Khảo sát vật liệu FRP trên cơ sở vinyleste epoxy sử dụng ở điều kiện khắc nghiệt trong công nghiệp hoá chất

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
___oOo___

HUỲNH NGUYỄN ANH TUẤN

KHẢO SÁT VẬT LIỆU FRP TRÊN CƠ SỞ
VINYLESTER EPOXY SỬ DỤNG Ở ĐIỀU
KIỆN KHẮC NGHIỆT TRONG CÔNG
NGHIỆP HÓA CHẤT

Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu cao phân tử và tổ hợp
Mã số ngành: 60.52.94

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 03 NĂM 2006


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Đắc Thành
Cán bộ chấm nhận xét 1: ................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: ................................................................
Luận văn Thạc só được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ....... tháng ....... naêm 2006

BIỂU MẪU 7

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày . . . . tháng . . . . năm 200. .
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: .................................................................... Phái: ............................
Ngày, tháng, năm sinh: .......................................................... Nơi sinh: ......................
Chuyên ngành: ...................................................................... MSHV: .........................
I- TÊN ĐỀ TÀI: ..........................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký Quyết định giao đề tài): ...........................
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:.................................................................
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): .................................
.......................................................................................................................................
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký)

CN BỘ MÔN

QL CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.
TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH

Ngày
tháng
năm
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

(Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV)


Lời cảm ơn
Xin chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn Đắc Thành đã nhiệt tình
hướng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến quý báu góp phần rất lớn trong việc
hoàn thành đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn thầy GS. TS Nguyễn Hữu Niếu; cô TS. La
Thị Thái Hà và các anh, chị, em trong Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu
Polymer trường ĐH Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giúp đỡ
trong thời gian tôi làm việc tại đây.
Xin cám ơn các anh (chị) và các bạn Học viên Cao học lớp CNVL14
đã hỗ trợ tôi trong suốt thời gian tham gia Khóa học.
Xin cám ơn các thầy, cô, anh, chị và các bạn đồng nghiệp của tôi tại
Trường ĐH Bán công Tôn Đức Thắng Tp. Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành Luận văn và Khóa học này.
Cuối cùng, xin được chân thành cám ơn Ba, Mẹ và những người thân
trong gia đình đã luôn quan tâm, động viên và theo sát những bước đường
mà tôi đã đi qua.
Xin cám ơn tất cả vì những điều tốt đẹp đó!

Tp, Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 03 năm 2006
Người viết

Huỳnh Nguyễn Anh Tuaán


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong công nghiệp hóa chất, phần lớn các máy móc và thiết bị luôn
làm việc ở điều kiện ăn mòn mạnh và nhiệt độ cao.
Đề tài này đã tiến hành khảo sát việc chế tạo Vật liệu Composite trên
cơ sở nhựa Vinylester Epoxy Novolac và Vinylester Epoxy Bisphenol-A được
gia cường bằng sợi thủy tinh; vật liệu có khả năng thay thế cho các vật liệu
truyền thống.
Đề tài đã quan tâm và khảo sát lựa chọn hệ đóng rắn, quá trình
Postcure cho nhựa nền, đánh giá khả năng làm việc của nhựa nền ở điều kiện
nhiệt độ cao thông qua các thông số: nhiệt độ chuyển thủy tinh Tg, nhiệt độ
biến dạng nhiệt HDT, năng lượng hoạt hóa Arrhenius E, thời gian sống nhiệt
tf và chỉ số nhiệt tương đối RTI.
Đề tài cũng đã quan tâm khảo sát tỷ lệ sợi nhựa/sợi và kết cấu lớp
trong Vật liệu Composite thông qua các thông số nhiệt độ biến dạng nhiệt
HDT và các thông số cơ lý tính của vật liệu sau thời gian thử nghiệm ở nhiệt
độ cao và môi trường acid.


ABSTRACT
In chemical industry, almost machineries and equipments is used in
corrosive and high temperature conditions.
This thesis researched to manufacture a kind of composite material
based on Vinylester Epoxy Novolac and Vinylester Epoxy Bisphenol-A resin
which is reinforced by glass fiber; this is new materials to replace for

traditional materials such as steel, wood, ceramic. . .
This thesis researched to use cure system, post-cure process for resin,
appreciated ability using base resin in high temperature condition via
parameters: glass transition temperature Tg, heat deflection temperature
HDT, Arrhenius activation energy E, estimated thermal life tf and relative
thermal index RTI.
This thesis researched proportion resin/fiber and layer structure in
Composite material via heat deflection temperature HDT, and parameters
mechanical its after experiment sample in acid and high temperature
conditions.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ....................................................................................... 1

PHẦN I: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU FRP ............................................................................. 6
2.1 Khái niệm ...................................................................................................... 6
2.2 Phân loại ........................................................................................................ 6
2.3 Liên kết nền – cốt ........................................................................................ 7
2.3.1 Liên kết cơ học ................................................................................... 7
2.3.2 Liên kết nhờ thấm ướt và hòa tan ...................................................... 8
2.3.3 Liên kết phản ứng .............................................................................. 8
2.3.4 Liên kết phản ứng – phân đoạn ......................................................... 8
2.3.5 Liên kết oxyt ...................................................................................... 8
2.3.6 Liên kết hỗn hợp ................................................................................ 8
2.4 Thành phần cốt .............................................................................................. 9
2.4.1 Tổng quan........................................................................................... 9
2.4.2 Sợi thủy tinh ....................................................................................... 10
2.4.2.1 Thành phần và tính chất .................................................................. 10

2.4.2.2 Ứng dụng ......................................................................................... 12
2.4.3 Các loại sợi khác ................................................................................ 13
2.5 Thành phần nền ....................................................................................................... 13

2.5.1 Chất liệu nền polymer nhiệt rắn ........................................................ 14
2.5.2 Chất liệu nền polymer nhiệt dẻo ....................................................... 14
2.6 Cơ tính vật liệu composite............................................................................. 15
2.6.1 Các loại lực tác dụng.......................................................................... 15
2.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng ........................................................................ 16
CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU NHỰA VINYL ESTER .............................................. 18


3.1 Giới thiệu ....................................................................................................... 18
3.2 Tổng hợp........................................................................................................ 19
3.2.1 Nguyên liệu ........................................................................................ 19
3.2.1.1 Nhựa epoxy....................................................................................... 19
3.2.1.2 Acid không no................................................................................... 21
3.2.2 Tổng hợp............................................................................................. 22
3.3 Phản ứng đóng rắn......................................................................................... 23
3.3.1 Chất khơi mào .................................................................................... 25
3.3.1.1 Methyl ethyl ketone peroxide (MEKP).............................................. 26
3.3.1.2 Benzoyl peroxide (BPO) ................................................................... 26
3.3.1.3 Cumene hydroperoxide (CHP) ......................................................... 26
3.3.2 Chất xúc tiến ...................................................................................... 27
3.3.3 Tác nhân nối ngang ............................................................................ 28
3.3.4 Phản ứng đóng rắn ............................................................................. 28
3.4 Tính chất của nhựa đóng rắn ......................................................................... 29
3.4.1 Tính chất cơ học ................................................................................. 29
3.4.2 Độ co rút ............................................................................................. 30
3.4.3 Chống hóa chất và hấp thu nước ........................................................ 30

3.4.4 Khả năng ổn định nhiệt và oxy hóa ................................................... 31
CHƯƠNG 4: ĂN MÒN VÀ PHÁ HỦY VẬT LIỆU POLYME.......................... 32
4.1 Sự phân hủy nhiệt và cơ chế phân hủy nhiệt ........................................ 32
4.2 n mòn hóa học polymer...................................................................... 33
4.3 Các dạng phá hủy khác ......................................................................... 34
4.4 Đặc điểm ăn mòn một số vật liệu polymer........................................... 34
CHƯƠNG 5: THÔNG SỐ HÓA LÝ XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH NHIỆT
CỦA POLYMER................................................................................................. 36


5.1 Nhiệt độ chuyển thủy tinh Tg........................................................................ 36
5.1.1 Giới thiệu ............................................................................................ 36
5.1.2 Phương pháp xác định ........................................................................ 37
5.1.2.1 Phân tích nhiệt lượng vi sai DSC ..................................................... 37
5.1.2.2 Phân tích nhiệt cơ động DMTA........................................................ 38
5.1.2.3 So sánh phương pháp DSC và DMTA.............................................. 42
5.2 Nhiệt độ biến dạng nhiệt HDT...................................................................... 42
5.3 Năng lượng hoạt hóa Arrhenius (E) và phương pháp xác định khả năng chịu
nhiệt ..................................................................................................................... 43
5.3.1 Năng lượng hoạt hóa Arrehenius (E) ................................................. 43
5.3.2 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TGA xác định giá trị E..... 45
5.3.2.1 Phương pháp TGA ............................................................................ 45
5.3.2.2 Phương pháp xác định giá trị E........................................................ 45
5.3.2.3 Xác định giá trị E............................................................................. 46
5.3.3 Xác định khả năng chịu nhiệt của vật liệu......................................... 48

PHẦN II: THỰC NGHIỆM
CHƯƠNG 6: MỤC TIÊU ĐỀ TÀI – PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .......... 52
6.1 Mục tiêu đề tài ............................................................................................. 52
6.2 Đối tượng khảo sát ........................................................................................ 52

6.2.1 Nhựa nền ............................................................................................ 52
6.2.1.1 Novolac epoxy vinyl ester................................................................. 52
6.2.1.2 Bisphenol-A epoxy Vinyl ester .......................................................... 53
6.2.2 Sợi gia cường ...................................................................................... 54
6.2.2.1 Sợi Mat............................................................................................. 54
6.2.2.2 Sợi Roving ........................................................................................ 55
6.2.2.3 Sợi Tissue ......................................................................................... 56


6.2.3 Hệ đóng rắn ........................................................................................ 56
6.2.3.1 Xúc tác ............................................................................................. 56
6.2.3.2 Xúc tiến ............................................................................................ 56
6.3 Phương pháp khảo sát.................................................................................... 56
6.3.1 Đối với các khảo sát trên nhựa nền ................................................... 57
6.3.2 Đối với các khảo sát trên vật liệu FRP .............................................. 57
6.4 Phương pháp đánh giá ................................................................................... 58
6.5 Thực nghiệm khảo sát ................................................................................... 58
6.5.1 Khảo sát trên nhựa nền ...................................................................... 58
6.5.1.1 Khảo sát quá trình đóng rắn ............................................................ 58
6.5.1.2 Khảo sát chế độ postcure................................................................. 59
6.5.1.3 Tính toán khả năng chịu nhiệt .......................................................... 59
6.5.2 Khảo sát trên vật liệu FRP................................................................. 59
6.5.2.1 Khảo sát tỷ lệ nhựa: sợi ................................................................... 59
6.5.2.2 Khảo sát kết cấu lớp ........................................................................ 60

PHẦN III: KẾT QUẢ và BÀN LUẬN
CHNG 7: KẾT QUẢ KHẢO SÁT TRÊN NHỰA NỀN ................................ 63
7.1 Khảo sát quá trình đóng rắn .......................................................................... 63
7.1.1 Thời gian Gel...................................................................................... 63
7.1.1.1 Kết quả trên nhựa SW907P .............................................................. 63

7.1.1.2 Kết quả trên nhựa SW901 ................................................................ 64
7.1.1.3 Tính toán giá trị trung bình.............................................................. 64
7.1.1.4 Nhận xét ........................................................................................... 65
7.1.2 Nhiệt độ chuyển thủy tinh Tg............................................................. 67
7.1.2.1 Kết quả ............................................................................................. 67
7.1.2.2 Nhận xét ........................................................................................... 67


7.1.3 Quá trình postcure .............................................................................. 69
7.1.3.1 Kết quả trên nhựa SW907P.............................................................. 69
7.1.3.2 Kết quả trên nhựa SW901 ................................................................ 71
7.1.4 Kiểm tra tính chất nhựa đóng rắn....................................................... 74
7.1.5 Kết luận .............................................................................................. 77
7.1.5.1 Hàm lượng đóng rắn ........................................................................ 77
7.1.5.2 Chế độ Postcure............................................................................... 77
7.2 Xác định và so sánh khả năng chịu nhiệt ...................................................... 77
7.2.1 So sánh bằng phương pháp DMTA và HDT ...................................... 77
7.2.2 Xác định và so sánh bằng phương pháp TGA.................................... 78
7.2.2.1 Xác định cho nhựa SW907P ............................................................. 78
7.2.2.2 Xác định cho nhựa SW901................................................................ 82
7.2.2.3 So sánh............................................................................................. 85
7.2.3 Kết luận .............................................................................................. 86
CHƯƠNG 8: KẾT QUẢ KHẢO SÁT TỶ LỆ NHỰA - SI ............................... 87
8.1 Khảo sát bằng cơ tính .......................................................................................... 87
8.1.1 Kết quả trên nhựa SW907P gia cường sợi Mat 300 ........................... 87
8.1.2 Kết quả trên nhựa SW907P gia cường sợi Roving 300...................... 88
8.1.3 Kết quả trên nhựa SW901 gia cường sợi Mat 300 ............................. 89
8.1.4 Kết quả trên nhựa SW901 gia cường sợi Roving 300 ........................ 91
8.1.5 Nhận xét ............................................................................................. 92
8.2 Khảo sát tỷ lệ nhựa:sợi bằng HDT................................................................ 94

8.2.1 Kết quả trên nhựa SW907P gia cường sợi Mat 300 ........................... 94
8.2.2 Kết quả trên nhựa SW907P gia cường sợi Roving 300...................... 95
8.2.3 Kết quả trên nhựa SW901 gia cường sợi Mat 300 ............................. 96
8.2.4 Nhận xét ............................................................................................. 96


8.3 Kết luận ......................................................................................................... 98
CHƯƠNG 9: KẾT QUẢ KHẢO SÁT KẾT CẤU LỚP ...................................... 99
9.1 FRP trong môi trường H2SO4 30%, 90 – 950C............................................... 99
9.1.1 Nhận xét đối với nhựa SW907P ............................................................... 100

9.1.2 Nhận xét đối với nhựa SW901 ........................................................ 101
9.1.3 Kết luận ........................................................................................... 102
9.2 FRP trong môi trường nhiệt độ cao ............................................................ 102
9.2.1 Môi trường nhiệt độ 140oC.............................................................. 102
9.2.2 Môi trường nhiệt độ 160oC.............................................................. 104
9.2.3 Môi trường nhiệt độ 180oC.............................................................. 106
9.2.4 Môi trường nhiệt độ 200oC.............................................................. 107
9.2.5 Môi trường nhiệt độ 210oC.............................................................. 109
9.2.6 Kết luận ........................................................................................... 111
9.2.6.1 Mẫu tại các nhiệt độ 140, 160 và 180oC ....................................... 111
9.2.6.2 Mẫu tại các nhiệt độ 200 và 210oC............................................... 111
9.3 Kết luận chung ........................................................................................... 112

PHẦN IV: KẾT LUẬN
Kết luận ............................................................................................................ 114
Kiến nghị những nghiên cứu tiếp theo............................................................. 115

PHẦN V: PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Xác định thời gian Gel - tiêu chuẩn ASTM D-2471 ....................... 117

Phụ lục 2: Phương pháp xác định Tg bằng phương pháp DMTA – tiêu chuẩn
ASTM E-1640................................................................................................... 119
Phụ lục 3: Xác định nhiệt độ biến dạng nhiệt HDT - tiêu chuẩn ASTM D-648
.......................................................................................................................... 121


Phụ lục 4: Xác định năng lượng hoạt hóa arrhenius (E) - tiêu chuẩn ASTM E1641 .................................................................................................................. 123
Phụ lục 5: Tính toán khả năng chịu nhiệt của vật liệu - tiêu chuẩn ASTM E-1877
.......................................................................................................................... 127
Phụ lục 6: Xác định tính chất chịu uốn - tiêu chuẩn ASTM D – 790............... 129
Phụ lục 7: Xác định tính chất chịu kéo - tiêu chuẩn ASTM D-638 ................. 132


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1: Thiết bị xử lý rác thải ở Heidelberg, Đức - làm bằng FRP nhựa
Vinylester
Hình 1.2: Ống khói trong nhà máy năng lượng ở Simmering, Vienna, Áo – làm
bằng FRP nhựa Vinylester
Hình 1.3: Bồn chứa hóa chất của Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polymer trường
Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Hình 2.1: Sơ đồ phân loại vật liệu Composite
Hình 2.2: Mô tả mẫu khi chịu kéo
Hình 2.3: Mô tả mẫu khi chịu nén
Hình 2.4: Mô tả mẫu khi chịu kéo trượt
Hình 2.5: Mô tả mẫu khi chịu uốn
Hình 3.1: Cấu trúc hóa học chung của nhựa Vinylester
Hình 3.2: Mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất của nhựa Vinyl ester
Hình 3.3: Cấu trúc hóa học nhựa diepoxy
Hình 3.4: Cấu trúc hóa học nhựa Epoxy Novolac
Hình 3.5: Cấu trúc hóa học chung của nhựa Triepoxy

Hình 3.6: Cấu trúc hóa học của nhựa Vinyl ester epoxy Brôm hóa
Hình 3.7: Sơ đồ tổng hợp vinyl ester bằng phản ứng của một bisphenol-A
glycidylether với methacrylate acid
Hình 3.8: Cấu trúc đồng trùng hợp của Vinyl ester và Stryren
Hình 5.1: Trạng thái pha của polymer vô định hình
Hình 5.2: Đường cong DSC xác định Tg
Hình 5.3: Sự chậm trễ của biến dạng đối với kéo căng theo chế độ tác dụng
sinusoit
Hình 5.4: Dạng đồ thị biểu diễn E’, E’’ và tan δ trong phương pháp DMTA


Hình 5.5: Sơ đồ thiết bị đo HDT
Hình 5.6: Sự phụ thuộc logarit hằng số tốc độ phản ứng vào 1/T
Hình 5.7: Dạng đường cong phân tích nhiệt trọng lượng TGA
Hình 5.8: Các đường cong TGA tại các tốc độ gia nhiệt

Hình 5.9: Dạng đồ thị Arrhenius
Hình 5.10: Đồ thị khả năng chịu nhiệt

Hình 6.1: Sợi thủy tinh Mat
Hình 6.2: Sợi thủy tinh Roving
Hình 6.3: Sợi thủy tinh Tissue
Hình 6.4: Qui trình khảo sát vật liệu FRP
Hình 7.1: Ảnh hưởng của hàm lượng MEKPO đến thời gian Gel
Hình 7.2: Ảnh hưởng của hàm lượng MEKPO đến nhiệt độ quá trình đóng rắn
Hình 7.3: Ảnh hưởng của hàm lượng MEKPO đến Tg
Hình 7.4: SW907P, 0.5 % MEKPO, Postcure
Hình 7.5: SW907P, 0.5% MEKPO, không Postcure
Hình 7.6: SW907P, 1,0% MEKPO, Postcure
Hình 7.7: SW907P, 1,0% MEKPO, không Postcure

Hình 7.8: SW907P, 1,5% MEKPO, Postcure
Hình 7.9: SW907P, 1,5% MEKPO, không Postcure
Hình 7.10: SW907P, 2,0% MEKPO, Postcure
Hình 7.11: SW907P, 2,0% MEKPO, không Postcure
Hình 7.12: Ảnh hưởng quá trình Postcure đến Tg nhựa SW907P
Hình 7.13: SW901, 0.5 % MEKPO, Postcure
Hình 7.14: SW901, 0.5% MEKPO, không Postcure
Hình 7.15: SW901, 1,0% MEKPO, Postcure
Hình 7.16: SW901, 1,0% MEKPO, không Postcure
Hình 7.17: SW901, 1,5% MEKPO, Postcure


Hình 7.18: SW901, 1,5% MEKPO, không Postcure
Hình 7.19: SW901, 2,0% MEKPO, Postcure
Hình 7.20: SW901, 2,0% MEKPO, không Postcure
Hình 7.21: Phân tích DMTA mẫu SW901, 0,5% MEKPO, không Postcure, mẫu
chạy lần hai
Hình 7.22: SW907P, 1,0% MEKPO, Postcure thêm 24h 1600C
Hình 7.23: SW907P, 1,0% MEKPO, Postcure thêm 48h 1600C
Hình 7.24: SW907P, 1,0% MEKPO, Postcure thêm 81h 1600C
Hình 7.25: Kết quả phân tích TGA mẫu SW907P ở các nhiệt độ khác nhau
[1]: 2o/phút; [2]: 4o/phút; [3]: 6o/phút; [4]: 8o/phút
Hình 7.26: Đồ thị Arrhenius mẫu SW907P
Hình 7.27:Đồ thị khả năng hịu nhiệt theo thời gian mẫu nhựa SW907P
Hình 7.28: Kết quả phân tích TGA mẫu SW901 ở các nhiệt độ khác nhau
[1]: 2o/phút; [2]: 4o/phút; [3]: 8o/phút; [4]: 6o/phút
Hình 7.29: Đồ thị Arrhenius mẫu SW901
Hình 7.30:Đồ thị khả năng chịu nhiệt theo thời gian mẫu nhựa SW901
Hình 7.31: So sánh khả năng ổn định nhiệt hai loại nhựa
Hình 7.32: So sánh chỉ số nhiệt tương đối RTI hai loại nhựa

Hình 8.1: Ảnh hưởng tỷ lệ nhựa:sợi đến Ứng suất FRP (SW907-Mat)
Hình 8.2: Ảnh hưởng tỷ lệ nhựa:sợi đến Module FRP (SW907-Mat)
Hình 8.3: Ảnh hưởng tỷ lệ nhựa:sợi đến Ứng suất FRP (SW907-Roving)
Hình 8.4: Ảnh hưởng tỷ lệ nhựa:sợi đến Module FRP (SW907-Roving)
Hình 8.5: Ảnh hưởng tỷ lệ nhựa:sợi đến Ứng suất FRP (SW901-Mat)
Hình 8.6: Ảnh hưởng tỷ lệ nhựa:sợi đến Module FRP (SW901-Mat)
Hình 8.7: Ảnh hưởng tỷ lệ nhựa:sợi đến Ứng suất FRP (SW901-Roving)
Hình 8.8: Ảnh hưởng tỷ lệ nhựa:sợi đến Module FRP (SW907-Roving)
Hình 8.9: Đồ thị biến dạng nhiệt của Composite SW907P – Mat


Hình 8.10: Đồ thị biến dạng nhiệt của Composite SW907P – Vải
Hình 8.11: Đồ thị biến dạng nhiệt của Composite SW901 – Mat
Hình 8.12: So sánh khả năng biến dạng nhiệt HDT của FRP trên hai loại sợi –
nhựa nền SW907
Hình 8.13: So sánh khả năng biến dạng nhiệt HDT của FRP trên hai loại nhựa –
sợi Mat


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Thành phần hóa học sợi thủy tinh
Bảng 2.2: Đặc tính điển hình của sợi thủy tinh và một số loại sợi thông dụng
Bảng 2.3: Đặc tính một số vật liệu thông dụng
Bảng 3.1: Một số tính chất vật lý của Styren
Bảng 3.2: Tính chất cơ lý tiêu chuẩn của nhựa Vinyl ester
Bảng 5.1: Các yếu tố ảnh hưởng đến Tg của vật liệu polymer
Bảng 5.2: Mối quan hệ giữa E/RT, a và b
Bảng 6.1: Tính chất của nhựa SW907P lỏng
Bảng 6.2: Tính chất cơ lý của nhựa SW907P sau khi đổ khuôn
Bảng 6.3: Tính chất của nhựa SW901

Bảng 6.4: Thành phần và tính chất của sợi Mat 300
Bảng 6.5: Thành phần hóa học sợi Tissue
Bảng 7.1: Kết quả đo thời gian Gel và nhiệt độ đóng rắn đối với nhựa SW907P
Bảng 7.2: Kết quả đo thời gian Gel và nhiệt độ đóng rắn đối với nhựa SW901
Bảng 7.3: Giá trị trung bình thời gian Gel và nhiệt độ đóng rắn nhựa nền
Bảng 7.4: Kết quả khảo sát Tg theo hàm lượng MEKPO
Bảng 7.5: So sánh giá trị Tg mẫu SW907P Postcure và không Postcure
Bảng 7.6: So sánh giá trị Tg mẫu SW901 Postcure và không Postcure
Bảng7.7: So sánh tính chất nhựa SW907P
Bảng 7.8: So sánh tính chất nhựa SW901
Bảng 7.9: Thống kê giá trị Tg và HDT hai loại nhựa nền
Bảng 7.10: Nhiệt độ phân hủy 10% mẫu SW907 ở các tốc độ gia nhiệt
Bảng7.11: Kết quả tính toán khả năng chịu nhiệt theo thời gian mẫu nhựa
SW907P
Bảng 7.12: Nhiệt độ phân hủy 10% mẫu SW901 ở các tốc độ gia nhiệt


Bảng 7.13: Kết quả tính toán khả năng chịu nhiệt theo thời gian mẫu nhựa
SW901
Bảng 7.14: Chỉ số nhiệt tương đối RTI
Bảng 8.1: Cơ tính mẫu SW907P gia cường bằng sợi Mat 300
Bảng 8.2: Cơ tính mẫu SW907P gia cường bằng sợi Roving 300
Bảng 8.3: Cơ tính mẫu SW901 gia cường bằng sợi Mat 300
Bảng 8.4: Cơ tính mẫu SW907P gia cường bằng sợi Roving 300
Bảng 8.5: Thống kê các tính chất cơ học FRP
Bảng 8.6: Các kết luận về tỷ lệ nhựa:sợi


1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
--- oOo ---

Ngày nay, các sản phẩm của ngành công nghiệp hóa chất ngày càng đóng
một vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế xã hội của một quốc gia. Nền
kinh tế và đời sống xã hội ngày càng được nâng cao sẽ đòi hỏi các công ty, xí
nghiệp phải gia tăng năng suất, chất lượng sản phẩm, đồng thời phải giảm giá
thành sản phẩm để có thể tồn tại và phát triển trong nền kinh tế thị trường.
Một trong những vấn đề cần được giải quyết để thỏa mãn được các yêu
cầu trên là khả năng làm việc của các thiết bị trong điều kiện sản xuất. Một đặc
trưng lớn của các ngành sản xuất trong công nghiệp hóa chất là môi trường làm
việc rất khắc nghiệt (nhiệt độ cao, khả năng ăn mòn mạnh, quá trình sản xuất
thoát ra các khí SO2, SO3 hoặc NO, NO2 và các khí khác ở nhiệt độ cao ...). Điều
này làm giảm tuổi thọ của các thiết bị sản xuất như: ống thoát khí, các loại bồn
chứa, các thiết bị thủy giải, thiết bị trung hòa, đường ống, các mối nối thân ống,
mặt bích, ống dẫn nước thải có lẫn hỗn hợp acid đến khu vực xử lý...
Nếu sử dụng vật liệu thép thường thì không bền, dễ bị rỉ sét và bị ăn mòn
mạnh.
Nếu sử dụng thép mạ kẽm và inox thì có giá thành cao hơn so với thép
thường.
Bêtông cốt thép thì quá nặng, rất bất tiện cho quá trình vận hành và thi
công lắp đặt và hiện nay hầu như không còn được dùng nữa.
Một phương pháp để giải quyết các vấn đề trên là sử dụng vật liệu
composite nền nhựa gia cường bằng sợi (vật liệu FRP) để chế tạo thiết bị hoặc
thiết bị trước khi đưa vào sử dụng được bọc bằng loại vật liệu composite có khả
năng chống ăn mòn, chịu hóa chất, chịu nhiệt độ cao...


2

Hiện nay, vật liệu composite với những tính chất đặc trưng ngày càng
được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nói chung và ngành công
nghiệp sản xuất hóa chất nói riêng tại Việt Nam cũng như trên thế giới. Một loại
vật liệu composite thường được sử dụng là vật liệu composite trên nền nhựa
vinyl ester epoxy được gia cường bằng sợi thủy tinh.
Các ứng dụng trên thế giới [21, 22, 23]
Trên thế giới, một trong những ứng dụng đầu tiên là việc sử dụng nhựa
EPOCRYL để chế tạo ống khói lọc hơi đốt cho một công ty hóa chất tại
Freeport, Texas. Từ sự khởi đầu này, nhu cầu vinyl ester ngày càng tăng và có
ba công ty lớn của Mỹ sản xuất nhựa Vinyl ester. Chỉ một năm sau đó, một tập
đoàn của Nhật Bản cũng đưa ra một dòng sản phẩm về các loại nhựa Vinyl
ester.
Ngày nay, nhựa Vinyl ester ngày càng được chấp nhận và sử dụng rộng
rãi cho các mục đích đòi hỏi vật liệu có độ chống chịu môi trường hóa học cao
với những thành tựu mới đạt được trong kỹ thuật sản xuất hóa chất. Người ta đã
quen với việc sử dụng loại nhựa này cho nhiều loại kết cấu chịu lực như: ống,
bể, máy lọc hơi đốt, ống dẫn. Thêm vào đó, nhựa Viny ester còn có những ứng
dụng khác như: làm màng phủ, keo dán, vật đúc, khung dát mỏng, ứng dụng
trong kỹ thuật điện tử, kỹ thuật hàng không và quân sự.
Các ứng dụng tại Việt Nam

Tại Việt Nam, vật liệu Vinyl ester ngày càng được sử dụng nhiều hơn.
Đặc biệt trong các ứng dụng chế tạo vật liệu FRP.
Tại Thành phố Hồ Chí Minh, Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polymer
thuộc Trường ĐH Bách Khoa là một trong những đơn vị đi đầu trong việc ứng
dụng loại vật liệu này. Tại đây, FRP trên cơ sở Vinyl ester đã được nghiên cứu


3

chế tạo các thiết bị phản ứng, bồn chứa hóa chất, bọc lót (lining) trên kim loại,
bêtông... ứng dụng trong các nhà máy hóa chất.

Hình 1.1: Thiết bị xử lý rác thải ở Heidelberg, Đức - làm bằng FRP nhựa Vinylester [21]

Hình 1.2: Ống khói trong nhà máy năng lượng ở Simmering, Vienna, Áo – làm bằng FRP
nhựa Vinylester [21]


4

Hình 1.3: Bồn chứa hóa chất của Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polymer trường Đại
học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh

Tuy nhiên, những ứng dụng và các nghiên cứu này vẫn còn đang tiếp tục
để vật liệu ngày càng được ứng dụng rộng rãi cho nhiều mục đích khác nhau.
Do đó, việc khảo sát nhựa vinyl ester epoxy để đánh giá được mối tương
quan giữa thành phần và cấu trúc của nó lên cơ tính vật liệu, khả năng làm việc
ổn định đối với các môi trường khắc nghiệt tại các nhà máy sản xuất trong
ngành công nghiệp hóa chất là một vấn đề cần được đặt ra.
Trong khuôn khổ đề tài này, chúng tôi tiến hành chọn nghiên cứu chế tạo
vật liệu composite trên hai nền nhựa: nhựa Swancor SW901 và nhựa Swancor
SW907P được gia cường bằng sợi thủy tinh. Đây là hai loại nhựa vinyester
epoxy hóa với sườn là Bisphenol A và Novolac. Hai loại nhựa này với tính chất
đặc trưng là khả năng chịu nhiệt tốt, chịu acid khá tốt [25]


5

PHẦN I

LÝ THUYẾT
TỔNG QUAN


6

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU FRP
--- oOo ---

2.1 KHÁI NIỆM [3, 8, 14, 24]
Vật liệu composite là vật liệu được chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều
thành phần khác nhau, nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu
việt hơn hẳn những vật liệu thành phần ban đầu.
Vật liệu FRP (Fiber reinforce plastic) là vật liệu composite nền nhựa được
gia cường bằng sợi là một trong những lónh vực nghiên cứu của vật liệu
composite.
Những thành phần của vật liệu composite bao gồm: thành phần cốt (các
sợi, hạt...) nhằm đảm bảo cho composite có được những tính năng cơ học cần
thiết, và vật liệu nền (kết dính) đảm bảo cho sự liên kết và làm việc hài hòa
giữa các thành phần của composite với nhau. Khả năng khai thác và sử dụng vật
liệu composite phụ thuộc trước hết vào đặc tính cơ, lý, hóa của các vật liệu
thành phần, cấu trúc phân bố của vật liệu cốt, cũng như độ bền vững liên kết
giữa nền và cốt.
2.2 PHÂN LOẠI [3, 8]
Nếu như trong cơ học, chúng ta dựa vào cấu trúc của các thành phần cốt
để phân loại composite như composite phân lớp, composite có cốt sợi đồng
phương, composite có cấu trúc không gian... Hoặc trước đây, người ta thường gọi
composite theo tên các cốt sợi, ví dụ: composite cốt sợi thủy tinh, composite cốt
sợi bazan, sợi cacbon... Nhưng cho đến nay có rất nhiều loại cốt khác nhau, ví dụ
như composite cốt lai tạp sợi thủy tinh lẫn sợi cacbon, sợi cacbon lẫn sợi bazan...

Thành phần cốt đảm bảo cho vật liệu composite có độ cứng, độ bền cơ
học cao. Còn chất liệu nền không những đảm bảo cho các thành phần của