Đồ án Mối liên hệ giữa loại nhựa môi trường làm việc và độ bền mỏi của vật liệu nhựa (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Mối liên hệ giữa loại nhựa môi trường làm việc và độ bền mỏi của vật liệu nhựa (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ MỐI LIÊN HỆ GIỮA LOẠI NHỰA MÔI TRƯỜNG LÀM VIỆC VÀ ĐỘ BỀN MỎI CỦA VẬT LIỆU NHỰA GVHD: TRẦN MAI VĂN SVTH: VŨ ĐỨC LY MSSV: 12144064 SVTH: HUỲNH VĂN THẢO MSSV: 12144108 SVTH: NGUYỄN DUY KHÁNH MSSV: 12144049 SKL004701 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06/2016
2. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Bộ môn: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 03 năm 2016 ĐỀ XUẤT NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Thông tin GVHD và đề tài: Họ tên GVHD: TRẦN MAI VĂN MSCB: 0067 Đơn vị: Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy Học Giảng viên, hàm,học vị: thạc sỹ Tên đề tài: MỐI LIÊN HỆ GIỮA LOẠI NHỰA, MÔI TRƯỜNG LÀM VIỆC VÀ ĐỘ BỀN MỎI CỦA VẬT LIỆU NHỰA Thông tin sinh viên thực hiện Họ tên SV: VŨ ĐỨC LY MSSV: 12144064 HUỲNH VĂN THẢO 12144108 NGUYỄN DUY KHÁNH 12144049 Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ Niên khóa: 2012 - 2016 KHÍ 1. Số liệu ban đầu (trình bày các số liệu làm cơ sở để xây dựng đề tài) − Máy thử độ bền mỏi vật liệu nhựa − Phần mềm ANSYS-NCODE. − Khuôn ép quai nón bảo hiểm 2. Nhiệm vụ chi tiết (trình bày nhiệm vụ sẽ phải thực hiện trong đề tài) 2.1. Cải tiến máy thử độ mỏi (Làm lại trục đẩy, lớp cách nhiệt, Hàm kẹp và bộ gia nhiệt). 2.2. Tiến hành ép một số loại sản phẩm nhựa để thử độ mỏi (Vật liệu pha trộn với các loại tỉ lệ khác nhau). 2.3. Phân tích sự ảnh hưởng của môi trường nhiệt độ đến độ bền mỏi của vật liệu nhựa (phân tích trên phần mềm ANSYS và NCODE). 2.4. Tiến hành thử độ bền mỏi của sản phẩm nhựa trên máy thử độ mỏi có tích hợp ảnh hưởng của môi trường làm việc. 2.5. So sánh giữa các kết quả phân tích và thí nghiệm để tìm ra sự ảnh hưởng giữa các thông số ép và các yếu tố môi trường đến độ bền mỏi của vật liệu nhựa. i
3. 3. Dự kiến kết quả đạt được (trình bày kết quả dự kiến đạt được – chi tiết và rõ ràng) 3.1. Hoàn thiện đạt yêu cầu máy thử độ bền mỏi của vật liệu 3.2. Tìm ra sự ảnh hưởng giữa các thông số ép và các yếu tố môi trường đến độ bền mỏi của vật liệu nhựa. 3.3. Báo cáo thực hiện đề tài. 4. Thời gian thực hiện − Theo quy định của bộ môn. BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾTẠO MÁY GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Trần Mai Văn ii
4. KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CN CHẾ TẠO MÁY Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ và tên giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: 3.khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không: 5. Đánh giá loại? 6. Điểm: Tp. Hồ chí minh, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hướng dẫn (Kí và ghi rõ họ tên) iii
5. KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CN CHẾ TẠO MÁY Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ và tên giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: 3.khuyết điểm: 4. Câu hỏi phản biện (nếu có): 5. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 6. Đánh giá loại: 7. Điểm: Tp. Hồ chí minh, ngày tháng năm 2016 Giáo viên phản biện (Kí và ghi rõ họ tên) iv
6. LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian làm đồ án chúng em đã nhận được nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình bạn bè. Chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiêp “ Mối liên hệ giữa loại nhựa, môi trường làm việc và độ bền mỏi của vật liệu nhựa” Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Mai Văn đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua những buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vực sáng tạo trong nghiên cứu khoa học, nếu không có sự hướng dẫn của thầy thì chúng em khó có thể hoàn thành đồ án. Và các giảng viên trong khoa cơ khí chế tạo máy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em. Tuy nhiên với kinh nghiệm còn hạn chế chắc chắn chúng em không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo để đề tài đạt kết quả tốt hơn. Chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí minh, tháng 6 năm 2016 sinh viên thực hiện v
7. Tóm tắt đồ án Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, cách thức tính toán độ bền mỏi của kim loại đã được hoàn thiện. Tuy nhiên đối với vật liệu nhựa chỉ mới được đưa vào nghiên cứu, chưa hoàn tất. Việc thử mỏi của vât liệu nhựa gặp nhiều khó khăn do có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của vật liệu nhựa và chưa có một thiết bị, máy móc thử mỏi chuyên dùng. Hy vọng với những số liệu cụ thể và xác thực của đồ án này sẽ là những tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà sản xuất vật liệu nhựa. ĐATN bao gồm 6 chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Quy trình ép phun mẫu thử & phương pháp tiến hành thử mỏi vật liệu Chương 3: Mô hình hóa và mô phỏng bằng ANSYS -nCode Design Life Chương 4: Thực nghiệm, so sánh và đánh giá kết quả mô phỏng Chương 5: Kết luận và kiến nghị Các vấn đề này sẽ được báo cáo và trình bày một cách chi tiết trong đồ án. Các kết quả này đã được kiểm tra qua việc thử mỏi vật liệu nhựa (quai nón bảo hiểm) vi
8. MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Mục tiêu của việc thử mỏi và các đặc tính của vật liệu nhựa thử mỏi 1 1.1.1 Tính cấp thiết đồ án 1 1.1.2 Mục tiêu của việc thử mỏi 1 1.1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 1.1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 2 1.1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 2 1.1.5 Phương pháp nghiên cứu 3 1.1.5.1 Cở sở phương pháp luận 3 1.1.5.2 Các nghiên cứu phương pháp cụ thể 3 1.2 Giới thiệu về vật liệu chế tạo sản phẩm nhựa và ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ bền mỏi 3 1.2.1 Giới thiệu vật liệu chế tạo các sản phẩm nhựa có mặt trên thị trường 3 1.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền mỏi 7 1.3 Ảnh hưởng của 푪 푪푶 trong ép phun nhựa 7 1.3.1 Tấm trần/Khung/CửaNhựa: 7 1.3.2 Ống nhựa PVC và phụ kiện nhựa: 7 1.3.3 Dây cáp điện : 8 1.3.4 Màng: 8 1.3.5 Màng nhựa thoát hơi: 8 1.3.6 Màng bọc đúc ép: 8 1.3.7 Sợi: 8 1.4 Sản phẩm đúc: 8 1.4.1 Trong lĩnh vực nhựa composites 9 1.5 Các nguyên liệu ứng dụng trong ngành nhựa: là PVC, PP, PE, PC 9 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH ÉP PHUN MẪU THỬ VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THỬ MỎI 11 2.1 Quy trình ép phun mẫu thử 11 2.2 Quy trình thử mỏi như thế nào. 13 2.3 Có mấy loại mỏi và phương pháp đánh giá mỏi 15 vii
9. 2.3.1 Các loại mỏi thường gặp. 15 2.3.2 Mô tả quá trình hình thành vết nứt trên vật thí nghiệm. 17 2.3.3 Các phương pháp đánh giá thiệt hại mỏi cơ bản. 18 2.3.4 Trên thực nghiệm làm sao để biết sản phẩm đã bị mỏi. 18 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG:ANSYS, NCODE VÀ THỰC HIỆN 23 3.1 Giới thiệu về phần mềm ANSYS 23 3.1.1 Giới thiệu sơ lược 23 3.1.2 Các modul chính của ansys 24 3.2 Giới thiệu về phần mềm nCode DesignLife 27 3.2.1 Giới thiệu 27 3.2.2 Tính năng 28 3.3 Mô phỏng trên ANSYS và NCODE 29 3.3.1 Mô phỏng trên ANSYS 29 3.4 Dùng Ncode Design để xem rõ kết phân tích mỏi 44 3.5 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền mỏi của quai nón (khi tỉ lệ trộn CaCO3 chiếm 50% với Polyethylene) . 51 3.5.1 sự ảnh hưởng của nhiệt độ (ở 35oC) đến độ bền mỏi của quai nón 51 3.5.2 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ (ở 40oC) đến độ bền mỏi của quai nón 51 3.5.3 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ (ở 45oC) đến độ bền mỏi của quai nón 53 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 55 4.1 Thực nghiệm trên máy mỏi. 55 4.1.1 Thí nghiệm mẫu thử polyethylene 55 4.1.2 Thí nghiệm với mẫu thử Polypropylen 60 4.2 Thực nghiệm trên máy mỏi với các nhiệt độ 35oC, 40oC, 45oC 66 4.3 So sánh giữa thực tế và mô phỏng của vật liệu nhựa 70 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 5.1 kết luận 72 5.2 Kiến nghị 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 viii
10. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG 2.1: BẢNG THÔNG SỐ ÉP PHUN 12 BẢNG 2.2: LƯU ĐỒ ĐÁNH GIÁ MỎI CODE 22 BẢNG 3.1: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH KHI TRỘN NHỰA VỚI PHỤ GIA CACO3. 48 BẢNG 4.1: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỚI VẬT LIỆU PE KHI THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ 67 BẢNG 4.2: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỚI VẬT LIỆU PP KHI THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ 69 ix
11. DANH SÁCH HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ HÌNH 1.1: BIẾN DẠNG DO TẢI 1 HÌNH 1.2: BIỂU ĐỒ BIẾN DẠNG DO TẢI 2 HÌNH 1.3: SẢN PHẨM NHỰA NHIỆT DẺO 3 HÌNH 1.4: SẢN PHẨM NHỰA THÔNG DỤNG 4 HÌNH 1.5: SẢN PHẨM NHỰA PE 5 HÌNH 1.6: SẢN PHẨM NHỰA PP 6 HÌNH 2.1: SẢN PHẨM SAU KHI ÉP PHUN 11 HÌNH 2.2: THÔNG SỐ ÉP PE 50 % 12 HÌNH 2.3: SẢN PHẨM SAU KHI ÉP XONG 13 HÌNH 2.4: CÁC LOẠI NHỰA LÀM MẪU THÍ NGHIỆM 13 HÌNH 2.5: MÁY MỎI 14 HÌNH 2.6: GÁ SẢN PHẨM TRÊN MÁY THỬ 15 HÌNH 2.7: CÁC LOẠI MỎI THƯỜNG GẶP 15 HÌNH 2.8: DỮ LIỆU THỬ NGHIỆM HCF 16 HÌNH 2.9: DỮ LIỆU THỬ NGHIỆM LCF 17 HÌNH 2.10: QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VẾT NỨT 17 HÌNH 2.11: GIAO DIỆN PHẦN MỀM VISUAL STUDIO 2012 18 HÌNH 2.12: TIẾN HÀNH ADD CODE VÀO PHẦN MỀM. 19 HÌNH 2.13: LOADCELL 20 HÌNH 2.14: ĐOẠN CODE TRỪ LỰC DƯ 20 HÌNH 2.15: ĐOẠN CODE SO SÁNH LỰC 21 HÌNH 2.16: GIAO DIỆN PHẦN MỀM THỬ MỎI 21 HÌNH 3.1: CHI TIẾT ĐƯỢC PHÂNTÍCH BẰNG NCODE 28 HÌNH 3.2: CHỌN MODUL PHÂN TÍCH STATIC STRUCTURAL TRONG WORKBENCH 29 HÌNH 3.3: HỘP THOẠI STACTIC STRUCTURAL 29 HÌNH 3.4: CHỌN VẬT LIỆU CHO MÔI TRƯỜNG MÔ PHỎNG 30 HÌNH 3.5: CHỌN LẠI VẬT LIỆU NHỰA 30 HÌNH 3.6: BẢNG THUỘC TÍNH CỦA PP 31 HÌNH 3.7: ẢNH HƯỞNG ỦC A TẦN SỐ KHÁC NHAU LÊN GIÁ ĐI ĐỘ CĂNG CỦA POLYMER 33 HÌNH 3.8: ẢNH HƯỞNG CỦA ỨNG SUẤT (POLYETHYLENE) Ở TẦNG SỐ5H Z 34 HÌNH 3.9: GIÁ TRỊ TẦN SỐ CỦA NHỰA PP Ở5 HZ 34 HÌNH 3.10: ĐỒ THỊ LEANER Ở TẦN SỐ 5HZ 35 HÌNH 3.11: CÁC THÔNG SỐ TRONG STRAIN-LIFE PARAMETERS 35 HÌNH 3.12: BẢNG THUỘC TÍNH CỦA VẬT LIỆU NHỰA 36 HÌNH 3.13: ĐƯỜNG CONG STRESS-STRAIN CỦA POLYETHYLEN 36 HÌNH 3.14: GIÁ TRỊ THỰC CỦA POLYETHYLEN 37 HÌNH 3.15: ĐƯỜNG CONG STRAIN-STRESS CỦA POLYPROPYLENE 38 HÌNH 3.16: GIÁ TRỊ THỰC STRESS-STRAIN CỦA POLYPROPYLENE 39 HÌNH 3.17: THUỘC TÍNH CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU NHỰA 39 HÌNH 3.18: BẢNG THUỘC TÍNHS TRAIN-LIFE PARAMETERS 40 x
12. HÌNH 3.19: ĐỒ THỊ STRESS-STRAIN 40 HÌNH 3.20: ĐỒ THỊ TUẦN HOÀN STRESS-STRAIN 41 HÌNH 3.21: XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D QUAI NÓN BẢO HIỂM TRÊN CREO 41 HÌNH 3.22: HÌNH ẢNH SAU KHI CHIA LƯỚI 42 HÌNH 3.23: CHỌN NHIỆT ĐỘ Ở MÔI TRƯỜNG 35°C 42 HÌNH 3.24: HẠN CHẾ CÁC BẬC TỰ DO 43 HÌNH 3.25: PHƯƠNG VÀ VÙNG LỰC TÁC DỤNG 43 HÌNH 3.26: CHỌN CHẾ ĐỘ ĐỂ LIFE, DAMAGE, SAFETY FACTOR 44 HÌNH 3.27: MÔ PHỎNG TRÊN ANSYS 44 HÌNH 3.28 : MỞ GIAO DIỆN NCODE TỪ ANSYS 45 HÌNH 3.29: GIAO DIỆN NCODE DESIGNLIFE 46 HÌNH 3.30: GIAO DIỆN FEINPUT PROPERTIES 46 HÌNH 3.31: MODEL PARAMETERS 47 HÌNH 3.32: CHỌN VẬT LIỆU 48 HÌNH 3.33: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VỚI TỈ LỆ TRỘN CACO3 40% 49 HÌNH 3.34: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VỚI TỈ LỆ TRỘN CACO3 50% 49 HÌNH 3.35: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VỚI TỈ LỆ TRỘN CACO3 60% 50 HÌNH 3.36: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VỚI TỈ LỆ TRỘN CACO3 70% 50 HÌNH 3.37: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VỚI TỈ LỆ TRỘN CACO3 80% 51 HÌNH 3.38: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH Ở NHIỆT ĐỘ 40OC 52 HÌNH 3.39: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH Ở NHIỆT ĐỘ 45OC 54 HÌNH 4.1: BẢNG THÍ NGHIỆM SỐ 1 55 HÌNH 4.2: MẪU THỬ SỐ 1 55 HÌNH 4.3: BẢNG THÍ NGHIỆM SỐ 2 56 HÌNH 4.4: MẪU THỬ SỐ 2 56 HÌNH 4.5: BẢNG SỐ LIỆU SỐ 3 57 HÌNH 4.6: MẪU THỬ SỐ 3 57 HÌNH 4.7: BẢNG SỐ LIỆU 4 58 HÌNH 4.8: MẪU THỨ SỐ 4 58 HÌNH 4.9: BẢNG SỐ LIỆU 5 59 HÌNH 4.10: MẪU THỨ SỐ 5 59 HÌNH 4.11: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CACO3 ĐẾN CHU KÌ MỎI 60 HÌNH 4.12: BẢNG SỐ LIỆU 1 60 HÌNH 4.13: MẪU THỨ SỐ 1 61 HÌNH 4.14: BẢNG SỐ LIỆU 2 61 HÌNH 4.15: MẪU THỨ SỐ 2 62 HÌNH 4.16: BẢNG SỐ LIỆU 3 62 HÌNH 4.17: MẪU THỨ SỐ 3 63 HÌNH 4.18: BẢNG SỐ LIỆU 4 63 HÌNH 4.19: MẪU THỨ SỐ 4 64 HÌNH 4.20: BẢNG SỐ LIỆU 5 64 HÌNH 4.21: MẪU THỨ SỐ 5 65 xi
13. HÌNH 4.22: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CACO3 ĐẾN CHU KÌ MỎI 65 HÌNH 4.23: CHU KÌ MỎI Ở NHIỆT ĐỘ 35OC 66 HÌNH 4.24: CHU KÌ MỎI Ở NHIỆT ĐỘ 40OC 66 HÌNH 4.25: CHU KÌ MỎI Ở NHIỆT ĐỘ 45OC 67 HÌNH 4.26: CHU KÌ MỎI Ở NHIỆT ĐỘ 35OC 68 HÌNH 4.27: CHU KÌ MỎI Ở NHIỆT ĐỘ 40OC 68 HÌNH 4.28: CHU KÌ MỎI Ở NHIỆT ĐỘ 45OC 69 HÌNH 4.29: SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN CHU KÌ MỎI 69 HÌNH 4.30: BIỂU ĐỒ ĐƯỜNG CON MỎI 70 HÌNH 4.31: BIỂU ĐỒ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI LOẠI NHỰA. 70 xii
14. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Mục tiêu của việc thử mỏi và các đặc tính của vật liệu nhựa thử mỏi 1.1.1 Tính cấp thiết đồ án Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, cách thức tính toán độ bền mỏi của kim loại đã được hoàn thiện. Tuy nhiên đối với vật liệu nhựa chỉ mới được đưa vào nghiên cứu, chưa hoàn tất. Cụ thể là chưa nghiên cứu xây dựng đường cong mỏi cho sản phẩm nhựa và ảnh hưởng của nhiệt độ đến đường cong mỏi. Vì vậy việc nghiên cứu đề tài này là vô cùng cấp thiết để tạo tiền đề cho việc hoàn thiện đường cong mỏi sau này. Tìm ra được các giải pháp nhằm mục đích tiết kiệm chi phí sản xuất, giá thành cho vật liệu nhựa, nhưng vẫn đảm bảo được nhưng yêu cầu của sản phẩm nhựa. 1.1.2 Mục tiêu của việc thử mỏi Độ bền mỏi của nhựa đã xem là một sự quan tâm ngày càng tăng trong vài năm qua trong ô tô, hàng không vũ trụ, y tế, và các ngành công nghiệp hàng đầu khác. Kiểm tra tiêu chuẩn kỹ thuật mới và đang được phát triển để giải quyết nhanh chóng sự gia tăng trong nhu cầu công nghiệp và khoa học. Mặt khác, việc kiểm tra kỹ thuật của nó và các chi tiết khoa học đã được thực hành và tài liệu hóa đáng kể trên chặng đường vài thập kỷ qua. Các loại nhựa khác nhau đều bị ảnh hưởng khác nhau bởi các thông số kiểm tra độ bền mỏi hơn các vật liệu khác hay phổ biến hơn là kim loại và thực tế này đòi hỏi cách tiếp cận cụ thể. Trong nhiều trường hợp, khác với các kim loại, trong thử nghiệm độ bền mỏi của nhựa đã cho ta thấy sự nhạy cảm hơn với nhiều thông số bao gồm các thông số hình học, chế độ tải, độ căng hoặc biên độ căng, hoặc tỷ lệ biến dạng, R-ratio, tần số, độ ẩm và nhiệt độ. Ảnh hưởng của rất nhiều những thông số như tỷ lệ biến dạng, tần suất và nhiệt độ hoàn toàn khác biệt so với kim loại. Hình 1.1: Biến dạng do tải 1
15. Hình 1.2: Biểu đồ biến dạng do tải Hình 1.3: Biến dạng do tần số 1.1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Dựa vào kết quả phân tích trên lý thuyết bằng phần mềm ANSYS, nCode DesignLife và thực nghiệm trên máy thử độ bền mỏi, để tìm ra mối liên quan giữa các loại nhựa và các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới độ bền mỏi của vật liệu nhựa, từ đó tìm ra nguyên liệu mới vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật của vật liệu nhựa, vừa tiết kiệm chi phí, giá thành sản xuất. 1.1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Thử độ bền mỏi của móc khóa quai nón bảo hiểm 1.1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Hầu hết các sản phẩm nhựa dân dụng có kích thước nhỏ (150x200) có mặt trên thị trường. 2
16. 1.1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.1.5.1 Cở sở phương pháp luận Bao gồm quan sát, đo lường, thí nghiệm, xây dựng, kiểm định và sửa đổi các giả thuyết. 1.1.5.2 Các nghiên cứu phương pháp cụ thể Tham khảo tài tiệu về Ansys để tính toán phân tích. Thí nghiệm mẫu trên máy và thu thập số liệu. Hướng dẫn của GVHD đồ án tốt nghiệp. Hiểu biết, suy luận của bản thân. 1.2 Giới thiệu về vật liệu chế tạo sản phẩm nhựa và ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ bền mỏi 1.2.1 Giới thiệu vật liệu chế tạo các sản phẩm nhựa có mặt trên thị trường Định nghĩa: Chất dẻo hay còn gọi là nhựa hoặc Polyme, là các hợp chất cao phân tử được dùng làm vật liệu để sản xuất nhiều loại vật dụng trong đời sống hàng ngày cho đến những sản phẩm công nghiệp và gắn liền với đời sống hiện đại của con người. Polyme là những vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng. Phân loại: Phân loại theo hiệu ứng của Polyme với nhiệt độ Nhựa nhiệt dẻo: Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm thì nó chảy mềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại. Thường tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp. Các mạch đại phân tử của nhựa nhiệt dẻo liên kết bằng các liên kết yếu (liên kết Hydro, Vanderwall). Tính chất cơ học không cao khi so sánh với nhựa nhiệt rắn. Nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh được nhiều lần, ví dụ như: Polyethylene (PE), Polypropylen (PP), Polystyren (PS), Poly Metyl Metacrylat (PMMA), Poly Butadien (PB), Poly Etylen Terephtalat (PET) Hình 1.3: Sản phẩm nhựa nhiệt dẻo 3
17. Nhựa nhiệt rắn: Là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái không gian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và sau đó không nóng chảy hay hòa tan trở lại được nữa, không có khả năng tái sinh. Một số loại nhựa nhiệt rắn: Ue Focmadehyt (UF), nhựa Epoxy, Phenol Focmadehyt (PF), nhựa Melamin, Poly Este không no Nhựa thông dụng: Là loại nhựa được sử dụng số lượng lớn, giá rẻ, dùng nhiều trong những vật dụng thường ngày như: PP, PE, PS, PVC, PET, ABS, Hình 1.4: Sản phẩm nhựa thông dụng Nhựa kỹ thuật: Là loại nhựa có tính chất cơ lý trội hơn so với các loại nhựa thông dụng, thường dùng trong các mặt hàng công nghiệp như: PC, PA Nhựa chuyên dụng: Là các loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt cho từng trường hợp. Phân loại theo thành phần hóa học mạch chính Polyme mạch cacbon: Polyme có mạch chính là các phân tử cacbon liên kết với nhau: PE, PP, PS, PVC, PVAc Polyme dị mạch: Polyme trong mạch chính ngoài nguyên tố cacbon còn có các nguyên tố khác như O,N,S Ví dụ như PET, POE, Poly Sunfua, Poly Amit Polyme vô cơ: PolyDimetyl Siloxan, sợi thủy tinh, Poly Photphat, Thành phần: Thành phần cơ bản: Là 1 Polyme nào đó. Ví dụ thành phần chính của Ebônit là cao su, của Xenluloit là Xenlulozơ Nitrat, của Bakelit là Phenolfomanđehit. Chất hoá dẻo: Để tăng tính dẻo cho Polime, hạ nhiệt độ chảy và độ nhớt của Polime. Ví dụ Đibutylphtalat, Chất độn: Để tiết kiệm nguyên liệu, tăng cường một số tính chất. Ví dụ Amiăng để tăng tính chịu nhiệt. Chất phụ: Chất tạo màu, chất chống oxi hoá, chất gây mùi thơm. 4
18. Polyethylene (PE): Điều chế từ Etilen lấy từ khí dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí than đá. Là chất rắn, hơi trong, không cho nước và khí thấm qua, cách nhiệt, cách điện tốt. Hình 1.5: Sản phẩm nhựa PE Dùng bọc dây điện, bao gói, chế tạo bóng thám không, làm thiết bị trong ngành sản xuất hóa học, sơn tàu thủy Polypropylen (PP): Polypropylen là một loại polymer là sản phẩm của phản ứng trùng hợp Propylen. Danh pháp IUPAC: poly(1-methylethylene) Tên khác : + Polypropylene; Polypropene; + Polipropene 25 [USAN];Propene polymers; + Propylene polymers; 1-Propene homopolymer 5
19. Thuộc tính: Công thức phân tử: (C3H6)x Tỷ trọng: PP vô định hình: 0.85 g/cm3 PP tinh thể: 0.95 g/cm3 Độ giãn dài: 250 - 700 % Độ bền kéo: 30 - 40 N/mm2 Độ dai va đập: 3.28 - 5.9 kJ/m2 Điểm nóng chảy : ~ 165 °C Đặc tính: - Tính bền cơ học cao (bền xé và bền kéo đứt), khá cứng vững, không mềm dẻo như PE, không bị kéo giãn dài do đó được chế tạo thành sợi. Đặc biệt khả năng bị xé rách dễ dàng khi có một vết cắt hoặc một vết thủng nhỏ. - Trong suốt, độ bóng bề mặt cao cho khả năng in ấn cao, nét in rõ. - Chịu được nhiệt độ cao hơn 100 ℃. Tuy nhiên nhiệt độ hàn dán mí (thân) bao bì PP(140℃) - cao so với PE - có thể gây chảy hư hỏng màng ghép cấu trúc bên ngoài, nên thường ít dùng PP làm lớp trong cùng. - Có tính chất chống thấm 2, hơi nước, dầu mỡ và các khí khác. Công dụng: Dùng làm bao bì một lớp chứa đựng bảo quản thực phẩm, không yêu cầu chống oxy hóa một cách nghiêm nhặt. Tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực, ngũ cốc có số lượng lớn. PP cũng được sản xuất dạng màng phủ ngoài đối với màng nhiều lớp để tăng tính chống thấm khí, hơi nước, tạo khả năng in ấn cao, và dễ xé rách để mở bao bì (do có tạo sẵn một vết đứt) và tạo độ bóng cao cho bao bì. Hình 1.6: Sản phẩm nhựa PP 6
20. 1.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền mỏi Theo nghĩa rộng, hiệu ứng nhiệt bị gây ra bởi sự phân bổ năng lượng bên trong một hệ thống, và chúng có thể được nhóm lại trong tự nhiên và nhân tạo các hiệu ứng nhiệt được hiểu là những điều bị gây ra bởi một sự thay đổi nhiệt độ từ bên ngoài hoặc do các quá trình bên trong. Cả phản ứng nhiệt và tải nhiệt được đưa vào nghiên cứu. Hầu hết các hiệu ứng nhiệt chỉ tập trung vào vật liệu (được hiểu là vật liệu rắn), và để xử lý với những tác động của một nhiệt độ làm việc không hợp lý (lạnh hoặc nóng) trên một số tính chất vật liệu (cấu trúc, điện tử, v.v ), bao gồm cả các quá trình nhiệt được sử dụng để sản xuất, thay đổi hoặc bỏ các nguyên vật liệu. Đôi khi nó cũng được cho là “tác dụng của nhiệt trên các vật liệu”, có nghĩa là ảnh hưởng của sự làm nóng để tăng năng lượng bên trong vật liệu. Tất nhiên, hiệu ứng làm mát cũng là hiệu ứng nhiệt có liên quan. Các hiệu ứng nhiệt truyền thống: - Giai đoạn thay đổi, tan chảy và đun sôi (nhiệt độ trong giai đoạn chuyển tiếp). - Sự chuyển nhiệt độ của thủy tinh. - Thay đổi chiều, về cơ bản nhiệt mở rộng. - Thay đổi đàn hồi dẻo, do ứng suất nhiệt. - Nhiệt độ chuyển tiếp độ giòn và dẻo. - Thay đổi hóa học, phân hủy, quá trình oxy hóa, đánh lửa. - Thay đổi vật lý khác như làm khô, phân loại, bốc hơi, thay đổi màu sắc, Một ý tưởng chung phải luôn lưu ý là vật liệu không thể chiụ nổi nhiệt độ rất cao, hơn 1000K mà không bị phân hủy. Vật liệu chịu nhiệt độ cao (từ 1000K đến 3000K) được gọi là vật liệu chịu lửa. 1.3 Ảnh hưởng của 푪 푪푶 trong ép phun nhựa 1.3.1 Tấm trần/Khung/CửaNhựa: 3 được sử dụng rộng rãi trong nhựa PVC cứng và được ứng dụng nhiều nhất trong sản xuất ống nhựa và tấm trần. Sử dụng sản phẩm 3 làm gia tăng độ bền sản phẩm, độ phân tán trong hóa chất nhựa tốt hơn, độ bóng sản phẩm đạt được tối ưu, cải tiến quá trình sản xuất. Vì vậy 3 là một loại nguyên liệu không thể thiếu trong quá trình sản xuất những loại sản phẩm này. 3 có ảnh hưởng lớn đến những đặc tính của sản phẩm như là độ bền trong môi trường tự nhiên, thời gian sử dụng sản phẩm, vì vậy sự lựa chọn đúng loại 3 để sử dụng làm nguyên liệu là rất quan trọng. 1.3.2 Ống nhựa PVC và phụ kiện nhựa: Ống polyolefin không chịu áp lực và phụ kiện: Sử dụng sản phẩm 3 trong nhựa polyolefin sẽ tạo độ cứng cao hơn, cải thiện quá trình sản xuất, rút ngắn thời gian và giảm chi phí. Trong phụ kiện chủ yếu làm tăng lợi nhuận. 7
21. Ống PVC chịu áp lực: Loại này thường sử dụng 3 độn với hàm lượng ít vì để tạo cho sản phẩm ống chịu được áp lực mức cao nhất, bề mặt sản phẩm láng nhất và chịu được tác động bề mặt. Ống cấp thoát nước PVC và phụ kiện nhựa: Cũng như những sản phẩm trên, chất lượng 3 là chìa khóa để sản phẩm thành công trên thị trường. 1.3.3 Dây cáp điện: Trong cáp nhựa polyolefin, 3 đươc sử dụng ngày càng tăng với mục đích để giảm giá thành, bên cạnh đó 3 có thể xem như chất chống cháy (nếu kết hợp đúng với loại nhựa và phụ gia khác). Để đạt được chi phí hiệu quả nhất, nhà sản xuất dây cáp điện có thể chọn nhiều loại 3 cho nhiều loại dây cáp, từ loại dây cáp có lớp cách điện mỏng cho đến loại dây cáp có lớp cách điện dày. 1.3.4 Màng: 3 được ứng dụng rộng rãi trong sản suất những màng mỏng cho đến sản xuất những tấm dày, làm tăng các tính chất hóa học và cải thiện năng suất sản xuất. 3 làm giảm chi phí sản xuất, tăng độ cứng, độ bền trong việc làm chất độn cho các sản phẩm. Công nghệ sản xuất màng được ứng dụng trong sản xuất những sản phẩm nhựa rộng rãi, sản xuất từ những màng nhựa thoát hơi cho đến màng bọc đúc ép cũng như là những tấm chịu nhiệt. 1.3.5 Màng nhựa thoát hơi: Sử dụng 3 trong sản xuất sản phẩm màng nhựa thoát hơi với những lổ nhỏ li ti có những ưu điểm vượt trội đặc biệt liên quan đến vấn đề vệ sinh, 3 là chất hoạt động trong trường hợp này, cung cấp cho lớp màng với những tính chất đặc biệt cho phép thoát hơi thông qua hệ thống lỗ nhỏ li ti. 1.3.6 Màng bọc đúc ép: 3 giúp giảm chi phí giá thành trong sản xuất và cải tiến chất lượng bọc, canxi cacbonat được sử dụng trong nhựa LDPE, LLDPE, HDPE và PP. 1.3.7 Sợi: 3 thường được sử dụng trong nhựa PE hoặc túi PP, dệt túi PP chống ảnh hưởng của việc phân đoạn hoặc chống ảnh hưởng của việc kết sợi. 3 thích hợp trong sản xuất hạt polyolefin như: + Giảm phân đoạn định hình nhựa PP, + Tăng độ cứng, + Giảm lượng titan oxit và giảm lượng nguyên vật liệu. 1.4 Sản phẩm đúc: Khi sử dụng sản phẩm 3 trong sản xuất sản phẩm đúc, độ cứng và độ bền sẽ được cải tiến dẫn đến tiết kiệm chi phí. 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4