Thiết kế nhà máy sản xuất ghế composite phục vụ cho bệnh viện, trường học,… năng suất 100 000 sản phẩm trên năm

Khóa Luận Tốt Nghiệp

MỤC LỤC

1


Khóa Luận Tốt Nghiệp

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH
2


Khóa Luận Tốt Nghiệp

3


Khóa Luận Tốt Nghiệp

LỜI MỞ ĐẦU
Composite là vật liệu truyền thống có từ lâu đời, không những được sử dụng
rộng rãi từ lâu ở các nước trên thế giới, mà chúng còn được sử dụng nhiều ở Việt
Nam trong hầu hết các ngành, lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân.Đến nay,
composite đã có mặt trên hầu hết mọi lĩnh vực của nền kinh tế. Từ công nghiệp dân
dụng, y tế, thể thao, giao thông vận tải, cho đến các ngành công nghiệp nặng ( chế
tạo máy bay, đóng tàu,điện lực, hóa chất,…) đặc biệt là trong ngành hàng không vũ
trụ.
Sở dĩ composite được ứng dụng và phát triển rộng rãi như vậy, vì chúng rất bền

và nhẹ. Muốn thiết kế xây dựng, sản xuất bất cứ một cái gì, thì câu hỏi đầu tiên đặt
ra là kết cấu của sản phẩm đó được làm từ vật liệu gì? Rất nhiều đòi hỏi khắt khe
của kĩ thuật và công nghệ hiện đại, chỉ có vật liệu composite mới đáp ứng nổi.Vì
thế, ngành khoa học công nghệ vật liệu là ngành mũi nhọn của sự công nghiệp hóa,
hiện đại hóa. Vật liệu composite là vật liệu của tương lai.
Từ những ứng dụng và tầm quan trọng của composite, em đã chọn đề tài: Thiết
kế nhà máy sản xuất ghế composite phục vụ cho bệnh viện, trường học,… năng
suất 100.000 sản phẩm/năm. Nhằm tạo ra sản phẩm nhẹ, bền, đơn giản thích hợp
đặt ở những nơi công cộng phục vụ con người.

4


Khóa Luận Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển vật liệu composite
Vật liệu composite đã được phát hiện từ rất lâu đời và phổ biến cho đến hiện
nay. Với những tính năng ưu việt của nó, con ngời không ngừng tìm tòi và tối ưu
hóa những khả năng ứng dụng rất rộng rãi của nó, hiện đại hóa loại chất liệu này.
Với một bề dày lịch sử rất lớn (từ khoảng 5000 năm trước công nguyên đến hiện
nay) Composite đã mang đến cho loài người nhiều ứng dụng tiện nghi, tô màu cho
cuộc sống có những công trình đẹp, những vật dụng đẹp,…
Từ thời cổ đại, con người đã biết vận dụng chất liệu này vào cuộc sống như làm
gốm, làm nhà bằng đất sét và đá trộn lại với nhau. Sự phát triển của vật liệu
composite thật sự được khẳng định, chứng minh vị thế của mình vào những năm
1930, khi mà hai nhà khoa học Stayer và Thomat đã nghiên cứu và ứng dụng thành
công sợi thủy tinh. Còn nhà khoa học Fillis và Foster đã biết ứng dụng sợi thủy tinh
để gia cường cho polyester không no. Với phát minh này đã ứng dụng vào việc chế
tạo máy bay, tàu chiến cung cấp cho cuộc tranh đấu của thế chiến thứ hai trên thế

giới.
Cho đến năm 1950 nhựa epoxy cùng với các sợi polyester, sợi nylon đã ra đời
mở ra bước đột phá cho ngành vật liệu composite.
Và cho đến hiện nay vật liệu composite đã đa dạng về thành phần chất nền và
chất cốt. Có rất nhiều loại để nhà sản xuất lựa chọn phù hợp với yêu cầu của sản
phẩm [1].
1.1.1. Tình hình phát triển vật liệu composite
trên Thế giới
Chính vì những đặc tính tốt của vật liệu composite nên đã được các nhà nghiên
cứu trên thế giới chú tâm. Việc nghiên cứu đã có những ứng dụng rất thành công
được thế giới áp dụng. Trong cuộc chiến tranh thế giới thứ hai, nhiều nước đã biết
chế tạo máy bay, tàu chiến, vũ khí để phục vụ thế chiến của họ.

5


Khóa Luận Tốt Nghiệp
Đến nay, vật liệu composite đã được sử dụng để chế tạo nhiều chi tiết, linh kiện
trong các ngành công nghiệp. Từ công nghiệp máy móc thiết bị đến công nghiệp
dân dụng trong đời sống. Dựa trên những tính năng đa dạng, đặc biệt như giảm
được trọng lượng, tăng khả năng chịu mài mòn, mẫu mã đẹp, tiết kiếm nhiên liệu,…
Ngoài ra nó còn được ứng dụng vào ngành y tế như hệ thống chân, tay giả, ghép sọ,
răng giả,…Composite đã góp phần vào nền kinh tế quốc dân.
Biểu đồ dưới đây cho thấy phần nào ngành vật liệu composite ngày càng có vị
trí trong ngành công nghiệp hàng không.

Hình 1.1:Tiêu thụ các loại vật liệu trong ngành công nghiệp hàng không năm 2010 [2].

1.1.2. Tình hình phát triển vật liệu composite
ở Việt Nam

Vật liệu composite được ứng dụng hầu hết ở các ngành, các lĩnh vực trong nền
kinh tế quốc dân. Lượng nhựa dùng để sản xuất composite mỗi năm ở Hà Nội cũng
đã 5000 tấn/ năm. Tại khoa răng của bệnh viện trung ương Quân đội 108 đã sử dụng
vật liệu composite vào trong việc ghép răng thưa, bàn ghế, các ngành thiết bị giáo
dục, các giải phân cách đường giao thông, thùng rác, hệ thống tàu xuồng, hệ thống
máng trượt, máng hứng và ghế ngồi, mái che của các nhà thi đấu, các sân vận động,
nhà ở…Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liệu composite vào các lĩnh vực điện dân
dụng [1].

6


Khóa Luận Tốt Nghiệp
Công nghệ chế tạo các sản phẩm từ composite ở Việt Nam chưa thật sự hiện đại
như các nước trên thế giới. Nhưng cũng đã tạo ra những sản phẩm rất chất lượng,
mẫu mã đẹp, bền, chắc,…có tính ứng dụng rất cao, được nhiều nhà đầu tư sản xuất
chọn lựa.

1.2 Các thành phần của vật liệu composite
1.2.1. Khái niệm
Vật liệu composite là được chế tạo bằng cách trộn từ hai hay nhiều thành phần
khác nhau, nhằm tạo ra loại vật liệu hoàn toàn mới có tính năng ưu việt hơn hẳn
những vật liệu thành phần ban đầu (tốt về cơ lý, độ bền). Vật liệu composite có cơ
tính và lí tính thay đổi nhưng hóa tính không thay đổi do các thành phần chỉ bấu vào
nhau chứ hai pha không tham gia phản ứng với nhau.
Vật liệu composite bao gồm: thành phần cốt (các sợi, hạt,…) nhằm đảm bảo cho
composite có những tính năng cơ học cần thiết, và vật liệu nền kết dính đảm bảo
cho sự liên kết giữa các thành phần với nhau. Muốn sử dụng vật liệu composite loại
nào thì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố trước hết vào đặc tính cơ, lý, hóa của các
nguyên liệu thành phần, cách phân bố của vật liệu cốt, độ bền vững của sự liên kết

giữa nền và cốt [3].
Vật liệu composite cơ bản gồm có năm thành phần sau: thành phần nền, chất
độn, chất pha loãng, chất tách khuôn, chất làm kín và các phụ gia khác, chất xúc tác,
chất xúc tiến.
Composite có một số tính năng ưu việt sau:
-

Khả năng chế tạo thành các kết cấu sản phẩm theo những yêu cầu kỹ

-

thuật khác nhau mà ta mong muốn.
Phần cốt của composite có độ cứng, độ bền cơ học cao.
Vật liệu nền luôn đảm bảo cho các thành phần liên kết hài hoà tạo nên
các kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong
điều kiện khắc nghiệt của môi trường [3].

7


Khóa Luận Tốt Nghiệp
Bên cạnh đó cũng có một số nhược điểm: khó tái chế, tái sử dụng khi bị hư
hỏng, giá thành nguyên liệu thô tương đối cao, phương pháp gia công tốn nhiều thời
gian, phức tạp trong phân tích cơ, lý, hóa tín của mẫu vật, chất lượng sản phẩm phụ
thuộc nhiều vào trình độ công nhân.
1.2.2. Phân loại
Vật liệu composite có rất nhiều loại, do chúng được cấu thành từ các thành phần
ngiêu liệu khác nhau. Về mặt công nghệ, chúng ta phân loại composite theo bản
chất của vật liệu nền. Dựa vào pha nền vật liệu composite có bốn loại cơ bản sau:
-

Vật liệu composite polymer.
Vật liệu composite kim loại.
Vật liệu composite gốm.
Vật liệu composite cacbon.

Ngoài ra dựa vào vật liệu cốt sợi thì được phân loại như sau: composite cốt sợi
thủy tinh, composite cốt sợi bor, composite cốt sợi bazan, composite cốt sợi cacbon,
…[3]. Sợi thủy tinh có thể kết lại thành vải thủy tinh, tấm thủy tinh,…những vật
liệu này cũng độn được trong composite.
1.2.3. Vật liệu nền của composite
Vật liệu nền giữ vai trò cực kì quan trọng trong việc chế tạo ra vật liệu
composite. Chính vì vậy, chúng phải đáp ứng được những yêu cầu mà sản phẩm cần
có.
Không thể không kể đến những yêu cầu về cơ lí đối với vật liệu nền, đòi hỏi vật
liệu nền phải đảm bảo được cho vật liệu composite làm việc tốt trong những điều
kiện khác nhau (thời tiết, tia UV, hóa chất,…), đảm bảo sự làm việc đồng đều, bền
vững khi chịu tải.
Yêu cầu về công nghệ vật liệu nền phải đảm bảo có độ nhớt phù hợp (nếu quá
đặc thì có thể dùng chất pha loãng), có khả năng phân bố đều vật liệu cốt và kết
dính được với chúng, bảo tồn được những tính năng vốn có của của dầm cốt, các hạt
độn, đảm bảo sự kết dính vững chắc, đảm bảo độ co tối thiểu [3].

8


Khóa Luận Tốt Nghiệp
Đối với composite polymer, vật liệu nền thường sử dụng là nhựa nhiệt rắn và
nhựa nhiệt dẻo.
Nhựa nhiệt dẻo là các polymer mạch thẳng, khi nung nóng sẽ chảy ra, nếu sau đó

làm nguội thì chúng sẽ cứng lại và chúng ở trạng thái thuận nghịch (tức có khả năng
tái chế được). Một số loại như: PE, PS, ABS, PVC,..
Vật liệu nền nhiệt rắn có độ nhớt thấp, dễ hòa tan và đóng rắn lại khi nung nóng
và sau khi đóng rắn tạo thành cấu trúc mạng lưới không thuận nghịch (nếu ta nung
lại thì nó sẽ không chảy ra, không thể tái chế được). Một số loại như: PU, epoxy,
polyester không no,... Nhìn chung nhựa nhiệt rắn cho vật liệu có cơ tính cao hơn
nhựa nhiệt dẻo.
Trong một số trường hợp người ta thêm các dung môi vào vật liệu nền, nhằm
giảm độ nhớt, làm quá trình phối hợp giữa vật liệu nền và vật liệu cốt được dễ dàng
hơn.
1.2.4. Vật liệu cốt composite
Chất độn có hai dạng chính
-

Chất độn dạng sợi.

-

Chất độn dạng hạt.

Chất độn dạng sợi có tính năng cơ lý hóa cao hơn chất độn dạng hạt. Gía của
chất độn dạng sợi cao hơn so với độn hạt. Có các loại sợi chất lượng tốt thường hay
được sủ dụng như sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi bor, sợi cacbua silic, sợi amide,…
Các sợi độn là các sợi có thể đổi hướng hoặc không đổi hướng. Các sợi như sợi
hữu cơ, sợi aramit, sợi cacbon, sợi bor có tính không đổi hướng cao. Sợi kim loại và
sợi thủy tinh được xem như là những sợi đồng nhất về hướng. Trên thực tế, thành
phần cốt luôn chiếm không quá 60 – 65% thể tích vật liệu composite. Theo tính toán
nếu thành phần cốt chiếm quá liệu lượng trên giữa chúng sẽ nảy sinh tương tác dẫn
đến sự tập trung ứng suất làm giảm sức bền của vật liệu.

9


Khóa Luận Tốt Nghiệp
Chất độn đóng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung vì chúng thường có tính
chất cơ lý cao hơn nhựa.

Hình 1.2: Vải sợi thủy tinh (Nguồn: Công ty vật liệu composite Toàn Tiến).

Hình 1.3: Sợi cacbon (Nguồn: Công ty NECON).

Hình 1.4: Sợi aramid (Nguồn: The Olymsafety Solution).

10


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Độn dạng hạt, thường dùng là: silica, CaCO 3, cao lanh, đất sét,…ưu điểm của
độn hạt là:
-

Giá thành thấp hơn độn sợi.
Tăng khả năng tiếp xúc với vật liệu nền.
Tăng độ bền cơ lí, hóa, nhiệt, điện, khả năng chậm cháy đối với độn tăng

-

cường.
Giảm sự tạo bọt khí trong nhựa có độ nhớt cao.

Bề mặt vật liệu đẹp, hạn chế co rút khi đóng rắn.

11


Khóa Luận Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ SẢN PHẨM
2.1 Giới thiệu sản phẩm
Sản phẩm của nhà máy sản xuất là ghế dùng để cung cấp cho trường học, bệnh
viện, hay sân vận động.
Ngày nay tại các bến bãi, hành lang trường học, bệnh viện, công ty hay ở những
nơi công cộng, việc sử dụng ghế băng chờ là giải pháp tốt nhất và không thể thiếu
để phục vụ con người. Thiết kế của dòng sản phẩm này được tính toán tối ưu nhất
cho việc sử dụng ở những nơi công cộng về độ bền, mẫu mã đẹp mắt cũng như tính
năng và giá thành phù hợp. Ghế băng chờ bằng nhựa composite với nhiều màu sắc,
chất liệu nhựa bền đẹp, dễ dàng lau chùi. Chân ghế chữ vòng cung mới lạ mang lại
sự chắc chắn, vững chãi khi sử dụng.
Kích thước của khung sắt: dài 2m6 x cao 80cm x rộng 60cm. Chất liệu: khung
sắt sơn tĩnh điện, lưng nhựa. Một dãy băng gồm có 5 ghế.
Với vật liệu bằng nhựa composite có thể tạo ra rất nhiều mẫu mã đẹp, tùy theo
sở thích của cơ quan yêu cầu.

Hình 2.5: Băng ghế chờ ở bệnh viện, trường học (Nguồn: Công ty Hòa Phát).

12


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Hình 2.6: Ghế băng chờ (Nguồn: Công ty Foshan Suniver Furiture Industry co,ltd).
2.2 Chọn kích thước
Ta chọn hình dạng của chiếc ghế có kích thước như sau:
-

Chiều ngang: 450 mm.
Chiều sâu: 450 mm.
Chiều cao: 400 mm.
Bề dày: 5 mm.

2.3 Đánh giá sản phẩm
Ngoại quan: không co rút, không trầy xước trên các bề mặt của sản phẩm, không
dính dầu, nhớt, vết bẩn, không có vết chấm đen, không có dính màu khác,
Bavia: sản phẩm phải được gọt sạch các góc cạnh trên bề mặt sản phẩm.
Màu: đúng theo màu yêu cầu của khách hàng.
Kích thước: Theo tiêu chuẩn đã chọn.

13


Khóa Luận Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 3. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT
Nguyên liệu dùng để sản xuất ghế composite của nhà máy là loại nhựa đi từ nhựa
polyester không no (UPE) và chất cốt gia cường là sợi thủy tinh.

3.1 Cách chọn nguyên liệu
Nhựa polyester được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghệ composite,
polyester loại này thường là loại không no, có khả năng đóng rắn ở dạng lỏng hoặc
ở dạng rắn nếu có điều kiện thích hợp. Được sử dụng rộng rãi bởi giá thành rẻ hơn

các loại nhựa nhiệt rắn khác, dễ đóng rắn, độ bền cơ lí cao, dễ điều chỉnh độ nhớt.
Chất liệu nền trên cơ sở nhựa polyester có thể đóng rắn ở nhiệt độ phòng. Để đóng
rắn ở nhiệt độ phòng thường sử dụng các loại xúc tác cần thiết (ví dụ: peroxyt,
hidroperoxyt, MEKP,…). UPE ở trạng thái đóng rắn có độ bền cao với nước, dầu
khoáng, acid vô cơ và nhiều dung môi hữu cơ khác nhau, tính cách điện tốt. Ngoài
ra chúng còn có ưu điểm là độ nhớt thấp, đảm bảo dễ thao tác với các sợi cốt, khả
năng đóng rắn có thể xảy ra trong một khoảng rộng các mức dộ nhiệt độ khác nhau
và không cần phải thêm áp lực, trong quá trình polymer hóa không có các chất thấp
phân tử thoát ra.
Nhưng UPE cũng có nhược điểm là các đặc tính cơ học không cao khi đóng rắn,
khi đóng rắn tỏa ra lượng nhiệt. Để khắc phục hiện tượng này ta dùng sợi thủy tinh
để độn gia cường. Sợi thủy tinh được sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu composite
polymer. Sợi thủy tinh có nhiều tính năng ưu việt như là nhẹ, chịu nhiệt khá, ổn
định với các tác động hóa sinh, có độ bền cơ lí cao và độ dẫn nhiệt thấp, dễ thấm
ướt nhựa, giá thành rẻ, có nhiều nhà cung cấp với chủng loại đa dạng trên thị
trường.
3.2 Nhựa polyester không no (UPE)
Polyester không no là loại nhựa nhiệt rắn, sử dụng rất rộng rãi trong ngành vật
liệu composite. Là một chất nền trong composite, với vai trò cực kì quan trọng.
Chúng là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đóng vai trò truyền ứng suất sang
chất độn khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu.
14


Khóa Luận Tốt Nghiệp
3.2.1. Khái niệm polyester không no
Nhựa polyester không no là sản phẩm đa tụ của acid hữu cơ không no hoặc
anhydrite của chúng với các ancol đa chức (glycol). Những nhựa này là những chất
rắn (hay là nhựa nhiệt rắn), dễ hòa tan trong những dung môi khác nhau.
Nhựa polyester là loại nhựa nhiệt rắn, tỏa nhiệt trong quá trình đóng rắn. Khi sử

dụng chất xúc tác quá mức sẽ dẫn đến hiện tượng bốc cháy trong quá trình đóng
rắn.
Công thức cấu tạo: -R-COO-R- . Với R là nhóm có nối đôi, không no.
3.2.2. Phân loại
Polyester có nhiều loại, đi từ các acid, glycol và monomer khác nhau, mỗi loại
có những tính chất khác nhau. Nó có tính chất khác nhau do polyester tổng hợp phụ
thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau về phương pháp tổng hợp, thành phần nguyên
liệu, trọng lượng phân tử, chất đóng rắn, chất độn,…
Có thể phân loại polyester theo hai cách sau:
Cách 1:
-

Polyester no: là polyester được điều chế từ axit và rượu đa chức no.
Polyester không no: là polyester được điều chế từ hoặc axit hoặc rượu đã
chức không no.

Cách 2:
-

Polyester nhiệt dẻo: thu được từ axit và rượu hai chức.
Polyester nhiệt rắn: thu được từ hoặc axit hoặc rượu ba chức trở lên.

Theo cấu trúc đơn vị thì polyester có sáu loại sau: orthophthalic, isophthalic,
terephthalic, chlorendic, bisphenol A fumarate, dicyclopentadien. Nhưng có hai loại
polyester thường được sử dụng trong công nghệ composite:
-

Nhựa orthophthalic cho tính kinh tế cao, được sử dụng rộng rãi, dùng làm
các sản phẩm composite đa dụng, ít có khả năng chịu ảnh hưởng thời tiết và
ánh sáng mặt trời, tia UV.

15


Khóa Luận Tốt Nghiệp
-

Nhựa isophthalic có khả năng chịu môi trường ngoài trời, tia UV, chịu hoá
chất tốt hơn orthophthalic. Loại này ứng dụng làm Gelcoat, làm khuôn, các
sản phẩm đặt ngoài trời [5].
3.2.3. Tính chất

Khi đã đóng rắn, polyester rất cứng và có khả năng kháng hoá chất. Quá trình
đóng rắn hay tạo liên kết ngang được gọi là quá trình polymer hóa. Đây là phản ứng
hoá học chỉ có một chiều. Cấu trúc không gian này cho phép nhựa chịu tải được mà
không bị giòn.
Bằng cách thay đổi các yếu tố về nguyên liệu tổng hợp, phương pháp sản xuất,
trọng lượng phân tử, hệ đóng rắn, hệ chất độn. Người ta sẽ tạo ra nhiều loại nhựa
UPE có các tính chất đặc biệt khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng.
Polyester đóng rắn bằng axit, dung dịch muối axit và trung tính, các dung môi
có cực, nhưng không bền kiềm,keton, anilin, CS2…
Ở trạng thái không đóng rắn các polyester có độ nhớt thấp trung bình hoặc cao.
Ở trạng thái rắn trong suốt hoặc không trong suốt.
Nhược điểm: độ co ngót lớn, chịu nhiệt không cao, độ bền va đập không đạt.
Cần phải chuẩn bị hỗn hợp nhựa trước khi sử dụng. Nhựa và các phụ gia khác
phải được phân tán đều trước khi cho xúc tác vào. Phải khuấy đều và cẩn thận để
loại bỏ bọt khí trong nhựa ảnh hưởng quá trình gia công. Điều này rất quan trọng do
bọt khí còn trong nhựa sẽ ảnh hưởng tính chất cơ lý, làm cấu trúc sản phẩm bị yếu.
Cần phải chú ý việc dùng xúc tác và xúc tiến với hàm lượng vừa đủ sẽ cho vật liệu
những tính chất tốt nhất. Nếu quá nhiều xúc tác sẽ làm quá trình gel hoá xảy ra

nhanh hơn, quá trình đóng rắn tỏa ra lượng nhiệt lớn làm cháy sản phẩm, sản phẩm
trở nên giòn, nứt, dễ gãy vở, bị vàng màu không được màu như mong muốn. Ngược
lại, nếu ít xúc tác thì quá trình đóng rắn sẽ bị chậm lại, làm sản phẩm không có độ
bền tốt. Vì vậy, ta phải tính toán để có được lượng xúc tác vừa phải để những sản
phẩm làm từ vật liệu composite được chất lượng tốt hơn [5].

16


Khóa Luận Tốt Nghiệp

3.2.4. Sản xuất
Để sản xuất ra polyester trước đây người ta dùng phương pháp một giai đoạn
tức là đun nóng hổn hợp ở nhiệt độ cao. Ưu điểm là tổng thời gian phản ứng giảm,
còn nhược điểm là tổn thất nhiều nguyên liệu (nhất là các anhydrite và axit thăng
hoa). Vì vậy phương pháp này ít được sử dụng.
Ngày nay người ta đã thay thành phương pháp hai giai đoạn để tổng hợp
polyester như sau:
Giai đoạn đầu: đun nóng hổn hợp ở nhiệt độ thấp 98 -120ºC phần lớn là tạo ra
các monoester, giữ thời gian thích hợp.
Giai đoạn sau: nâng nhiệt độ lên đến 260 - 280ºC và giữ nhiệt độ này đến khi CA
từ 1 -25 thì ngừng phản ứng. Cuối cùng làm lạnh đến nhiệt độ 150 - 180ºC, nếu
dùng polyester lỏng thì đem đóng thùng còn nếu dùng polyester rắn thì rót ra băng
tải kim loại, làm nguội, đem đập, nghiền, sàng.
3.2.5. Ứng dụng
Nhựa polyester chủ yếu dùng làm vật liệu nền trong sản phẩm composite: Chậu
composite, bàn ghế composite, thùng chứa hàng composite, cano, máy bay, xây
dựng, hàng không vũ trụ,…
Nhựa polyester không no được dùng phổ biến để sản xuất chất kết dính (phụ gia
cho xi măng), màng phủ, vật liệu ép, chất dẻo thủy tinh,…

3.2.6. Yêu cầu của UPE khi làm ghế
Khi làm ghế thì polyester cần phải có một số đặc tính:
-

Bền, vững chắc về cơ, lí, hóa tính.
Độ nhớt phù hợp để sợi thủy tinh được thấm ướt dễ dàng, tạo điều kiện

-

cho gia công tốt hơn.
Thời gian đóng rắn phải nhanh, tăng năng suất.
Có khả chịu được môi trường, tia UV, thời tiết khắc nghiệt.
17


Khóa Luận Tốt Nghiệp
Chính vì những đặc tính này nên nhà máy sản xuất ghế composite sẽ chọn loại
polyester resin qualipoly 8120. 8120 là nhựa polyester không bão hòa, đóng rắn rất
nhanh, thích hợp cho việc sản xuất các sản phẩm composite bằng phương pháp đắp
tay và bằng súng phun, như tàu biển, thuyền buồm, đồ nội thất, đồ gia dụng, chậu
composite, tủ điện composite, tàu thuyền composite, du thuyền composite, bình gas
composite, bồn chứa composite. Bọc phủ nền composite (các công trình liên quan
tới hóa chất), nhà vệ sinh công cộng composite, thùng rác composite, cano
composite, thùng xe đông lạnh composite, các linh kiện thay thế xe bán tải, đồ chơi
ngoài trời composite, ống dẫn khí composite, ống dẫn nước composite, thùng chứa
hàng composite, bàn ghế composite, bể bơi composite,…
Nhựa 8120 với các đặc tính:
- Tính gia công tốt và độ lưu hóa nhanh.
- Thấm ướt tốt và khử bọt dễ dàng.
- Thời gian thoát khuôn nhanh.

- Độ bền cơ tính cao.
- Hiệu quả thixotropic cao.
- Là nhựa không bão hòa, thời gian đóng rắn nhanh.
- Là loại nhựa nhiệt rắn, tỏa nhiệt trong quá trình đóng rắn. Sử dụng chất
xúc tác quá liều có thể dẫn đến hiện tượng bốc cháy trong quá trình đóng
-

rắn ngoài ra sản phẩm tạo thành sẽ bị giòn và dễ gãy, vỡ.
Thời gian sử dụng giảm nếu nhiệt độ bảo quản tăng. ( Chú ý: không để
trực tiếp dưới ánh sáng mặt trời hoặc gần các ống dẫn hơi nước. Đậy kính
thùng chứa để ngăn chặn việc thất thoát đơn phân tử và độ ẩm.
Bảng 3.1: Một số thông số kĩ thuật của loại nhựa 8120.

Hàm lượng styrene (%)

37-42

Chỉ số axit (mg KOH/g)

15 -25

Độ nhớt (cps) ở 25ºC

400 - 500

Thời gian gel hóa, 25ºC, 1% MEKPO 25 -30 phút
(50%)
Chỉ số thixotropic

1.4 – 2.2

Thời gian gel ở nhiệt độ 30ºC với 1.5 -2% xúc tác MEKPO là 45 phút.
18


Khóa Luận Tốt Nghiệp
Nguồn cung cấp polyester chủ yếu là: Đài Loan, Trung Quốc, Hàn Quốc,
Malaysia,…Nguyên liệu nhựa polyester nhà máy sử dụng là loại 8120 nhập từ Đài
Loan.
3.3 Sợi thủy tinh
3.3.1. Khái niệm
Bằng cách kéo sợi các sợi thủy tinh có khả năng kéo sợi được (thủy tinh dệt) sẽ
tạo ra được sợi thủy tinh . Những sợi thủy tinh kéo sợi được có đường kính nhỏ vài
chục micro mét (mảnh hơn sợi tóc). Khi đó các sợi thủy tịn sau khi kéo sẽ mất
những nhược điểm của thủy tinh khối như: giòn, dễ nứt gẫy, mà trở nên có nhiều ưu
điểm về cơ học hơn.
Sợi thủy tinh được sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu composite polymer.
Những đặc điểm không thể bỏ qua của sợi thủy tinh là nhẹ, chịu nhiệt khá, ổn định
với các tác động hóa sinh, có độ bền cơ lí cao và độ dẫn nhiệt thấp [3].
Sợi thủy tinh có các đặc tính sau: là chất vô cơ dẻo hơn sợi thực vật hoặc động
vật, không thể thắt nút, không cháy, không đàn hồi hay dãn rộng ra, không dẫn điện,
chúng không mục nát, không thấm nước, bền với hầu hết các axit.
3.3.2. Phân loại
3.3.2.1 Sợi MAT cắt ngắn
Sợi MAT là sợi được làm từ các tao sợi cắt ngắn có chiều dài khoảng 50mm.
Chúng được liên kết lại với nhau bằng chất tẩm dính, và phân bố ngẫu nhiên theo
nhiều chiều hướng khác nhau. MAT có độ bền cơ học trung bình. Do phân bố ngẫu
nhiên theo nhiều hướng nên cường độ không ưu tiên cho hướng nào.

19

Khóa Luận Tốt Nghiệp

Hình 3.7 Sợi thủy tinh cắt ngắn (Nguồn: Alibaba).
MAT được sản xuất và cung ứng trên thị trường với trọng lượng đơn vị khác
nhau, tức chiều dày khác nhau: 200, 300, 450 g/m2, chiều rộng 1÷2.3m [5].
3.3.2.2 Sợi MAT liên tục
Sợi MAT liên tục được làm từ các tao sợi liên tục được tẩm dính lại với nhau
chứ không dùng phương pháp dệt. Sợi MAT này dùng để gia cường cho các vật liệu
composite loại xoay và rất phù hợp khi sử dụng khuôn kín. Nó có độ bền cơ học
cao, các lớp nhất quán đều nhau [5].
3.3.2.3 Băng vải thủy tinh
Băng vải thủy tinh là loại băng vải dệt dài, chiều rộng nhỏ (hẹp) dùng để gia
cường ở chỗ có tiết diện khó (nhỏ, hẹp, dài, sâu, xoắn) cho sửa chữa và công nghệ
súng phun bắn. Nó được sản xuất với các chiều rộng và dày khác nhau [5].

20


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Hình 3.8: Băng vải thủy tinh ( Nguồn: Công ty Hưng Thịnh).
3.3.2.4 Vải roving dệt

Hình 3.9: Vải roving dệt thôi ( Nguồn: Công ty Hưng Thịnh).
Đây là vải dệt từ các sợi roving với các chiều dày khác nhau: từ 300g/m 2 đến gần
1000g/m2. Loại vải roving dày trên 500g/m2 – 1000g/m2 thường được áp dụng cho
các sản phẩm lớn, laminat dày như: bồn hứa, tàu thuyền,…Vải roving dễ thấm
resin, giá thành rẻ hơn, thường được kết hợp với MAT (CSM) để tăng cường độ

chịu uốn, va đập và tiết kiệm lao động, resin.
3.3.3. Tính chất
Đặc trưng cơ lí hóa của sợi thủy tinh phụ thuộc chủ yếu vào các nguyên liệu
thành phần dùng để kéo sợi.
21


Khóa Luận Tốt Nghiệp
Bảng 3.2: Đặc tính điển hình của sợi thủy tinh [3].
Loại sợi
Tính chất cơ, lí
MAC

ABC

KC

Khối lượng riêng, kg/m3

2480

2540

2490

Độ bền kéo ở 22ºC, MPa

4585

3448

3033

Modul đàn hồi kéo ở 22ºC, MPa

85.5

72.4

69.0

Hệ số dãn nở nhiệt, α.106

5.6

5.0

7.2

Hệ số dẫn nhiệt λ, W/mK

-

10.4

-

Nhiệt độ nóng chảy, ºC

-

841

749

3.3.4. Phương pháp sản xuất
Sợi thủy tinh được sản xuất chủ yếu theo ba phương pháp sau:
-

Kéo sợi từ dung dịch nóng chảy qua khuôn: quá trình này chỉ có một giai

-

đoạn.
Kéo sợi từ những phôi thủy tinh được sấy nóng: quá trình này thực hiện

-

trong hai giai đoạn.
Nhận được những sợi ngắn từ các tia dung dịch nóng chảy bằng cách thổi
bằng không khí, gas, hơi,…[3].
3.3.5. Ứng dụng

Dây thủy tinh không bị ăn mòn bởi nước biển nên dùng làm dây cột thuyền
buồm ngoài biển.
Dây thủy tinh co tính chịu nhiệt cao nên được dùng làm các thiết bị trong phòng
cháy chữa cháy.
Không bị ảnh hưởng bởi kiềm nên được dùng trong lĩnh vực hóa học.

22

Khóa Luận Tốt Nghiệp
Sợi thủy tinh vừa cách điện lại chịu được nhiệt độ cao nên có thể kết hợp với
chất liệu nhựa tạo thành các nguyên liệu tổ hợp sợi thủy tinh.
Tính hút âm thanh của bông thủy tinh cũng rất tốt, do vậy nó được dùng làm các
nguyên liệu giữ nhiệt, cách nhiệt, cách âm, chống chấn động và lọc trong nhiều
ngành công nghiệp.
Sợi thủy tinh còn được sử dụng trong các lĩnh vực y học, thông tin liên lạc... góp
phần mang lại nhiều thành tựu to lớn trong sự phát triển chung của xã hội.
3.4 Một số loại sợi khác
3.4.1. Sợi bor
Sợi Bor hay Bore (ký hiệu hóa học là B), là m ột dạng s ợi g ốm thu được nh ờ
phương pháp kết tủa. Sợi bor bán ở thị trường có hai dạng: dây sợi dài g ồm nhi ều
sợi nhỏ song song, băng đã tẩm thấm dùng để quấn ống, vải đồng phương.

Hình 3.10: Sợi bor (Nguồn: Specialty Materials).
Khi dùng sợi bor trong vật liệu composite có tác dụng làm tăng độ bền, tăng
modul đàn hồi của vật liệu. Một đặc tính nổi bật của sợi bor so với các sợi khác là
độ cứng trượt cao, modul trượt của sợi bor có thể vượt quá 180 GPa [3]. Bên cạnh
đó cũng có nhược điểm là đặc tính cơ lý sẽ giảm rất nhanh khi làm việc ở nhiệt độ
400ºC. Sợi bor có tính bán dẫn nên sẽ làm giảm đi tính dẫn nhiệt, dẫn điện của vật
liệu compsite. Nó được dùng trong sản xuất composite với vật liệu nền là nhôm
hoặc polymer.

23


Khóa Luận Tốt Nghiệp
3.4.2. Sợi hữu cơ

Sợi hữu cơ aramit có độ bền rất cao và modul đan hồi cao. Chúng có độ bền cao
khi kéo, ổn định tốt với nhiệt độ, có độ bền va đập cao, không cháy, cách điện, cách
nhiệt tốt. Vật liệu composite sử dụng cốt sợi hữu cơ có độ bền khi nén và khả năng
tương thích với nền polymer thường kém hơn so với sợi thủy tinh. Sợi hữu cơ hút
ẩm nhiều nên làm cho đặc tính cơ lí của sợi giảm đi 15 -20% [3].
3.4.3. Sợi cacbon
Sợi cacbon dùng trong vật liệu composite với ưu điểm rất nhẹ, có khả năng chịu
được nhiệt đó cao lên đến vài nghìn độ ở môi trường trơ, hệ số ma sát và dãn nở
nhiệt rất thấp, rất bền với điều kiện khắc nghiệt của khí hậu, hóa chất, có độ cứng
rất cao. Nhưng sợi cacbon có giá thành rất cao.

Hình 3.11: Vải sợi cacbon (Nguồn: Specialty Materials).
3.4.4. Sợi kim loại
Để có hiệu quả và tăng tính kinh tế, người ta dùng sợi kim loại làm cốt sợi trong
vật liệu composite. Tùy theo composite làm việc ở điều kiện nào mà ta chọn kim
loại làm sợi khác nhau. Chẳng hạn như, với composite dùng ở nhiệt độ cao thì ta
dùng cốt sợi vonfram hoặc molipđen, còn với composite làm việc ở điều kiện nhiệt
độ thấp thì dùng sợi thép hoặc sợi berilic. Mỗi loại sợi kim loại tùy vào cái kim loại
mà ta có tính chất của sợi khác nhau.

24


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Hình 3.12: Sợi thép micro (Nguồn: Công ty VHATECHNO).
3.5 Chất pha loãng
Khi sử dụng polyester người ta có cho styrene vào nhựa nhằm mục đích để pha
loãng hổn hợp để có thể kiểm soát độ nhớt chính xác hơn và nhựa có thể thấm ướt
được các sợi cốt gia cường, ngoài ra nó còn là cầu nối ngang trong phản ứng kết

mạng của nhựa. Những styrene đáp ứng được những yêu cầu này thì được gọi là tác
nhân pha loãng hoạt tính. Styrene có khả năng đáp ứng được yêu cầu trên với chi
phí thấp và cải thiện được tính chất vật lí của nhựa, làm tăng hiệu quả sản xuất, làm
tăng độ cứng của vật liệu.

Hình 3.13: Styrene monomer (Nguồn: Công ty NB Chemical).

25