Luận văn nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu AG 4v trên cốt sợi thủy tinh

B ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2
•

•

•

•

•

•

•

TRẰN THỊ LOAN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ« CHÉ TẠO
•
VẬT
LIỆU
AG - 4V TRÊN CÓT SỢI
THỦY TINH
•
•
•

LUẬN
VĂN THẠC
s ĩ KHOA HỌC

VẬT
CHẤT
•
•
•
•

HÀ NỘI, 2015


B ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2
•

•

•

•

•

•

•

TRẰN THỊ LOAN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO
VẬT

LIỆU
AG - 4V TRÊN CỐT SỢI
THỦY TINH
•
•
•
Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã só: 60 44 01 04

LUẬN
VĂN THẠC
s ĩ KHOA HỌC
VẬT
CHẤT
•
•
•
•

Nguòi huÓTig dẫn khoa học:
TS. Bùi Xuân Chiến

HÀ NỘI, 2015


LO’I CAM ON
Diu tien cho phep toi dugc gui loti cam cm chan thanh va sau sac toti
TS. Bui Xuan Chien, thiy la nguoti da true tiep huomg din khoa hoc, chi bao
tan tinh va tao dieu kien tot nhit giup toi trong suot qua trinh nghien cuu va
thuc hien luan van.

D l dat dugc thanh cong trong hoc tap va hoan thanh khoa hoc nhu
ngay nay, toi xin dugc bay to long biet om tori cac thiy co trong khoa Vat ly Dai Hoc Su Pham Ha Noi 2, cac thiy co da trang bi tri thuc khoa hoc va tao
dieu kien hoc tap thuan lgi cho toi trong suot thoti gian qua.
Cuoi cung, toi xin gui loti cam om tori gia dinh, ban be va nguori than da
luon ben canh, dong vien, khuyen khich giup toi co dieu kien hoc tap va
nghien cuu khoa hoc nhu ngay hom nay.
Luan van dugc thuc hien trong khuon kh6 de tai “Nghien cuu thiet he, cong
nghe che too cac quang trd va may lanh mini dung cho thiet bi bay”.
Xin trail trong cam om!
Ha Noi, thang nam 2015
Tac gia

Tran Thi Loan


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết
quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất cứ công trình nào khác
Tác giả luận văn

Trần Thỉm Loan


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài..........................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu...................................................................................1
3. Nhiệm vụ nghiên cứu................................................................................. 2
4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu................................................................. 2
5. Phương pháp nghiên cứ u........................................................................... 2
6. Cấu trúc khóa luận..................................................................................... 2
Chương 1. TỒNG QUAN................................................................................. 3
1.1. Nghiên cứu về nguyên liệu tạo phôi ban đầu cho vật liệu AG - 4V...... 3
1.2. Nghiên cứu công nghệ tạo phôi vật liệu ép AG - 4 V ............................. 7
1.2.1. Sợi thủy tinh...................................................................................... 7
1.2.2. Nhựa epoxy....................................................................................... 8
1.2.2.1. Nguyên liệu ban đầu.............................................................. 10
1.2.2.2. Cấc loại nhựa epoxy.............................................................. 10
1.22.3. Một sổ thông sổ của nhựa epoxy.............................................16
1.2.2.4. Tính chất của nhựa epoxy.......................................................17
1.2.3. Phenolíòmanđehit........................................................................... 20
1.2.4. Chất hoá rắn.................................................................................... 20
1.2.4.1. Anhydride............................................................................... 20
1.2.4.2. Am in....................................................................................... 23
1.2.5. Chất xúc tác đồng trùng hợp........................................................... 25


1.2.6. Chất gia tốc cho hệ chất hoá rắn..................................................... 26
1.2.7. Chất pha loãng................................................................................ 27
1.3. Các phương pháp chế tạo vật liệu AG-4V............................................ 30
1.3.1. Gia công dưới áp suất..................................................................... 30
1.3.2. Gia công áp suất thường................................................................. 31
1.4. ứng dụng vật liệu AG - 4V................................................................... 31

Chương 2. THựC NGHIỆM........................................................................... 32
2.1. Qui trình công nghệ chế tạo vật liệu ép AG - 4V ................................. 32
2.2. Các thiết bị sử dụng nghiên cứu............................................................ 33
2.2.1. Máy é p ............................................................................................ 33
2.2.2. Thiết bị đo độ bền nén.................................................................... 35
2.2.3. Thiết bị đo độ cứng (Shore D)........................................................ 36
2.2.4. Thiết bị phân tích thành phần hóa học............................................ 36
2.3. Các phương pháp xác định các tính chất vật lý .................................... 37
2.3.1. Xác định độ bền nén....................................................................... 37
2.3.2. Xác định độ cứng............................................................................ 37
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................... 41
3.1. Kết quả phân tích thành phần hóa học.................................................. 41
3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ép đến tính chất của vật liệu AG - 4V............41
3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến tính chất của vật liệu AG - 4V .............. 44
3.4. Ảnh hưởng của lực ép đến tính chất của vật liệu AG - 4V................... 46
KẾT LUẬN.....................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................50


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 .Thành phần và tính chất cơ lý tính của vật liệu ép.............................6
Bảng 1.2. Độ nhớt của các nhóm epoxy..........................................................11
Bảng 1.3. Độ nhớt các nhóm epoxy................................................................ 12
Bảng 1.4. Điểm nóng chảy của các nhóm epoxy.............................................13
Bảng 1.5. Tính chất của các loại nhựa epoxy và các chất đóng rắn
thông dụng....................................................................................... 18
Bảng 3.1. Thành phần hóa học của mẫu..........................................................41
Bảng 3.2. Mối quan hệ của các yếu tố công nghệ đến tính chất của vật liệu
AG - 4V........................................................................................... 42

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Phôi nhựa AG - 4V sau khi phối trộn................................................5
Hình 1.2. Sơ đồ sản xuất sợi thủy tinh liên tục bằng phương pháp
khuôn kéo.......................................................................................... 8
Hình 2.1. Sơ đồ các bước sản xuất vật liệu ép AG -4V...................................32
Hình 2.2. Vật liệu AG - 4V được cắt nhỏ, trộn đều trước khi cho vào khuôn.... 33
Hình 2.3. Khuôn é p ......................................................................................... 34
Hình 2.4. Máy ép............................................................................................. 34
Hình 2.5. Thiết bị đo độ bền nén MTS 809 Axial/Torsional Test System....35
Hình 2.6. Thiết bị đo độ cứng shore Insize......................................................36
Hình 2.7. Thiết bị Labsys TG/DSC của hãng SETARAM, CH Pháp........... 36
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ cứng của vật liệu...........................43
Hình 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ bền nén của vật liệu.......................44
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến độ cứng của vật liệu.........................45
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến độ bền nén của vật liệu.....................46
Hình 3.5. Ảnh hưởng của lực ép đến độ cứng của vật liệu..............................47
Hình 3.6. Ảnh hưởng của lực ép đến độ bền của vật liệu................................48


1

MỞ ĐẦU
1. Lí do chon đề tài
Vật liệu AG - 4V dẻo là hợp chất polime, có cốt bằng sợi thủy tinh.
Việc sử dụng sợi thủy tinh làm cốt trong vật liệu AG - 4V tạo cho chúng có
độ bền cơ học cao, tính chất cách điện tốt, chịu nước tốt. Những đặc tính này
được xác định bởi thành phần hóa học của thủy tinh, đường kính sợi và công

nghệ chế tạo nó. Người ta thường sử dụng cốt sợi làm từ hỗn hợp
AI2O3+B2O3+S1O2 hoặc làm từ thủy tinh.
Trong nhiều trường hợp người ta sử dụng sợi thủy tinh có thành phần
đặc biệt đảm bảo nhận được sợi thủy tinh có độ bền nhiệt cao, modun đàn hồi
cao và nhiều tính chất riêng biệt khác. Chất độn có thể từ những sợi có đường
kính 7-15|Lim, các cụm, cuộn dây, sợi chỉ được làm từ sợi thủy tinh liên tục
hoặc sợi cắt, vải thủy tinh có cấu trúc khác nhau.
Vật liệu AG-4V được chế tạo dựa trên nền liên kết của
phenolphomandehit và sợi thủy tinh có độ bền cơ học cao, chịu được môi
trường nhiệt đới khắc nghiệt, có thể làm việc ừong điều kiện từ (-60°c đến
200°c.
Trên thế giới vật liệu AG-4V đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong
dân dụng và quốc phòng. Ở Việt Nam việc nghiên cứu và ứng dụng công
nghệ chế tạo vật liệu AG-4V để chế tạo các sản phẩm dân dụng và quốc
phòng vẫn còn nhiều hạn chế.
Vì những lý do trên tôi chọn đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật
liệu A G - 4V trên cốt sợi thủy tình
2. Mục đích nghiên cứu
-Nghiên cứu tổng quan về vật liệu AG-4V.
-Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu AG-4V.


2

3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Chế tạo mẫu vật liệu AG - 4V.
- Nghiên cứu các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến cơ lý tính của mẫu
vật liệu AG - 4V.
- Kết luận.
4. Đổi tượng, phạm vi nghiên cứu

- Vật liệu AG-4V cốt sợi thủy tinh.
- Công nghệ ép nóng.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Thực nghiệm: công nghệ ép nóng.
- Đo cơ lý tính của mẫu chế tạo.
- Nghiên cứu các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến cơ lý tính của vật liệu.
6. Cấu trúc khóa luân
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn được trình
bày trong 3 chương:
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Thực nghiệm
Chương 3. Kết quả và thảo luận


3

Chương 1. TỔNG QUAN

1.1. Nghiên cứu về nguyên liệu tạo phôi ban đầu cho vật liệu AG - 4V
Vật liệu AG - 4V là hợp chất polime, có cốt bằng sợi thủy tinh. Sợi
thủy tinh được sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu composite polyme. Ưu
điểm của sợi thủy tinh là nhẹ, chịu nhiệt, ổn định với các tác động hóa sinh,
độ bền cơ lý cao, độ dẫn nhiệt thấp. Sợi thủy tinh được kéo ra từ các loại thủy
tinh kéo sợi được (thủy tinh dệt) có đường kính nhỏ cỡ vài chục mico mét.
Khi đó các sợi này sẽ mất nhược điểm của thủy tinh khối như: giòn, dễ nứt
gẫy và trở nên có nhiều ưu điểm cơ học hơn. Thành phần của thủy tinh dệt có
thể chứa thêm những khoáng chất như: silic, nhôm, magie, ... tạo ra các loại
sợi thủy tinh có khác nhau như: sợi thủy tinh E (dẫn điện tốt), sợi thủy tinh D
(cách điện tốt), sợi thủy tinh A (hàm lượng kiềm cao), sợi thủy tinh c (độ bền
hóa cao), sợi thủy tinh R và sợi thủy tinh s (độ bền cơ học cao).

Thành phần quan trọng thứ hai của thủy tinh dẻo đó là vật liệu nền.
Vật liệu nền là hỗn hợp từ liên kết polime hoặc đơn phân, và chất kích động,
xúc tác, tăng tốc chất trơ. Các chất liên kết thường sử dụng là: polieste phản
ứng nhiệt dị vòng, silic hữu cơ, nhựa epoxit và fenolfomaldehit, và cả polime
dẻo nóng. Trên sợi thủy tinh khi chế biến được bôi các thành phần làm trơn
chuyên dụng để bảo vệ nó khỏi sự mài mòn và sự ẩm. Tuy nhiên sự có mặt
của chất bôi trơn ừên bề mặt của sợi thủy tinh làm giảm khả năng tẩm ướt của
chất liên kết và giảm sự kết dính. Điều đó dẫn đến việc giảm tính chất của
thủy tinh dẻo. Để tăng khả năng kết dính của vật liệu nền với sợi thủy tinh và
tăng sự ổn định của tính chất vật lý - cơ học và tính chất cách điện của chất
dẻo, chất độn thủy tinh được đưa vào gia công nhiệt hoặc nhiệt hóa chuyên
dụng; ở 400°c - 450°c các chất bôi trơn được loại bỏ hầu như hoàn toàn.


4

Quá trình gia công nhiệt hóa của chất độn sợi thủy tình bao gồm loại
bỏ chất bôi trơn khi tăng nhiệt và sau đó xử lý chất độn bằng hợp chất chuyên
dụng có chức năng nhóm ừong thành phần phân tử, có khả năng tương tác với
thủy tinh và tạo liên kết hóa học với chất liên kết. Các hợp chất thường được
sử dụng là volan (hợp chất hỗn hợp muối crôm của axit methaclyric và muối
axit với crôm clorid), clo silan và ethoxy silan có chức năng nhóm khác nhau
(vinyl, allyl, nhóm am in.......)[1].
Trong trường hợp sử dụng chất liên kết là fenol- fomadehit, melaminfomadehit và nhựa epoxit thì kết quả tốt nhất nhận được khi xử lý chất độn
sợi thủy tinh là dùng hợp chất silan có nhóm amin (trường hợp riêng đó là
y- amin).
Sự tăng độ ổn định của thủy tinh dẻo ừong điều kiện tăng ẩm và trong
nước có thể đạt được bằng cách sử dụng biến thể của chất liên kết bằng phụ
gia kỵ nuớc- kết dính.
Phụ thuộc vào loại chất độn và tính chất công nghệ của composite,

người ta chia ra các nhóm thủy tinh dẻo sau:
1) Textolit thủy tinh;
2) Thủy tinh sợi (composite đúc hoặc ép);
3) Thủy tinh dẻo định hướng;
4) Thủy tinh dẻo tạo hình trên nền sợi thủy tinh được cắt sơ bộ hoặc
cuộn xơ.
Textolit thủy tinh (chất độn - vải thủy tinh) được dùng để chế tạo vật
liệu tấm và những sản phẩm kích thước khối lớn khác nhau có hình dạng
phức tạp.
Sản phẩm textolit thủy tinh kích thước khối lớn có hình dạng phức tạp
phụ thuộc vào loại chất liên kết và số lượng sản phẩm được sản xuất theo các
phương pháp sau:


5

a) Tạo hình ở áp suất tiếp xúc [trong trường hợp chế tạo sản phẩm có
kích thước lớn và tải nhỏ với số lượng không lớn].
b) Tạo hình chân không [trong trường hợp sản xuất dây chuyền nhỏ].
Áp suất cần để ép sản phẩm khoảng 0,5 - 0,8 kg/cm2.
c) Phương pháp nồi hấp và phương pháp buồng ép [trong sản xuất dây
chuyền lớn]. Trong trường hợp thứ nhất áp suất tầm 5 - 25kg/cm2, trong
trường hợp thứ hai 1,5 - 5kg/cm2.
Textolit thủy tinh (chất độn - sợi thủy tinh chặt nhỏ, bó dây). Trong
thành phần của composite đúc và ép, ngoài các chất độn kể trên, có thể đưa
vào các sản phẩm dạng bột, thuốc nhuộm hoặc bột màu. Các composite đúc
trên nền chất liên kết polieste được chuẩn bị bằng cách trộn lẫn các thành
phần vật liệu, còn trong trường hợp dùng chất liên kết là fenol-fomandehit và
biến thể của fenol-fomandehit có chứa thêm dung môi trơ thì trộn lẫn các
thành phần, làm tơi sợi thủy tỉnh đã được tẩm và sấy khô chứng. Sản phẩm từ

composite đúc tiến hành ép đúc ở áp suất 35 - 70 kg/cm2); sản phẩm từ
textolit thủy tinh loại AG - 4V được ép ở 200 - 400kg/cm2 và 140°c - 160°c.

Hình L I. Phôỉ nhựa AG - 4V sau khi phối trộn

Vật liệu ép [thủy tinh dẻo] AG - 4V là vật liệu composite, thuộc nhóm
chất dẻo được đặt cốt bằng sợi thủy tinh. Vật liệu ép AG - 4Vcó độ bền cơ
học và tính chịu nhiệt cao, tính chất cách điện tốt, ít hấp thụ nước, độ dẫn


6

nhiệt thấp, độ bền hóa học cao đồng thời AG - 4V ít co ngót trong quá trình
gia công.
Điều kiện kỹ thuật
Vật liệu ép cần được sản xuất theo yêu cầu kỹ thuật trên công nghệ đã
được phê duyệt theo từng bước.
Sự phụ thuộc vào hình dạng bên ngoài vật liệu ép đưa ra các mác sau:
- AG - 4V dựa trên nền sợi thủy tinh theo mác EC6 - 100, EC6 - 200
EC6 - 100/200. Tính chất cơ lý tính của vật liệu ép phụ thuộc nhiều vào sợi
thủy tinh trong vật liệu (số lượng, thành phần, kích thước), phụ thuộc chất
lượng liên kết cũng như công nghệ gia công. Với mỗi mác vật liệu đưa ra chế
độ ép khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng (kích thước phôi đến 6 nun
có thể gia công bằng đúc áp lực, ép đùn, ép trực tiếp; kích thước hạt 10 nun
chỉ ép đùn, ép trực tiếp; kích thước hạt 20 - 30 chỉ có thể gia công ép trực
tiếp; khi ép khác nhau cả về nhiệt độ và lực ép).
- Thành phần và tính chất cơ lý tính của vật liệu ép (bảng 1.1).
Bảng 1.1. Thành phần và tính chất cơ lỷ tính của vật liệu ép[4].
Vâtliêu
•

Tính chất cơ tính

•

AG-4V

AG-4V -10(đường
kính sợi 10 |L im )

AG-4C

2,5-5,5

2,5-5,5

2-5

36-40

36-40

28-32

Lực uôn khi phá hủy,MPa

168

127

465

Dải va đập, không nhỏ hơn

68

69

255

% chât bân, bụi
% chât liên kêt
(phenolphomandehit)

Độ bên khi cực đại khi
-

-

kéo, không nhỏ hơn
Lực phá hủy khi nén, Mpa,
không nhỏ hơn

130

137

539

-

7

Bên điện khi tân sô 50 Hz,
kv/nun, không nhỏ hơn
Độ thẩm điện môi khi tần
số 106 Hz, không lớn hơn
Điện trở riêng theo thê tich
(Q.m), không nhỏ hơn
Điện trở riêng theo bê mặt
(Q),không nhỏ hơn

14

15

16

0,04

0,04

0,04

1010

1010

1010

1012

1012

1012

1.2. Nghiên cứu công nghệ tạo phôi vật liệu ép AG - 4V
1.2.1. Sợi thủy tinh
Sợi thủy tinh là sợi nhân tạo có bề mặt nhẵn và có dạng hình trụ đều,
nhận được chế tạo bằng cách kéo giãn hoặc cắt thủy tinh nóng chảy.
Có 2 loại sợi thủy tinh:
- Sợi liên tục có độ dài lOkm (hoặc lớn hơn) và đường kính 3-12|Lim
giống tự nhiên hoặc giống tơ nhân tạo;
- Sợi cắt có chiều dài 1 - 50 cm và đường kính 0,5 - 20

|Lim,

có hình

dạng bên ngoài giống như bông hoặc len. Sợi thủy tinh cắt có đường kính nhỏ
hơn 1 ịim gọi là cực mỏng (ultra), 2 - 4

|Lim

gọi là siêu mỏng (super).

Sản xuất sợi thủy tình liên tục:
Dùng khuôn kéo
Sơ đồ sản xuất sợi thủy tinh theo phương pháp này được dẫn trên

hình 1.2.


8

Hình 1.2. Sơ đồ sản xuất sợi thủy tinh liên tục bằng phương pháp
khuôn kéo[2].
1-

Bình trữ liệu; 2- Bình platin-rodi; 3- Khuôn kéo;4- Thiết bị bôi trơn;

5- Cuộn dây tháo được
Trong bình trữ liệu chứa các hạt bi thủy tinh đã được lựa chọn, tự động
đưa vào bình platin-rodi 2 của lò điện, trong đó chủng bị nóng chảy. Thủy
tỉnh lỏng chảy ra từ khuôn kéo 3 của bình nấu thủy tinh cố dạng sợi, được kéo
giãn với vận tốc lớn (300Qm/c hoặc lớn hơn) nhờ máy quấn. Sợi thủy tinh
nhận được có đường kính 3-12|nm.
1.2,2. Nhựa epoxy
Các loại nhựa thường dùng trong composỉte là các loại nhựa biến dạng
được và tương thích với sợi. Ngoài ra nhựa phải có độ nhớt phù hợp có khả
năng thấm ướt sợi tốt, thích hợp vái công nghệ để cho vật liệu composite có
các đặc trưng cơ lý, hoá cao.


9

Có hai loại polyme: Polyme nhiệt dẻo và polyme nhiệt rắn. Trong công
nghiệp chế tạo vật liệu composite chủ yếu sử dụng composite nhiệt rắn. Các
loại nhựa nhiệt rắn chính thường được sử dụng là:
- Nhựa polyeste không no.

- Nhựa epoxy.
- Nhựa Furan.
- Nhựa amin.
- Nhựa ure - fomandehyt.
- Nhựa phenolic.
Trong các loại nhựa thông dụng ừong công nghệ chế tạo vật liệu
composite thì nhựa epoxy có đặc tính cơ học cao được sử dụng nhiều trong
các ngành: chế tạo máy bay, vũ trụ, tên lửa vv....
Ưu điểm: Cơ tính cao, chịu nhiệt tốt, độ bền hóa học cao, độ co ngót
thấp (0,5 + 1%), thấm sợi tốt, bám dính với kim loại rất tốt. Do vậy xu hướng
chọn vật liệu nền của composite cho các ứng dụng đòi hỏi tính chất vật liệu
nghiêng về nhựa epoxy.
Hiện nay có khoảng 12000 loại nhựa epoxy và rất nhiều loại chất đóng
rắn tương ứng, thích hợp cho từng ứng dụng hay lĩnh vực cụ thể. Tuỳ theo
yêu cầu cụ thể mà lựa chọn loại epoxy, chất hoá rắn làm vật liệu nền cho
composite.
Trong chế tạo vật liệu composite cơ tính của nhựa nền không phải là
yếu tố quyết định duy nhất. Tính chất của sản phẩm phụ thuộc rất nhiều độ
nhớt hay khả năng thấm ướt vải của nhựa, vải, sợi tăng cường, phương pháp
gia công... Phần lớn các loại nhựa nền được lựa chọn để chế tạo vật liệu
composite, là các loại nhựa có chất pha loãng hoạt tính, độ nhớt rất thấp, có
hoặc không có khả năng chịu thời tiết (tuỳ theo ứng dụng).
Khả năng gia công của vật liệu phụ thuộc vào độ nhớt và chất hoá rắn.


10

1.2.2.1. Nguyên liệu ban đầu

Diphenyl propan (Bisphenol A) là bột vô định hình, nhiệt độ nóng chảy

Tnc = 155 - 157°c, không tan ừong nước, tan dễ trong rượu và kiềm
CỊỈ
I3

( 1 .1 )
c

Epiclohydrin là chất lỏng không màu, có mùi mạnh, rất độc,
Tnc = - 57,2°c ; Ts= 117 - 118°c, p = 1,175 - l,185g/cm3
Dùng xúc tác NaOH dưới dạng rắn hoặc dung dịch bão hoà để tạo nhựa
1.2.2.2. Các loại nhựa epoxy

Nhựa epoxy có nhiều loại, từ 2 chức đến đa chức. Nhựa epoxy 2 chức
là nhựa đi từ bisphenol A. Novolac epoxy hoá trên cơ sở phản ứng của
epiclohdrin với nhựa phenolic (novolac) tạo thành nhựa có nhiều nhóm
epoxy, từ 2 đến 5 nhóm mỗi phân tử. Các nhựa epoxy đa chức khi đóng rắn
tạo liên kết ngang dày đặc, đều dặn làm tăng tính chịu nhiệt và độ bền hoá
chất hơn so với nhựa 2 chức. Nhiệt độ Tg của novolac epoxy cũng cao hơn Tg
của nhựa epoxy bisphenol A.
v ề mặt hoá học các phân tử được phân loại bởi nhóm chức trong nó. Vì
vậy, một phân tử chứa nhóm epoxy là một phần của cấu trúc của nó được gọi
là epoxy mà không chú ý đến các đặc điểm còn lại của phân tử. Các phân tử
loại khác được thêm vào để tạo thành hệ nhựa nhiệt rắn, tức là phải qua một
phản ứng hoá học để hoá rắn thành dạng cứng.
Nhóm chức epoxy có công thức cấu tạo như sau:

(1.2)


11

Mặc dù có nhiều loại epoxy khác nhau, nhưng chỉ một số loại có thể sử
dụng làm nền cho composỉte tăng bền bằng sợi. Các loại nhựa epoxy thường
được dùng trong công nghệ chế tạo composite được trình bày dưới đây
Diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA)
ch3

c - 0 - o - c h 2- c h - c h 2

c h 2 - \ h - c h 2- o

í 1 -3)

ch3

Bảng ỉ.2. Độ nhớt của các nhỏm epoxy[3].
Đương lượng

Đô nhớt ở

nhóm epoxy

25°c cps

171-177

3500-5500

•

Ghi chú
Có thể kết tinh khi lưu trữ
D322 của (Dow).
Chứa một số phân tử cao để chống kết

180-188

6500-9500

tinh như: DER 330
Epi-Rez 510 (Hi-Tek Polymers), DER 331
(Dow), and GY 6010 (Ciba).
Chứa một số phân tử cao để chống kết

185-200

10 000-19 000

tinh như: DER 330
Epi-Rez 510 (Hi-Tek Polymers), DER 331
(Dow), and GY 6010 (Ciba).

450-550

Điểm nổng

n ~ 2, thường được dùng trong các

chảy 65-76°C

prepreg như: Epon 1001 (Shell) and DER

(149-167°F)

661 (Dow).


12

^Dỉglycidyl ether of bĩsphenol F (DGEBF)

(1.4)

c h 2'

/° \
CH 7 - C H “ CH 2 — o

„
O _- C H , -_C A
H - CH,

Đương lượng nhóm epoxy 158-165, độ nhớt ở 25 c (5000 - 8000pcs),
hỗn hợp đồng phân sẽ không bị kết tinh khi lưu trữ, ví dụ GY 281 (Ciba)
Pủlyglyciđy] ether of ị)he noI-formaldehyde Novolac

o

/° \

- ch 2- c h - c h 2

o

/° \

/° \

o-C H 2“ CH-CH2

0

Oh

Đ

CH2 '{ 0

’ CH2 -C H -C H 2

(1.5)

v

7

Bảng 1 3 . £>ợ n/ỉớí cấc n/ỉớm £pơxy [3].
Đương lượng nhổm

Độ nhớt ở 52°c cps

Ghi chứ

172-179

1100-1700

DEN 431 (Dow).

176-181

20000-50000

DEN 438 (Dow),

191-210

4000-10000

DEN 439 (Dow).

epoxy

Polyglycidyl ether of ơ-creSôỉ-íoimaldehyde Novolac

/° \

o -c h 2- c h - c h
ch3

O -R
ch 3

CHí

2

o - c, h 2 -_c hA- c h
ch 3

2

ch3

(1.6)


13

Bảng 1.4. Điểm nống chảy của các nhóm epoxy [5],
Đương lượng

Đỉểm nóng chảy

Ghi chú

nhổm epoxy
200

35°c

225

73°c

230

80°c
N, Nr

Sử dụng được ở nhiệt độ cao
như: ECN 1235 (Ciba)
Sử dụng được ở nhiệt độ cao
như: ECN 1273 (Ciba)
Sử dụng được ở nhiệt độ cao
như: ECN 1280 (Ciba)

:\p, - Tetraglycidy] metliyỊenedianỉlỉne

/° \

V

CHj—CH —CH2
ch 2- c h - ch 2

\

N

/

(1.7)

Đương lượng nhóm epoxy 117-133, độ nhớt ở 25°c (10 000-15 000
pcs), sử dựng làm prepreg như: MY 720 (Ciba).
TrigiyddyL p-ãtĩUftôph#riỡ]
Ọ—

_ CH/ 0—> CH2
—

( 1 .8 )

o
/ G —> CH _— CH,- KV CH2 -_ c/h°- \ c h 2
CH,
Đương lượng epoxy 95-107, độ nhớt ở 25°c (10 000-15 OOOpcs), sử
dụng làm prepreg như: MY 0510(Ciba).


14

Diethylenetriamine ÍDETA)
h 2n

-

c h 2—c h 2—n h

(ỉ 9)

— c h 2—c h 2— n h 2

Đương lượng hydro amine 20.6 độ nhớt ở 25°c (5,5-8,5pcs), của hãng
Dow D.E.H- 20.
Triethylenetriamine (TETA)
H2.\-f-(C H ,)7 - n h ^ - c h 2-

c:h 2- n h 2

10)

Đương lượng hydro amine 24,4 độ nhớt ở 25°c (20-23pcs), của hãng
Dow D.E.H - 24.
Diethylaminepropylamine (DEAPA)
CH-J- CH2

>N — (CH2)3- NH2

(1.11)

c h 3— c h 2

Đương lượng hydro amine 65 độ nhớt ở 25°c (5000pcs), của hãng
Union Carbide.
Tetraethylenepentamine (TEPA)
i i 2n

f (CIl;h

N il \

a i 2 -C I I 2 - n h 2

(1.12)

Đương lượng hydro amine 26-27 độ nhớt ở 25°c (55pcs), của hãng
Dow DEH 26.
Aliphatic polyether triamine (APTA)
H2C - f - O - CH2- CH—(CH3)

NH2

r

c h 3 - c h 2-

c - c h 2 - Ị - 0 - c h 2- CH - (CH3)

I
H2C - f - o - CH2- CH - (CH3) 4

tn

ì

v
h2

(1.13)

nh2


15

Đương lượng hydro anủne 77-82 độ nhớt ở 25°c (72-80pcs), của hãng
Texaco.
4,4T'MethylenedlanilinÉ (MDA)

(1.14)

Đương lượng hydro amine 50, điểm nóng chảy 89° Ccủa hãng Ciba HT
972 và Pacific Anchor là Ancamine DDM.
m-Phenyteoediamine (M rDA)
(1.15)

NH2

Đương lượng hydro amine 27, điểm nóng chảy 60°c của hãng E.I.
duPont de Nemours.
4,4' -DĩaminrHỈìpheĩiylsulíane (DDS)

o
(1.16)

o
Đương lượng hydro amine 62, điểm nóng chảy 170- 180°c của hãng
Ciba là HT 976.

3,3' -Diaminodiphenylsulíòne

o
(1.17)

Đương lượng hyđro amine 62, điểm nóng chảy 174- 178°c của hãng
Ciba là HT 9720.


16

40% MPDA-60% MDA

H2N

Đương lượng hydro amine 38, độ nhớt 1500 cps của hãng UniRoyal đó
là Tonox 60-40.
DicyaĩidiáníliđẾ ÍDICY)

( 1.20)
l i 2N —c = N — c = N

Đương lượng hydro amine 28, điểm nóng chày 207- 209°c của hãng
Cytec Ind.
1.2.2.3. Một số thông số của nhựa epoxy [8]
* Hàm lượng nhổm epoxy (HLE):
Hàm lượng nhóm epoxy (HLE): là số % nhóm epoxy có trong
lOOg nhựa
E= (a ~ b),k,0,043100%
g

(1.21)

a: Thể tích định phân mẫu trắng (mẫu để so sánh) (ml)
b: Thể tích định phân mẫu nhựa (ml)
k: Hệ số điều chỉnh về nồng độ
43: Khối lượng phân tử nhóm epoxy
g: Trọng lượng mẫu (g)
Ví dụ: có hai loại nhựa: ED-2Q có HLE = 20-21%’ ED-16 có
HLE= 15-17%.
* Đương lượng nhóm epoxy (ĐLE)\ số gam nhựa epoxy có chứa 1
đương lượng nhóm epoxy.


17

Giữa ĐLE và HLE có quan hê: DLE = ^
M
HLE

(1. 22)

ĐLE càng lớn, khối lượng nhóm epoxy càng lớn, HLE càng bé.
1.2.2.4. Tính chất của nhựa epoxy
Nhựa epoxy có thể ở thể rắn hoặc lỏng tuỳ thuộc số mắt xích n của nhựa.
Epoxy khá độc, khi chưa đóng rắn dễ dàng hoà tan trong axeton,
etylmetylxêton, toluen, xylen...
- Epoxy đã đóng rắn chịu được tác dụng của rượu (êtylic, propylic,
butylic, glyxerin), hydrocacbon thơm, ete và các dung môi hữu cơ khác, kiềm
đặc, các chất tẩy rửa, dung dịch muối, axit (HC120%, H2SO470%, HNO3 10%).

- Epoxy có độ co ngót nhỏ
- Trong phân tử có hai loại mối nối -C-C, -C-O-C, ngoài ra còn chứa
nhóm phân cực -OH, nhóm hoạt động epoxy nên nhựa epoxy có khả năng
bám dính tốt với vật liệu có cực, dễ dàng tham gia phản ứng tạo các liên kết
ngang với các chất đóng rắn, có độ bền cơ học cao sau khi đóng rắn.
- Các nhóm chức phân bố đều và thưa nên sau khi đóng rắn vẫn bảo tồn
tính co dãn.
- Tỷ lệ giữa nồng độ nhóm epoxy và chất đóng rắn rất quan trọng đối
với tính chất của sản phẩm cuối. Nếu tổng số nhóm hoạt động của epoxy cao
hơn hoặc thấp hơn số nhóm hoạt động của chất đóng rắn thì chỉ nhận được
một nhựa nhiệt dẻo có tính chất cơ học thấp. Do đó số lượng nhóm epoxy và
nhóm hoạt động của chất đóng rắn phải cân bằng và được tính toán cẩn thận,
sai số không quá 10%.
Epoxy đã đóng rắn cứng và dòn nhưng bản chất của polyme nằm giữa
các nhóm epoxy lại có ảnh hưởng lớn tới tính chất của nhựa epoxy. Nếu là
các polyme thơm mạch ngắn, nhựa có dạng lỏng nhớt hoặc dạng rắn nóng
chảy. Nhựa loại này dễ dàng phủ lên chất tăng cường hoặc trộn với bột phụ