Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯU VĂN TIẾN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ KIỀM ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE CỐT SỢI NGẮN THỦY TINH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 0 4 7 1 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯU VĂN TIẾN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ KIỀM ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE CỐT SỢI NGẮN THỦY TINH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ THÀNH TRUNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
3. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học viên đóng kèm xác nhận này vào quyển LVTN) Họ và tên học viên: Lưu Văn Tiến MSHV: 138520103028 Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Khóa : 2013 – 2015B Tên đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh” Học viên đã hoàn thành LVTN theo đúng yêu cầu về nội dung và hình thức (theo qui định) của một luận văn thạc sĩ. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 08 năm 2015 Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) -i-
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC - Họ và tên: Lưu Văn Tiến Giới tính: Nam - Ngày, tháng, năm sinh: 21/11/1985 Nơi sinh: Sóc Trăng - Quê quán: Sóc Trăng Dân tộc: Kinh - Địa chỉ liên lạc: 126/24 Đường 17, P.Linh Trung, Q.Thủ Đức, Tp.HCM. - Điện thoại: 094.60.02.773 - E-mail: platin.st@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2005 đến 4/ 2007 Nơi học (trường, thành phố): Trường TH-Lương Thực Thực Phẩm Vĩnh Long. Ngành học: Cơ Khí 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2010 đến 02/ 2012 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Cơ Khí Máy III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 3-2012 Công ty cổ phần nghe nhìn toàn cầu Nhân viên Đến 10-2013 AVG Từ 10-2013 Học viên Trường ĐHSPKT TP.HCM Học Viên Đến nay -ii-
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 9 năm 2015 Người nghiên cứu Lưu Văn Tiến -iii-
6. LỜI CẢM ƠN Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, học trò kính gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:  Thầy PGS.TS Đỗ Thành Trung - thầy hướng dẫn thực hiện luận văn đã tận tình chỉ dạy, tạo điều kiện và động viên học trò trong suốt quá trình thực hiện.  Thầy TS. Phạm Sơn Minh - thầy hướng dẫn tận tình trong quá trình thiết kế khuôn chế tạo mẫu thử kéo.  Thầy Th.S. Trần Minh Thế Uyên - thầy hướng dẫn tận tình trong quá trình thiết kế khuôn và gia công chế tạo mẫu thử kéo.  Quý thầy, cô giáo đã tham gia công tác giảng dạy, hướng dẫn học trò và các thành viên trong lớp Cao học chuyên ngành Cơ Khí Máy khóa 2013 – 2015 trong toàn bộ khoá học.  Quý thầy, cô giảng dạy tại khoa Cơ khí Chế tạo máy, phòng Đào tạo – bộ phận sau đại học – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ người thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trường.  Kính gửi lời cảm ơn BGH trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho cho các học viên tại trường được học tập và nghiên cứu. Kính chúc Quý thầy, cô dồi dào sức khỏe. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 9 năm 2015 Học viên Lưu Văn Tiến -iv-
7. TÓM TẮT Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật trong những thập niên gần đây, sự ra đời và phát triển của vật liệu composite đang chiếm một vị trí nổi trội trong các ngành công nghiệp chế tạo. Với những ưu thế như độ bền riêng cao, mô đun đàn hồi cao, khối lượng riêng nhỏ, công nghệ sản xuất đa dạng vật liệu polymer composite đang được sử dụng rộng rãi thay thế vật liệu truyền thống để chế tạo các chi tiết máy, kết cấu máy. Vì được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nhất là trong nghành hàng hải như làm vỏ tàu biển, lưới đánh cá và ngành công nghiệp hóa chất như các bồn chứa các hóa chất công nghiệp. Sự tác động của môi trường làm việc và thời gian sử dụng ảnh hưởng đến độ bền của vật liệu composite, đặc biệt khi làm việc trong môi trường có nồng độ kiềm cao. Tuy nhiên, hiện nay có rất ít công trình nghiên cứu nào nghiên cứu về ảnh hưởng của môi trường sử dụng đến độ bền của các sản phẩm từ PC. Trên cơ sở đó đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh” là cần thiết. Trong đề tài này, tác giả chế tạo mẫu thử độ bền kéo bằng vật liệu composite nền nhựa poliamid cốt sợi ngắn thủy tinh 30% (PA66-30GF) theo tiêu chuẩn ISO – 527, sau đó tiến hành ngâm mẫu thử trong dung dịch có nồng độ kiềm pH=7,0; pH=8,0; pH=9,5; ph=11,5; pH=12,5 và pH=13,0 trong khoảng thời gian là 1 tháng, 2 tháng, 3 tháng, 4 tháng và 5 tháng. Sau khoảng thời gian ngâm trên, các mẫu thử được kiểm tra độ bền kéo trên máy thử kéo Instron Series 3367. Các kết quả cho thấy, cùng một khoảng thời gian như nhau, nồng độ pH càng tăng thì mẫu ngâm trong dung dịch có độ bền kéo càng giảm và ở cùng nồng độ pH, thời gian ngâm càng lâu, thì độ bền kéo của vật liệu càng giảm. Mức độ giảm của độ bền kéo phụ thuộc vào tùy từng nồng độ pH và thời gian ngâm. Kết quả nghiên cứu này là cơ sở đánh để đánh giá ảnh hưởng của nồng độ kiềm và thời gian sử dụng đến độ bền của các sản phẩm được tạo ra từ vật liệu composite PA66-30GF. -v-
8. ABSTRACT Along with the strong development of science and technology in recent decades, the advent and development of composite materials occupies a dominant position in the manufacturing industries With advantages such as high specific strength, high modulus, small specific weight, diversified manufacturing technology of composite polymer materials are used widely replacing traditional materials to manufacture the parts, structural machine. It is used in many different fields, especially in the maritime industries such as marine hulls, fishing nets, etc and the chemical industry as the tanks of industrial chemicals. The environmental impact of the work and time use affects the reliability of composite materials, especially when working in an environment with high concentrations of alkali. However, this does not have any research studies on environmental impact of used to the reliability of the product from the PC. On that basis, formed the theme: To study the effect of alkali concentration to the tensile strength of short fiber reinforced composite material of glass. In this topic, the author has developed prototype in tensile strength composite material of short glass fiber reinforced polyamide (PA66-30GF) ISO - 527, then proceed to soak sample in solution alkaline pH levels of 7.0 ; pH=8.0 ; pH=9.5 ; pH=11.5 ; pH=12.5 and pH=13.0 for a period of 1 month , 2 months , 3 months , 4 months and 5 months. After a soaking time on, the samples are tested on tensile pull test machine Instron series 3367. The results show that around the same time, increasing the pH then immersed in liquid form with tensile strength decreases. In the same the pH, the longer soaking time, the tensile strength of the material decreases. The extent of the reduction depends on the tensile strength depending on the pH and immersion time. The research results are a basis to assess the effect of alkali concentration and duration to the reliability of the products made from composite materials PA66-30GF. -vi-
9. MỤC LỤC XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT xi DANH MỤC CÁC BẢNG xii DANH MỤC CÁC HÌNH xiii Chương 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan về hướng nghiên cứu 1 1.1.1 Các kết quả nghiên cứu trong nước 1 1.1.2 Các công trình nghiên cứu ngoài nước 3 1.2 Tính cấp thiết của đề tài 4 1.3 Mục đích của đề tài 6 1.4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 6 1.4.1 Ý nghĩa khoa học 6 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 7 1.5 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn của đề tài 7 1.5.1 Nhiệm vụ của đề tài 7 1.5.2 Giới hạn đề tài 7 1.6 Phương pháp nghiên cứu 7 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9 -vii-
10. 2.1 Cơ sở về vật liệu Composite 9 2.1.1 Khái niệm 9 2.1.2 Tính chất của vật liệu composite 9 2.1.3 Ưu nhược điểm của vật liệu composite 10 2.1.4 Xu hướng phát triển vật liệu composite trong thời gian tới 11 2.1.5 Phân loại vật liệu composite 12 2.1.6 Cấu tạo vật liệu composite 13 2.1.7 Chất pha loãng 20 2.1.8 Chất tách khuôn, chất làm kín và các phụ gia khác 21 2.2 Composite nền nhựa PA66 cốt sợi ngắn thủy 21 2.2.1 Ảnh hưởng của yếu tố hình học của sợi 21 2.2.2 Sợi ngắn thủy tinh 25 2.2.3 Nhựa poliamid (PA) 29 2.3 Công nghệ chế tạo sản phẩm composite 30 2.3.1 Phương pháp chế tạo thủ công 30 2.3.2 Phương pháp phun hỗn hợp composite 31 2.3.3 Phương pháp thấm nhựa trước 32 2.3.4 Phương pháp đùn ép 33 2.3.5 Phương pháp đúc chuyển nhựa 34 2.3.6 Phương pháp đúc chân không 35 2.4 Cơ học vật liệu PC 36 2.4.1 Độ bền kéo và ứng suất kéo 36 2.4.2 Độ giãn dài 37 2.4.3 Mô đun đàn hồi 37 2.5 Giới thiệu về công nghệ ép phun 38 2.5.1 Khái niệm 38 2.5.2 Nguyên lý hoạt động: 39 -viii-
11. 2.6 Nồng độ pH và môi trường kiềm tính 39 2.6.1 Khái niệm nồng độ pH 39 2.6.2 Một số giá trị pH phổ biến 40 2.7 Tiêu chuẩn ISO 527 (TCVN 4501-4:2009) 40 Chương 3 MÔ TẢ THÍ NGHIỆM 42 3.1 Thiết kế mẫu thử 42 3.2 Khuôn ép phun 42 3.3 Vật liệu, hóa chất, dụng cụ 47 3.3.1 Vật liệu 47 3.3.2 Hóa chất 47 3.3.3 Thiết bị thí nghiệm 48 Chương 4: THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 52 4.1 Thành lập các điều kiện thí nghiệm 52 4.1.1 Xác định số lượng mẫu 52 4.1.2 Các bước thực hiện 52 4.2 Kiểm tra độ bền kéo 53 4.2.1 Thực hiện thí nghiệm 53 4.2.2 Điều kiện thí nghiệm 53 4.2.3 Chuẩn bị thí nghiệm 53 4.2.4 Tiến hành thí nghiệm 54 4.3 Kết quả thí nghiệm của mẫu kéo 55 4.3.1 Số liệu thí nghiệm 55 4.3.2 Xác định lực kéo Pmax 58 4.3.3 Xác định ứng suất kéo và mô đun đàn hồi 65 4.3.4 Phân tích bề mặt sau khi chụp qua kính hiển vi điện tử quét SEM 75 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 5.1 Kết luận 79 -ix-
12. 5.2 Kiến nghị 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 -x-
13. DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT PC Polymer Composite PF PhenolFomandehit PET PolyEste MAPE Maleic Anhydride grafted PolyEthylene PA PoliAmid PVC PolyVinyl Clorua PP PolyPropylen UF UreFormaldehyt MMA Metyl Meta Acrylat SEM Scanning Electron Microscope -xi-
14. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Thành phần hóa học của các loại sợi thủy tinh. 26 Bảng 2.2: Tính chất cơ lý của các loại sợi thủy tinh 27 Bảng 2.3: So sánh tính chất của một số sợi gia cường 29 Bảng 3.1: Thành phần hóa học dung dịch NaOH 47 Bảng 4.1: Số lượng thí nghiệm 52 Bảng 4.2: Tổng hợp kết quả kéo mẫu PA6-GF30 trong 1 tháng (kgf) 56 Bảng 4.3: Tổng hợp kết quả kéo mẫu PA6-GF30 trong 2 tháng (kgf) 56 Bảng 4.4: Tổng hợp kết quả kéo mẫu PA6-GF30 trong 3 tháng (kgf) 57 Bảng 4.5: Tổng hợp kết quả kéo mẫu PA6-GF30 trong 4 tháng (kgf) 57 Bảng 4.6: Tổng hợp kết quả kéo mẫu PA6-GF30 trong 5 tháng (kgf) 58 Bảng 4.7: Tổng hợp kết quả lực kéo mẫu PA6-GF30 theo thời gian (kgf) 61 Bảng 4.8: Tổng hợp kết quả kéo mẫu PA6-GF30 theo nồng độ pH (kgf) 64 Bảng 4.9: Tổng hợp kết quả ứng suất kéo mẫu thử kéo PA6-GF30 (MPa) 65 Bảng 4.10: Thông số độ giãn dài của mẫu sau khi kéo (mm) 69 Bảng 4.11: Thông số độ giãn dài của mẫu sau khi san bằng tuyến tính (mm) 70 Bảng 4.12: Tổng hợp kết quả ứng suất kéo mẫu PA6-GF30 (MPa) 71 Bảng 4.13: Tổng hợp kết quả kéo mẫu PA6-GF30 theo thời gian (MPa) 74 -xii-
15. DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Cấu trúc composite 9 Hình 2.2: Sơ đồ phân loại composite theo cấu trúc 13 Hình 2.3: Sơ đồ phân bố và định hướng cốt sợi 22 Hình 2.4: Biểu đồ phân bố ứng suất trên chiều dài sợi 24 Hình 2.5: Cấu tạo poliamid 29 Hình 2.6: Máy ép nhựa SHINE WELL W-120 B 38 Hình 2.7: Một số giá trị pH phổ biến 40 Hình 3.1: Mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO 527 – 1993 42 Hình 3.2: Cấu tạo chung của bộ khuôn ép nhựa 43 Hình 3.3: Tấm kẹp trên 44 Hình 3.4: Tấm kẹp dưới 44 Hình 3.5: Tấm khuôn cố định 45 Hình 3.6: Tấm khuôn di động 45 Hình 3.7: Gối đỡ 45 Hình 3.8: Tấm giữ, ty đẩy và ty hồi 46 Hình 3.9: Tấm đẩy 46 Hình 3.10: Bộ khuôn hoàn chỉnh 46 Hình 3.11: Hóa chất sử dụng làm tăng nồng độ pH 47 Hình 3.12: Chế tạo mẫu thử trên máy ép nhựa SHINE WELL W-120 B 48 Hình 3.13: Máy đo nồng độ pH 49 Hình 3.14: Thông số máy thử kéo Instron Series 3367 50 Hình 3.15: Kính hiển vi điện tử quét SEM Jeol 5410 LV 51 Hình 4.1: Các bước thiện hiện ngâm mẫu thử kéo 53 Hình 4.2: Thử kéo trên máy Instron Series 3367 54 Hình 4.3: Cài đặt các thông số của quá trình kéo. 54 Hình 4.4: Biểu đồ kéo của mẫu có nồng độ pH=7,0 sau 3 tháng 55 -xiii-
16. Hình 4.5: Biểu đồ so sánh kết quả thực nghiệm và phương trình hồi quy 60 Hình 4.6: Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi lực kéo của mẫu thử kéo PA66-30GF theo thời gian 61 Hình 4.7: Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi lực kéo mẫu thử kéo PA66-30GF theo nồng độ pH 64 Hình 4.8: Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi ứng suất kéo mẫu thử kéo PA66-30GF theo thời gian 66 Hình 4.9: Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi ứng suất kéo mẫu thử kéo PA66-30GF theo nồng độ pH 66 Hình 4.10: Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi ứng suất kéo theo thời gian của mẫu thử kéo PA66-30GF ngâm trong dung dịch có nồng độ pH=13,0 67 Hình 4.11: Ảnh hưởng của nồng độ pH đến ứng suất kéo của vật liệu PA66-30GF 69 Hình 4.12: Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi độ giãn dài mẫu thử kéo PA66-30GF theo nồng độ pH và thời gian 70 Hình 4.13: Biểu đồ so sánh kết quả thực nghiệm và phương trình hồi quy 73 Hình 4.14: Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi mô đun đàn hồi mẫu thử kéo PA66-30GF theo thời gian và nồng độ pH 74 Hình 4.15: Ảnh SEM bề mặt trước và sau khi ngâm trong dung dịch pH=13-1 tháng 75 Hình 4.16: Ảnh SEM bề mặt trước và sau khi ngâm trong dung dịch pH=7,0-5 tháng 76 Hình 4.17: Ảnh SEM bề mặt sau khi ngâm trong dung dịch pH=13-1 tháng và pH=7,0-5 tháng 76 Hình 4.18: Kết quả nghiên cứu của tác giả Nguyễn Nhật Trinh 77 -xiv-
17. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về hướng nghiên cứu 1.1.1 Các kết quả nghiên cứu trong nước Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật trong những thập niên gần đây, sự ra đời và phát triển của vật liệu composite đang chiếm một vị trí nổi trội trong các ngành công nghiệp chế tạo. Có rất nhiều đề tài nghiên cứu về vật liệu PC, trong đó nổi trội là: - Đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số chế tạo đến độ bền vật liệu polymer composite gia cường vải polyeste trên cơ sở nhựa phenolfomandehit”[1] năm 2009 – ĐH. Bách khoa Hà Nội. Đề tài được thực hiện vào năm 2009 của TS. Nguyễn Nhật Trinh. Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ chế tạo như nhiệt độ, lực ép và tỉ phần vải nhựa nền đến độ bền cơ học của vật liệu polymer composite (PC) trên cơ sở nhựa phenolfomandehit (PF) được gia cường vải dệt thoi xơ polyeste (PET). Vải thí nghiệm: Vải làm cốt gia cường cho vật liệu PC là vải kỹ thuật kết cấu kiểu dệt thoi vân điểm do Công ty Hualon Việt Nam sản xuất, nguyên liệu 100% xơ polyeste philamăng (PET). Nhựa nền phenolfomandehit (PF) dạng novolac do Viện hóa Trung tâm ứng dụng Khoa học Kỹ thuật Quân sự sản xuất. Đề tài trình bày kết quả thực nghiệm cho thấy các thông số công nghệ chế tạo nhiệt độ, lực ép và tỉ phần cấu tử ảnh hưởng đến độ bền cơ học vật liệu PC gia cường vải polyeste trên cơ sở nhựa PF. Sử dụng phần mềm toán học Design-Experts cho phép xác định nhanh và chính xác các thông số công nghệ chế tạo tối ưu nhằm đạt được độ bền vật liệu PC lớn nhất. - Sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của vật liệu PC, dẫn đến yêu cầu về chất lượng cao và động thời giá thành hạ. Tận dụng các nguồn nguyên liệu sẵn có, dồi dào trong nước, đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite trên nền nhựa polyethylene và mùn cưa”[2] do TS. Đào Thị Thu Loan – ĐH Đà Nẵng chủ trì và thực hiện năm -1-
18. 2013. Đề tài nghiên cứu chế tạo vật liệu composite từ mùn cưa và nhựa polyethylene tỷ trọng cao và ảnh hưởng của điều kiện gia công đến tính chất sản phẩm composite. Nghiên cứu cải thiện độ bám dính giữa nhựa nền HDPE và mùn cưa nhằm cải thiện tính năng của vật liệu bằng cách sử dụng chất tương hợp MAPE. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng mùn cưa đến tính chất sản phẩm composite, ảnh hưởng của kích thước hạt mùn cưa đến tính chất sản phẩm composite và nồng độ phụ gia ổn định nhiệt gia công tối ưu ảnh hưởng đến độ bền của sản phẩm composite. Bằng phương pháp thực nghiệm, người nghiên cứu đã chế tạo thành công composite nền nhựa HDPE độn trấu, mùn cưa bằng phương pháp tạo compound trong thiết bị ép đùn hai trục vít và tạo mẫu composite trong thiết bị đúc tiêm. Nhiệt độ ép đùn (vùng trộn) tối ưu là 160oC với tốc độ quay trục vít 50 vòng/phút. Nhiệt độ đúc tiêm tối ưu là 180oC ở áp suất 800 bar. Sử dụng chất tương hợp MAPE đã cải thiện độ tương hợp giữa nhựa nền và trấu, mùn cưa từ đó cải thiện các tính chất cơ lý của composite trấu, mùn cưa như độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền va đập cũng như độ kháng nước. - Khi chất lượng cuộc sống ngày càng cao thì yêu cầu của các sản phẩm từ PC ngày càng thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng và nguyên vật liệu hơn. Đề tài “Nghiên cứu, chế tạo vật liệu composite trên cơ sở nhựa polylefin và bột gỗ, ứng dụng làm vật liệu xây dựng, kiến trúc nội - ngoại thất”[3] được TS. Nguyễn Vũ Giang - Viện Kỹ thuật nhiệt đới thực hiện năm 2013. Theo TS. Nguyễn Vũ Giang, ở trong nước cũng đã có một số công trình sử dụng vật liệu này để chế tạo vật liệu xanh thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, do bột gỗ chưa được xử lý trước, nên khả năng tương tác với nền nhựa chưa tốt, sản phẩm vẫn có độ hút nước cao. Nếu sử dụng phương pháp truyền thống (ép sâu, tạo lớp liên tục ), chỉ chế tạo được các vật liệu có hình dạng đơn giản, không chế tạo được các vật liệu có các hình dạng phức tạp: Mặt cong, độ rỗng, hay vật liệu trang trí nội thất, chi tiết phụ tùng ôtô và các vật liệu khác, như vỏ tivi Đề tài đã sử dụng thành công khâu mạch, vật liệu nano gia cường, phụ gia, nano silica làm tăng tính kết dính giữa 2 pha của vật liệu là bột gỗ và nhựa bằng những chất biến tính bề mặt, cho phép sản phẩm có thể điều chỉnh theo yêu cầu sử dụng. Cùng với việc lưới hóa nhựa nền, hình thành các liên kết ngang giữa các -2-
19. phân tử nhựa nền và bột gỗ, giúp tăng các tính chất của vật liệu composite và độ bền thời tiết của vật liệu. - Ngoài ra, còn có rất nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu PC do các học viên Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM do PGS – TS. Đỗ Thành Trung chủ trì và thực hiện như: “Nghiên cứu và phát triển nhíp giảm xóc bằng vật liệu composite”, “Nghiên cứu và phát triển đòn treo trên bằng vật liệu composite”, “Nghiên cứu cường độ ứng suất trên dầm composite nhiều lớp với cốt sợi không liên tục” 1.1.2 Các công trình nghiên cứu ngoài nước Với lịch sử phát triển phong phú của mình, vật liệu composite đã được nhiều nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới biết đến. Việc nghiên cứu và áp dụng thành công vật liệu này đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng. Trong đó, tiêu biểu là : - Đề tài “Injection moulding simulation analysis of natural fiber composite window frame” - journal of materials processing technology 197 (2008) 22–30 [4]. Đề tài thực hiện bởi Wan Azizah Wan Abdul Rahman, Lee Tin Sin, Abdul Razak Rahmat. Đề tài thực nghiệm nghiên cứu chế tạo khung cửa sổ với thiết kế rỗng bằng vật liệu composite. - Để năng cao chất lượng sản phẩm, ngoài việc nghiên cứu, pha trộn giữa hai thành phần chính là nền và cốt, các nhà chế tạo còn nghiên cứu đến quá trình phun ép chế tạo sản phẩm, đề tài “A 3D study on the effect of gate location on the cooling of polymer by injection molding”– International Journal of Heat and Fluid Flow [5], được thực hiện bởi Hamdy Hassan, Nicolas Regnier, Guy Defaye. Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí các cổng làm lạnh đến năng suất, chất lượng sản phẩm trong quá trình ép phun. - Sau khi nghiên cứu phương pháp chế tạo nhằm năng cao chất lượng sản phẩm, các nhà khoa học còn nghiên cứu các ảnh hưởng của điều kiện sử dụng nhằm tối ưu hiệu quả sử dụng và đưa ra khuyến cáo để khai thác, sử dụng sản phẩm hiệu quả nhất. Đề tài “Effect of temperature on tensile properties of injection molded short glass -3-
20. fibre and glass bead filled ABS hybrids” [6] nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền kéo của vật liệu copomsite nền ABS cốt sợi ngắn thủy tinh và hạt thủy tinh. Đề tài được nghiên cứu bởi S. Hashemi - London Metropolitan Polymer Centre, London Metropolitan University, UK. - Ngoài ra, còn rất nhiều các đề tài, công trình nghiên cứu về tính chất, đặc điểm, phương pháp chế tạo và ứng dụng của vật liệu PC như: “Description and modeling of fiber orientation in injection molding of fiber reinforced thermoplastics” - Michel Vincenta, T. Girouda, A. Clarkeb, C. Eberhardtb Department of Physics and Astronomy, Molecular Physics and Instrumentation Group, University of Leeds; “Polymer Flow Length Simulation During Injection Mold Filling” - M. BUCHMA", R. THERIAULT, and T. A. OSSWALD, Polymer Processing Research Group Department of Mechanical Engineering University of Wisconsin-Madison. Kết luận: Có rất ít công trình nào nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường và thời gian đến độ bền kéo của vật liệu polymer composite. Đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh sẽ nghiên cứu sự thay đổi về độ bền kéo của vật liệu PC khi làm việc trong môi trường có nồng độ kiềm khác nhau theo mức thời gian khác nhau. Từ kết quả nghiên cứu ta có thể tìm ra nguyên nhân của quá trình đồng thời làm cơ sở để tìm ra phương pháp nhằm tăng thêm độ bền kéo của vật liệu PC. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Một trong những thành tựu quan trọng nhất của tiến bộ khoa học kỹ thuật là sự phát triển mạnh mẽ của ngành vật liệu polymer, các nhà sản xuất đã đưa ra thị trường nhiều chủng loại chất dẻo với các tính chất hơn hẳn các loại vật liệu khác đó là nhẹ, bền, đẹp, dễ gia công, Bên cạnh đó, trên thế giới nhu cầu sử dụng chất dẻo trong kỹ thuật cũng như dân dụng ngày càng tăng, nhiều sản phẩm được sản xuất từ vật liệu chất dẻo ngày càng đa dạng và phong phú về hình dáng, chủng loại, giá trị sử dụng của các loại sản phẩm này xâm nhập vào mọi lĩnh vực của nền kinh tế và dân dụng. -4-
21. Cùng với sự phát triển của vật liệu polymer, vật liệu polymer composite (PC) ngày nay đang chiếm một vị trí nổi trội trong các ngành công nghiệp chế tạo. Với những ưu thế như độ bền riêng cao, mô đun đàn hồi cao, khối lượng riêng nhỏ, công nghệ sản xuất đa dạng vật liệu PC đang được sử dụng rộng rãi thay thế vật liệu truyền thống để chế tạo các chi tiết máy, kết cấu máy. Với nhiều tính năng ưu việt của mình, vật liệu composite đã được sử dụng rộng rãi: Trên thế giới: Với lịch sử phát triển phong phú của mình, vật liệu composite đã được nhiều nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới biết đến. Việc nghiên cứu và áp dụng thành công vật liệu này đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng. Đại chiến thế giới thứ hai nhiều nước đã sản xuất máy bay, tàu chiến và vũ khí phục vụ cho cuộc chiến này. Cho đến nay thì vật liệu Composite polymer đã được sử dụng để chế tạo nhiều chi tiết, linh kiện chế tạo ôtô; Dựa trên những ưu thế đặc biệt như giảm trọng lượng, tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ chịu ăn mòn, giảm độ rung, tiếng ồn và tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc. Ngành hàng không vũ trụ sử dụng vật liệu này vào việc cuốn cánh máy bay, mũi máy bay và một số linh kiện, máy móc khác của các hãng như Boeing 757, 676 Airbus 310 Trong ngành công nghiệp điện tử được sử dụng để sản xuất các chi tiết, các bảng mạch và các linh kiện. Ngành công nghiệp đóng tàu, xuồng, ca nô; các ngành dân dụng như y tế (hệ thống chân, tay giả, răng giả, ghép sọ , ngành thể thao, các đồ dùng thể thao như gậy gôn, vợt tennit và các ngành dân dụng, quốc kế dân sinh khác. Tại Việt Nam: Vật liệu composite được ứng dụng hầu hết ở các ngành, các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Tính riêng nhựa dùng để sản xất vật liệu composite được tiêu thụ ở Việt Nam khoảng 5.000 tấn mỗi năm; tại Hà Nội đã có 8 đề tài nghiên cứu về composite cấp thành phố được tuyển trọn, theo đó vật liệu composite 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 composite vào trong việc ghép răng thưa, các ngành thiết bị giáo dục, bàn ghế, các giải 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 -5-