Đề tài Phương pháp gia công tấm mat sợi xơ dừa

MỤC LỤC

 

 

Chương 1: Giới Thiệu Chung 1

Chương 2: Lược Khảo Tài Liệu 3

2.1. Tổng quan về nhựa polyester không no và sợi xơ dừa 3

2.1.1. Polyester không no 3

2.1.1.1. Giới thiệu 4

2.1.1.2. Đặc tính của nhựa polyester không no 4

2.1.1.3. Ưu nhược điểm của polyester không no 5

2.1.2. Sợi xơ dừa 5

2.1.2.1. Giới thiệu 5

2.1.2.2. Một số đặc tính của sợi xơ dừa 6

2.1.2.3. Các phương pháp tách sợi xơ dừa 7

2.2. Chất đóng rắn Benzoyl peroxide (BPO) 12

2.2.1. Giới thiệu 12

2.2.2. Cơ chế đóng rắn của BPO 13

2.2.3. Ưu nhược điểm của BPO 14

2.3. Các dạng preform từ xơ dừa 15

2.3.1. Một số dạng perform sẵn có 15

2.3.2. Tấm mat từ xơ dừa 16

Chương 3: Mục Đích Và Phương Pháp 18

3.1. Mục đích 18

3.2. Phương pháp 18

Chương 4: Thực Nghiệm 20

4.1. Chuẩn bị vật liệu cốt 20

4.1.1. Cốt xơ dừa đẳng phương 20

4.1.2. Cốt sợi thảm xơ dừa 20

4.1.3. Cốt tấm mat xơ dừa 21

4.2. Gia công vật liệu composite 24

4.2.1. Phương pháp đúc chuyển nhựa RTM (Resin Transfer Moulding)

26

4.2.1.1. Giới thiệu 26

4.2.1.2. Gia công composite bằng phương pháp RTM tại Khoa Công Nghệ

27

4.2.2. Công nghệ đắp tay ( Hand Lay Up) 31

4.2.2.1. Giới thiệu 31

4.2.2.2. Gia công composite bằng phương pháp đắp tay 31

4.3. Kiểm tra cơ tính composite 33

4.3.1. Thí nghiệm kéo 33

4.3.2. Thí nghiệm uốn 34

Chương 5: Kết Quả Và Bàn Luận 36

5.1. Kết quả thí nghiệm 36

5.1.1. Ảnh hưởng của việc tách sợi đến cơ tính của vật liệu composite 36

5.1.1.1. Mođun đàn hồi 36

5.1.1.2. Độ bền kéo 37

5.1.1.3. Độ bền uốn ngang 39

5.1.1.4. Độ bền va đập 40

5.1.2. Ảnh hưởng của các dạng sợi khác nhau 41

5.1.2.1. Module đàn hồi 41

5.1.2.2. Độ bền kéo 43

5.1.2.3. Độ bền uốn ngang 44

5.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ sợi xơ dừa đối với cơ tính vật liệu composite cốt sợi thủy tinh 45

5.2. Bàn luận 47

Chương 6: Kết Luận Và Kiến Nghị 49

6.1. Kết luận 49

6.2. Kiến nghị 49

Tài Liệu Tham Khảo 50

Phụ Lục i

 

 

 

doc73 trang | Chia sẻ: netpro | Lượt xem: 3932 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Phương pháp gia công tấm mat sợi xơ dừa, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
sự ảnh hưởng của việc tách sợi đến độ bền composite tách sợi bằng tay và bằng máy. Tấm mat xơ dừa với ưu điểm mỏng, dễ sử dụng, dễ theo hình dạng khuôn đã khắc phục nhược điểm của các dạng preform khác từ xơ dừa mà ta đã biết. Do đó, một nhiệm vụ khác của đề tài chính là việc tìm ra phương pháp gia công tấm mat xơ dừa. Đồng thời với việc tạo ra được các tấm mat sợi xơ dừa, ta cũng khảo sát đánh giá khả năng thay thế của tấm mat sợi xơ dừa với tấm mat sợi thủy tinh. Từ kết quả này ta có thể xác định được bao nhiêu phần trăm sợi xơ dừa được độn vào sợi thủy tinh mà đảm bảo cơ tính của vật liệu không thay đổi nhiều. Từ đó có thể đưa ra khuyến cáo đối với những nhà sản xuất composite vì chúng có giá trị kinh tế cao. Ngoài ra, đề tài cũng đánh giá độ bền của composite được gia cường bởi các dạng sợi khác nhau như sợi đồng phương, sợi đan thảm và sợi ngẫu nhiên (tấm mat sợi xơ dừa). Từ đó ta có thể rút ra độ bền của từng loại vật liệu và ứng dụng chúng khảo sát khả năng gia công của tấm mat xơ dừa trong những lĩnh vực đòi hỏi độ bền tương ứng như trên. 3.2. Phương pháp Ta lựa chọn các kết quả cho giá trị độ bền cao của tác giả Lê Anh Phương, đồng thời ta đem các mẫu xơ dừa được tách bằng máy xử lý NaOH giống như đề tài trước ở các mức xử lý 3% - 4ngày, 3% -1ngày,5% -2 ngày và không xử lý. Sau đó ta thử thí nghiệm kéo, uốn và va đập để so sánh độ bền của chúng với nhau. Từ đó đánh giá xem việc tách sợi bằng máy có ảnh hưởng nhiều đến cơ tính của vật liệu hay không? Đối với phương pháp gia công tấm mat ta sẽ sử dụng các sợi chỉ xơ dừa rối và phân bố chúng bằng tay đều trong khuôn. Sau đó ta sẽ đem các sợi đã phân bố này vào máy ép nóng, nhờ lực ép và nhiệt độ làm việc của máy ép nóng mà ta sẽ ép các sợi xơ dừa dính với nhau tạo thành tấm mat theo yêu cầu. Với việc tạo ra các tấm mat xơ dừa để sử dụng làm vật liệu gia cường, ta khảo sát khả năng thay thế sợi thủy tinh bằng cách thêm sợi xơ dừa ở các mức 6%, 12%, 18%, 24% sợi xơ dừa mà vẫn đảm bảo 30% sợi trong vật liệu composite. Ta so sánh, đánh giá khả năng thay thế sợi thủy tinh bằng thí nghiệm kéo. Đối với ảnh hưởng của hình dạng sợi, ta sẽ thực hiện thí nghiệm kéo, uốn và va đập giữa các vật liệu composite sợi đồng phương không xử lý, sợi đan thảm không xử lý và tấm mat xơ dừa không xử lý. Qua kết quả ta sẽ so sánh, đánh giá được độ bền của các vật liệu trên. Hai phương pháp gia công vật liệu composite được sử dụng trong đề tài này là phương pháp gia công khuôn kín RTM (Resin Transfer Moulding) và phương pháp gia công khuôn hở đắp tay (hand-lay up). + Công việc trước tiên khi thao tác với máy RTM là ta phải vệ sinh khuôn (làm bóng hai bề mặt khuôn) bằng wax. Kế đến ta đặt sợi gia cường vào trong khuôn và tiến hành đóng khuôn siết chặt bằng các bulông. Sau đó ta bơm nhựa vào khuôn, gia nhiệt. Sau cùng tiến hành tháo khuôn ta sẽ được sản phẩm composite. + Đối với phương pháp đắp tay trước tiên ta quét phủ một lớp gelcoat lên khuôn bằng cọ mềm. Kế đến ta trải vật liệu cốt lên bề mặt khuôn đã phủ gelcoat. Quét thấm ướt nhựa đã hòa xúc tác lên vật liệu cốt, đồng thời lăn ép bằng các con lăn bông để liên kết chúng lại với nhau. Trải một lớp vật liệu kế tiếp lên khuôn và tiếp tục lăn ép cho đến khi đạt chiều dày vật liệu như mong muốn thì ngưng. Sau khi nhựa đã đóng rắn thì ta tách sản phẩm ra khỏi khuôn. CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM 4.1. Chuẩn bị vật liệu cốt 4.1.1. Cốt xơ dừa đẳng phương: Nguyên liệu sợi xơ dừa sử dụng trong thí nghiệm này là sợi xơ dừa được tách bằng máy ở các xí nghiệp sản xuất xơ dừa ở Bến Tre. Để đảm bảo cho vật liệu composite chứa 30% sợi thì ta cần khoảng 100 g cho ½ khuôn. Như vậy khối lượng sợi xơ dừa cần đem đi xử lý với xút khoảng 150 g cho mỗi loại. Xơ dừa được ngâm trong các thau nhựa với các mức nồng độ NaOH là 3% và 5% về khối lượng và các mức thời gian là 1 ngày,2 ngày và 4 ngày. Sau khi xử lý với NaOH xong ta đem sấy các mẫu xơ dừa này trong tủ sấy khoảng 800C trong vòng 1 ngày đêm. Sợi xơ dừa sau khi sấy sẽ khô cứng, dính vào nhau và tương đối dài nên cần phải chải các xơ cho thẳng và cắt ngắn sao cho phù hợp với kích thước khuôn dễ dàng sắp xếp chúng theo một hướng nhất định. Hình 4.1 Xử lý sợi xơ dừa thẳng tách bằng máy với NaOH 4.1.2. Cốt sợi thảm xơ dừa. Nguyên liệu xơ dừa là các sợi rối được tách bằng máy, chúng đã được xe lại thành những sợi to hơn. Từ các sợi này ta đan chúng xen kẽ nhau và xếp chúng càng sít nhau càng tốt, ta sẽ tạo được các tấm thảm xơ dừa với hai chiều đan vuông góc nhau. Mỗi tấm sẽ được đan theo kích thước của ½ khuôn RTM của phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, đối với cách đan này tỉ lệ sợi giữa hai phương còn chênh lệch nhau nhiều. Do đó, cơ tính hầu như chỉ thể hiện đặc biệt ở phương nhiều sợi nhất. Hình 4.2 Sợi xơ dừa đan thảm tại phòng thí nghiệm Polymer-Composite, Khoa Công Nghệ 4.1.3. Cốt tấm mat xơ dừa. Nguyên liệu trong trường hợp này là các sợi chỉ xơ dừa dạng rối được tách bằng máy, chiều dài các sợi chỉ này trong khoảng từ….. Tấm mat xơ dừa bao gồm các sợi chỉ rối xơ dừa được phân bố đồng đều ở mọi phương và ta chủ động sử dụng lực ép để ép các sợi chỉ rối này dính lại với nhau. Tấm mat khi này có bề dày rất mỏng, chúng có dạng giống như các tấm mat sợi thủy tinh. Để thực hiện một tấm mat xơ dừa, hai yếu tố quan trọng cần phải đạt được là làm sao để rãi đồng đều xơ dừa lên khuôn và làm sao để kết dính các sợi này với nhau. Với phát hiện này khả năng ứng dụng tấm mat sợi xơ dừa trong lĩnh vực composite là rất cao và có thể được dùng để thay thế cho sợi thủy tinh. Đồng thời với nhu cầu phát triển composite như hiện nay người ta sẽ nghĩ đến hướng phải tạo ra số lượng tấm mat nhiều hơn hay nói cách khác chúng sẽ được sản xuất trên quy mô công nghiệp. Vấn đề trên bước đầu đã được thực hiện bằng cách ngâm các chỉ xơ dừa trong nước để chúng phân tán đều ra trong nước. Sau đó, sẽ vớt chúng ra khỏi nước và đem phơi ở ngoài trời cho ráo nước và đưa vào máy ép nóng để ép thành các tấm mat xơ dừa. Tuy nhiên, phương pháp này mất rất nhiều thời gian thực hiện vì phải trãi qua nhiều công đoạn như ngâm nước, phơi… Một cách khác để có thể phân bố chỉ xơ dừa trong phòng thí nghiệm là phân bố một khối lượng nhất định bằng tay vào trong khuôn có sẵn. Sau đó, ta đem mẫu đã phân bố ép trong máy ép nóng ta cũng tạo được tấm mat hoàn chỉnh, chúng không khác gì nhiều so với phương pháp đã nói ở trên. Phương pháp này tiết kiệm được rất nhiều thời gian và khắc phục được nhược điểm đối với phương pháp trên. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi sự kiên trì, khéo léo của người lao động để có thể phân bố các sợi xơ dừa một cách đều đặn. Hình 4.3 Sợi xơ dừa rối được phân bố trong khung Một yếu tố quan trọng hơn là làm sao để có thể kết dính các chỉ xơ dừa lại với nhau. Thiết bị mà ta sử dụng để ép tạo tấm mat xơ dừa là thiết bị ép nóng PANSTONE của Đài Loan. Hai thông số đáng lưu ý trong quá trình ép đó là nhiệt độ và áp suất để ép tạo các tấm mat. Như vậy, ở nhiệt độ và áp suất bao nhiêu là phù hợp để ta có thể tạo ra các tấm mat xơ dừa đạt yêu cầu sử dụng và đảm bảo được tuổi thọ của các thiết bị cơ khí. Ngoài ra, từ những thông số trên cũng có thể tạo điều kiện cho người nông dân có khả năng đầu tư công nghệ phù hợp để tạo nguồn mat xơ dừa cung cấp cho ngành công nghiệp. Hình 4.4 Máy ép nóng PANSTONE của Đài Loan Qua khảo sát việc ép chỉ xơ dừa ở các mức nhiệt độ và áp suất khác nhau từ 400C – 1600C và từ 30 kg/cm2 – 150 kg/cm2, ta rút ra được ở khoảng nhiệt độ 700C và áp lực 70 kg/cm2 là phù hợp để tạo tấm mat xơ dừa thỏa mãn những yêu cầu nêu trên. Áp lực ở đây chính là áp lực cần thiết cung cấp cho dầu để đẩy khuôn dưới của máy ép nóng lên ép chỉ xơ dừa. Qua các lần thử nghiệm với máy ép nóng ta rút ra nhận xét các chỉ xơ dừa chủ yếu liên kết được với nhau là do yếu tố áp suất nhiều hơn là yếu tố nhiệt độ. Nếu ta ép xơ dừa ở áp suất thấp và nhiệt độ cao (<2000C) thì bằng cảm quan ta có thể nhận thấy các chỉ xơ dừa không hề kết dính lẫn nhau. Đó có thể là do ở nhiệt độ cao các chất sáp trong xơ dừa chảy ra tuy nhiên chúng còn thiếu lực ép để kết dính chúng lại với nhau. Nếu ta ép ở mức áp suất cao hơn, thì các chỉ xơ dừa vẫn liên kết chặt với nhau. Có thể là do các chất sáp ở nhiệt độ tương đối thấp đã có thể chảy ra, lúc này chính lực ép cao đã làm cho chúng phân bố rộng rãi ở khắp nơi để kết dính chúng lại với nhau. Do hiểu được nguyên nhân này và qua các lần thí nghiệm đánh giá bằng cảm quan ta rút ra được mức tối tưu để ép một tấm mat xơ dừa ở nhiệt độ 700C và áp suất 70 kg/cm2. Hình 4.5 Tấm mat sợi xơ dừa 4.2. Gia công vật liệu composite. Do composite là vật liệu được chế tạo nên từ hai hay nhiều thành phần khác nhau, nên quá trình chế tạo chúng và các kết cấu từ composite là sự kết hợp của rất nhiều quá trình công nghệ khác nhau. Đặc trưng chung của công nghệ chế tạo các kết cấu-sản phẩm từ composite nền nhựa gồm những thao tác cơ bản sau: chuẩn bị vật liệu nền và cốt (bao gồm cả việc kiểm tra chất lượng và tính chất của chúng xem có phù hợp với yêu cầu kỹ thuật không, xử lý bề mặt các cốt sợi để tăng độ bền kết dính, loại bỏ các chất bẩn và tạp chất, sấy khô….), kết dính vật liệu nền và các cốt, tạo dáng kết cấu, làm đông rắn nhựa nền trong kết cấu composite, xử lý cơ khí sau cùng các sản phẩm và khâu cuối cùng là thử nghiệm, kiểm tra chất lượng. Cho đến nay đã có rất nhiều quá trình sản xuất để chế tạo các kết cấu, chi tiết từ composite nền nhựa với những hình dạng, cấu trúc và mục đích sử dụng khác nhau. Với mỗi quá trình công nghệ có những nét đặc trưng riêng, những ưu điểm và nhược điểm cũng như những khả năng tạo các kết cấu, chi tiết từ composite ở mức hạn chế (nhiệt độ, áp lực, tốc độ tạo hình dáng,…). Những giới hạn của các phương pháp công nghệ, một mặt là do khả năng có hạn của phương pháp công nghệ mà chúng ta đã chọn, mặt khác cũng do những hạn chế của máy móc, trang thiết bị. Hiện nay có rất nhiều phương pháp phổ biến để gia công vật liệu composite tùy theo yêu cầu sử dụng như phương pháp đắp tay (hand-lay up), phương pháp RTM (Resin Transfer Moulding), phương pháp phun (spray up). Bảng sau đây sẽ trình bày một số ưu nhược điểm của một số phương pháp gia công composite. Quá trình công nghệ Ưu điểm Nhược điểm 1. Phương pháp đắp tay - Tạo được sản phẩm lớn có kết cấu phức tạp. - Điều khiển được hàm lượng và chiều định hướng của sợi. - Giá thành khuôn và sản phẩm thấp. - Tốn chi phí nhân công. - Kỹ năng, kinh nghiệm của người công nhân phải cao. - Ô nhiễm môi trường do gia công khuôn hở. 2. Phương pháp RTM - Gia công khuôn kín nên hạn chế ô nhiễm môi trường. - Sản phẩm đẹp, không có đường cắt bavia. - Thời gian điền một khuôn sản phẩm nhanh. - Chi phí khuôn cao. - Muốn tăng năng suất phải gia nhiệt và dùng nhiêu khuôn. - Cần điều chỉnh tỉ lệ xúc tác chính xác. 3. Phương pháp phun - Nhựa dùng trong phương pháp này là nhựa dùng cho mục đích thông thường. - Lớp nhựa dẻo có khả năng chịu thời tiết tốt, chịu va đập mài mòn. - Ít phải dùng con lăn để khử khí. - Nhựa dùng trong kỹ thuật này phải cho vào các chất phụ gia tăng độ bám dính. - Vấn đề kết dính bề mặt khó khăn. - Kích thước của lớp nhựa dẻo không chính xác, bề dày khác nhau. Bảng 4.1 Bảng ưu-nhược điểm của một số phương pháp gia công composite thông dụng Nguồn ([16]). 4.2.1. Phương pháp đúc chuyển nhựa RTM (Resin Transfer Moulding) 4.2.1.1. Giới thiệu: RTM theo lý thuyết nghĩa là sự chuyển nhựa từ một hệ thống này đến một hệ thống khác trong khi gia công sản phẩm bằng cách đúc khuôn. Nó khắc phục được những khuyết điểm giữa phương pháp đắp tay đòi hỏi nhiều nhân công và phương pháp ép khuôn đòi hỏi nhiều chi phí. Phương pháp RTM có ba quá trình căn bản sau: (1) tạo nên những dạng preform và đặt chúng trong khuôn, (2) thấm nhựa vào các preform, và (3) đóng rắn cấu trúc composite trong khuôn. Một yêu cầu đối với các dạng preform là nó phải giữ được hình dạng trong suốt quá trình thấm nhựa. Các sợi khô có thể được trãi ra theo một hướng mong muốn và sau đó được dính lại với nhau bởi nhựa. Một vài nghiên cứu phát triển gần đây tập trung vào các dạng preform tết bím đối với phương pháp RTM. Quá trình thấm nhựa thường dùng bơm để bơm nhựa vào trong khuôn. Độ nhớt của nhựa phải đủ thấp để cho phép nhựa thấm được đều len lỏi vào giữa các vật liệu gia cường, và không đóng rắn nhanh để nhựa có đủ thời gian điền đầy khuôn. Cả nhựa polyester và epoxy đã được ứng dụng thành công trong phương pháp RTM. Quá trình đóng rắn được kèm theo nhiệt trước hoặc sau khi thấm nhựa. Thông thường bơm chân không được áp dụng đối với khuôn trong suốt quá trình thấm nhựa và đóng rắn để hỗ trợ dòng chảy của nhựa đồng thời để rút các bọt khí có trong nhựa [11]. Các ưu điểm của kỹ thuật RTM bao gồm [15]: - Giá gia công để hoàn thiện sản phẩm tương đối thấp. - Tiết kiệm nhân công. - Gia công trong khuôn kín nên hạn chế gây ô nhiễm môi trường. - Cơ tính sản phẩm cao do hạn chế được bọt khí. - Sản phẩm đẹp, hai mặt bóng láng và không có đường cắt bavia. - Thời gian điền khuôn một sản phẩm nhanh. - Tiết kiệm được nguyên vật liệu. 4.2.1.2. Gia công composite bằng phương pháp RTM tại Khoa Công Nghệ. Trên thực tế, tấm composite được gia công bởi thiết bị RTM tại Khoa Công Nghệ có nguyên tắc hoạt động như sau: - Trước hết ta cần bôi một lớp wax lên hai nửa khuôn, rồi dùng giẻ mềm (bằng sợi bông), thoa đều khắp bề mặt khuôn. - Trải các sợi xơ dừa theo hướng yêu cầu của sản phẩm, đồng thời sắp xếp các sợi thủy tinh dọc theo chiều dài và chiều rộng của khuôn để tạo điều kiện rút chân không trong quá trình thực hiện. - Sau khi trải sợi xong ta phủ lên trên một màng mỏng PET để tránh nhựa dính vào bề mặt khuôn trên bằng mica. Sau đó ta ghép hai nửa khuôn lại và siết chặt bằng các bulông tạo ra một khuôn kín. - Sau đó dùng khí nén để tạo áp lực ép nhựa đã hòa xúc tác vào khuôn. Sau khi đóng rắn thì ta tháo 2 nửa khuôn để lấy sản phẩm ra. Sợi gia cường 1. Đặt sợi gia cường vào trong khuôn 2. Đóng khuôn 3. Bơm nhựa vào khuôn 4. Tháo sản phẩm ra khỏi khuôn P Nhựa Sản phẩm Hình 4.6 Quy trình thực hiện gia công composite bằng thiết bị RTM (Nguồn [6]) Kích thước khuôn Chiều dài 500 mm Chiều rộng 300 mm Chiều dày 3/4/5 mm Nhiệt độ Tối đa 1800C Chân không Tối đa 760 mmHg Áp suất Tối đa 5 kg/cm2 Thiết bị gia nhiệt Môi chất Dầu gia nhiệt Nhiệt độ Tối đa 1800C Bảng 4.2 Các thông số kỹ thuật của thiết bị RTM tại Khoa Công Nghệ (Nguồn [6]) Thiết bị gia nhiệt Khuôn Hộp điều khiển Hình 4.7 Thiết bị gia công composite bằng phương pháp RTM tại phòng thí nghiệm polymer-composite tại Khoa Công Nghệ. Đối với việc đánh giá ảnh hưởng của việc tách sợi bằng máy, các sợi xơ dừa sau khi xử lý với NaOH xong ta cắt ngắn sợi sao cho chúng có độ dài khoảng 240 mm, đồng thời dùng lược chải để chúng tơi ra để dễ dàng phân bố chúng đều vào khuôn dưới. Do ta chỉ cần thực hiện 4 nghiệm thức nên ta bố trí cho mỗi nghiệm thức sẽ chiếm nửa khuôn dưới. Đối với việc gia công composite được gia cường bằng tấm thảm, sau khi ta đan thành một tấm thảm sợi xơ dừa, mỗi tấm sẽ có kích thước của ½ khuôn. Ta sắp xếp tấm thảm theo dạng như sau: Hình 4.8 Sợi đan thảm được sắp xếp vào trong khuôn RTM Đối với thí nghiệm thay thế sợi thủy tinh bằng sợi xơ dừa, ta tạo các tấm mat xơ dừa với khối lượng trung bình khoảng 6 (g) mỗi tấm bằng máy ép nóng. Mỗi tấm sẽ có kích thước gần với ½ khuôn, đồng thời tấm mat sợi thủy tinh cũng có kích thước giống như tấm mat xơ dừa và có khối lượng trung bình khoảng 17 (g) mỗi tấm. Mỗi tấm composite tạo ra phải đảm bảo rằng thành phần sợi luôn chiếm 30% tổng thể tích. Ta lần lượt bố trí các nghiệm thức như sau: Tấm composite 6% sợi xơ dừa = 3 tấm mat xơ dừa + 8 tấm mat thủy tinh Tấm composite 12% sợi xơ dừa = 6 tấm mat xơ dừa + 6 tấm mat thủy tinh Tấm composite 18% sợi xơ dừa = 9 tấm mat xơ dừa + 4 tấm mat thủy tinh Tấm composite 24% sợi xơ dừa = 12 tấm mat xơ dừa + 2 tấm mat thủy tinh. Hình 4.9 Chuẩn bị vật liệu cốt hỗn hợp tấm mat thủy tinh và tấm mat sợi xơ dừa. 4.2.2. Công nghệ đắp tay ( Hand Lay Up) 4.2.2.1. Giới thiệu [1]: Đây là công nghệ chế tạo sản phẩm theo khuôn hở, hoàn toàn bằng tay ở tất cả các công đoạn từ hòa trộn nguyên liệu cho đến khi lấy sản phẩm từ khuôn. Sau khi xoa lớp tác nhân tách khuôn trên mặt khuôn, thì quy trình có thể tóm tắt như sau: - Quét gelcoat có pha xúc tác lên bề mặt khuôn bằng chổi mềm. - Trải vật liệu cốt lên bề mặt khuôn đã phủ gelcoat. - Quét thấm ướt nhựa đã hòa xúc tác lên vải thủy tinh đồng thời lăn ép bằng các con lăn bông, sắt để liên kết chúng. - Sau khi đóng rắn, tách khuôn lấy sản phẩm. Khuôn Quét gelcoat lên khuôn Trải vật liệu cốt Thấm – Lăn ép nhựa Đóng rắn Sản phẩm Hình 4.10 Quy trình chế tạo vật liệu composite bằng phương pháp đắp tay Công đoạn trải vật liệu cốt và thấm lăn ép nhựa được lặp đi lặp lại theo số lượng lớp được dự kiến cho đến khi đạt chiều dày sản phẩm. Đây là công nghệ không đòi hỏi thiết bị, dụng cụ phức tạp, không đòi hỏi trình độ công nhân cao, nên chi phí đầu tư thấp. Công nghệ này cho ra sản phẩm bóng láng một mặt. Ở Việt Nam hầu hết đang áp dụng công nghệ này. 4.2.2.2. Gia công composite bằng phương pháp đắp tay Với việc tạo ra tấm mat xơ dừa với ưu điểm mỏng, dễ thấm nhựa nên ta cần phải thử nghiệm qua phương pháp đắp tay đơn giản mục đích là để khảo sát, đánh giá khả năng gia công vật liệu composite cốt là tấm mat xơ dừa. Ban đầu ta thoa đều một lớp wax lên một mặt của khuôn dĩa cho đến khi bề mặt dĩa bóng láng. Nếu ta thoa không đều wax lên khuôn thì sẽ xảy ra trường hợp ở bề mặt tiếp xúc với khuôn sẽ xuất hiện các lỗ hổng do lớp wax để lại làm ảnh hưởng đến hình dạng của vật liệu. Vật liệu cốt ta sử dụng trong trường hợp này là các tấm mat xơ dừa. Ban đầu ta ép cho các tấm mat này theo hình dạng các sản phẩm mong muốn thực hiện. Mục đích là để khi gia công các tấm mat sẽ dễ dàng theo hình dạng của khuôn, các sợi xơ dừa sẽ không bị bong tróc trong quá trình lăn ép nhựa. Chất đóng rắn sử dụng trong trường hợp này là MEKP, nồng độ chất đóng rắn khoảng 1% trong tổng 200 g nhựa. Do đó đòi hỏi thao tác phải nhanh và khéo léo. Ta dùng cọ quét lên bề mặt khuôn một lớp nhựa tương đối dày, sau đó đắp lần lượt từng tấm mat xơ dừa rồi dùng cọ lăn đều cho nhựa thấm vào tấm mat. Tiếp tục làm như thế cho đến khi đạt được độ dày mong muốn thì dừng. Hình 4.11 Sản phẩm dĩa được thực hiện bằng phương pháp đắp tay tại phòng thí nghiệm Polymer-Composite Khoa Công Nghệ Sản phẩm dĩa trên là kết quả của phương pháp gia công composite bằng tay với cốt là các tấm mat xơ dừa. Trong quá trình thực nghiệm ta nhận thấy các tấm mat xơ dừa khi gia công rất dễ theo hình dạng của khuôn và khi ta tiến hành lăn tay thì sợi xơ dừa không bị cuốn theo cọ. Các tấm mat với ưu điểm mỏng nên đối với phương pháp lăn tay ta thấy nhựa được điền đầy vào các lỗ trống và ít để lại bọt khí trong nhựa. Đồng thời sản phẩm sau khi đóng rắn có bề mặt bóng láng. Tuy nhiên chất đóng rắn sử dụng là MEKP nên đòi hỏi thao tác gia công phải nhanh và khéo léo. 4.3. Kiểm tra cơ tính composite 4.3.1. Thí nghiệm kéo Thí nghiệm kéo được thực hiện trên máy kéo nén Zwick để kiểm tra độ bền kéo của composite với sợi trước và sau khi xử lý, sợi đan thảm và hỗn hợp tấm mat thủy tinh và xơ dừa theo tiêu chuẩn ASTM D3039/D 3039M Mẫu được cắt theo tiêu chuẩn ASTM D3039/D 3039M. Chiều dày mẫu khoảng 3mm. Chiều dài theo hướng sợi khoảng 250 mm, chiều rộng mẫu được cắt theo hướng vuông góc với sợi khoảng 15 mm, nhưng đối với cốt là tấm mat xơ dừa thì chiều rộng mẫu là 25 mm. Tốc độ hoạt động của máy là 5 mm/min. Extensometer được sử dụng để đo độ dãn dài, gauge length là 50 mm. Độ bền kéo của composite được xác định theo công thức sau: A=b.d Trong đó: σ : Độ bền kéo (N/m2) F: Lực tại điểm gãy (N) A: Tiết diện của mẫu (m2) b : Chiều rộng của mẫu (m) d : Chiều dày của mẫu (m) Bảng 4.3 Bảng tóm tắt thông số thí nghiệm kéo theo tiêu chuẩn ASTM D3039/D 3039M Loại cốt Sợi thẳng và sợi đan thảm Tấm mat Kích thước mẫu Chiều dài 250 mm 250 mm Chiều rộng 15 mm 25 mm Chiều dày 3 mm 3 mm Extensometer gauge length 50 mm 50 mm Tốc độ 5 mm/min 5 mm/min Số mẫu mỗi bộ xử lý 7 5 4.3.2. Thí nghiệm uốn Thí nghiệm 3 điểm uốn cho giá trị độ bền uốn ngang của vật liệu. Đây cũng là phương pháp phổ biến để kiểm tra gián tiếp độ bền liên diện giữa sợi và nhựa. Chiều dày mẫu khoảng 3 mm. Chiều rộng mẫu được cắt theo hướng chiều dài sợi khoảng 15 mm, chiều dài theo hướng vuông góc sợi khoảng 45 mm theo tiêu chuẩn ASTM D790M/84. Thí nghiệm 3 điểm uốn cũng được thực hiện trên máy kéo nén Zwick, theo tiêu chuẩn ASTM D790M/84. Độ bền uốn được xác định theo công thức: Độ bền uốn = Trong đó: P: Lực uốn cực đại tại điểm phá vỡ (N) L: Khoảng cách 2 gối đỡ (m) b: Chiều rộng của mẫu (m) d: Chiều dày của mẫu (m) Bảng 4.4 Bảng tóm tắt thông số thí nghiệm uốn 3 điểm theo tiêu chuẩn ASTM D790M/84. Loại cốt Sợi thẳng và sợi đan thảm Kích thước mẫu Chiều dài 45 mm Chiều rộng 15 mm Chiều dày 3 mm Span 25 mm Tốc độ 1 mm/min Số mẫu mỗi bộ xử lý 6 Hình 4.12 Máy kéo nén Zwick thực hiện thí nghiệm kéo và thí nghiệm 3 điểm uốn CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 5.1. Kết quả thí nghiệm 5.1.1. Ảnh hưởng của việc tách sợi đến cơ tính của vật liệu composite Đối với thí nghiệm này ta thực hiện ở 4 nghiệm thức là không xử lý (KXL) với NaOH, xử lý với 3% -1N (3% NaOH - 1 ngày), xử lý 3%-4N (3% NaOH- 4 ngày) và xử lý 5%-2N (5% NaOH - 2 ngày). Mục đích của thí nghiệm này là so sánh cơ tính của các mẫu được gia cường bởi sợi tách bằng máy và tách bằng tay. Trên cơ sở đó ta sẽ đánh giá được yếu tố tách sợi bằng máy có ảnh hưởng đến cơ tính composite như thế nào và yếu tố này cơ tính có khuynh hướng như thế nào so với sợi tách bằng tay. Trong thí nghiệm này ta sử dụng kết quả mođun kéo, độ bền kéo và độ bền uốn của composite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng tay của tác giả Lê Anh Phương để so sánh với cơ tính của composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy. Ngoài ra, trong thí nghiệm này ta cũng so sánh đánh giá về yếu tố độ dai va đập giữa các mẫu composite sợi xơ dừa tách bằng máy không xử lý và có xử lý với NaOH. 5.1.1.1. Mođun đàn hồi Sau thí nghiệm ta thu được bảng số liệu về mođun kéo giữa sợi tách bằng tay và tách bằng máy như sau: Nghiệm thức KXL 3%-1N 3%-4N 5%-2N Tách bằng máy (MPa) 2615 ± 88.74 3594.7 ± 169.2 2814.2 ± 103.7 2902.7 ± 90.38 Tách bằng tay (MPa) 2291.3±187.46 3125.82±161.72 3376.87±196.24 29.32.7±121.62 Bảng 5.1 Bảng số liệu mođun kéo của composite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay Hình 5.1 Đồ thị so sánh mođun kéo giữa composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy và tách bằng tay Từ đồ thị trên ta nhận thấy mođun đàn hồi của các mẫu có sợi tách bằng tay và tách bằng máy không khác nhau nhiều. Mođun đàn hồi các mẫu tách bằng máy và tách bằng tay đều có khuynh hướng tăng lên ở nghiệm thức 3%-1N và sau đó giảm dần cơ tính. Trong sự so sánh trên ta thấy các mẫu có sợi tách bằng máy cho mođun hầu hết đều cao hơn so với tách bằng tay ngoại trừ nghiệm thức 3%-4N. Điều này có thể do việc ngâm trong nước trước khi tách sợi đã làm thoát các thành phần liên kết trong sợi nên đã làm giảm mođun đàn hồi của chúng. Còn đối với các sợi xơ dừa tách bằng máy được tách bằng các thiết bị cơ khí mà không phải ngâm một khoảng thời gian dài như tách bằng tay. Do đó, chúng có mođun cao hơn nhưng không khác nhau nhiều. 5.1.1.2. Độ bền kéo Bảng số liệu về thí nghiệm kéo giữa sợi tách bằng máy và bằng tay: Nghiệm thức KXL 3%-1N 3%-4N 5%-2N Tách bằng máy (MPa) 29.85 ± 3.14 40.68 ± 4.97 39.89 ± 6.39 43.78 ± 3.43 Tách bằng tay (MPa) 49.76 ± 2.57 55.8 ± 2.11 55.57 ± 1.32 49.37 ± 3.66 Bảng 5.2 Bảng số liệu độ bền kéo của composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy và bằng tay Hình 5.2 Đồ thị so sánh độ bền kéo giữa composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy và bằng tay Nhìn chung, độ bền kéo của vật liệu composite được gia cường bằng sợi tách bằng máy tăng lên ở nghiệm thức 3%-1N và sau đó thì độ bền kéo của vật liệu có xu hướng giảm dần ở các nghiệm thức sau. Điều này có cùng khuynh hướng với composite được gia cường bởi sợi tách bằng tay. Từ đồ thị so sánh trên ta thấy độ bền kéo của các mẫu tách bằng tay cao hơn so với các mẫu tách bằng máy. Điều này có thể là do sự tổn hại của các tác nhân cơ khí trong quá trình tách sợi bằng máy đối với sợi như tạo nên các vết cắt trên bề mặt sợi, sợi sẽ bị dập nát hơn so với tách bằng tay dẫn đến làm giảm độ bền kéo của sợi. 5.1.1.3. Độ bền uốn ngang Bảng 5.3 trình bày số liệu về thí nghiệm uốn giữa composite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay: Nghiệm thức KXL 3%-1N 3%-4N 5%-2N Tách bằng máy (MPa) 11.58 ± 2.58 15.91 ± 1.22 14.34 ± 0.92 16.27 ± 1.57 Tách bằng tay (MPa) 15.53 ± 1.42 15.47 ± 1.24 24.21 ± 1.20 22.64 ± 2.38 Bảng 5.3 Độ bền uốn giữa compositeđược gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay Hình 5.3 Đồ thị so sánh độ bền uốn giữacomposite được gia cường bằng sợi xơ dừa tách bằng máy và bằng tay Nhìn chung, độ bền uốn của mẫu com

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docFile luan van hoan chinh.doc
Tài liệu liên quan