Tài liệu Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu polyme-compozit (pc) trên cơ sở nhựa vinyl-ester và sợi vải gia cường, ứng dụng chống ăn mòn các thiết bị hoá chất

  • Số trang: 57 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 352 |
  • Lượt tải: 0
nguyetha

Đã đăng 8490 tài liệu

Mô tả:

VIỆN HOÁ HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME-COMPOZIT (PC) TRÊN CƠ SỞ NHỰA VINYLESTER VÀ SỢI VẢI GIA CƯỜNG, ỨNG DỤNG CHỐNG ĂN MÒN CÁC THIẾT BỊ HOÁ CHẤT CNĐT : LÊ THỊ THU HÀ 9019 HÀ NỘI – 2011 MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp hóa chất hiện nay có vai trò quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa của nước ta. Việc đổi mới công nghệ tại các cơ sở đang sản xuất và vấn đề đầu tư xây dựng các nhà máy hóa chất mới có liên quan chặt chẽ và đòi hỏi những công nghệ sản xuất tiên tiến hơn. Đặc trưng của công nghiệp hóa chất là các dây chuyền sản xuất liên tục và rất phức tạp, các điều kiện phản ứng được khống chế nghiêm ngặt, môi trường hóa chất khắc nghiệt. Vì thế, để đáp ứng được năng suất cũng như đảm bảo an toàn cho quá trình sản xuất cần phải nghiên cứu ra những loại vật liệu đáp ứng được nhu cầu của ngành. Trước đây, ngành công nghiệp hóa chất cũng như các sản phẩm dùng cho mục đích chịu môi trường thường sử dụng loại thép không rỉ hoặc thép có bọc nhựa. Vào những 1950, bước đột phá quan trọng của ngành vật liệu compozit đó là sự xuất hiện nhựa epoxy và các sợi gia cường như polyeste, nylon,… Từ năm 1970 đến nay vật liệu compozit nền nhựa nhiệt rắn đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và dân dụng, y tế, thể thao, ngành hàng không, vũ trụ, quân sự… Tại Việt Nam, vật liệu compozit đã được nhiều các nhà khoa học tại các cơ sở nghiên cứu như trường đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam….nghiên cứu và chế tạo ra nhiều sản phẩm như xuồng cứu sinh, giải phân cách di động, biển báo giao thông…. Các loại sản phẩm compozit thường được nghiên cứu trên cơ sở nhựa epoxy, polyeste không no, vinyleste… , sợi gia cường và chất độn. Những loại sản phẩm này đã được nghiên cứu thử nghiệm và mục đích sử dụng chủ yếu là cho ngành dân dụng. Trên thị trường hiện nay, các công ty trong nước và nước ngoài sản xuất rất nhiều các sản phẩm dạng compozit như: thùng chứa nước sạch tanoval của Công ty Hoàng Anh compozit; sản phẩm ống sợi thủy tinh của Công ty Cổ phần Ống sợi Thủy tinh Nghi Sơn; vật liệu compozit lót sàn, nền cho các khu công nghiệp lớn của công ty Việt Quang chemical; bồn, bể, thùng (chứa nước thải, nước tẩy nhuộm, lưu trữ xăng dầu) của công ty Vinatank; sản phẩm của công ty Plasmate là các loại vật liệu có mã số 890-CSM600, 899-CSM900, 932-S2QD1200/PB có thể chống ăn mòn, chống lửa và chống đạn; ….Tuy nhiên các sản phẩm sản xuất trong nước đều sử dụng cho dân dụng và sử dụng nguyên liệu nhập ngoại, các sản phẩm cao cấp hơn thì nhập ngoại hoàn toàn nên giá thành rất cao. Vì vậy, đề tài ”Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu polyme – compozit (PC) trên cơ sở nhựa Vinyl – ester và sợi vải gia cường, ứng dụng chống ăn mòn các thiết bị hóa chất” là vấn đề cần thiết, có ý nghĩa ứng 1 dụng trong các dây chuyền sản xuất hóa chất cho ngành công nghiệp hóa chất nói chung. Mục tiêu của đề tài là tạo ra công nghệ chế tạo vật liệu polyme – compozit trên cơ sở nhựa vinyl – este và sợi vải gia cường, ứng dụng để bọc lót bảo vệ thiết bị ngành công nghiệp hóa chất. Từ mục tiêu trên, đề tài được thực hiện với những nội dung sau: - Tổng hợp nhựa vinyl – este. Phân tích tính chất của nhựa. - Lựa chọn loại vải gia cường (chất liệu, độ dày, kích thước lỗ vải…) - Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme – compozit trên cơ sở nhựa vinyl – este và sợi vải lựa chọn. - Tối ưu hóa các điều kiện chế tạo mẫu (tỷ lệ các thành phần, điều kiện công nghệ chế tạo). - Sản xuất thử 50m2. - Thử nghiệm sản phẩm ở điều kiện thực tế và đánh giá chất lượng sản phẩm. - Đề xuất phương án sản xuất quy mô pilot. 2 PHẦN 1: TỔNG QUAN 1. 1.Các phương pháp tổng hợp nhựa vinyleste. 1.1.1. Nhựa vinyl este trên cơ sở nhựa epoxy sử dụng chất xúc tác là muối amin bậc bốn. Để kết hợp những ưu điểm của nhựa epoxy như tính năng cơ lý, khả năng chịu nhiệt tốt, quá trình thao tác đơn giản với khả năng đóng rắn nhanh, giá thành rẻ của nhựa polyeste, Siva.P cùng cộng sự … đã nghiên cứu tổng hợp ra loại nhựa vinyleste. Ảnh hưởng của styren và α-metyl styren đến quá trình đóng rắn của loại nhựa tổng hợp cũng đã được nghiên cứu. Nhựa vinyleste được tổng hợp từ methacrylic axit và nhựa epoxy có cấu tạo như sau: Hình 1.1: Cấu trúc của nhựa vinyl este đã tổng hợp Nghiên cứu cho thấy nhựa vinyl este tổng hợp có độ bền cơ, lý, hóa cao phù hợp để chế tạo tấm compozit với sợi thủy tinh gia cường. Các tác giả đã nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ gel hóa và thời gian đối với 5 loại nhựa vinyleste tổng hợp được (A, B, C, D, E). Kết quả là tại nhiệt độ tạo gel càng cao thì thời gian tạo gel càng ngắn. Lượng dung môi sử dụng ảnh hưởng đến thời gian đóng rắn và đỉnh tỏa nhiệt của nhựa tổng hợp. Nghiên cứu với dung môi là styren cho thấy, khi tăng hàm lượng từ 30–50 % phần trọng lượng nhựa thì thời gian gel hóa giảm từ 18 phút xuống 11 phút, đỉnh tỏa nhiệt tăng từ 560C lên đến 800C. Khi sử dụng α-methyl styren cùng với nhựa vinyl este đã styren hóa cho thấy, thời gian gel hóa bị chậm lại rất nhiều và nhiệt độ ở đỉnh tỏa nhiệt giảm. Với lượng αmethyl styren sử dụng là 10% trọng lượng và styren 40% nhựa thời gian gel hóa là hơn 8 giờ, đỉnh tỏa nhiệt không xác định. 3 Thời gian (phút) Hình 1.2: Đỉnh gel hóa của nhựa vinyl este với hàm lượng % styren khác nhau. Nghiên cứu cho thấy loại nhựa vinyleste phù hợp cho việc chế tạo sản phẩm vật liệu polyme compozit cách nhiệt, chịu môi trường [1]. 1.1.2. Nhựa vinyl este trên cơ sở poly(etylen terephlata) thải. Người ta cũng tiến hành tổng hợp nhựa vinyleste đi từ Poly(etylen terepthalat) (PET) theo các bước sau: -Bước 1: Depolyme hóa PET với sự có mặt một lượng dư tetraetylen glycol (TEG); có sử dụng mangan acetat làm xúc tác. -Bước 2: Phản ứng giữa oligome tạo thành với epichlohydrin để tạo thành nhựa epoxy; sử dụng xúc tác NaOH. -Bước 3: Nhựa vinyleste được tạo thành bởi phản ứng giữa các nhóm epoxid nối mạch với AA hoặc MAA. Chu trình phản ứng xảy ra như sau: 4 Hình 1.3: Phản ứng tổng hợp nhựa vinyl este [2] 5 1.1.3. Nhựa vinyl este trên cơ sở diglycidyl ete của bisphenol A với axit metacrylic. Phản ứng tổng hợp nhựa vinyl este trên cơ sở diglycidyl ete của bisphenol A với axit metacrylic có sử dụng xúc tác loại amin (nhóm imido) hoặc chất crom càng cua (cromium diisopropyl salicylat) đã được nghiên cứu tại Pháp. Một lượng diglycidyl ete của bisphenol A cùng với hydroquinon được đưa vào bình phản ứng thủy tinh 3 cổ 1 lít, hỗn hợp được khuấy đều và nâng nhiệt độ lên 1000C. Sau xúc tác được đưa vào một lượng vừa đủ, phản ứng duy trì tiếp tục trong vòng 3 giờ. Quá trình phản ứng phụ thuộc vào việc xác định nhóm epoxy ở từng thời điểm khác nhau của phản ứng. Sản phẩm cuối có màu xanh lá cây nhạt với loại xúc tác là cromium diisopropyl salicylat và có màu hổ phách đối với chất xúc tác loại amin. Hình 1.4: Phản ứng tổng hợp nhựa vinyl este trên cơ sở nhựa diglycidyl ete của bisphenol A với axit metacrylic. 6 Qua quá trình tổng hợp nhựa vinyl este với hai loại xúc tác các nhà nghiên cứu đã đưa ra kết luận: phản ứng tổng hợp nhựa vinyl este trên cơ sở nhựa diglycidyl ete của bisphenol A với axit metacrylic có sử dụng xúc tác là cromium diisopropyl salicylat xảy ra nhanh hơn phản ứng sử dụng xúc tác là amin. Sản phẩm có khả năng làm chất nền cho vật liệu polyme compozit chống ăn mòn cho các thiết bị hóa chất [3]. 1.1.4. Nhựa vinyl este trên cơ sở dầu đậu nành. Nhựa vinyl este tổng hợp từ dầu đậu nành epoxi hóa với axit metacrylic ở nhiệt độ 1300C đã được nghiên cứu tại khoa Công nghệ Vật liệu – Đại học Bách khoa- Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai đã được sử dụng trong nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào metyl etyl keton peroxit (MEKP) và chất xúc tiến Co2+ khác nhau đến khả năng đóng rắn của nhựa vinyl este đã tổng hợp. Nhựa vinyl este này cũng được khảo sát đóng rắn ở nhiệt độ phòng. Trong trường hợp này, lượng monome chưa tham gia phản ứng của nhựa cũng được xác định trên thiết bị đo nhiệt vi sai quét (Differential Scanning Calorimetry – DSC). Qua quá trình tổng hợp, khảo sát khả năng đóng rắn của nhựa và tạo vật liệu compozit trên cơ sở nhựa vinyl este nhóm đề tài đã đưa ra kết luận: + Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa vinyl este bền hóa chất, chịu môi trường ăn mòn hóa học tốt, phù hợp để sản xuất vật liệu compozit chống ăn mòn hóa chất. + Nhựa đóng rắn ở nhiệt độ phòng (có mặt chất xúc tác và chất xúc tiến) [4]. 1.1.5. Nhựa vinyl este epoxy trên cơ sở nhựa epoxy epikot 828. Với mục đích tạo ra loại vật liệu polyeste không no mới có khả năng chịu kiềm tốt, tính chất cơ lý cao, khả năng thấm sợi tốt, các nhà khoa học trường đại học Bách khoa đã nghiên cứu loại nhựa vinyl este epoxy. Loại nhựa này được tổng hợp từ nhựa epoxy lỏng (epikot 828) và axit metacrylic, có sử dụng xúc tác. Phản ứng mở vòng nhóm epoxy bằng axit cacboxylic không no có nối đôi đầu mạch diễn ra như sau: Hình 1.5: Phản ứng mở vòng nhóm epoxy bằng axit cacboxylic không no. 7 Dưới xúc tác của amin bậc ba cơ chế phản ứng xảy ra theo cơ chế sau: - Phản ứng theo cơ chế 1: Amin bậc ba sẽ hoạt hóa nhóm axit tạo thành anion axit và anion này sẽ tấn công vào các nhóm epoxy ở đầu mạch. Hình 1.6: Phản ứng tổng hợp nhựa vinyleste trên cơ sở nhựa epoxy và axit cacboxylic không no có nối đôi ở đầu mạch theo cơ chế 1. - Phản ứng theo cơ chế 2: Amin bậc ba hoạt hóa nhóm epoxy tạo thành anion alkoxit trước, anion này tiếp tục tác dụng với axit. Hình 1.7: Phản ứng tổng hợp nhựa vinyleste trên cơ sở nhựa epoxy và axit cacboxylic không no có nối đôi ở đầu mạch theo cơ chế 2. Sản phẩm là một loại nhựa vinyl este epoxy có màu vàng sáng, trong. Nhựa có độ nhớt cao ở nhiệt độ thường và độ nhớt sẽ giảm khi tăng nhiệt độ hay tăng hàm lượng monome tương hợp. Khác với nhựa polyeste không no thương phẩm, nhựa vinyl este epoxy có khả năng tương hợp rất cao với styren và tạo ra khả năng dễ điều chỉnh độ nhớt của hệ nhựa thuận lợi khi gia công. Mật độ liên kết ngang của nhựa tổng hợp này phù hợp với yêu cầu để chế tạo vật liệu compozit chịu ăn mòn hóa chất [5]. 8 1.2. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa vinyleste. 1.2.1.Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa vinyleste có gia cường bằng sợi thủy tinh. Các nhà nghiên cứu Ấn Độ đã nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở nhưa vinyleste được gia cường bằng sợi thủy tinh. Các tấm mẫu vật liệu PC chế tạo ra được phân tích cấu trúc bề mặt. Hình 1.8 trình bày ảnh SEM của mẫu vật liệu PC dạng tấm được chế tạo từ nhựa vinyleste với sợi thuỷ tinh dạng rối. Hình 1.8: Ảnh SEM cho thấy sợi bị kéo ra của một tấm compozit vinyleste-vải thủy tinh Độ bền va đập của các mẫu vật liệu PC được xác định bằng thiết bị con lắc, mô tả trong hình 1.9 dưới đây: Hình 1.9: Sơ đồ thiết bị con lắc. h: con lắc tay búa (một cái búa hình trụ); vật mẫu S 9 Vât liệu PC nêu trên được chế tạo từ sợi thủy tinh dạng E có khối lượng riêng 2,56 g/cm3 và modun đàn hồi 72,35 GPa, trong khi nhựa vinyleste của hãng Bakelit Hylam loại HPR 8171 có khối lượng riêng 1,21g/cm3, modun đàn hồi 2,5 – 4 MPa, có sử dụng MEKP, cobalt naphthalen và N,N-dimethyl anilin làm chất xúc tác, chất khơi mào phản ứng và chất trợ phân tán. Nhìn chung, đã có nhiều hãng sản xuất nhựa PC trên cơ sở nhựa vinyleste gia cường bằng vải sợi thuỷ tinh với các chỉ tiêu nguyên liệu đầu vào rất khác nhau, đồng thời chất lượng sản phẩm đầu ra cũng rất đa dạng. Bảng 1.1 là một ví dụ: Bảng 1.1: Đặc tính cơ học của vật liệu có tỷ lệ 63,5% là vải thủy tinh và 36,5 là nhựa vinyleste cùng phụ gia Độ bền kéo đứt Modun kéo Năng lượng bẻ gãy Độ bền va đập (MPa) (GPa) (J) (kJ/m2) 623.2 21.37 0.9762 34.54 Sau thử nghiệm cho thấy, loại vật liệu compozit trên cơ sở nhựa vinyleste và sợi thủy tinh sau 1000 chu kỳ mới bắt đầu bị ảnh hưởng [6]. Khả năng chịu môi trường của loại vật liệu này cũng được nghiên cứu tại trường đại học Konkuk (Hàn Quốc). Hình 1.10: Mô tả sự phân hủy của vật liệu compozit trong môi trường kiềm Những tấm vật liệu mẫu được bảo quản ở 220C, độ ẩm đạt 50%. Môi trường thử nghiệm đối với kiềm: KOH, NaOH, NH4OH, Ca(OH)2 ở nhiệt độ 20, 40, 60 và 800C trong 300 ngày. Môi trường thử nghiệm đối với nước: những tấm vật liệu mẫu được để ngay dưới vòi nước chảy liên tục 100 ngày ở 200C. 10 Hình 1.11: Bề mặt của vật liệu sau 60, 300 ngày trong dung dịch kiềm ở 200C Kết quả nghiên cứu cho thấy: - Trong môi trường kiềm độ bền kéo của vật liệu giảm đáng kể khi tăng thời gian tiếp xúc và tăng nhiệt độ môi trường. - Trong môi trường nước độ bền kéo của vật liệu giảm không đáng kể [7]. Hình 1.12: Bề mặt của vật liệu sau 60, 300 ngày trong dung dịch kiềm ở 600C Ngoài ra, hỗn hợp nhựa vinyl-este gia cường bằng sợi thuỷ tinh khi kết hợp với tác nhân chống cháy aluminum trihydrat (15%), tạo ra một loại vật liệu có khả năng chống cháy và chống ăn mòn cao. Giá thành của sản phẩm được tính toán là phù hợp và sản phẩm đã được ứng dụng trong công nghệ sản xuất thiết bị phục vụ ngành hàng hải [8]. 1.2.2. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa vinyleste có gia cường bằng sợi đay. Vật liệu compozit trên cơ sở nhưa vinyleste được gia cường bằng sợi đay đã được nghiên cứu. Các sợi đay đã được xử lý qua dung dịch NaOH 5% sau 0, 2, 4, 6 và 8 giờ ở 300C. 11 Hình 1.13: Sự phân tán của sợi đay trong nhựa vinyleste a, sợi đay thô; b, sợi đay đã được sử lý bằng dung dịch NaOH 5% sau 2 giờ. Thí nghiệm cho thấy, độ phân tán của sợi đay sau khi đã được xử lý bằng dung dịch NaOH 5% trong nhựa vinyleste tốt hơn khi chưa xử lý. Các tính năng độ bền của vật liệu compozit trên cơ sở nhựa vinyleste cũng được cải thiện khi sử dụng sợi đay đã qua xử lý để gia cường [9]. Bảng 1.2: Đặc tính cơ học của vật liệu compozit trên cơ sở nhựa vinyleste – sợi đay thô và đã qua xử lý. Độ bền Tỉ lệ sợi Kiểu sợi (%) (đã xử lý-giờ) Modul (GPa) 0 11,890 199,10 0,5543 22,10 2 12,700 205,20 0,4570 18,55 4 14,690 238,90 0,5695 21,92 6 14,890 232,00 0,5678 23,05 8 12,320 204,20 0,5099 19,97 35 Độ bền uốn Năng lượng (MPa) bẻ gãy (J) va đập (kJ/m2) 1.2.3. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa vinyleste gia cường bằng sợi thủy tinh và sử dụng chất độn vô cơ. Usman.A.S và Rorathia.M.C thuộc hải quân Mỹ đã nghiên cứu vật liệu compozit trên cơ sở các loại nhựa như vinyleste, epoxy và phenolic có gia cường bằng sợi thủy tinh và các chất độn vô cơ. 12 Các tấm vật liệu được nghiên cứu trên cơ sở: nhưa vinyleste/sợi thủy tinh/ lớp phủ gốm; nhựa epoxy/grafit/ lớp phủ gốm và nhựa phenolic/grafit/ lớp phủ gốm. Tính chất của các loại compozit đã chế tạo được đánh giá thông qua phép đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D-790, khả năng bắt cháy và cách nhiệt theo ASTM E1354, chỉ số bắt lửa theo ASTM E-162, khói và khí độc được xác định theo ASTM E662. Kết quả cho thấy khả năng chịu nhiệt của các loại vật liệu đã nghiên cứu là trên 0 450 F. Với nguồn nhiệt bức xạ có công suất 25 kW/m2, tấm vật liệu trên cơ sở nhựa vinyleste/sợi thủy tinh/, lớp phủ gốm chỉ mất 1% phần trọng lượng, nhưng tấm vật liệu nhựa epoxy/grafit/ lớp phủ gốm và nhựa phenolic/grafit/, lớp phủ gốm mất đến 4% trọng lượng. Khi nguồn bức xạ tăng lên đến 100 kW/m2, tấm compozit trên cơ sở nhưa vinyleste/sợi thủy tinh/, lớp phủ gốm mất trọng lượng nhiều nhất. Tuy nhiên, các loại compozit đã nghiên cứu được đánh giá là loại vật liệu chịu nhiệt tốt có thể sử dụng cho ngành hải quân [10]. 1.2.4. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa vinyleste gia cường bằng sợi aramit. Sợi aramit là một loại sợi tổng hợp trên cơ sở polyamit. Sợi aramit có chứa đến 85% liên kết -CO-NH- gắn trực tiếp giữa hai vòng thơm. Loại sợi tổng hợp này có khả năng chịu nhiệt cao và rất bền, chúng được nghiên cứu làm gia cường cho vật liệu compozit trên cơ sở nhựa vinyleste. Hình 1.14: Một phần cấu trúc sợi para - aramit. Nhựa vinyleste loại XSR-10 đã styren hóa và sợi aramit của Hàn Quốc được sử dụng trong nghiên cứu này có các thông số như sau: 13 Bảng 1.3: Tính chất vật lý của sợi aramit và nhựa vinyleste Tính chất vật lý Sợi aramit Nhựa vinyleste Tỷ trọng (g/cm3) 1,44 1,15 Modun kéo (GPa) 62,00 3,71 Độ bền kéo (MPa) 2760 63 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lực đến mẫu vật liệu compozit trên cơ sở nhựa vinyleste gia cường bằng sợi aramit có độ dày khác nhau cho thấy: - Khả năng hấp thụ lực tác động vào vật liệu có độ dày khác nhau thì khác nhau. - Khả năng hấp thụ lực thay đổi rõ rệt ở loại vật liệu compozit có 3 lớp hỗn hợp và 4 lớp hỗn hợp. - Với một nguồn năng lượng 91,37 (J) và 110,73 (J) truyền qua loại vật liệu compozit có 3 lớp hỗn hợp và 4 lớp hỗn hợp, bề mặt vật liệu không thay đổi [11]. 1.3.Vải sợi thủy tinh. Nhìn chung, mỗi vật liệu compozit gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên tục duy nhất. Pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của vật liệu compozit. Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix), thường làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại. Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu gia cường (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước… Các loại sợi gia cường có tầm quan trọng đặc biệt, làm cho vật liệu polyme compozit có độ bền cơ lý cao đồng thời tăng độ chịu nhiệt, chịu lửa, cải thiện hệ số giãn nở, chịu mài mòn và cách điện..... Các nhóm sợi được sử dụng làm gia cường cho vật liệu compozit phổ biến gồm: nhóm sợi khoáng chất: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm…; nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil. Các nhóm sợi khác ít phổ biến hơn: sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ dừa,...; sợi gốc khoáng chất: sợi Amiăng, sợi Silic,...; sợi 14 nhựa tổng hợp: sợi polyeste (tergal, dacron,..), sợi polyamit,...; sợi kim loại: thép, đồng, nhôm,... Vải thủy tinh là loại vải rất hay được sử dụng làm vật liệu gia cường cho vật liệu compozit do có kết cấu đa dạng. Sản phẩm compozit có gia cường bằng sợi vải thủy tinh thì sản phẩm được cải thiện nhiều về tính năng cơ, lý… Ưu điểm của sợi thuỷ tinh là nhẹ, chịu nhiệt khá, ổn định với các tác động hoá sinh, có độ bền cơ lý cao và độ dẫn điện thấp. Sợi thuỷ tinh có hai dạng điển hình: sợi dài (dạng chỉ) và sợi ngắn. Thông thường chúng có dạng hình tròn, ngoài ra cũng gặp sợi thuỷ tinh có thiết diện ngang hình tam giác, hình vuông, hình lục giác.... Công nghệ để sản xuất tất cả các loại sợi thuỷ tinh là kéo sợi từ dung dịch nóng chảy. Có ba phương pháp chính để sản xuất ra sợi thuỷ tinh: kéo sợi từ dung dịch nóng chảy qua khuôn, kéo sợi từ những phôi thuỷ tinh được sấy nóng, nhận được các sợi ngắn từ các tia dung dịch nóng chảy bằng cách thổi không khí, hơi... Sợi thuỷ tinh nhận được dưới dạng sản phẩm sợi thô, thường được dùng để xoắn bện thành chỉ, dệt thành vải cho các công đoạn gia công tiếp theo. Những sợi thô thường được chuốt qua parafin có bổ xung thêm một số phụ gia khác để tăng độ kết dính giữa polyme với chúng. Bảng 1.4: Tính chất cơ lý của sợi thuỷ tinh Loại sợi Tính chất cơ lý STT magie nhôm silicat STT nhôm borsilicat Khối lượng riêng,kg/m3 Độ bền kéo (MPa) 220C 3710C 5330C 2480 2540 STT có tính ổn định cao với môi trường 2490 4585 3768 2413 3448 2620 1724 3033 ----------------- Modun đàn hồi kéo E1+, MPa ở 220C Hệ số dãn nở nhiệt, .106 85,5 72,4 69,0 5,6 5,0 7,2 Hệ số dẫn nhiệt  (W/mK) Nhiệt độ nóng chảy, 0C -------- 10,4 --------- --------- 841 749 15 Sợi thuỷ tinh có ưu điểm nổi trội là giá thành rẻ, chúng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất vật liệu PC, để chế tạo các tàu tải trọng nhỏ, thuyền, xuồng, canô, thuyền buồm thể thao, thân vỏ ô tô, các ống dẫn dầu … và rất nhiều các sản phẩm phục vụ đời sống hàng ngày [12]. Trên thị trường hiện nay có nhiều loại vải thủy tinh của các hãng khác nhau như: Vải thủy tinh được chế tạo từ các sợi thủy tinh và sợi bazan của công ty TNHH Hưng Vượng [13]; vải thủy tinh chế tạo từ những sợi thủy tinh rất mỏng có thể gia cường cho các loại nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn [14]; vải thủy tinh của công ty cổ phần công nghệ và vật liệu nhựa cao cấp Plasmate; vải thủy tinh cách âm, chống cháy của công ty Đông Á, có đường kính sợi 16m và đã được xử lý bề mặt … 1.3.1. Vải thủy tinh bề mặt mỏng. Vải thủy tinh có bề mặt mỏng và vải màn bằng vải thủy tinh, được thiết kế dùng làm lớp bề mặt cho các sản phẩm compozit gia cường bằng sợi thủy tinh yêu cầu bề mặt đẹp, chất lượng cao trong khi không cần dùng đến lớp màng polyme bảo vệ. Các vải chất lượng này có thể ngăn cản sự rạn nứt của màng phủ, ngăn chặn sự thâm nhập của nước cũng như kéo dài tuổi thọ của bề mặt sản phẩm thêm nhiều năm. Hình 1.15: Vải thủy tinh bề mặt mỏng. Vải thủy tinh bề mặt mỏng phù hợp với công nghệ lăn ép tay. Các chất liên kết trên cơ sở styren-acrylic giúp cho vải này có thể tương thích với tất cả các loại nhựa như vinyl este, polyeste và nhựa epoxy. Bên cạnh đó, các vải thủy tinh dạng mỏng, mịn còn dùng để sửa chữa các vết nứt vỡ trên tường bằng cách sử dụng như vật liệu gia cường cho các hệ sơn trên tường trong và ngoài nhà, nơi mà các rạn nứt như sợi tóc thường xuất hiện. Các vải thủy tinh có bề mặt mỏng, mị này đáp ứng được các tiêu chuẩn: +Tiêu chuẩn của Anh “BS4994” 16 (Thiết kế và xây dựng các thùng, bình chứa lớn trên cơ sở chất dẻo gia cường) +Tiêu chuẩn của Mỹ “ASME/ANSI RPT-1-1989” (Thiết bị chống ăn mòn trên cơ sở nhựa nhiệt rắn được gia cường). +Tiêu chuẩn của Đức: DIN12116 (axit cấp 1), DIN52322: kiềm cấp 2 và DIN12111: nước cấp 3. 1.3.2. Vải thủy tinh dạng mỏng, mịn cho công nghệ tạo khuôn. Vải thủy tinh bề mặt mỏng cho công nghệ tạo khuôn, được sử dụng để tạo ra bề mặt có nhiều nhựa được gia cường đối với các sản phẩm composite gia cường bằng vải thủy tinh theo phương pháp lăn ép bằng tay hoặc kỹ thuật ép khuôn nóng/nguội. Vải thủy tinh bề mặt mỏng, mịn này thường là mềm, cho phép tạo hình theo từng đường nét trên khuôn mẫu sản phẩm, chẳng hạn như làm ván lướt sóng, các thuyền nhỏ, đồ nội thất và nắp thùng cho xe ô tô. Vải thủy tinh bề mặt mỏng, mịn cho công nghệ tạo khuôn đảm bảo một bề mặt có chất lượng cao, chống ăn mòn, kéo dài tuổi thọ cho sản phẩm. Chúng đáp ứng được các tiêu chuẩn: tiêu chuẩn của Anh “BS4994” (Thiết kế và xây dựng các thùng, bình chứa lớn trên cơ sở chất dẻo gia cường) và tiêu chuẩn của Mỹ “ASME/ANSI RPT-1-1989”. Khối lượng của loại vải này từ 22 – 40g/m2; chiều dày từ 0,02 – 0,05 mm; đường kính sợi 16m, phù hợp dùng trong công nghệ ép khuôn nóng hoặc khuôn nguội. 1.3.3. Vải thủy tinh dạng mỏng, mịn cho công nghệ quấn sợi. Vải thủy tinh bề mặt mỏng, mịn cho công nghệ quấn sợi được phục vụ trong công nghệ quấn sợi. Loại vải thủy tinh này được chế tạo với chất liên kết acrylic đã được biến tính để đảm bảo cho chúng phù hợp với các máy quấn sợi tự động, kể cả các phương pháp lăn ép bằng tay cũng như phương pháp ép khuôn. Chất liên kết được tăng cường cho phép từng dải vải mỏng chạy vào máy tự động một cách trơn tru. Tùy theo chiều dày cũng như chiều dài khách hàng yêu cầu mà các vải mỏng này được cung cấp sao cho phù hợp với nhu cầu ứng dụng. Các vải tissue này đáp ứng được các tiêu chuẩn: tiêu chuẩn của Anh “BS4994” (Thiết kế và xây dựng các thùng, bình chứa lớn trên cơ sở chất dẻo gia cường) và tiêu chuẩn của Mỹ “ASME/ANSI RPT-1-1989”. Loại vải này có khối lượng 23g/m2; chiều dày 0,04 – 0,045mm; đường kính sợi 12,5m. Vải có độ bền cao, phù hợp với máy quấn sợi cao tốc. 17 1.3.4. Các loại vải thủy tinh khác. Hiện nay trên thị trường Việt Nam có nhiều loại vải thủy tinh của Trung Quốc do các công ty nhập khẩu về. Sau đây là một số loại vải thủy tinh do công ty cổ phần công nghệ và vật liệu nhựa cao cấp Plasmate nhập khẩu [15]. Hình 1.16: Một số loại vải thủy tinh nhập khẩu của Trung Quốc. 1.4. Nhựa epoxy Nhựa epoxy là loại nhựa có nhiều đặc tính tốt như khả năng bám dính cao, có khả năng chịu hóa chất tốt, vì vậy nó có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Loại nhựa này được biết đến vào năm 1927 và chúng được sản xuất theo một quy trình tổng hợp ổn định vào năm 1936 tại Mỹ do tiến sĩ S.O.Greenlee (Mỹ) và tiến sĩ Pierre Castan (Thụy sĩ). Ngày nay, ba hãng sản xuất lớn trên toàn cầu là Hexion, the Dow Chemical company và Huntsman Corporation’S Advanced Material business Unit. Hình 1.17 giới thiệu cấu trúc nhóm epoxy: CH2 CH O Hình 1.17: Cấu trúc nhóm epoxy -α Nhựa epoxy được điều chế từ epiclohydrin và bisphenol A bằng phản ứng ngưng tụ, đóng rắn nhựa bằng diamin hoặc polyamin. Sản phẩm biến tính có tính năng cơ, lý, hóa tốt và chịu được môi trường tốt hơn các loại nhựa tổng hợp khác như phenolformaldehyt, polyuretan, polyeste, vinyleste…Một số loại nhựa epoxy thương mại được trình bày trong bảng 1.5: 18 Bảng 1.5: Một số nhựa epoxy và nhựa epoxy biến tính thương mại Loại nhựa Đương lượng epoxy Tên thương mại (EEW) (công ty) 140 – 160 Epoxy mạch thẳng DER 736 (DOW) 150 – 205 Epoxy mạch thẳng 230 – 280 Epoxy mạch thẳng 1500 – 2000 Araldit 6040 (Ciba) Epon 834 (Shell) Araldit 6097 (Ciba) Epon 1007 (Shell) Epoxy novolac 175 – 185 DER – 438 (DOW) Epoxy novolac 210 – 245 Epon 1031 (Shell) Cao su epoxy 140 EP 206 (Union Carbide) Cao su epoxy 232 FMC-2002 (Ciba) 240 – 270 Epotuf 37-200 (Shell) Epoxy chịu lửa Để nâng cao những khả năng của nhựa epoxy, người ta đã biến tính nhựa epoxy với rất nhiều loại nhựa và các sản phẩm khác như các khoáng chất. Kết quả đem đến là khi trộn hợp với bột bạc, cho ra sản phẩm có tính dẫn điện cao, khi gia cường với các loại sợi như sợi cacbon, sợi thủy tinh tạo ra những tấm compozit có độ bền cơ lý cao, còn khi biến tính với nhựa novolac cho ra một sản phẩm nhựa có khả năng chịu nhiệt, chịu môi trường và có khả năng bám dính cao hơn nhựa epoxy thông thường. OH OH OH CH2 CH2 CH CH2 O CH2 O CH CH2 O CH2 O CH CH2 O CH2 CH2 O CH2 Hình 1.18: Phản ứng biến tính của nhựa epoxy 19
- Xem thêm -