Luận văn Tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit từ nhựa nền epoxydian gia cường bằng mát dứa dại

MỤC LỤC

PHẦN 1 TỔNG QUAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1. Giới thiệu chung về vật liệu polyme compozit 1

1.1. Lịch sử phát triển.

1.2. Khái niệm,thành phần, phân loại

1.3. Tính chất và phạm vi ứng dụng.

2. Vật liệu PC trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng sợi dứa

2.1 Nhựa epoxy

2.1.1.Tổng hợp nhựa epoxy

2.1.2 Các thông số quan trọng của nhựa epoxy

2.1.3 tính chất và ứng dụng của nhựa epoxy

2.1.4 Đóng rắn nhựa epoxy

2.2 Sợi Sisal

2.2.1 Sợi tự nhiên

2.2.2 Sợi sisal:

2.2.2.1.Đặc điểm và phân loại

2.2.2.2.Thành phần,tính chất của sợi

2.2.3.Các phương pháp sử lý sợi:

2.2.3.1 Phương pháp vật lý:

2.2.3.2 Phương pháp hóa học

2.2.4. Ứng dụng của vật liệu PC sợi thực vật

3.Các phương pháp gia công vật liệu compozit:

3.1 Phương pháp lăn ép bằng tay

3.2 Phương pháp RTM

3.3 Phương pháp phun nhựa.

3.4 Phương pháp quấn sợi.

3.4 Phương pháp ép đúc

3.5 Phương pháp đúc đẩy.

PHẦN 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên liệu và hóa chất

2.1.1. Nhựa nền epoxy

2.1.2. Chất đóng rắn Epikure 207

2.1.3. Mát dứa

2.1.4. Một số tính chất khác\

2.2. Phương pháp xác định mức độ đóng rắn nhựa epoxydian

2.3. Phương pháp khảo sát độ bền bám dính sợi

2.4. Phương pháp xác định tính chất cơ học của vật liệu PC

2.5. Khảo sát khả năng chịu ẩm của vật liệu

PHẦN 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nguyên liệu đầu

3.2. Compozit từ mát dứa và nhựa epoxy Epikote 240

3.3. Khảo sát độ hút ẩm và độ suy giảm tính chất của vật liệu PC trong môi trường ẩm có độ ẩm tương đối 63%, 95% theo thời gian

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

doc72 trang | Chia sẻ: netpro | Ngày: 17/04/2013 | Lượt xem: 1874 | Lượt tải: 17download
Tóm tắt tài liệu Luận văn Tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit từ nhựa nền epoxydian gia cường bằng mát dứa dại, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ả các dạng nhựa epoxy,ngoại trừ epoxy este và epoxy vòng béo (xycloaliphatic epoxy), trong vùng nhiệt độ từ 00C đến 1500C. Mặc dù có hoạt tính cao, một vài chất đóng rắn amin, khi đóng rắn ở nhiệt độ thấp (00C-200C) thường phải bổ sung chất xúc tiến như rượu, mercaptan, phenol, axit cacboxylic. Một số chất đóng rắn amin điển hình gồm: Polyamin mạch thẳng: Các polyamin mạch thẳng là sản phẩm phản ứng giữa amoniac và dicloetan, được sử dụng rộng rãi để đóng rắn nhựa epoxy: Đietylentriamin (DETA) H2N – CH2 – CH2 – NH – CH2 –CH2 – NH2 Trietylentetramin (TETA) H2N – (CH2)2 – NH – (CH2)2 - NH – (CH2)2 – NH2 Dietylaminopropylamin (DEAP) Polyetylenpolyamin H2N – (CH2 – CH2 – NH ) n – CH2 –CH2 – NH2 Đặc điểm của quá trình đóng rắn bằng amin mạch thẳng: Quá trình đóng rắn xảy ra rất nhanh ngay ở nhiệt độ thường và tỏa nhiệt nên chỉ có thể đưa chất đóng rắn vào nhựa epoxy ngay trước khi sử dụng: Lượng amin cho vào phải chính xác làm sao cho một nguyên tử hydro hoạt động của nhóm amin tương ứng với một nhóm epoxy, vì nếu dư hay thiếu đều ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Khi cho dư amin thì các nhóm epoxy sẽ kết hợp với các amin nay và hạn chế khả năng tạo cấu trúc không gian, và nếu thiếu amin thì cấu trúc tạo lưới cũng kém chặt chẽ. Các loại amin này độc và có tác dụng ăn mòn kim loại nên việc sử dụng chúng bị hạn chế nhiều. Nhựa sau khi đóng rắn có độ mềm dẻo không cao do sự phân bố các nhóm hoạt tính quá gần nhau dẫn tới khoảng cách của các mắt xích rất nhỏ, làm giảm độ linh động . Chất đóng rắn axit và anhydrit axit. Vật liệu chế tạo từ nhựa epoxy glyxydylete đóng rắn bằng axit , anhydrit axit có tính chất cơ học. điện, bền nhiệt cao hơn hẳn so với hệ epoxy-amin, Trong công nghệ vật liệu epoxy đóng rắn bằng axit và anhydrit axit có thể sử dụng xúc tác hoặc không xúc tác.Tùy vào điều kiện có hoặc không có xúc tác, cơ chế phản ứng đóng rắn sẽ khác nhau. + Phản ứng đóng rắn không có xúc tác: Khi đóng rắn nhựa epoxy bằng axit polycacbonxylic, có thể xảy ra các phản ứng [ 14.15]: Anhydrit axit phản ứng với nhựa epoxy theo hai giai đoạn. Đầu tiên, nhóm hydroxyl của nhựa epoxy mở vòng anhydrit axit tạo thành este axit: Sau khi nhóm cacboxyl mới sinh sẽ phản ứng với nhóm epoxy tạo ra hợp chất dieste: Nhóm hydroxyl tạo thành từ phản ứng (18) lại mở vòng anhydrit axit, tạo nên nhóm axit mới và phản ứng tiếp với nhựa epoxy ở chu kỳ tiếp theo. + Phản ứng đóng rắn có xúc tác: _Xúc tác bazo: Phản ứng đóng rắn có xúc tác bazo (B) là dãy tuần hoàn mà trong một chu kỳ gồm các phản ứng (19), (20), (21) và tác nhân phản ứng là anion cacboxylat: Với chất đóng rắn là axit polycacboxylic, xúc tác bazo thường là hydroxyt kim loại, còn đối với anhydrit axit thì xúc tác bazo là amin bậc 3 và imidazol. _Xúc tác axit: BF3 và các axit Lewis khác có khả năng xúc tiến phản ứng giữa anhydrit axit và epoxy. Điểm đặc biệt là phức phối trí của BF3 và anhydrit phản ứng với nhóm –OH của epoxy ưu tiên hơn so với nhóm axit: Để tăng hoạt tính của hệ epoxy-anhydrit, ngoài các xúc tác axit, bazo, còn có thể sử dụng chất pha loãng hoạt tính. Từ các phản ứng giữa anhydrit axit với nhựa epoxy nhận thấy ,trước khi phản ứng, anhydrit axit cần được mở vòng nhờ: Nhóm hydroxyl trong nhựa epoxy. Xúc tác amin bậc 3 hoặc axit Lewis. Đặc biệt, ở trường hợp đầu ( phản ứng không có xúc tác), ở nhiệt độ 180°C thì lại là hai chức, do đó tùy thuộc vào chế độ nhiệt mà tính lượng chất đóng rắn cho phù hợp. Công thức tính lượng chất đóng rắn axit, anhydrit axit như sau: X = Trong đó : X- lượng chất đóng rắn cho 100 gam nhựa epoxy, g. M- khối lượng nhóm epoxy, %. K- hệ số thực nghiệm , 0,85 ÷ 1,2. Một số chất đóng rắn loại anhydrit axit và xúc tác: Có rất nhiều chất đóng rắn loại anhydrit axit, trong đó một số chất đóng rắn điển hình là ; [15,25]. AP là chất rắn (t°nc=128°C), rẻ tiền, dễ thăng hoa ở nhiệt độ cao và khó hòa tan trong nhựa epoxy. Do đó AP được trộn hợp vào nhựa epoxy ở 120°C đến khi tan hoàn toàn thì hạ nhiệt độ và duy trì ở 60°C để tránh kết tủa AP. Tổ hợp nhựa epoxy-AP có thể đóng rắn không có xúc tác ở 120°C - 130°C trong 14-16 giờ, được sử dụng để chế tạo vật liệu đúc cách điện. II.1.4.2. đóng rắn nhờ tác dụng xúc tác. Ngoài phản ứng cộng hợp với các chất đóng rắn có nguyên tử hydro linh động để tạo ra các polyme liên kết mạng như mô tả ở phẩn trên, nhựa epoxy còn tham gia đóng rắn kiểu trùng hợp xúc tác. Do vòng epoxy có sức căng lớn nên nhựa epoxy có sức căng lớn, nhựa epoxy có thể tham gia phản ứng trùng hợp ion,khơi mào bởi các chất xúc tác mở vòng epoxy. Xúc tác cho phản ứng trùng hợp nhựa epoxy thường dùng là các axit, bazo Lewis, các xúc tác phức và đặc biệt là các chất nhạy quang có thể khởi đầu trùng hợp khi tiếp nhận năng lượng ánh sáng. Mặc dù axit và bazo Lewis là xúc tác cho phản ứng trùng hợp cation và anion tương ứng, có cơ chế khởi đầu và phát triển mạch khác nhau, song đều tạo ra cấu trúc polyme trong nhựa epoxy sau khi đóng rắn. II.2 Sợi Sisal II.2.1 Sợi tự nhiên [8,9]: Tổng quan về sợi tự nhiên[9]: Sợi tổng hợp như là sợi nylon, sợi aramit, sơi thủy tinh và sợi cacbon được sử dụng rộng rãi làm chất gia cường cho vật liệu compozit nền polyme. Tuy nhiên những sợi tổng hợp này lại không có khả năng phân hủy sinh học và có giá cao làm tăng giá thành sản xuất sản phẩm. Bởi vậy, người ta ngay càng quan tâm tới khả năng thay thế hoàn toàn hoặc một phần các loại sợi tổng hợp bởi các loại sợi tự nhiên. Sợi tự nhiên có ưu điểm là có khả năng phân hủy sinh học, có giá rẻ, và có khối lượng riêng thấp. Hơn thế nữa, chúng còn thể hiện đặc tính cơ lý tương đối tốt, là nguồn nguyên liệu có thể tái tạo và sản phẩm không gây mài mòn thiết bị so với sợi tổng hợp. Những ưu điểm nổi trội này đã thu hút được nhiều sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu và sản xuất vật liệu compozit nền polyme. Mặc dù có nhiều ưu điểm, song sợi thực vật không thể thay thế hoàn toàn sợi tổng hợp trong nhiều ứng dụng có những đòi hỏi cao về tính chất sản phẩm. Do bởi sợi thực vật còn một số khuyết điểm cần khắc phục đó là: độ hút ẩm lớn, tính chất cơ lý sợi thực vật không ổn định ,dễ bị phá hủy dưới tác động của thời tiết, sinh vật và thường có độ bền liên kết bề mặt sợi-nền kém đã gây hạn chế việc ứng dụng rộng rãi sợi thực vật làm chất gia cường cho vật liệu polyme compozit. Để giải quyết những vấn đề về môi trường, tìm giải pháp cho vấn đề khủng hoảng năng lượng hóa thạch (than đá, dầu mỏ) cần thiết phải tìm cách nâng cao tính chất ,mở rộng ứng dung của sợi tự nhiên. Ngày nay, đã áp dụng nhiều phương pháp để nâng cao chất lượng sợi thu được như: lựa chọn phương pháp và công đoạn sản xuất sợi. Xử lý bề mặt sợi, lai tạo giữa sợi tự nhiên và sợi tổng hợp. Nhiều sợi thực vật như xơ dừa, sợi sisal, sợi đay, sợi chuối, sợi dứa, sợi gai dầu đã có những ứng dụng làm nguyên liệu thô cho sản xuất công nghiệp. Tính chất của sợi thực vật phụ thuộc vào chủng loại sợi, môi trường trồng, tuổi của cây và phương pháp thu hoạch sợi cũng như phương pháp để xác định các tính chất đó Phân loại sợi tự nhiên[8]: Sợi tự nhiên được chia làm ba loại chính sau. Sợi thực vật ( `xenlulozo va liginxenlulozo) được lấy từ các nguồn Quả: xơ dừa…. Hạt: bông gạo, bông….. Sợi vỏ: sợi gai dầu, sợi đay, sợi cây gai…. Lá: sợi dứa, tơ chuối, cây thùa sợi, sisal… Sợi thân: hạt lúa mì, bắp, lúa mạch, yến mạch,… Sợi gỗ: bã mía, tre, lứa… ● Sợi động vật: len cừu, lông dê, long bờm ngựa, sơi tơ tằm,… ● Sợi khoáng: amiang, bruxit… Thành phần của một số loại sợi tự nhiên [8]:. Sợi Xenlulo (%) Hemixenlulozo (%) Ligin (%) Pectin (%) Nước (%) Chất sáp (%) flax 71 18.6÷20.6 2.2 2.3 8÷12 1.7 Sợi gai dầu 70÷74 17.9÷22.4 3.7÷5.7 0.9 6.2÷12 0.8 Sợi đay 61÷71.5 13.6÷20.4 12÷13 0.2 12.5÷13.7 0.5 Kevla 45÷57 21.5 8÷13 3÷5 Sisal 66÷78 10÷14 10÷14 10 10÷22 2 Sợi chuối 63÷64 10 5 10÷12 Sợi bông 85÷90 5.7 0÷1 7.85÷8.5 0.6 Sợi dứa 32÷43 0.15÷0.25 40÷50 3÷4 8 Cấu tạo tế bào sợi[8,9]: sơ đồ phác họa của tế bào sợi trên hình có thể thấy, thành tế bào chứa vài lớp cấu trúc sợi tạo thành từ các sợi mảnh. Trong thành thư nhất sợi mảnh có cấu trúc mắt lưới. Trong thành thứ hai phía ngoài (S1) nằm liền ngay thành thứ nhất thì sợi mảnh lại có cấu trúc xoắn ốc với góc nghiêng xoắn ốc bằng 400 so với chiều dọc trục sợi. Thành thứ hai phía trong có độ dốc thay đổi từ180-250 . lớp thứ thứ ba mỏng sát trong cùng nhất có cấu trúc sợi song song và bao bọc lấy Lumen. Sợi mỏng được cấu tạo từ vi sợi với chiều dày khoảng 20nm. Đến lượt mình, các vi sợi lại được cấu tạo từ các chuỗi phân tử xenlulo với chiều dày khoảng 0,7nm và chiều dài khoảng vài µm. e.Tính chất cơ lý của một số loại sợi [7]: Sợi Khối lượng riêng(g/cm3) Đường kính (µm) Độ bền kéo đứt(MPa) Mô đun đàn hồi(MPa) Độ giãn dài (%) Flax 1.5 400÷600 345÷1500 7.6 2.7÷3.2 Sợi gai dầu 1.45 25÷500 690 70 1.6 Sợi đay 1.3÷1.49 25÷200 393÷800 13÷26.5 1.16÷1.5 Kevla 930 53 1.6 Sisal 1.45 50÷200 468÷700 9,4÷22 3÷7 Sợi chuối 430÷760 Sợi bông 1.5÷1.6 15÷38 287÷800 5.5÷12.6 7÷8 Sợi dứa 1.5÷1.46 100÷460 131÷220 4÷6 15÷40 II.2.2 Sợi sisal: II.2.2.1.Đặc điểm và phân loại [8,9,10,11]: Sợi sisal được thu nhận từ lá cây Agave sisalana có nguồn gốc từ Mexico và hiện nay nó được trồng rộng rãi ở các vùng như: Đông Phi, Brazil, Haiti, Ấn độ và Indonexia. ở Việt Nam. Nó được trồng rộng rãi,chủ yếu phân bố ở các tỉnh miền trung và nam bộ. Sợi sisal được xếp vào nhóm “ sợi cứng” có độ bền lớn hơn hai lần sợi chuối abaca. Cây sisal là cây có một thân mà các lá đâm ra từ thân nó. Cây có thân cao khoảng 1,2m, đường kính thân khoảng 20cm. Lá cây có hình lưỡi giáo mọc ra từ thân theo một hình hoa thị râm rạp; lá cây dày và cứng. Có màu từ xám tới xanh đen, mỗi lá rộng khoảng 0,8-1,5 m, ở cuối lá rộng 7,6 cm, ở vị trí rộng nhất tren lá rộng 10-16 cm, còn ở phần đỉnh lá thì chỉ còn như một gai nhọn. Cây sisal trưởng thành sau khi trồng từ 4 đến 8 năm, từ thân cây mọc ra một thân hoa khi đó chiều cao cây có thể đạt từ 4 đến 6 mét. Hoa sisal có màu vàng dài khoảng 6cm, mọc thành cụm dày ở đầu của thân hoa, có mùi hương không dễ chịu lắm. Khi hoa bắt đầu héo đi các chòi non đâm ra từ cuống hoa, khi đó thân hoa phát triển thành cây nhỏ và tạo rễ dưới mặt đất. Các cây chết đi khi hoa đã nảy chồi. Sisal có mặt ở các vùng mà nhiệt độ khoảng và lượng mưa hàng năm khoảng , chúng thích nghi tốt với các vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, chịu được khô hạn kéo dài và nhiệt độ cao. Các cây non được nhân giống từ rễ dưới mặt đất của các cây trưởng thành. Các rễ này được giữ trong vườn ươm từ 12-18 tháng đầu tiên, đến đầu mùa mưa các cây non được đưa đến cánh đồng để trồng với khoảng cách các cây la 1-2 m. thu hoạch sợi [10,11]. Sợi sisal được thu hoach thủ công bằng tay hay có sự hỗ trợ bằng máy xay. Sợi được thu hoạch từ lá bằng các cách khác nhau như: giầm lá để tách sợi,nạo lớp vỏ biểu bì để lấy sợi hoặc trước khi nạo có thể dầm nát để quá trình nạo được dễ dàng hơn. ở một vài nơi người ta còn sử dụng máy tách sợi, máy này thực chất là một may xay dùng để nạo hết lớp biểu bì để thu hồi sợi. Cây sisal có thời gian thu hoạch ngắn. một cây sisal tốt có thể thu hoạch được khoảng 200 lá với mỗi lá chứa khoang 4% khối lượng sợi, 0,75% biểu bì, 8% các chất khô khác và 87,25% là nước. do vậy, một lá trung bình có trọng lượng khoảng 600g thì sẽ thu được khoảng 3% khối lượng sợi tương ứng mỗi lá chứa khoảng 1000 sợi. đường kinh sợi thu được dao động từ 100 µm -300 µm. Vai trò, ứng dụng của sợi sisal. Từ xa xưa con người đã biết thu hái và sử dụng sợi sisal cho nhiều mục đích khác nhau. Những người thổ dân da đỏ Maya đã sử dụng sợi sisal để làm ra nhiều sản phẩm phục vụ đời sống và sản xuất. từ sợi sisal họ sử dụng để bện dây thừng, chão, dây bện đôi, thảm, lưới đánh cá và cả quần áo mặc. ngày nay, sợi sisal còn được dùng để làm bao tay,túi xách, các sản phẩm mỹ nghệ đa dạng. Tuy nhiên, việc sử dụng sợi sisal cho các mục đích sản xuất hàng gia dụng không mang lại hiệu quả kinh tế cao. Ngày càng cớ nhiều sự quan tâm cho việc sử dụng sợi sisal vào mục đích làm nguyên liệu cho công nghiệp, tiêu biểu là chất gia cường cho vật liệu compozit. Sợi dứa sử dụng trong công nghiệp có ba loại: Sợi có chất lượng thấp sử dụng cho công nghiệp giấy vì nó có hàm lượng xenlulo va hemixenlulo cao. Sợi có chất lượng trung binh được dùng để bện thừng, bện dây buộc kiện hàng và sợi bện dùng trong hàng hải, nông nghiệp và công nghiệp nói chung. Sợi có chất lượng cao sau khi xử lý được gia công thành các sợi nhỏ sử dụng trong công nghệ dệt thảm; ngoài ra sợi còn được sử dụng làm chiếu không dệt, bàn chải. Một vài sản phẩm sản xuất trực tiếp từ sợi dứa: II.2.2.2.Thành phần,tính chất của sợi[9]: a/Thành phần hóa học của sợi: Thành phần hóa hoc của dứa bao gồm xenlulo, hemixenlulo, lignin, pectin và một lượng nhỏ chất sáp và chất béo Thành phần hóa học của sợi dứa thay đổi tùy theo điều kiện sinh hóa, thổ nhưỡng nơi trồng và tuổi của cây. Thành phần hóa học của sợi dứa được cho như sau: Thµnh phÇn Hµm l­îng (%) Xenlulo 65,8 Hemi-xenlulo 12,0 Pectin 0,8 Lignin 9,9 ChÊt hßa tan 1,2 ChÊt s¸p 0,3 N­íc 10,0 Hàm lượng các chất vô cơ. Hàm lượng các chất vô cơ trong một loại thực vật được quy về hàm lượng tro, nó được đo xấp xỉ bằng lượng muối khoáng và các chất vô cơ khác trong sợi sau khi nung ở nhiệt độ 5000C. hàm lượng các chất vô cơ có thể khá cao trong các loại thực vật chứa nhiều silica. Các cation thường gặp trong thành phần của tro la K+, Na+, Mg++, Ca++ và các anion của các axit sùnuric, clohydric, photphoric, silic. Thành phần tan trong nước. Các chất tan trong nước chủ yếu là tinh bột, muối vô cơ, chất màu, tanit. b/ Tính chất của sợi. Nhìn chung, độ bền và độ cứng của sợi phụ thuộc vào hàm lượng xenlulo và góc nghiêng xoắn (góc tạo bởi vi sợi của thành thứ 2 phía trong với trục của sợi). cấu trúc vá tính chất của sợi lại phụ thuộc vào nguồn khai thác tuổi của cây. Tính chất kéo của sợi dứa không đồng nhất trên toàn bộ chiều dài sợi, phần gốc thường có độ bền và modun kéo nhỏ nhưng độ dai va đập tốt. sợi trở nên bền và cứng hơn ở phần giữa, khi đến phần đầu lại thể hiện tính chất trung bình. Bảng 6: tính chất của sợi dứa. Khèi l­îng riªng (Kg.m-3) Hµm l­îng Èm(%) §é bÒn kÐo(MPa) Modun kÐo(GPa) §é d·n dµi max(%) §­êng kÝnh sîi(µm) 1450 11 604 9,4-15,8 - 50-200 1450 - 530-640 9,4-22 3-7 50-300 1450 - 450-700 7-13 4-9 - B¶ng 6: TÝnh chÊt cña sîi sisal. II,2.3.Các phương pháp sử lý sợi: II.2.3.1 Phương pháp vật lý: Phương pháp plasma lạnh : Khi vật liệu là đối tượng xử lý plasma, phản ứng quan trọng dựa trên hóa học gốc tự do, Plasma, đặc biệt là plasma phát sáng có hiệu quả ở việc tạo ra mật độ cao gốc tự do bằng cách phân tách phân tử thành electron qua quá trình quang hóa và va chạm. Ưu điểm: các liên kết ngang trên bề mặt sợi được đưa ra, năng lượng bề mặt của sợi có thể được tăng hoặc giảm, các gốc hoăc nhóm hoạt động có thể được tạo thành. Phương pháp phóng điện corona: Xử lý bằng nhóm phóng điện corona là một kỹ thuật hay nhất để hoạt hóa oxy hóa bề mặt. đặc điểm của quá trình này cũng giống như sự phát sáng của dây tóc bóng đèn kéo dài từ một bóng đèn electron cao áp đến nền. quá trình này làm thay đổi năng lượng bề mặt của sợi dứa. II.2.3.2 Phương pháp hóa học: Xử lý kiềm [13]: Xử lý kiềm là phương pháp xử lý sợi phổ biến nhất cho sợi dứa nói riêng và sợi thực vật nói chung. Do bởi, phương pháp xử lý kiềm có nhiều ưu điểm nổi bật như: tiến hành đơn giản, rẻ tiền, không yêu cầu trang thiết bị và hiệu quả tương đối cao. Xử lý kiềm nhằm hòa tan các phần vô định hình như lignin, các axit béo, hemixenlulo, tao cho bề mặt sợi có độ thô ráp, giảm các bó xoắn và tăng các phân tử được định hướng vì vậy làm tăng khả năng bám dính của sợi và nhựa nền. ngoài ra, xử lý kiềm còn làm tăng một vài tính cơ lý và hóa học của sợi . Sử dụng chất liên kết hóa học [9]: Người ta thường sử dụng chất liên kết là các hợp chất silan. Có hai hợp chất silan khác nhau được sử dụng là tác nhân liên kết để biến tính bề mặt sợi dứa: 3-amino propyl trietoxy silane (silan-1) H2N(-CH2)3Si(-OC2H5)3 Metacryloxy propyl silane (silan-2) CH3C(CH2)COO(CH2)3Si(OCH3)3 trước khi sử dụng chúng được pha loãng tới nồng độ 6% bằng axeton. Sợi dứa được ngâm trong dung dịch silan trong vòng 24h, sau đó được rửa sạch bằng axeton và làm khô ở nhiệt độ 600C trong 4h nhằm loại bỏ hoàn toàn dung môi thừa khi có mặt hơi ẩm silan-1 và silan -2 phản ứng với H2O tạo thành silanol và alcol. H2N(-CH2)3Si(-OC2H5)3 + 3H2O = H2N(-CH2)3Si(OH)3+3C2H5OH CH3C(CH2)COO(CH2)3Si(OCH3)3 + 3H2O = CH3C(CH2)COO(CH2)3Si(OH)3 +3C2H5OH Hợp chất silanol phản ứng với các nhóm hydroxyl và tấn công vào các đơn vị Gluco, G, của phân tử xenlulo tại thành sợi. Bằng cách đó nó tạo liên kết với thành sợi và giải phóng H2O. H2N(-CH2)3Si(OH)3 + GOH = H2N(-CH2)3Si(OH)2 OG + H2O CH3C(CH2)COO(CH2)3Si(OH)3 + GOH = CH3C(CH2)COO(CH2)3Si(OH)2OG + H2O Khi kết hợp với nền nhựa, các nhóm hoạt động khác của phân tử silan như NH2 và C=C sẽ phản ứng với các nhóm thích hợp của nền nhựa. Vì vậy liên kết hóa học được hình thành giữa sợi dứa nền nhựa và các tác nhân liên kết. Tính chất bề mặt liên kết được tăng lên nhờ kết quả của liên kết hóa học. Xử lý với triazin [9]: Dẫn xuất của triazin tạo thành liên kết đồng hóa trị với sợi xenlulo theosơ đồ sau: Độ hút ẩm của compozit giảm xuống vì những nguyên nhân sau: Giảm số nhóm hydroxyl sẽ hút ẩm trong xenlulo. Giảm độ ưa nước của bề mặt sợi. Kiềm chế sự trương nở của sợi bằng cách tạo mạng lưới liên kết đồng hóa trị giữa nền polyme và sợi. Axetyl hóa [9]: Axetyl hóa cũng được sử dụng khá phổ biến cho xử lý các sợi thực vật, nhằm nâng cao độ ổn định kích thước và độ phân hủy môi trường. có hai loại phương án để tiến hành axetyl hóa: Axetyl hóa với xúc tác axit: Axetyl hóa không có xúc tác axit: Benzoylclo hóa [10]: Do axit axetic không phản ứng triệt để với xenlulo nên anhydrit axetic được sử dụng để thay thế. Tuy nhiên, anhydrit axetic không phải là tác nhân làm trương xenlulo tốt nên để xúc tiến phản ứng,đầu tiên ngâm sợi dứa trong axit axetic rồi sau đó xử lý với anhydrit axetic ở nhiệt độ cao hơn trong khoảng từ 1h-3h. Phương pháp được sử dụng để ghép nhóm benzoyl bề mặt sợi Hình dưới đây mô tả sự giảm độ phân cực của sợi thông qua giảm số nhom OH trên bề mặt sợi: Sử dụng chất oxyhoa: Kali pemanganat và dicunyl peoxit (DCP) đã được lựa chọn làm tác nhân oxy hóa để xử lý bề mặt sợi. Đối với xử lý pemanganat thì sợi dứa được ngâm trong dung dịch axeton pemanganat 0,055% trong 2 phút, sau đó rửa sạch bằng axeton, làm khô ở 60oC trong vòng 4h để loại bỏ dung môi thừa. Đối với xử lý bằng DCP thì sợi dứa được ngâm trong dung dịch axeton DCP 6% trong thời gian 1,5h, sau đó rửa sạch bằng axeton. Quá trình làm khô được thực hiện giống với xử lý pemanganat. Chú ý, tất cả các sợi trước khi đem xử lý phải sấy trước ở 120oC để loại bỏ hơi ẩm và được cất trong túi plastic trước khi mang ra sử dụng. II.3. Ứng dụng của vật liệu PC sợi thực vật :[8,9]. Với những ưu điểm so với sợi thủy tinh như độ bền riêng cao, giá thành thấp, nguồn nguyên liệu dồi dào và có khả năng phân hủy sinh học trong những điều kiện xác định Vật liệu compozit gia cường bằng sợi thực vật còn được biết đến với cái tên khác như “compozit sạch” bởi sự thân thiện với môi trường. Vật liệu PC có nền polyme nhiệt dẻo gia cường bằng sợi thực vật được ứng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp trên thế giới. chúng được chế tạo dưới dạng các tấm mỏng, tấm mát… tùy thuộc vào lĩnh vực sử dụng Vật liệu PC gia cường bằng sợi dứa được ứng dụng chủ yếu trong các lĩnh vực sau: Trong xây dựng: tấm compozit dứa dùng để lát sàn, panel. Các vách ngăn, cửa chính, cửa sổ… Trong giao thông: cầu, thuyền, bè, thân xe oto… Đồ gia dụng: dụng cụ nhà bếp, đồ trang trí… Hiện nay,trong nghành công nghiệp oto, vật liệu copozit gia cường bằng sợi thực vật được xem là giải pháp nhằm thay thế cho một số vật liệu truyền thống với mục đích giảm trọng lượng xe cũng như giảm mức tiêu thụ năng lượng. Vật liệu PC gia cường bằng sợi thực vật có sự kết hợp các tính chất cơ học tốt của các cấu tử, và có tỷ trọng thấp. do mức độ hấp thụ ẩm cao, khả năng bám dịnh với nhựa nền kém, tính chất cơ học thấp sợi thực vật có thể làm giảm độ bền và tuổi thọ sản phẩm. để khắc phục những nhược điểm trên người ta đã tiến hành xử lý hóa học nhằm tăng tính chất bề mặt sợi và phát triển các phương pháp gia công để sản xuất ra PC sợi thực vật có tính chất tối ưu cho các ứng dụng tương đối khắt khe. Một trong những phương pháp đó là lai tạo giữa sợi thực vật và sợi nhân tạo. III.Các phương pháp gia công vật liệu compozit: Tùy theo yêu cầu sử dụng,tính chất của sản phậm mà việc chế tạo vật liệu PC đòi hỏi phải có công thức pha chế cũng như công nghê chế tạo thích hợp. III.1 Phương pháp lăn ép bằng tay [3,6]. Vải được đặt lên khuôn tạo hình,có thể là khuôn âm hoặc khuôn dương sau đó đổ nhựa lên,phân bố nhưa cho thấm vào sợi gia cường bằng dao bả, rulo hoặc chổi lông.Quá trình cứ tiến hành như vậy cho đến khi đạt chiều dài yêu cầu. Đặc điểm của phương pháp:có thể đóng rắn ở nhiệt độ thường hoặc trong lò sấy tùy hệ nhựa,có khả năng tạo độ dày tùy ý dễ dàng,là phương pháp thủ công rẻ tiền đối với số lượng vật phẩm ít,không đòi hỏi thiết bị phức tạp . III.2 Phương pháp RTM. RTM là một phương pháp phun nhựa ,thiết bị giống như đúc phun.Các chất gia cường:sợi ,vải,mát...được cắt rồi đặt vào khuôn mở.Sau khi đặt xong đóng khuôn lại.Nhựa và chất đóng rắn đã được trộn theo tỷ lệ nhất định được đưa vào thiết bị phun qua đầu phun đi vào khuôn.Sau khi đã phun đầy khuôn,tiến hành đóng rắn,tháo khuôn lấy sản phẩm. Ưu điểm của phương pháp này là có bề mặt đẹp ở hai mặt vật phẩm,có thể cho phép đặt lõi rỗng và các chi tiết gia cường khác,chi phí sản xuất ít.ít độc hai. III.3 Phương pháp phun nhựa. Nhựa và chất đóng rắn,chất khơi mào...được trộn hợp trong súng phun sau đó dược phun qua một ống vào khuôn.Đồng thời sợi tăng cường được cắt ngắn và rơi vào dòng nhựa ra tờ súng phun.Sợi được thấm ướt bằng nhựa lên bề mặt khuôn.Bề mặt vật liệu có thể được làm phẳng bằng các dụng cụ tương tợ phương pháp lăn ép bằng tay. Đăc điểm của phương pháp phun nhựa:hạn chế chiều dài sợi,chiều dài sợi trung bình khoảng 80mm;Phương pháp này không cần áp suất nên khuôn có thể làm từ nhiều vật liệu,thích hợp chế tạo sản phẩm cỡ lơn. III.4 Phương pháp quấn sợi. Sợi được cuốn tờ giá để cuộn qua bể nhúng được trải nhựa,làm cho nhựa thấm tốt lên sợi trong một đoạn của máy cán min,sau đó được quấn lên bề mặt của khuôn. Đây là phương pháp tợ đông hóa,chủ yếu chế tạo các vật có kích thước lớn. III.4 Phương pháp ép đúc. Đây là một phương pháp gia công có áp lực,thường áp dụng đóng rắn nóng. Nhựa và vật liệu tăng cường được trộn,tẩm đều _dạng bán thành phẩm được cắt và đưa vào khuôn,ép với một áp lực nhất định.Đồng thời gia nhiệt để đóng rắn sản phẩm.Kết thúc quá trình đong rắn hạ nhiệt đọ ròi tháo sản phẩm. Phương pháp này thích hợp để sản xuất sản phẩm lớn.phẳng có tính chất cơ học tốt hơn khi gia công không cò áp lực III.5 Phương pháp đúc đẩy. Ở phương pháp này sợi được kéo từ các cuộn sợi qua một bể nhựa đã trộn hợp với các chất đóng rắn và phụ gia khác và được kéo qua lõi(khuôn) gia nhiệt.Lực kéo được tạo bởi một thiết bị kéo đặt ở phía sau khuôn. Sản phẩm compozit được tạo hình trong khuôn nhựa được đóng rắn một phần hoặc hoàn toàn khi qua lõi tạo hình. Đúc đảy là một phương pháp chế tạo có giá thành thấp,đặc biệt phù hợp vợi compozit kỹ thuật. PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu và hóa chất: 2.1.1. Nhựa nền epoxy: Nhựa epoxydian EPIKOTE 207 của hãng EPON chemical với một số tính chất đặc trưng như sau: - Hàm lượng nhóm epoxy (mmol/kg): 5100-5400 theo SMS2026 - Đương lượng gam epoxy (g/eg): 185-196 - Độ nhớt ở 25oC (Pa.s): 0.7-1.1 ~ ASTM D445 - Màu sắc (platinum cobalt): 200max ~ ASRM D1209 - Khối lượng riêng (kg/l): 1.12 ~ ASTM D4052 - Điểm chảy (PMCC) (oC): >150 ~ ASTM D93 2.1.2. Chất đóng rắn Epikure 207 (Cycloaliphatic amin) Epikure 207 của hãng EPON cung cấp với một số tính chất đặc trưng sau: - Hàm lượng nguyên tử nitro %m/m 7.0-9.0 theo ASTM D2896 - Đương lượng hidro nguyên tử (g): 93 - Độ nhớt ở 25oC (Pa.s): 0.35-0.55 ~ ASTM D445 - Khối lượng riêng (kg/l): 1.01 ~ SMS 2390 - Điểm chảy (PMCC) (oC): 102 ~ ASTM D93 - Màu sắc (platinum cobalt): 2max ~ ASTM D1544 2.1.3. Mát dứa. Sợi dứa dại được lấy từ tỉnh Ninh Thuận – Việt Nam. Mát dứa được chế tạo theo các bước sau: +Bước 1: các bó sợi được đập sạch bụi bẩn và nhặt các vỏ biểu bì còn sót lại trong quá trình sản xuất sợi. +Bước 2: Các bó sợi được cắt ra thành các đoạn nhỏ có chiều dài là 2cm; 5cm; 7cm. Sợi sau khi cắt được nhặt tơi trước khi đem xử lý kiềm nhằm làm cho quá trình xử lý kiềm được đồng đều trong toàn bộ khối sợi. +Bước 3: Sợi được đem xử lý bằng kiềm KOH có nồng độ 0,1N trong vòng 72 giờ, ở nhiệt độ phòng. Lượng dung dịch kiềm cần đổ ngập lượng sợi xử lý khoảng 5cm. +Bước 4: Sợi sau khi xử lý kiềm được đem r

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docNghiên cứu vật liệu polymer compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng sợi sisal.doc