn. Sau đó, polyme được đông cứng dưới áp lực bằng làm lạnh, để định hình trước khi tháo sản phẩm ra. Có 6 điểm cần chú ý khi gia công bằng phương pháp này, cần định lượng nguyên liệu trước, năng lượng cần thiết để gia nhiệt nguyên liệu, thời gian cần thiết đển gia nhiệt, kỹ thuật gia nhiệt thích hợp, áp lực cần thiết để đảm bảo hình dáng của sản phẩm, khuôn dược thiết kế thích hợp cho quá trình làm lạnh. Đối với TPE, phương pháp đúc áp lực đòi hỏi thời gian gia nhiệt và làm lạnh lớn hơn, do nhiệt độ nóng chảy cao. Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng hệ thống đúc ép với vùng gia nhiệt và vùng làm lạnh liên tiếp nhau. Đầu tiên, tại vùng gia nhiệt nguyên liệu được gia nhiệt trong khuôn bằng điện, dưới tác dụng của áp lực, nguyên liệu điền đầy khuôn và định hình sản phẩm. Sau khi định hình sản phẩm xong, toàn bộ cơ cấu với áp lực giữ nguyên được chuyển đến vùng làm lạnh bằng nước. Sau khi làm lạnh, sản phẩm được lấy ra và quá trình đúc sản phẩm tiếp theo được tiếp tục. Thông thường, vùng gia nhiệt thường được gia nhiệt trước để giảm thời gian của quá trình đúc. 1.3.2.4 Đúc thổi (Blow molding) Đúc thổi là phương pháp gia công được dùng để chế tạo các sản phẩm nhựa rỗng. Có nhiều loại nhựa có thể được sử dụng trong quá trình này gồm: HDPE, LDPE, PP, PVC, PET…Quá trình gia công bắt đầu với sự nóng chảy của nhựa và đùn qua đầu đùn để vào một ống rỗng, được gọi là khuôn đúc thổi. Sau khi đóng tất cả các cửa xung quanh lại, nhờ áp suất nhựa được thổi vào định hình thành sản phẩm. Khuôn được mở và lấy sản phẩm ra. Về cơ bản, đúc thổi được phân chia thành hai nhóm chính dựa trên phương pháp tạo hình phôi là đùn đúc thổi và phun đúc thổi. Với đùn đúc thổi, phôi được tạo thành từ khuôn của máy đùn. Vật liệu nóng chảy sẽ được chảy từ máy đùn qua thiết bị tiếp hợp và sẽ thay đổi hướng chảy từ đường nằm nganh sang đường thẳng đứng (hướng đi xuống cho đúc thổi). Sau đó, vật liệu sẽ đi vào khuôn và chạy xung quanh một trục tâm đến khi định hình được sản phẩm. Với phun đúc thổi, phôi được tạo hình nhờ phun nhựa nóng chảy vào trong khoang khuôn và xung quanh của một trục tâm, ở đây phôi được tạo thành như một sản phẩm riêng biệt, điều này trái ngược với sự tạo hình phôi qua một khuôn đùn như được thực hiện với đùn đúc phun. Sự khác nhau là trong đúc phun thổi, phôi không phải là sản phẩm cuối cùng mà phụ thuộc vào một bước tiếp theo để tạo thành hình dạng cuối cùng. Hiện nay, cả hai phương pháp này đều được ứng dụng rộng rãi để sản xuất các sản phẩm chất dẻo. GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 15 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp 1.3.2.5 Tạo hình nhiệt Tạo hình nhiệt là phương pháp sử dụng nhiệt và áp suất hoặc chân không để chuyển tấm phẳng thành sản phẩm có hình dạng ba chiều như mong muốn. Tấm nhựa được lấy ra từ một cuộn lớn, hoặc từ máy đùn và sau đó được đưa qua một thiết bị gia nhiệt để làm mềm nó. Sau đó, tấm đã được gia nhiệt được chuyển vào khuôn, kiểm soát nhiệt độ của khuôn. Áp suất hoặc chân không được sử dụng để hỗ trợ cho quá trình tạo hình. Các yếu tố cần chú ý khi sử dụng phương pháp này gồm áp lực định hình, hình dạng khuôn, khả năng giãn dài của tấm, hình dáng vật liệu được đưa vào và điều kiện của các giai đoạn gia công. Những yếu tố này ảnh hưởng đến chất lượng và tính chất của sản phẩm cuối cùng. 1.3.2.6 Cán tráng Cán tráng là phương pháp gia công mà một lượng nhựa nóng chảy được chế tạo thành tấm bằng cách đi qua một hệ thống các lô cán. Các lô cán nóng giữ polyme ở trạng thái bán nóng chảy. Quá trình cán này được tiến hành qua nhiều lô cán cho đến khi thu được chiều dày sản phẩm mong muốn. Tấm sau đó được đi qua các lô cán làm lạnh để làm cứng và cuộn thành cuộn. Phương pháp này thường được dùng để sản xuất các sản phẩm dạng phim, tấm, màng mỏng, tấm cứng hoặc tấm dẻo . 1.1.3.3. Ứng dụng của TPE. Cao su nhiệt dẻo có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghệ sản xuất vật liệu cho các ngành công nghiệp như:  Vật liệu TPE lớp G130D chế tạo đường ống, ống thủy lực, vật liệu niêm phong.  Vật liệu TPE lớp G140D dùng chế tạo các dụng cụ thể thao như gậy chơi gôn, quần vợt.. thiết bị trong lĩnh vực điện ảnh, phim .  Vật liệu TPE lớp G155D ứng dụng để chế tạo vật liệu đúc, phụ tùng ô tô, ống hoặc đường ống dẫn dầu.  Vật liệu TPE lớp G163D có ứng dụng rộng rãi để sản xuất một loạt các thiết bị như bàn phím, ăng ten điện thoại, lò xo nén sơn đường ống.  Vật liệu TPE lớp G172 dùng để sản xuất bánh răng, vòng bi, đường dây điện thoại. 1.2. Nguyên liệu đầu. 1.2.1. Cao su butadien acrylonitril (NBR). 1.4.1.1 Lịch sử phát triển Cao su butadien acrylonitril (NBR) thường được gọi là cao su nitril, công nghiệp ra đời năm 1937 ở CHLB Đức. Sau đại chiến thế giới lần thứ 2, cao su butadien acrylonitril được tổ chức sản xuất với quy mô công nghiệp ở Liên Xô cũ với nhiều chủng loại khác nhau. GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 16 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp 1.4.1.2 Đặc điểm cấu tạo Cao su butadien acrylonitril là sản phẩm trùng hợp của butadien-1,3 và acrylonitril với sự có mặt của hệ xúc tác oxy hóa khử là persunfat kali và trietanolamin. Acrylonitril có khả năng tham gia vào phản ứng với đien để tạo thành hai loại sản phẩm khác nhau, sản phẩm chủ yếu có mạch phân tử dài – mạch đại phân tử cao su nitril butadiene. Sản phẩm phụ ở dạng vòng Hình 1.11 Phản ứng tổng hợp của NBR Hình 1.12 Cấu trúc của NBR Phản ứng tạo sản phẩm phụ 4- xianoxiclohexen xảy ra càng mạnh khi hàm lượng monome acrylonitril trong hỗn hợp phản ứng càng cao. Cao su butadien acrylonitril chứa càng nhiều 4- xianoxiclohexen có màu thẫm hơn và có mùi rõ hơn. Khối lượng phân tử trung bình của cao su butadien acrylonitril dao động trong khoảng từ 200.000 đến 3.000.000 GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 17 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp 1.4.1.3 Tinh chất cơ lý Cao su butadien acrylonitril có cấu trúc không gian không điều hòa vì thế nó không kết tinh trong quá trình biến dạng. Tính chất cơ lý, tính chất công nghệ của cao su butadien acrylonitril phụ thuộc vào hàm lượng nhóm nitril trong phân tử: khả năng chịu môi trường dầu mỡ, dung môi hữu cơ tăng cùng với hàm lượng nhóm acrylonitryl tham gia vào phản ứng tạo mạch phân tử cao su. Cao su nitril butadien có sự phân cực lớn nên nó có khả năng trộn hợp với hầu hết các polyme phân cực, với các loại nhựa tổng hợp phân cực,… Tổ hợp của cao su nitril butadien với nhựa phenol foocmandehit có rất nhiều tính chất quý giá như chịu nhiệt cao, chống xé rách tốt, bền với ozon, oxi và độ bền kết dính ngoại. Những tính chất đặc biệt quý giá này cùng với khả năng phân giải điện tích tích tụ ở vật liệu trong vật liệu ma sát đã mở rộng lĩnh vực sử dụng của cao su nitril butadien. Cao su butadien acrylonitril có liên kết không no trong mạch nên nó có khả năng lưu hóa bằng lưu huỳnh phối hợp với các loại xúc tiến lưu hóa thông dụng, cao su butadien acrylonitril còn có khả năng lưu hóa bằng xúc tiến lưu hóa nhóm thiuram, nhựa phenol foocmandehit. Cao su nitril butadien lưu hóa bằng thiuram hoặc nhựa phenol foomandehit có tính chất cơ lý cao, khả năng chịu nhiệt tốt. Tính chất cơ lý, tính chất công nghệ của NBR phụ thuộc vào hàm lượng nhóm acrylonitril trong phân tử. Do phân tử NBR phân cực nên rất ít bị ảnh hưởng (trương nở) bởi các dung môi không phân cực hoặc phân cực yếu như ete, dầu hỏa, xăng, xyclohexan, CCl4,… NBR và các sản phẩm lưu hóa của nó có độ bền rất cao đối với các parafin, mỡ và các hydrocacbon no. Trong thực tế, người ta có thể sản xuất NBR có hàm lượng acrylonitril từ 18 – 50%. Khi hàm lượng acrylonitril tăng thì tính kháng dầu, tính kháng xăng, độ cứng, lực kéo đứt, độ mài mòn của NBR cũng tăng lên, nhưng độ chịu lạnh và độ tương hợp với chất làm mềm lại giảm xuống. Bảng 1.2 Tính chất của cao su NBR theo hàm lượng acrylonitril tăng dần Tính chất Hàm lượng acrylonitril tăng từ 18 – 50% Tính kháng dầu Tăng Tính kháng nguyên liệu Tăng Lực kéo đứt Tăng Độ cứng Tăng Tính kháng mài mòn Tăng GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 18 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp Tính kháng thấm khí Tăng Tính kháng nhiệt Tăng Tính dẻo ở nhiệt độ thấp Giảm Độ nảy Giảm Khả năng tương hợp với chất hóa dẻo Tăng 1.4.1.4 Ứng dụng Do có tính kháng dầu tốt nên cao su NBR thường được sử dụng làm các sản phẩm chịu dầu ở nhiệt độ cao trong ô tô, máy bay, tàu biển, máy móc, xe quân sự và các sản phẩm chịu dầu trong công nghiệp. 1.4.2 Nhựa polypropylen (PP) 1.4.2.1 Lịch sử phát triển Năm 1954, Ziegler tổng hợp được PP có trọng lượng phân tử cao khi tiến hành trùng hợp dưới tác dụng của trietyl nhôm và tetraclorua titan. Sản phẩm là hỗn hợp của các loại PP có cấu trúc không gian và khối lượng phân tử khác nhau. Cùng năm, Nattha cũng đã tổng hợp được loại PP hoàn chỉnh hơn. 1.4.2.2 Đặc điểm cấu tạo CH2 CH CH3 to, p, xt CH2 CH CH3 Hình 1.13 Phản ứng tạo PP GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 19 Đinh Anh Cường – KTHH02 - K57 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.14 Các hình thái cấu trúc của PP Các ∝-olefin, đặc biệt là PP có một tầm quan trọng lớn trong kỹ thuật do PP có tính chất cơ lý tốt và dễ tái sinh. PP được điều chế bằng cách trùng hợp ∝-olefin trong sự có mặt của xúc tác đặc hiệu lập thể zigler-Napta. PP có thể điều chế bằng phương pháp trùng hợp gốc và tạo thành sản phẩm lỏng phân tử thấp. PP cao phân tử điều hoà lập thể được điều chế bằng cách trùng hợp propylen có mặt Al(C2H5)3 và TiCl3 hoặc Al(izo- C4H9)3 và TiCl3 làm xúc tác. PP điều hoà lập thể là một chất rắn tinh thể. PP có 03 hình thái cấu trúc: PP izotactic, PP syndiotactic, PP atactic, được biểu diễn trên hình 1.14. - PP isotactic: PP izotactic có cấu tạo xoắn ốc, các nhóm metyl quanh nguyên tử cacbon bậc ba tạo thành với nhau một góc 120 0, độ dài của mỗi mắt xích cơ bản khoảng 6,5Ao. - PP syndiotactic: PP syndiotactic trên lý thuyết có thể có cấu tạo zigzac trong mặt phẳng nhưng trong thực tế lại có cấu tạo xoắn đặc biệt với độ dài mắt xích cơ bản là 7,3-7,4Ao . - PP atactic: PP atactic là polyme vô định hình có các nhóm CH3 sắp xếp ngẫu nhiên không có quy luật. PP atactic tan tốt trong dietylete và n-heptan ở nhiệt độ thường. Người ta dùng n-heptan để tách PP atactic khỏi sản phẩm vì tính chất cơ lý và độ bền hoá của nó kém. GVHD : PGS. TS Nguyễn Huy Tùng Page 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan