nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia, chất độn đến độ bền uốn, độ dai va đập của vật liệu composite trong công nghệ ép phun
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.1 MB, 75 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM VĂN NGHĨA
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA, CHẤT ĐỘN
ĐẾN ĐỘ BỀN UỐN, ĐỘ DAI VA ĐẬP CỦA VẬT LIỆU
COMPOSITE TRONG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ- 60520103
S K C0 0 4 5 7 4
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM VĂN NGHĨA
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA PHỤ GIA, CHẤT ĐỘN
ĐẾN ĐỘ BỀN UỐN, ĐỘ DAI VA ĐẬP CỦA VẬT LIỆU
COMPOSITE TRONG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN
NG ÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ- 60520103
Hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. LÊ HIẾU GIANG
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2015
TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
PHÕNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
-----------------------------
------------------------------------
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và Tên học viên:
PHẠM VĂN NGHĨA
Phái: Nam.
Ngày, tháng, năm sinh: 06-11-1990
Nơi sinh: Phú Yên.
Chuyên ngành:
Kỹ Thuật Cơ Khí
MSHV: 132520103014
Khóa:
2013-2015
Mã ngành: 60520103
I.
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA PHỤ GIA, CHẤT ĐỘN ĐẾN
ĐỘ BỀN UỐN, ĐỘ DAI VA ĐẬP CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE
TRONG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN
II.
NHIỆM VỤ:
Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu composite.
Nghiên cứu công nghệ ép phun.
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO 178:2010, tiêu
chuẩn ISO 179:2010.
Thành lập trình tự tiến hành thí nghiệm.
Xử lý số liệu thực nghiệm.
III.
NG ÀY G IAO ĐỀ TÀI:
IV.
NG ÀY HOÀN THÀNH ĐỀ TÀI:
V.
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
PGS.TS. LÊ HIẾU GIANG
CHỦ NHIỆM KHOA
BỘ MÔN QUẢN LÝ
Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua.
Ngày ___ tháng 4 năm 2015
Phòng Đào tạo sau Đại học
Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy
i
CÔNG TRÌNH ĐÃ HOÀN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học:PGS.TS. LÊ HIẾU GIANG
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. ĐỖ THÀNH TRUNG
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. PHẠM SƠN MINH
Luận văn đƣợc bảo vệ
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
Ngày 18 tháng 4 năm 2015
ii
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 s ắc đến:
PGS.TS. Lê Hiếu Giang, ThS. Nguyễn Văn Sơn – các thầy đã tận tình chỉ
dạy, tạo điều kiện và động viên học trò trong suốt quá trình thực hiện.
Quý thầy, cô giáo đã tham gia công tác gi ảng dạy, hƣớng dẫn học trò và các
thành viên trong lớp Cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Cơ khí 2013A 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 – Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã
giúp đỡ ngƣời thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng.
Kính gửi lời cảm tạ tới BGH Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí
Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho cho các học viên tại trƣờng đƣợc học tập
và nghiên cứu.
Kính chúc Quý thầy, cô thật nhiều sức khỏe.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày __ tháng 4 năm 2015
Học viên
Phạm Văn Nghĩa
iii
TÓM TẮT
Đề tài “ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA PHỤ GIA, CHẤT ĐỘN ĐẾN ĐỘ
BỀN UỐN, ĐỘ DAI VA ĐẬP CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG CÔNG
NGHỆ ÉP PHUN” đƣợc tiến hành trong kho ảng thời gian 1 năm tại trƣờng Đại Học
Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Sau thời gian nghiên cứu tiêu chuẩn đánh giá độ bền
uốn theo ISO 178: 2010, và tiêu chuẩn đánh giá độ dai va đập theo ISO 179: 2010
của vật liệu composite, đề tài đƣợc triển khai và tập trung giải quyết các vấn đề sau:
Tìm hiểu tổng quan về vật liệu composite.
Tìm hiểu về công nghệ ép phun.
Thiết kế và chế tạo mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO 178: 2010 và mẫu thử theo
tiêu chuẩn ISO 179: 2010.
Ép vật liệu và tiến hành thí nghiệm.
Đánh giá kết quả đạt đƣợc.
Công trình nghiên cứu là sự kết hợp của nhiều lĩnh vực khác nhau, kết quả đạt đƣợc
của công trình đánh giá ảnh hƣởng của phụ gia, chất độn đến độ bền uốn, độ dai va
đập của vật liệu.
Học viên thực hiện
Phạm Văn Nghĩa
iv
ABSTRACT
Thesis “ Study of Effect of Additives, Reinforces to Flexural Strength, Impact
Strength of Composite Material in Injection Molding Technology” has been done
for one year at Ho Chi Minh City University of Technology and Education, base on
the ISO 178 and ISO 179 standard. The thesis’s content focused on:
Overview of composite material.
Overview of Injection Molding Technology.
Designing and manufacturing the mold of test specimen base on the ISO
178, ISO 179 standard.
Making a test specimen and experiment was done.
Evaluating the results.
The result of thesis is combination of application of many science fields, it shows
the effect of additives, reinforces to flexural strength, impact strengh of composite
material in injection molding technology.
Author
Phạm Văn Nghĩa
v
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 chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 4 năm 2015
Học viên
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Phạm Văn Nghĩa
vi
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: PHẠM VĂN NGHĨA
Giới tính: NAM
Ngày, tháng, năm sinh: 06-11-1990
Nơi sinh: Phú Yên
Quê quán: Ân Niên, Hòa An, Phú Hòa, Phú Yên
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 12/6/1L Đƣờng Số 9, KP.3, P.Linh Trung,
Q.TĐ, TP HCM
SĐT: 097 4198 224
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học phổ thông:
Hệ đào tạo: chính qui
Thời gian đào tạo từ 9/2005 đến 6/2008
Nơi học (trƣờng, thành phố): THPT Trần Quốc Tuấn, Tỉnh Phú Yên
2. Đại học:
Hệ đào tạo: chính qui
Thời gian đào tạo từ 9/2008 đến 7/ 2012
Nơi học (trƣờng, thành phố): ĐH SPKT TPHCM.
Ngành học: CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG.
Tên đồ án tốt nghiệp: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ KHUÔN KHÓA BẤM CÁP.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 7/2012, ĐH SPKT TP HCM.
Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Trần Mai Văn
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
9/2012-11/2012
Lucassen Precision Asia Ltđ, Co.
Kỹ Sƣ CNC
5/2014- nay
Trƣờng CĐ Kỹ Thuật Cao Thắng
Giảng viên khoa cơ khí
vii
Mục Lục
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ...................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................iii
TÓM TẮT ............................................................................................................................. iv
ABSTRACT........................................................................................................................... v
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. vi
LÝ LỊCH KHOA HỌC ........................................................................................................vii
DANH SÁCH HÌNH ............................................................................................................ xi
DANH SÁCH BẢNG .........................................................................................................xiii
CHƢƠNG 1 ........................................................................................................................... 1
TỔNG QUAN ........................................................................................................................ 1
1.1
Tổng quan về hƣớng nghiên cứu:............................................................................ 1
1.1.1
Các kết quả nghiên cứu trong nƣớc: ................................................................ 1
1.1.2
Các công trình nghiên cứu ngoài nƣớc: ........................................................... 2
1.2
Tính cấp thiết của đề tài: ......................................................................................... 3
1.3
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn:................................................................... 4
1.3.1
Ý nghĩa khoa học: ............................................................................................ 4
1.3.2
Ý nghĩa thực tiễn:............................................................................................. 4
1.4
Mục tiêu nghiên cứu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu: ..................................... 4
1.4.1
Mục tiêu nghiên cứu: ....................................................................................... 4
1.4.2
Khách thể nghiên cứu: ..................................................................................... 5
1.4.3
Đối tƣợng nghiên cứu: ..................................................................................... 5
1.5
Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu: .......................................................... 5
1.5.1
Nhiệm vụ của đề tài: ........................................................................................ 5
1.5.2
Phạm vi nghiên cứu: ........................................................................................ 6
1.6
Phƣơng pháp nghiên cứu:........................................................................................ 6
CHƢƠNG 2 ........................................................................................................................... 7
CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................................................. 7
2.1
Vật liệu composite:.................................................................................................. 7
2.1.1
Khái niệm và tính chất: .................................................................................... 7
viii
2.1.2
Phân loại vật liệu composite: ........................................................................... 8
2.1.3
Vật liệu và thành phần của composite: ............................................................ 9
2.2
Nhựa Polypropylen (PP): [1]................................................................................. 11
2.3
Phụ gia:.................................................................................................................. 12
2.4
Công nghệ ép phun:............................................................................................... 14
2.5
Các phƣơng pháp xác định cơ tính mẫu thử:......................................................... 15
2.5.1
Độ bền uốn: .................................................................................................... 15
2.5.2
Độ dai va đập: ................................................................................................ 18
CHƢƠNG 3 ......................................................................................................................... 20
THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH MẪU THỬ ........................................................................... 20
3.1
Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình ép phun.[1] .................................................. 20
3.1.1
Nhiệt độ.......................................................................................................... 20
3.1.2
Áp suất. .......................................................................................................... 21
3.1.3
Tốc độ phun. .................................................................................................. 22
3.2
Phƣơng án chế tạo mẫu thử. .................................................................................. 22
3.3
Phân tích các thông số của quá trình ép phun mẫu.[1].......................................... 25
3.3.1
Mục tiêu. ........................................................................................................ 25
3.3.2
Phân tích vị trí của điểm phun tốt nhất (best gate location)........................... 25
3.3.3
Phân tích thời gian điền đầy sản phẩm (fill time): ......................................... 27
3.3.4
Phân tích áp suất phun. .................................................................................. 28
3.3.5
Phân tích lực kẹp (Clamp Force): .................................................................. 28
3.3.6
Phân tích sự phân bố và phát triển dòng nhựa trong khuôn (Grow Form). ... 29
3.3.7
Phân tích ứng suất dƣ. .................................................................................... 30
3.3.8
Phân tích đƣờng hàn....................................................................................... 31
3.3.9
Phân tích cong vênh, co rút. ........................................................................... 32
3.3.10
Bảng tổng hợp phân tích. ............................................................................... 33
CHƢƠNG 4 ......................................................................................................................... 34
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN VÀ CHẾ TẠO MẪU...................................................... 34
4.1
Thiết kế khuôn chế tạo mẫu thử độ bền kéo: ........................................................ 34
4.2
Thiết kế mẫu thử độ bền uốn và độ dai va đập: .................................................... 34
4.2.1
Chế tạo mẫu thử độ bền uốn: ......................................................................... 34
4.2.2
Chế tạo mẫu thử độ dai va đập:...................................................................... 35
CHƢƠNG 5 THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN.................................................................. 37
ix
5.1
Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng............................................................................. 37
5.2
Thành lập các điều kiện tiến hành thí nghiệm....................................................... 38
5.2.1
Xác định số lƣợng thí nghiệm.[1] .................................................................. 38
5.2.2
Quy trình tiến hành thí nghiệm.[1] ................................................................ 39
5.3
Thí nghiệm đo độ dai va đập: ................................................................................ 40
5.3.1
Dụng cụ thí nghiệm:....................................................................................... 40
5.3.2
Điều kiện thí nghiệm:..................................................................................... 40
5.3.3
Xử lý số liệu thống kê cho mẫu ép sử dụng phụ gia Na10MB3A: ................ 41
5.3.4
Xử lý số liệu thống kê cho mẫu ép sử dụng chất độn CaCO 3 :....................... 45
5.4
Thí nghiệm đo độ bền uốn: ................................................................................... 48
5.4.1
Dụng cụ thí nghiệm:....................................................................................... 48
5.4.2
Điều kiện thí nghiệm:..................................................................................... 48
5.4.3
Xử lý số liệu thống kê cho mẫu ép sử dụng phụ gia Na10MB3A: ................ 48
5.4.4
Xử lý số liệu thống kê cho mẫu ép sử dụng chất độn CaCO 3 :....................... 52
5.5
Cơ chế tăng bền của vật liệu: ................................................................................ 55
CHƢƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ................................................................. 57
6.1
Kết luận. ................................................................................................................ 57
6.2
Khuyến nghị. ......................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 59
x
DANH SÁCH HÌNH
Hình 2. 1 Phân loại composite theo hình dạng. ..............................................................8
Hình 2. 2 Biểu tƣợng thƣơng mại và liên kết mắt xích PP ..........................................11
Hình 2. 3 Mẫu thử độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO 178: 2010. .................................17
Hình 2. 4 Vị trí của mẫu tại điểm bắt đầu khi tiến hành. .............................................18
Hình 2. 5 Máy đo độ dai va đập theo tiêu chuẩn ISO 179...........................................19
Hình 2. 6 Mẫu thử độ dai va đập theo tiêu chuẩn ISO 179:2010 ...............................19
Hình 3. 1 Kết cấu cơ bản của một máy ép phun. ..........................................................20
Hình 3. 2 Thiết kế của mẫu đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO 178: 2010..............23
Hình 3. 3 Thiết kế của mẫu đo độ dai va đập theo tiêu chuẩn ISO 179: 2010..........23
Hình 3. 4 Kết quả phân tích vị trí điểm phun. ...............................................................27
Hình 3. 5 Kết quả phân tích thời gian điền đầy sản phẩm. ..........................................28
Hình 3. 6 Sự phát triển của dòng nhựa trong khuôn. ...................................................29
Hình 3. 7 Phân bố ứng suất dƣ trƣớc khi thiết kế hệ thống làm mát..........................30
Hình 3. 8 Phân bố ứng suất dƣ sau khi thiết kế hệ thống giải nhiệt. ..........................30
Hình 3. 9 Kết quả phân tích dự đoán đƣờng hàn. .........................................................32
Hình 3. 10 Phân tích cong vênh, co rút. .........................................................................32
Hình 4. 1 Kích thƣớc thiết kế và mẫu đo độ bền kéo đƣợc chế tạo............................34
Hình 4. 2 Kích thƣớc thiết kế và mẫu đo độ bền uốn đƣợc chế tạo. ..........................35
Hình 4. 3 Kích thƣớc thiết kế và mẫu đo độ dai va đập đƣợc chế tạo. ......................36
Hình 5. 1 Máy đo độ dai va đập theo tiêu chuẩn ISO 179...........................................40
Hình 5. 2 Biểu đồ mối quan hệ giữa độ dai va đập và tỉ lệ Na10MB3A. ..................43
Hình 5. 3 Biểu đồ thực nghiệm biểu diễn sự ảnh hƣởng của thành phần phụ gia
Na10MB3A tới độ dai va đập. .........................................................................................44
Hình 5. 4 Biểu đồ mối quan hệ giữa độ dai va đập và tỉ lệ CaC0 3 .............................47
xi
Hình 5. 5 Biểu đồ mối quan hệ giữa độ bền uốn và tỉ lệ Na10MB3A. ......................51
Hình 5. 6 Biểu đồ mối quan hệ giữa độ bền uốn và tỉ lệ CaC0 3 . ................................54
Hình 5. 7 Cơ chế phá hủy trên bề mặt gãy đứt của mẫu PP có trộn phụ gia:...........55
Hình 5. 8 Cơ chế tăng bền vật liệu polymer. .................................................................56
xii
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 3. 1 Bảng tổng hợp thông số ép phun...................................................................33
Bảng 5. 1 Bảng kết quả thực hiện độ dai va đập khi pha Na10MB3A ......................41
Bảng 5. 2 Bảng tổng hợp giá trị trung bình độ dai va đập khi pha NA10MB3A .....42
Bảng 5. 3 Kết quả thực hiện độ dai va đập khi pha CaCO3 .........................................45
Bảng 5. 4 Bảng Tổng hợp giá trị độ dai va đập trung bình khi pha CaCO3 ..............46
Bảng 5. 5 Kết quả thực hiện độ bền uốn khi pha Na10MB3A....................................48
Bảng 5. 6 Bảng tổng hợp giá trị độ bền uốn trung bình khi pha NA10MB3A .........50
Bảng 5. 7 Kết quả thực hiện độ bền uốn khi pha CaCO3 .............................................52
Bảng 5. 8 Bảng tổng hợp giá trị độ bền uốn trung bình khi pha CaCO3 ...................54
xiii
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về hƣớng nghiên cứu:
1.1.1 Các kết quả nghiên cứu trong nƣớc:
1.1.1.1
Đề tài “ Nghiên cứu vật liệu composite trên nền nhựa polyetylene tỉ
trọng cao gia cƣờng bằng sợi đay” năm 2008- ĐH Bách Khoa.
- Đề tài đƣợc thực hiện vào năm 2008 dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Đào Thị
Thu Loan, đề tài nghiên cứu vật liệu composite thông qua phƣơng pháp ép
nóng vật liệu nền polyetylene tỉ trọng cao (HDPE) đƣợc gia cố bằng sợi
đay.
- Sợi đay đƣợc đan dạng vải và xử lý hóa chất. Tấm nhựa và tấm sợi đƣợc
xếp xen kẽ thành 6 lớp (6 lớp nhựa và 5 lớp sợi), lớp vật liệu đƣợc xử lý
nhiệt trong khuôn ở nhiệt độ 160̊ C, sau đó hạ nhiệt, làm nguội cắt mẫu và
xử lý thực nghiệm.
- Đề tài trình bày kết quả thực nghiệm cho thấy với hàm lƣợng sợi là 40%,
nhiệt độ ép nóng là 160̊ C, đƣợc ép trong kho ảng thời gian là 25 phút thì
đạt đƣợc độ bền cao nhất.
1.1.1.2 Đề tài “ Nghiên cứu vật liệu composite trên nền nhựa polyvinyl clorua
với độn mùn cƣa, trấu” năm 2010- ĐH Bách Khoa
- Đề tài đƣợc TS. Đào Thị Thu Loan hƣớng dẫn năm 2010. Đề tài thực hiện
khảo sát, đánh giá các yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất cơ lý và độ kháng
nƣớc của vật liệu composite nền nhựa polyvinyl clorua với mùn cƣa hoặc
trấu.
- Mùn cƣa, trấu đƣợc làm sạch, loại bỏ tạp chất, say nhỏ, phân loại và sấy
khô. Sau đó trộn hạt PVC SG660 với mùn cƣa, trấu, và hấp thụ chất dẻo
DOP trên máy khuấy với tỉ lệ 40% mùn cƣa, 20% DOP. Hỗn hợp đƣợc
1
đƣợc đƣa vào khuôn ép thành t ấm theo quy trình, sau đó cắt theo mẫu và
kiểm nghiệm.
- Kết quả thực nghiệm cho thấy, ở nhiệt độ 160̊ C, thời gian ép trong khuôn
là 20 phút, kích cỡ hạt 0.5mm thì vật liệu composite đạt đƣợc độ bền cao
nhất. Tỉ lệ mùn cƣa cho độ bền tốt nhất là 50%, của trấu là 40%, tỉ lệ hàm
lƣợng chất dẻo cho độ bền tốt nhất là 10%.
1.1.1.3 Đề tài “Nghiên cứu tăng bền cho vật liệu nhựa và composite trong
công nghệ ép phun” năm 2011-ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM.
- Đề tài đƣợc PGS.TS. Lê Hiếu Giang hƣớng dẫn năm 2011, đề tài nghiên
cứu tăng bền cho vật liệu nhựa PP dùng phụ gia Na10MB3A và chất độn
CaCO3.
- Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi pha thành phần phụ gia Na10MB3A
với tỉ lệ 3% thì vật liệu tăng bền cao nhất, tăng 13,51%. Khi pha chất độn
CaCO3 với tỉ lệ 4% thì vật liệu tăng bền cao nhất, tăng 21,46%.
1.1.2 Các công trình nghiên cứu ngoài nƣớc:
1.1.2.1
Comparison of several closure approximations for evaluating the
thermoeplastic properties of an injection molded short-fiber compositecomposites Science and Technology, Volume 67, Issues 7-8, June 2007,
pages 1601-1610: đề tài nghiên cứu và đánh giá các yếu tố ảnh hƣởng đến
đặc tính đàn hồi nhiệt độ của quá trình ép phun composite sợi ngắn.
1.1.2.2
glass
An experimental study of fiber orientation in injection moulded short
fiber
–reinforced polypropylene/prolyarylamide
composites
–
Composites, volume 25, issue 2, February 1994, pages 147-153: đề tài thực
nghiệm nghiên cứu sự định hƣớng của sợi thủy tinh trong quá tính ép phun
composite gia cƣờng polypropylene/polyarylamide.
2
1.1.2.3
Studies on the combined effect of injection temperature and fiber
content on the properties of the polypropylene –glass fiber compositesComposites Science and Technology, Volume 65, Issue, May 2005, Pages
873-881: đề tài nghiên cứu sự tƣơng tác của nhiệt độ ép phun và thành phần
sợi đến đặc tính của composite –sợi thủy tinh.
1.1.2.4
Influence of particle size and debonding damage on an elastic –
plastic singular field around a crack-tip in particulate-reinforced composites
–Acta Mechanical, Volume 225, Issue 4-5, Pages 1373- 1389: đề tài nghiên
cứu ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt và vết bong tách đến tính dẻo đàn hồi
quanh vết nứt của vật liệu composite đƣợc gia cƣờng bằng hạt.
Kết luận: chƣa có công trình nghiên cứu nào sử dụng phụ gia, chất độn để tăng độ
bền uốn, độ dai va đập cho vật liệu composite trong công nghệ ép phun. Vì vậy
trong công trình nghiên cứu này đã tiến hành chế tạo mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO
178:2010, tiêu chuẩn ISO 179:2010 làm công cụ thử kiểm nghiệm độ bền uốn và độ
bền dai va đập của vật liệu.
1.2 Tính cấp thiết của đề tài:
Những sản phẩm của công nghệ ép phun phổ biến và yêu cầu chất lƣợng sản
phẩm ngày càng tốt hơn, bền hơn, nhẹ hơn, giá thành rẻ hơn. Vật liệu nhựa
truyền thống đƣợc pha trộn với phụ gia ở những tỉ lệ nhất định để đạt đƣợc độ
bền cao hơn. Tuy nhiên, trƣớc những ƣu điểm của vật liệu và công nghệ chế tạo
vật liệu composite mang lại thì việc áp dụng những thành tựu của công nghệ
này để cải thiện tính bền, nâng cao chất lƣợng và giảm giá thành cho các sản
phẩm nhựa là hết sức cần thiết, bên cạnh đó việc tìm hiểu tỉ lệ thành phần phụ
gia hoặc gia cƣờng để phát huy tối đa hiệu quả của các thành phần này là một
xu hƣớng rất cần thiết trong lĩnh vực kỹ thuật.
Các chất phụ gia trong thực tế đã đƣợc sử dụng nhƣng phần lớn chỉ sử dụng
theo những chỉ dẫn nhất định của nhà sản xuất hoặc theo kinh nghiệm của các
công ty gia công sản phẩm nhựa. Để có thể đánh giá tổng quát ảnh hƣởng của
3
các thành phần gia cƣờng hoặc chất độn, nhằm mở rộng số lƣợng và tăng hiệu
quả sử dụng những thành phần này, thì cần phải có những nghiên cứu cụ thể để
đánh mức độ ảnh hƣởng của các yếu tố này đến sức bền của vật liệu trƣớc và
sau pha trộn.
Đề tài đã tiến hành triển khai nghiên cứu và chế tạo mẫu thử đo độ bền uốn,
độ dai va đập của vật liệu composite trong công nghệ ép phun để đánh giá ảnh
hƣởng của phụ gia, chất độn đến độ bền uốn, độ da va đập của vật liệu trong
công nghệ ép phun.
1.3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn:
1.3.1 Ý nghĩa khoa học:
Sản phẩm của đề tài sẽ đƣợc dùng để phục vụ công tác nghiên cứu về
độ bền uốn, độ dai va đập của vật liệu trong công nghệ ép phun.
Các thí nghiệm để phân tích, đánh giá ảnh hƣởng của tỉ lệ thành phần
phụ gia, chất độn , xây dựng các biểu đồ thực nghiệm, từ đó phát triển
các loại vật liệu mới bền hơn và tốt hơn cho công nghệ ép phun.
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn:
Sản phẩm trực tiếp từ đề tài là mẫu thử đo độ bền uốn ISO 178: 2010,
và mẫu thử đo độ dai va đập theo tiêu chuẩn ISO 179: 2010.
Các kết quả của công trình nghiên cứu này sẽ đƣợc áp dụng vào thực
tiễn nghiên cứu khoa học,và là nền tảng cho sự ứng dụng hiệu quả cả về
mặt kỹ thuật và kinh tế cho công nghệ ép phun.
1.4 Mục tiêu nghiên cứu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu:
1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu:
-
Chế tạo đƣợc mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO 178:2010, và mẫu thử theo
tiêu chuẩn ISO 179:2010.
4
-
Thực nghiệm kiểm tra độ bền uốn, độ dai va đập của vật liệu composite
trong công nghệ ép phun.
-
Đƣa ra đƣợc ảnh hƣởng của phụ gia, chất độn đến độ bền uốn, độ dai va
đập của vật liệu.
1.4.2 Khách thể nghiên cứu:
-
Các thông số đến quá trình ép phun.
-
Công nghệ ép phun.
-
Vật liệu nhựa PP và composite.
-
Phụ gia, chất độn sử dụng trong chế tạo vật liệu composite.
1.4.3 Đối tƣợng nghiên cứu:
-
Vật liệu composite.
-
Vật liệu nhựa PP.
-
Các phụ gia, chất độn thƣờng dùng.
-
Công nghệ ép phun, các thông số quá trình ép phun.
-
Tiêu chuẩn ISO 178: 2010, tiêu chuẩn ISO 179: 2010.
-
Phần mềm STAT GRAPHICS.
1.5 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu:
1.5.1
Nhiệm vụ của đề tài:
-
Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu composite.
-
Nghiên cứu công nghệ ép phun.
-
Nghiên cứu và thiết kế mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO 178:2010, mẫu
thử theo tiêu chuẩn ISO 179:2010.
-
Nghiên cứu chế tạo mẫu thử bằng công nghệ ép phun.
-
Thành lập trình tự tiến hành thí nghiệm.
-
Xử lý số liệu thực nghiệm.
5
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu:
Vì giới hạn về thời gian và cơ sở nên đề tài chỉ dừng lại ở việc nghiên
cứu các vấn đề sau:
-
Chỉ nghiên cứu trong công nghệ ép phun.
-
Vật liệu nhựa sử dụng là nhựa polypropylene.
-
Sử dụng hai loại phụ gia Na10MB3A và chất độn CaCO3
1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu:
-
Thu thập tài liệu, xử lý tài liệu liên quan.
-
Nghiên cứu tiêu chuẩn ISO 178:2010, tiêu chuẩn ISO 179:2010.
-
Thiết kế mẫu thử trên phần mềm PRO/E.
-
Thiết kế các thiết bị, khuôn trên phần mềm PRO/E.
-
Phân tích CAE trên phần mềm Plastic Moldflow Insign.
-
Xử lý số liệu thực nghiệm bằng phần mềm STAT GRAPHICS.
6
CHƢƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Vật liệu composite:
2.1.1 Khái niệm và tính chất:
2.1.1.1 Khái niệm:
Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu khác
nhau. Vật liệu mới đƣợc tạo thành có tính chất ƣu việt hơn nhiều so với
từng loại vật liệu thành phần riêng rẽ, về mặt cấu tạo thì vật liệu
composite bao gồm một hay nhiều pha gián đoạn phân bố đều trên một
pha nền liên tục. Nếu vật liệu có nhiều pha gián đoạn ta gọi là composite
hỗn tạp. Pha gián đoạn thƣờng có tính chất trội hơn pha liên tục.
Pha liên tục gọi là nền ( matrice). Pha gián đoạn gọi là cốt, chất độn hay
vật liệu gia cƣờng ( reinforced).
2.1.1.2 Tính chất:
Cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc vào những đặc tính sau đây:
- Cơ tính của các vật liệu thành phần: các vật liệu thành phần có cơ tính
tốt thì vật liệu composite cũng có cơ tính tốt và tốt hơn tính chất của
từng vật liệu thành phần.
- Luật phân bố hình học của vật liệu cốt: khi vật liệu cốt phân bố không
đồng đều thì vật liệu composite bị phá hủy trƣớc hết ở những vị trí ít
vật liệu cốt. Với composite cốt sợi thì phƣơng của sợi quyết định tính
dị hƣớng của vật liệu, có thể điều chỉnh đƣợc tính dị hƣớng này theo ý
muốn để chế tạo đƣợc vật liệu cũng nhƣ phƣơng án công nghệ phù
hợp với yêu cầu.
- Tác dụng tƣơng hỗ giữa các vật liệu thành phần: vật liệu cốt và nền
phải liên kết với nhau chặt chẽ thì mới có khả năng tăng cƣờng và bổ
7
sung tính chất cho nhau. Ví dụ nhƣ liên kết giữa cốt thép và xi măng
bê tông.
2.1.2 Phân loại vật liệu composite:
2.1.2.1 Phân loại theo hình dạng:
a - composite hạt
d - composite vảy
b - composite sợi
e - composite đổ đầy
c - composite phiến
Hình 2. 1 Phân loại composite theo hình dạng.
2.1.2.2 Phân loại theo bản chất và vật liệu thành phần:
-
Composite nền hữu cơ: nền là nhựa hữu cơ, cốt thƣờng là sợi hữu cơ
hoặc sợi khoáng, sợi kim loại.
-
Composite nền kim loại: nền là các kim loại nhƣ titan, nhôm, dồng và
cốt thƣờng là sợi kim loại hoặc sợi khoáng nhƣ B, C, SiC.
-
Composite nền gốm: nền là các loại vật liệu gốm, cốt có thể là sợi
hoặc kim loại, hoặc hạt gốm.
8
2.1.3 Vật liệu và thành phần của composite:
2.1.3.1 Vật liệu nền:
-
Chất liệu nền nhựa nhiệt rắn: nhựa polyeste, nhựa epoxy, nhựa amin…
-
Chất liệu nền nhựa nhiệt dẻo: PVC, nhựa PE, nhựa PP, nhựa polyamit,…
-
Chất liệu nền cacbon
-
Chất liệu nền kim loại.
2.1.3.2 Cốt (chất độn hay vật liệu gia cƣờng):
Đóng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung vì cốt thƣờng có tính chất cơ lý cao
hơn nhựa. Ngƣời ta đánh giá cốt dựa trên các đặc điểm nhƣ sau:
-
Tính gia cƣờng cơ học.
-
Tính kháng hóa chất, môi trƣờng, nhiệt độ.
-
Phân tán vào nhựa tốt.
-
Truyền nhiệt, giải nhiệt.
-
Thuận lợi cho quá trình gia công.
-
Giá thành giảm.
Có ba dạng cốt cơ bản:
Cốt dạng sợi:
Sợi là loại vật liệu có một chiều kích thƣớc (gọi là chiều dài) lớn hơn rất nhiều so
với hai chiều kích thƣớc còn lại. Theo hai chiều kia chúng phân bố gián đoạn trong
vật liệu composite, còn theo chiều dài thì chúng có thể ở dạng liên tục hay gián
đoạn. Ta thƣờng thấy tên các loại cốt sợi này gắn liền với tên gọi của composite
dạng sợi.
Việc trộn thêm các loại cốt sợi vào composite có tác dụng làm tăng độ bền cơ
học cũng nhƣ độ bền hóa học của vật liệu nhƣ: khả năng chịu đƣợc va đập, độ giãn
nở cao, khả năng cách âm tốt, tính chịu ma sát, mài mòn,…
Cốt sợi có tính năng cơ lý hóa cao, tuy nhiên sợi có giá thành cao nên thƣờng
dùng để chế tạo các loại vật liệu cao cấp nhƣ sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi Bo,..
Cốt dạng hạt:
9
Hạt là loại vật liệu gián đoạn, không có kích thƣớc ƣu tiên nhƣ sợi. Loại vật liệu
composite cốt hạt thƣờng đƣợc sử dụng là: silica, CaCO3, vẩy mica,...
Sử dụng hạt nhằm các mục đích:
-
Giảm giá thành.
-
Tăng thể tích cần thiết đối với độn trơ, tăng độ bền cơ lý, hóa, nhiệt, điện,
khả năng chậm cháy đối với độn tăng cƣờng.
-
Đễ đúc khuôn, giảm sự tạo bọt khí trong nhựa có độ nhớt cao.
-
Cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, chống co rút khi đóng r ắn, che khuất
sợi trong cấu tạo tăng cƣờng sợi, giảm tỏa nhiệt khi đóng rắn.
Cốt dạng vải (cấu trúc):
Cốt vải là tổ hợp thành bề mặt (tấm), của vật liệu cốt sợi, đƣợc thực hiện bằng
công nghệ dệt. Các kỹ thuật dệt vải chuyền thống thƣờng hay dùng là: kiểu dệt lụa
trơn, kiểu dệt xa tanh, kiểu dệt vân chéo, kiểu dệt vải mô đun cao, kiểu dệt đồng
phƣơng. Kiểu dệt là cách đan sợi, hay còn gọi là kiểu chéo sợi. Kỹ thuật dệt cao cấp
còn có các kiểu dệt đa phƣơng nhƣ: bện, tết, và kiểu dệt thể tích tạo nên vải đa
phƣơng.
2.1.3.3 Composite nền nhựa:
Chất nền không những là chất làm các sợi gia cố dính lại với nhau mà còn có
tác dụng phân bố lực đồng đều trên toàn bộ composite.
Nhựa nền có tác dụng nhƣ chất kết dính, tạo môi trƣờng phân tán, đóng vai trò
truyền ứng suất sang cốt khi có ngo ại lực tác dụng lên vật liệu. Nhựa nền có thể tạo
thành từ một hoặc hỗn hợp nhiều chất đƣợc trộn lẫn một cách đồng nhất tạo thể liên
tục.
Các loại nhựa nhƣ êpoxy, phênolformaldehyt, polyeste… đều có tính thấm ƣớt
tốt đối với vật liệu gia cƣờng dạng hữu cơ, bởi vậy công đoạn trộn nhựa với cốt rất
thuận lợi và đơn giản. Riêng đối với cốt là vật liệu vô cơ, ví dụ nhƣ các loại sợi
gốm, có tính thấm ƣớt rất kém.
Đối với dạng vải, có nhiều cách để chế tạo bán thành phẩm. Ví dụ, nhúng tấm
vải vào thùng nhựa rồi xếp thành từng lớp và tiến hành ép, hoặc trải từng lớp vải
10
