Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit nền nhựa polypropylen gia cường bằng sợi cacbon tái sinh

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU POLYME

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU POLYME - COMPOZIT

Đề tài
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT NỀN NH ỰA POLYPROPYLEN GIA C ƯỜNG
BẰNG SỢI CACBON TÁI SINH

GVHD: TS. Nguyễn Phạm Duy Linh
SVTH: MSSV:


BỐ CỤC

PHẦN 1

TỔNG QUAN

PHẦN 2

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

PHẦN 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN


POLYPROPYLEN
Trùng hợp

H

H
C

Ziegler - Natta

H

H

C

C

H

CH3

C

H

CH3
propylen

n

t℃:

35 ÷ 80

p = 3 ÷ 5 (atm)

polypropylen

M
Tnc

:80.000 ÷ 200.000 đvC
0
:160 ÷ 170 C

0
: -15 C

Tg
MFI

TỔNG QUAN

hệ xúc tác: TiCl4 + Al(C2H5)3

: 2 ÷ 60 g/10 phút

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN

POLYPROPYLEN

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


SỢI CACBON TÁI SINH (rCF)

1.
2.
3.

Độ bền cao
Khả năng chống chịu hóa chất
Nhẹ

Chu trình tái sử dụng sợi cacbon phế thải

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


SỢI CACBON TÁI SINH (rCF)

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


NGUYÊN LIỆU ĐẦU
•

•

MAPP

Sợi cacbon
tái sinh

•

Trung Quốc

•

Hàm lượng
Hóa chất phụ gia:

nhóm MA: 0,5%.

•

PP Y130

•

Hàn Quốc

•

Phụ gia tăng dai 2L-5, Singapore

•
•
•

MFI: 4,0 g/10 phút

Axit HNO3
Trung Quốc

Nồng độ: 68%

tại 230℃.

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN

QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM

Xử lí hóa học sợi cacbon tái sinh

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


VẬT LIỆU PC NỀN PP GIA CƯỜNG BẰNG rCF

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CƠ LÝ



Phương pháp xác định độ bền kéo đứt (Tiêu chuẩn
ISOPHÁP
527-1995)
PHƯƠNG
XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN KÉO ĐỨT



Phương pháp xác định độ bền uốn ( Tiêu chuẩn ISO 178: 1993)



Phương pháp xác định độ bền va đập ( Tiêu chuẩn ISO 179 :1993)



Phương pháp xác định hình thái học của vật liệu tổ hợp



Phương pháp xác định độ bền kéo của sợi.



Khảo sát độ bám dính của nhựa PP lên sợi cabon tái sinh.

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG rCF
ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG SỢI

Độ bền kéo, MPa

39.12

44.1

ĐẾN TÍNH CHẤT KÉO CỦA VẬT LIỆU

46.49

25.8

Ép nóng tấm prepreg chế tạo bằng phương pháp rải
sợi

MAPP 5%

Hàm lượng sợi, % khối lượng

Mô đun kéo, GPa

20, 30, 40% khối lượng sợi

1.32

1.49

1.97

0.4

Hàm lượng sợi, % khối lượng

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG rCF
131.44

Độ bền uốn, MPa

109.53
84.25

ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG SỢI
ĐẾN TÍNH CHẤT UỐN CỦA VẬT LIỆU

Ép nóng tấm prepreg chế tạo bằng phương
pháp rải sợi

26.8
MAPP 5%

Hàm lượng sợi, % khối lượng

Mô đun uốn, GPa

5.61
2.99

3.59

20, 30, 40
% khối lượng sợi

0.58

Hàm lượng sợi, % khối lượng

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG rCF

ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG SỢI ĐẾN ĐỘ BỀN VA ĐẬP CỦA VẬT LIỆU

Độ bền va đập KJ/m2

Ép nóng tấm prepreg chế tạo bằng phương pháp rải

13.95

14.53

16.35

sợi

MAPP 5%

8.79
20, 30, 40% khối lượng sợi

Hàm lượng sợi, % khối lượng

40% HÀM LƯỢNG SỢI TRONG VẬT LIỆU CHO TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU LÀ TỐT NHẤT

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN

KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA rCF
450
400
350

40 – 45 mẫu

300
250

Độ bền
kéo, MPa
200

đã xử lý
chưa xử lý

150

HNO3 68%

100
50
0

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5

Đường kính sợi, mm

Phân bố độ bền kéo sợi cacbon tái sinh theo đường kính sợi trước và sau khi xử lý hóa học

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA rCF
PHÂN BỐ ĐỘ BÁM DÍNH CỦA NHỰA POLYPROPYLEN LÊN rCF

5

40 – 45 mẫu

4.5
4
3.5
3

HNO3 68%

2.5bám dính, MPa
Độ bền
đã xử lý
chưa xử lý

2

1.5
1
0.5
00

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

Đường kính sợi, mm

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỢI
ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỢI ĐẾN TÍNH CHẤT KÉO C ỦA

Độ bền kéo, MPa

VẬT LIỆU

39.12

47.92

44.1

57.33

65.09
46.49

Rải sợi

rCF: không xử lý

Hàm lượng sợi, % khối lượng

Chưa xử lý

rCF: đã xử lý hóa học (HNO3 68%, 72h)

Đã xử lý

Mô đun kéo, GPa

3.51
2.77

2.44
1.32

20, 30, 40% khối lượng sợi

1.97
1.49

Hàm lượng sợi, % khối lượng

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỢI
ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỢI ĐẾN TÍNH CHẤT U ỐN CỦA

Độ bền uốn, MPa

VẬT LIỆU

101.1
84.25

131.43
109.53

157.72
131.44

Màng PP

rCF: không xử lý
rCF: đã xử lý hóa học (HNO3 68%, 72h)

Hàm lượng sợi, % khối lượng
Chưa xử lý

Đã xử lý

Mô đun uốn, GPa

7.29
4.2
2.99

5.03

20, 30, 40% khối lượng sợi

5.61

3.59

Hàm lượng sợi, % khối lượng

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỢI
ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỢI ĐẾN ĐỘ BỀN VA Đ ẬP CỦA VẬT

Độ bền va đập, KJ/m2

LIỆU

16.74
13.95

20.45

18.89
14.53

Màng PP

16.35
rCF: không xử lý
rCF: đã xử lý hóa học(HNO3 68%, 72h)

Hàm lượng sợi, % khối lượng
Sợi chưa xử lý

20, 30, 40% khối lượng sợi

Sợi đã xử lý

LỰA CHỌN DÙNG SỢI ĐÃ XỬ LÝ CHO CÁC NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


KHẢO SÁT CẤU TRÚC HÌNH THÁI CỦA VẬT LIỆU
ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA HỌC SỢI

CHƯA

a

XỬ LÝ

x300

b

ĐÃ XỬ LÝ

x500

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG

Độ bền kéo, MPa

ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG Đ ẾN TÍNH CHẤT KÉO C ỦA V ẬT

47.92

36.03

34.31

65.09

57.33

39.63

LIỆU

rCF: 20, 30, 40%
Đã xử lý hóa học
MAPP: 5%

Hàm lượng sợi, % khối lượng
Trộn kín
Rải sợi

RẢI SỢI

Mô đun kéo, GPa

TRỘN KÍN

16.74

18.89
15.11

20.45
18.13

11.63

Hàm lượng sợi, % khối lượng
TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG

ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẾN TÍNH CHẤT UỐN CỦA VẬT LIỆU

7.29

131.43

101.1

118.29

130.12

Mô đun uốn, GPa

Độ bền uốn, MPa

157.72

90.99

HàmTrộn
lượngkín
sợi, %Rải
khối
lượng
sợi

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

5.03
4.2
3.23

3.86

4.25

Hàm lượng sợi, % khối lượng

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG

Độ bền va đập, KJ/m2

ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN VA ĐẬP CỦA VẬT LIỆU

16.74

18.89

20.45
18.13

15.11

11.63

Hàm
lượng
Trộn
kínsợi, %
Rảikhối
sợilượng
LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG VẬT LIỆU SỬ DỤNG RẢI SỢI CHO CÁC NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


KHẢO SÁT CẤU TRÚC HÌNH THÁI CỦA VẬT LIỆU
ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG

a

Rải sợi

x300

b

Trộn kín

x500

TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN


KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG MAPP
ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG CHẤT TRỢ TƯƠNG HỢP MAPP ĐẾN TÍNH CH ẤT KÉO C ỦA V ẬT LI ỆU

52.71
47.92

TỔNG QUAN

63.06
57.33

65.09

2.94

Mô đun kéo, GPa

Độ bền kéo, MPa

72.9

3.76

2.56

2.44

2.77

Hàm lượng sợi, % khối lượng

Hàm lượng sợi, % khối lượng

10% MAPP

10% MAPP

5%MAPP

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.51

5%MAPP

KẾT QUẢ & THẢO LUẬN