-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)
- Xem thêm -