(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của thông số phun ép đến độ bền kéo của vật liệu composite trong môi trường kiềm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỒ THỊ THANH TÂM

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ PHUN ÉP
ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE
TRONG MÔI TRƯỜNG KIỀM

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

S K C0 0 5 1 8 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỒ THỊ THANH TÂM

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THÔNG SỐ PHUN ÉP
ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG
MÔI TRƢỜNG KIỀM

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỒ THỊ THANH TÂM

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THÔNG SỐ PHUN ÉP
ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE
TRONG MÔI TRƢỜNG KIỀM

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103
Hƣớng dẫn khoa học: TS PHẠM SƠN MINH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017



LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ& tên: HỒ THỊ THANH TÂM
Giới tính: Nữ
Ngày, tháng, năm sinh: 16/08/1992
Nơi sinh: Hà Tĩnh
Quê quán: Hà Tĩnh
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 40/27 Lê Thị Hồng, P.17, Q. Gò Vấp,

TPHCM.
Điện thoại cơ quan:
Điện thoại nhà riêng: 0986983351
Fax:
E-mail:
II. Q TRÌNH ĐÀO TẠO:
Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy.
Thời gian đào tạo từ 09/2010 đến 09/2014.
Nơi học: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ Thuật Cơng Nghiệp.
Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy. Thời gian đào tạo từ10/2015 đến 04/2017
Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ Thuật Cơ Khí
Tên luận văn: Nghiên cứu ảnh hƣởng của thơng số phun ép đến độ bền kéo
củavật liệu composite trong môi trƣờng kiềm.
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 22/04/2017 tại Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ
Thuật TP Hồ Chí Minh.
Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Phạm Sơn Minh.
Trình độ ngoại ngữ: Tiếng anh - B1.
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
2014-2016
2016-nay

Công ty TNHH CNS AMURA

PRECISION
Trƣờng cao đẳng nghề LILAMA2

ii

Nhân viên QC
Giáo viên khoa Cơ Khí


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng 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 cơng trình
nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng các thơng tin trích dẫn trong luận văn đã đƣợc chỉ rõ
nguồn gốc.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng04 năm 2017

Hồ Thị Thanh Tâm

iii


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tơi xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến TS. Phạm
Sơn Minh, ngƣời Thầy đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận
lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban
giám hiệu, Phòng đào tạo Sau Đại học trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành
phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện để tơi có thể hồn thành chƣơng trình đào tạo bậc
cao học.
Trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp tôi xin chân thành cảm ơn

đến PGS.TS Đỗ Thành Trung, Th.S Trần Minh Thế Un, các q thầy cơ phụ
trách chƣơng trình đào tạo thạc sỹ đã truyền đạt những kiến thức quý báu, cung cấp
nguồn tài liệu đầy đủ và kịp thời để tơi có thể hồn thành luận văn tốt nghiệp cũng
nhƣ chƣơng trình đào tạo bậc cao học.
Tơi cũng mong muốn đƣợc cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp và ngƣời thân đã
động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng04 năm2017

Hồ Thị Thanh Tâm

iv


TÓM TẮT
Hiện nay các sản phẩm đƣợc sản xuất bằng công nghệ ép phun từ vật liệu
composite đƣợc sử dụng rất nhiều ở nƣớc ta và các nƣớc trên thế giới. Với những
tính năng vƣợt trội và ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực, vật liệu composite
dần thay thế các vật liệu truyền thống.Tuy nhiên để tạo ra đƣợc sản phẩm chất
lƣợng tốt và năng suất cao thì thơng số phun ép ảnh hƣởng rất lớn. Ngồi ra vì các
sản phẩm làm từ vật liệu composite đƣợc sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau nhất
là trong ngành hàng hải nhƣ làm vỏ tàu biển, lƣới đánh cá...và ngành cơng nghiệp
hóa chất nhƣ các bồn chứa các hóa chất công nghiệp. Dƣới sự tác động của môi
trƣờng làm việc khác nhau và thời gian sử dụng sẽ ảnh hƣởng khơng ít đến độ bền
của sản phẩm đặc biệt làm việc trong mơi trƣờng hóa chất. Đề tài nghiên cứu sự ảnh
hƣởng của các thông số phun ép nhƣ: Melt temp, Injection pressure, Packing
pressure, Injectiontime,Packing timevà nồng độ dung dịch kiềm đến độ bền kéo của
vật liệu composite. Bằng phƣơng pháp thực nghiệm tác giả xây dựng đƣợc quy luật
mô tả ảnh hƣởng thông số phun ép và môi trƣờng kiềm đến độ bền kéo của vật liệu
composite để nâng cao năng suất và chất lƣợng cho các sản phẩm đƣợc chế tạo từ

vật liệu composite bằng công nghệ ép phun.Các kết quả cho thấy, Melt temp ảnh
hƣởng đến độ bền kéo theo hàm bậc hai, Injection pressure và Injectiontime ảnh
hƣởng tới độ bền kéo giảm theo hàm bậc nhất, Packing pressure và Packing time
ảnh hƣởng tới độ bền kéo tăng theo hàm bậc nhất và quy luật ảnh hƣởng của thông
số phun ép không thay đổi trong cùng nồng độ pH, nồng độ pH càng cao và ngâm
càng lâu độ bền càng giảm.
Từ khóa:Độ bền kéo, vật liệu composite, ảnh hƣởng của thông số phun ép và nồng
độ pH.

v


ABSTRACT
These days, more and more composite products are produced by injection
molding method and are being used widely in Vietnam and all the world.With some
special useful features, composite products are being applied in many fileds and can
take place of almost of traditional materials. However, in order to produce the best
quality products with high productivity, the effect of the injection’s specifications
are very important. There are many composite products are used in some industrial
fields especicallly are cover of ships in maritime, fishing-net and chemistry industry
such as tank and pipe.The working time of these products will be affected by the
environment conditions, especially in chemistry aplications.This study research the
tensile sttrength of composite material within the influence of some specifiction
such as Melt temp, Injection pressure, Packing pressure, Injectiontime,Packing time
and alkali strength. Results from some experiments will be used to desmonstrate the
tensile strength within the influence of injection parameters and alkali strength to
increase the capacity and quality for injection composite products.The results show
that around the same time,Melt tempwill effect tensile strength by quadratic
function, injection pressure and injection time will effect tensile strength down by
linear equation, Packing pressure and Packing tim will effect tensile strength up by

linear equation and the effect rule of injection parameters will not be change with
the same pH concentration, tensile strength will be low incase pH concentration is
high and soaking time is long.
Key word: Tensile strength, composite material, effect of injection parameters and
concentration on pH.

vi


MỤC LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ................................................................................... i
LÝ LỊCH CÁ NHÂN ................................................................................................. ii
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv
TÓM TẮT ...................................................................................................................v
MỤC LỤC ................................................................................................................. vi
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT .............................................................x
DANH SÁCH HÌNH VẼ .......................................................................................... xi
DANH SÁCH BẢNG ............................................................................................. xiv
Chƣơng 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................1
1.1 Tổng quan chung về hƣớng nghiên cứu ............................................................1
1.2 Tình hình nghiên cứu ........................................................................................2
1.2.1 Trong nƣớc .................................................................................................2
1.2.2 Trên thế giới ...............................................................................................4
1.3 Mục tiêu nghiên cứu và nội dung nghiên cứu ...................................................4
1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................4
1.3.2 Nội dung nghiên cứu ..................................................................................5
1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu...................................................................................5
1.5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................5
1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn...........................................................................6

Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................7
2.1 Cơ sở lý thuyết vật liệu composite ....................................................................7
2.1.1 Khái niệm ...................................................................................................7
2.1.2 Cấu tạo vật liệu composite .........................................................................7
2.1.3 Tính chất của vật liệu composite..............................................................15

vii


2.1.4 Ƣu nhƣợc điểm của vật liệu composite ....................................................15
2.1.5 Phân loại vật liệu composite ....................................................................17
2.2 Composite nền nhựa PA6 cốt sợi ngắn thủy tinh ............................................18
2.2.1 Ảnh hƣởng các yếu tố hình học của sợi ...................................................18
2.2.2 Sợi ngắn thủy tinh ....................................................................................21
2.2.3 Nhựa Poliamid (PA) .................................................................................25
2.3 Công nghệ chế tạo sản phẩm composite .........................................................26
2.3.1 Phƣơng pháp chế tạo thủ công .................................................................26
2.3.2 Phƣơng pháp phun hỗn hợp composite ....................................................27
2.3.2 Phƣơng pháp thấm nhựa trƣớc .................................................................28
2.3.2 Phƣơng pháp đùn ép .................................................................................29
2.3.2 Phƣơng pháp đúc chuyển nhựa ................................................................30
2.3.2 Phƣơng pháp đúc chân không ..................................................................31
2.4 Độ bền kéo cho sản phẩm nhựa đùn ép

......................................................32

2.5 Công nghệ ép phun .........................................................................................33
2.5.1 Khái niệm .................................................................................................33
2.5.2Đặc điểm của công nghệ ép phun .............................................................33
2.5.3 Cấu tạo chung của máy ép phun ..............................................................35

2.5.4 Phân loại khuôn ép phun ..........................................................................38
2.5.5Sơ lƣợc về chu trình ép phun ....................................................................39
2.5.6Các khuyết tật khi ép .................................................................................39
2.5.7Các thơng số ép .........................................................................................41
2.6Nồng độ pH và dung dịch kiềm ....................................................................47
Chƣơng 3. MƠ TẢ THÍ NGHIỆM ...........................................................................48
3.1 Vật liệu PA6 - 30GF .......................................................................................48
3.2Sản phẩm mẫu thử ............................................................................................48

viii


3.3Kết cấu của bộ khuôn .......................................................................................48
3.4Dung dịch kiềm ................................................................................................51
3.5Thiết bị thí nghiệm ...........................................................................................48
3.6 Bộ thơng số phun ép .......................................................................................55
Chƣơng 4. THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ..........................................57
4.1 Thành lập các điều kiện thí nghiệm ................................................................57
4.1.1 Xác định số lƣợng mẫu ............................................................................57
4.1.2 Các bƣớc thực hiện ép và ngâm mẫu .......................................................58
4.1.3 Kiểm tra độ bền kéo .................................................................................60
4.2 Kết quả thí nghiệm và phân tích kết quả .........................................................60
4.2.1Ảnh hƣởng của nhiệt độ ép và môi trƣờng kiềm đến độ bền kéo đến độ
bền kéo vật liệu PA6 – 30GF ............................................................................60
4.2.2Ảnh hƣởng của áp suất phun và môi trƣờng kiềm đến độ bền kéo đến độ
bền kéo vật liệu PA6 – 30GF ............................................................................64
4.2.3 Ảnh hƣởng của áp suất sau phun và môi trƣờng kiềm đến độ bền kéo đến
độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF .......................................................................68
4.2.4Ảnh hƣởng của thời gian phun và môi trƣờng kiềm đến độ bền kéo đến độ
bền kéo vật liệu PA6 – 30GF ............................................................................72

4.2.5Ảnh hƣởng của thời gian sau phun và môi trƣờng kiềm đến độ bền kéo
đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF ................................................................76
Chƣơng 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................82

ix


DANH MỤCKÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
PA

PoliAmid

GF

Glass Fiber

PC

Polymer Composite

PET

PolyEste

PF

PhenolFomandehit

PVC

PolyVinyl Clorua

PP

PolyPropylen

UF

UreFomandehit

MAPE

Maleic Anhydride grafted PolyEthylence

MMA

Metyl Meta Acrylat

x


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 2.1: Cấu trúc composite......................................................................................7
Hình 2.2: Sơ đồ phân loại cốt theo hình dạng .............................................................8
Hình 2.3: Các kiểu dệt bắt chéo của vải ......................................................................9
Hình 2.4: Sơ đồ phân bố định hƣớng cốt sợi ............................................................10
Hình 2.5: Sơ đồ phân loại composite theo cấu trúc ..................................................17
Hình 2.6: Sơ đồ phân bố và định hƣớng cốt sợi........................................................18
Hình 2.7: Biểu đồ phân bố ứng suất trên chiều dài sợi .............................................20

Hình 2.8: Cấu tạo poliamid .......................................................................................25
Hình 2.9: Đƣờng cong ứng suất ................................................................................33
Hình 2.10: Cấu tạo của máy ép phun ........................................................................35
Hình 2.11: Hệ thống kẹp ...........................................................................................35
Hình 2.12: Cấu tạo chung của khn ........................................................................36
Hình 2.13: Hệ thống phun .........................................................................................37
Hình 2.14: Hệ thống hỗ trợ ép phun .........................................................................38
Hình 2.15: Hệ thống điều khiển ................................................................................38
Hình 2.16: Mối quan hệ giữa thời gian làm nguội và bề dày sản phẩm ...................46
Hình 3.1: Mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO 527 - 1993 ..................................................48
Hình 3.9: Bộ khn hồn chỉnh ................................................................................49
Hình 3.2: Tấm kẹp trên .............................................................................................49
Hình 3.3: Tấm kẹp dƣới ............................................................................................49
Hình 3.4: Tấm khn cố định ...................................................................................50
Hình 3.5: Tấm khn di động ...................................................................................50
Hình 3.6: Gối đỡ........................................................................................................50
Hình 3.7: Tấm giữ, ty đẩy và ty hồi ..........................................................................51
Hình 3.8: Tấm đẩy.....................................................................................................51
Hình 3.10: Hóa chất sử dụng làm tăng nồng độ pH ..................................................52
Hình 3.11: Máy ép nhựa SHINE WELL W – 120B ................................................53
Hình 3.12: Một số thông số máy ép nhựa SHINE WELL W – 120B ......................53
xi


Hình 3.13: Máy đo độ pH .........................................................................................54
Hình 3.14: Máy kéo vạn năng WEW – 100B ...........................................................54
Hình 4.1: Kiểm tra lại nồng độ pH và dán nhãn .......................................................59
Hình 4.2: Ảnh hƣởng của nhiệt độ ép đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF sau 2
tháng .........................................................................................................................62
Hình 4.3: Ảnh hƣởng của nhiệt độ ép đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF sau 4

tháng ..........................................................................................................................63
Hình 4.4: Ảnh hƣởng của nhiệt độ ép đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF sau 6
tháng ..........................................................................................................................63
Hình 4.5: Ảnh hƣởng của áp suất phun đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF sau 2
tháng ..........................................................................................................................66
Hình 4.6: Ảnh hƣởng của áp suất phun đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF sau 4
tháng ..........................................................................................................................67
Hình 4.7: Ảnh hƣởng của áp suất phun p đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF sau 6
tháng ..........................................................................................................................67
Hình 4.8: Ảnh hƣởng của áp suất sau phun đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF sau
2 tháng .......................................................................................................................70
Hình 4.9: Ảnh hƣởng của áp suất sau phun đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF sau
4 tháng ......................................................................................................................71
Hình 4.11: Ảnh hƣởng của áp suất sau phun đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF
sau 6 tháng .................................................................................................................71
Hình 4.12: Ảnh hƣởng của thời gian phun đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF sau
2 tháng ......................................................................................................................74
Hình 4.13: Ảnh hƣởng của thời gian phun đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF sau
4 tháng .......................................................................................................................75
Hình 4.14: Ảnh hƣởng của thời gian phun đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF sau
6 tháng .......................................................................................................................75

xii


Hình 4.15: Ảnh hƣởng của thời gian sau phun đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF
sau 2 tháng .................................................................................................................78
Hình 4.15: Ảnh hƣởng của thời gian sau phun đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF
sau 4 tháng .................................................................................................................79
Hình 4.15: Ảnh hƣởng của thời gian sau phun đến độ bền kéo vật liệu PA6 – 30GF

sau 6 tháng .................................................................................................................79

xiii


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1: Thành phần hóa học của các loại sợi thủy tinh.........................................22
Bảng 2.2: Tính chất cơ lý của các loại sợi thủy tinh .................................................23
Bảng 2.3: So sánh tính chất của một số sợi gia cƣờng..............................................25
Bảng 2.4: Một số khuyết tật có thể xảy ra khi ép, nguyên nhân và cách khắc phục 40
Bảng 3.1: Thông số nhựa PA6 – 30GF .....................................................................48
Bảng 3.2: Thành phần hóa học dung dịch NaOH .....................................................51
Bảng 3.3: Thông số máy kéo nén vạn năng WEW – 100B ......................................55
Bảng 3.4: Tổng hợp các khoảng thông số phun ép ...................................................56
Bảng 4.1: Số lƣợng mẫu thí nghiệm .........................................................................58
Bảng 4.2: Tổng hợp kết quả kéo mẫu PA6 – 30GF theo nhiệt độ ép trong môi
trƣờng kiềm ...............................................................................................................61
Bảng 4.3: Tổng hợp kết quả kéo mẫu PA6 – 30GF theo áp suất phun trong môi
trƣờng kiềm ...............................................................................................................65
Bảng 4.4: Tổng hợp kết quả kéo mẫu PA6 – 30GFtheo áp suất sau phun trong môi
trƣờng kiềm ...............................................................................................................69
Bảng 4.5: Tổng hợp kết quả kéo mẫu PA6 – 30GF theo thời gian phun trong môi
trƣờng kiềm ...............................................................................................................73
Bảng 4.6: Tổng hợp kết quả kéo mẫu PA6 – 30GF theo thời gian sau phun trong
môi trƣờng kiềm ........................................................................................................77

xiv


Chƣơng 1. TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan chung về hƣớng nghiên cứu
Sự ra đời của vật liệu composite là cuộc cách mạng về vật liệu thay thế cho vật
liệu truyền thống và ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các ngành công
nghiệp tiên tiến trên thế giới.Hiện nay vật liệu Composite polymer đã đƣợc sử dụng
để chế tạo nhiều chi tiết, linh kiện chế tạo ô tô; dựa trên những ƣu thế đặc biệt nhƣ
giảm trọng lƣợng, tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ chịu ăn mòn, giảm độ rung, tiếng ồn
và tiết kiệm nguyên liệu cho máy móc. Ngành hàng không vũ trụ sử dụng vật liệu
này vào việc cuốn cánh máy bay, mũi máy bay...Trong ngành công nghiệp điện tử
đƣợc sử dụng để sản xuất các chi tiết, các bảng mạch và các linh kiện. Ngành cơng
nghiệp đóng tàu, xuồng, ca nô; các ngành dân dụng y tế (hệ thống chân giả, tay giả,
răng giả...), ngành thể thao nhƣ các đồ thể thao nhƣ gậy gôn, vợt tennitghế ngồi,
mái che của các nhà thi đấu...và các ngành dân dụng và các ngành khác của nền
kinh tế quốc dân.
Và cùng với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ khn mẫu nói chung và
ngành cơng nghệ ép phun nói riêng đã cho phép tạo ra các sản phẩm nhựa có kết
cấu phức tạp và kích thƣớc ngày càng nhỏ. Nó thích ứng tốt với đa dạng sản phẩm,
năng lực sản xuất cao và dễ dàng tự động hóa. Tuy nhiên để có thể đảm bảo chất
lƣợng đặc biệt là đảm bảo độ bền của sản phẩmta phải quan tâm đến các yếu tố:
thuộc tính của vật liệu nhựa sử dụng, kết cấu khn, thơng số phun ép...Trong đó
thơng số phun ép giữ vai trò hết sức quan trọng, với một bộ thông số tối ƣu sẽ giúp
cho sản phẩm đạt chất lƣợng tốt, năng suất cao.Bên cạnh đó sản phẩm làm từ vật
liệu composite kém bền theo thời gian đặc biệt khi đƣợc sử dụng trong các lĩnh vực
khác nhau nhất là trong ngành hàng hải nhƣ làm vỏ tàu biển, lƣới đánh cá...và
ngành cơng nghiệp hóa chất nhƣ các bồn chứa các hóa chất cơng nghiệp.
Để giải quyết các vấn đề nêu trên tác giả đã quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu
ảnh hưởng của thông số phun ép đến độ bền kéo của vật liệu composite trong môi

1

trường kiềm” để tìm ra sự ảnh hƣởng của các thông số phun ép và môi trƣờng kiềm
đến độ bền kéo của vật liệu composite.
1.2Tình hình nghiên cứu
1.2.1 Trong nƣớc
Ở nƣớc ta, trong những năm gần đây vật liệu composite cũng đƣợc nhiều nhà
khoa học quan tâm. Một số nghiên cứu gần đây về vật liệu PC trong nƣớc nhƣ:
TS. Nguyễn Nhật Trinh với đề tài: “Nghiên cứu ảnh hƣởng của thông số chế
tạo đến độ bền vật liệu polymer composite gia cƣờng vải polyeste trên cơ sở nhựa
phenolfomandehit” [1]. Đề tài nghiên cứu ảnh hƣởng của thông số công nghệ chế
tạo nhƣ nhiệt độ, lực ép và tỷ phần vải nhựa nền đến độ bền của cơ học vật liệu
polymer composite trên cơ sở nhựa phenolfomandehit đƣợc gia cƣờng vải dệt thoi
xơ polyeste. Vải thí nghiệm: vải làm cốt gia cƣờng cho vật liệu PC là vải kỹ thuật
kết cấu kiểu dệt thoi vân điểm do công ty Hualon Việt Nam sản xuất, nguyên liệu
100% xơ polyeste philamang (PET). Nhựa nền phenolfomandehit (PF) dạng
novolac do Viện hóa trung tâm ứng dụng Khoa học Kỹ thuật quân sự sản xuất. Tác
giả tiến hành ngâm mẫu PC trong nƣớc, dung dịch NaOH 10% và dung dịch HCl
10% ở nhiệt độ phòng thí nghiệm trong khoảng thời gian 10 ngày, 20 ngày, 60
ngày, 90 ngày và 12 ngày. Kết quả nghiên cứu cho thấy sau thời gian ngâm 120
ngày độ bền kéo PC giảm xuống 13% trong môi trƣờng nƣớc, giảm 50% trong môi
trƣờng kiềm và 27% trong môi trƣờng axit..
PGS.TS Trần Văn Chứ, TS. Quách Văn Thiêm [2]nghiên cứu sử dụng một số
phụ gia để làm chậm q trình lão hóa của nhựa. Vật liệu nghiên cứu là nhựa nền
polypropylen có tên thƣơng mại là Moplen RP348N, bột gỗ cao su, phụ gia liên kết
Scona TPPP, chất hấp thụ tia cực tím TINUVIN 1130, phụ gia bơi trơn BYK
Kometra GmbH, chất làm chậm oxy hóa IRGANOX B215. Kết quả ảnh hƣởng của
chất lão hóa tới tính chất của vật liệu nhƣ sau:
-

Mối quan hệ giữa chất làm chậm quá trình lão hóa với độ bền kéo:

k = 29,514 + 6,666.O + 1,380.U + 2,501.O.U – 29,930.O2 – 0,437.U2
-

Mối quan hện giữa chất làm chậm q trình lão hóa với độ bền uốn:

2


u = 76,620 – 6,795.O – 0,784.U + 1,125.O.U + 9,368.O2 + 0,058.U2
Qua đó cho thấy độ bền kéo, độ bền uốn phụ thuộc vào hàm lƣợng phụ gia
chống lão hóa sử dụng, khi tỷ lệ phụ gia thay đổi thì độ bền thay đổi theo và tỷ lệ
phụ gia càng tăng thì độ bền càng giảm.
TS. Nguyễn Minh Hùng, TS. Hồng Việt có để tài: “Nghiên cứu xác định thông
số công nghệ tạo composite từ sợi xơ dừa với chất nền là keo Ure
Formaldehyde”[3]. Đề tài nghiên cứu sự tƣơng quan của nhiệt độ, áp suất ép và
lƣợng chất nền là keo Ure Formaldehyde tới chất lƣợng composite từ sợi xơ dừa.
Vật liệu nghiên cứu là xơ dừa có chiều dài 1,5 – 2,0 cm, keo Ure Formaldehyde.
Kết quả của đề tài cho thấy để nhận đƣợc một vật liệu composite từ chỉ xơ dừa
chiều dài 1,5 – 2,0 cm với chất nền là keo Ure Formaldehyde có các thơng số đặc
tính và chỉ tiêu chất lƣợng là: khối lƣợng thể tích 760g/cm3, độ bền uốn tĩnh 140
kg/cm2 ; độ bền kéo vng góc 3,5 kg/cm2 và độ trƣơng nở chiều dày 12% thì trong
q trình cơng nghệ sản xuất sử dụng chế độ công nghệ các đại lƣợng có giá trị sau:
Tỷ lệ chất nền 12,7%; nhiệt độ ép 1900C, thời gian ép 0,52 phút/mm, chiều dày và
áp lực ép 1,85 MPa.
PGS.TS Nguyễn Võ Thông, TS. Nguyễn Thế Hùng, ThS. Bùi Thị Thu Phƣơng
[4]nghiên cứu tối ƣu hóa các yếu tố cơng nghệ: tỷ lệ chất đóng rắn, tốc độ kéo sợi
thủy tinh và nhiệt độ đóng rắn ảnh hƣởng đến ứng suất kéo của thanh cốt composite
polymer. Vật liệu nghiên cứu là sợi thủy tinh E – Glass, nhựa Epoxy, chất đóng
rắn. Kết quả của đề tài cho thấy bằng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm đã tìm
đƣợc giá trị tối ƣu của các yếu tố cơng nghệ trong chế tạo thanh cốt composite

polymer: tỷ lệ chất đóng rắn 10,5%, tốc độ kéo sợi thủy tinh 0,46m/phút, nhiệt độ
đóng rắn 112,50C. Các kết quả tối ƣu này đã đƣợc sử dụng chế tạo thực nghiệm các
thanh cốt composite polymer có ứng suất kéo 553,1N/mm2, giá trị ứng suất này lớn
hơn 1,5 lần thép CB240 – T cùng đƣờng kính.

3


1.2.2 Trên thế giới
Với lịch sử phát triển phong phú của mình vật liệu composite đƣợc nhiều nhà
nghiên cứu khoa học trên thế giới biết đến. Việc nghiên cứu và áp dụng thành công
vật liệu này đã đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới áp dụng. Trong đó tiêu biểu:
- Để nâng cao chất lƣợng sản phẩm ngoài việc nghiên cứu, pha trộn giữa hai

thành phần chính là nền và cốt nhà chế tạo cịn nghiên cứu đến q trình phun ép
chế tạo sản phẩm, đề tài “A 3D study on the effect of gate location on the cooling of
polymer by injection molding”[5]– International Journal of Heat and Fluid Flow
đƣợc thực hiện bởi Hamdy Hassan, Nicolas Regnier, Guy Defaye. Đề tại nghiên
cứu ảnh hƣởng của vị trí cổng làm mát đến năng suất, chất lƣợng sản phẩm trong
quá trình ép phun.Đối tƣợng nghiên cứu là các khoang khn có hình dạng khác
nhau (hình trịn, hình chữ nhật và hình vng). Kết quả của nghiên cứu cho thấy đối
với cùng một diện tích mặt cắt ngang và vận tốc nƣớc làm mát thì các kênh làm mát
có dạng hình chữ nhật sẽ có thời gian ngắn nhất để làm nguội sản phẩm. Bên cạnh
đó khi các kênh làm mát thiết kế gần bề mặt sản phẩm thì hiệu quả làm mát tăng
lên.
- Sau khi nghiên cứu phƣơng pháp chế tạo nhằm năng cao chất lƣợng sản

phẩm, các nhà khoa học còn nghiên cứu các ảnh hƣởng của điều kiện sử dụng nhằm
tối ƣu hiệu quả sử dụng và đƣa ra khuyến cáo để khai thác, sử dụng sản phẩm hiệu
quả nhất. Đề tài “Effect of temperature on tensile properties of injection molded

short glass fibre and glass bead filled ABS hybrids”[6] nghiên cứu sự ảnh hƣởng
của nhiệt độ đến độ bền kéo của vật liệu copomsite nền ABS cốt sợi ngắn thủy tinh
và hạt thủy tinh. Đề tài đƣợc nghiên cứu bởi S. Hashemi - London Metropolitan
Polymer Centre, London Metropolitan University, UK. Kết quả của nghiên cứu cho
thấy độ bền kéo và mô đun đàn hồi của composite tăng tuyến tính khi tăng tỷ lệ sợi
thủy tinh trên toàn bộ phạm vi nhiệt độ từ 25 đến 100 0C. Bên cạnh đó độ bền kéo
và mơ đun đàn hồi đều giảm tuyến tính tùy thuộc vào tỷ lệ cốt sợi thủy tinh khi
nhiệt độ tăng.

4


1.3 Mục tiêu nghiên cứu và nội dung nghiên cứu
1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu
-

Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số phun ép nhƣ: Melt temp, Injection

pressure, Packing pressure, Injection time và Packing time; ảnh hƣởng của các nồng
độ kiềm trong các khoảng thời gian khác nhau đến độ bền kéo của vật liệu
composite.
-

Tìm quy luật ảnh hƣởng của các thông số phun ép và nồng độ kiềmđến độ

bền kéo của vật liệu composite để nâng cao chất lƣợng và năng suất cho sản phẩm.
1.3.2 Nội dung nghiên cứu
-

Nghiên cứu cơ sở lí thuyết vềvật liệu composite và hệ thống ép phun trong

khuôn phun ép.
-

Nghiên cứu ảnh hƣởng của yếu tố thông số phun ép và nồng độ kiềm trong

các khoảng thời gian khác nhau đến độ bền kéo của vật liệu PA6 30% GF.
-

Thống kê thực nghiệm để phân tích, xử lí kết quả từ đó tìm quy luật ảnh

hƣởng của các thông số phun ép và các nồng độ kiềm trong các khoảng thời gian
khác nhau đến độ bền kéo vật liệu composite.
1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu: Phân tích, so sánh, hệ thống hóa, khái quát
hóa các tài liệu liên quan đến vật liệu composite, vật liệu composite cốt sợi ngắn
thủy tinh, hệ thống khuôn phun ép và nồng độ dung dịch kiềm.
Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm: Chế tạo mẫu thử bằng vật liệu
composite với các bộ thông số ép phun khác nhau. Tiến hành ngâm các mẫu thử vào
dung dịch kiềm ở các nồng độ và các khoảng thời gian khác nhau.
Phƣơng pháp thống kê và phân tích so sánh:Thống kê kết quả sau đó sử dụng
phần mềm để vẽ đồ thị thể hiện sự ảnh hƣởng của thông số phun ép và nồng độ
kiềm đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh.
1.5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu: Vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh: PA6 - 30GF.
Phạm vi nghiên cứu đƣợc giới hạn với các thông số ép phun:Melt temp,

5

Injection pressure, Packing pressure, Injectiontime,Packing time. Dung dịch kiềm
NaOH với ba nồng độ pH = 7; pH = 8; pH = 12,5 ngâm trong các khoảng thời gian
2 tháng, 4 tháng, 6 tháng.
1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu ảnh hƣởng của thông số phun ép và môi
trƣờng kiềm đến độ bền kéo của vật liệu composite.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu giúp xác định độ bền kéo của vật liệu
composite cốt sợi ngắn thủy tinh khi thay đổi thông số phun ép và nồng độ pH trong
môi trƣờng kiềm.

6


Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Cơ sở lý thuyết vật liệu composite
2.1.1Khái niệm
Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp từ hai hoặc 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 [7].
Về mặt cấu tạo, 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.

Hình 2.1: Cấu trúc composite
Pha liên tục gọi là nền (matrice). Pha gián đoạn gọi là cốt, chất độn hay vật
liệu gia cƣờng (reinforce).
2.1.2Cấu tạo vật liệu composite
2.1.2.1 Thành phần cốt
Đóng vai trị 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 sau: Tính gia cƣờng cơ học;

tính kháng hóa chất, nhiệt độ, mơi trƣờng; phân tán vào nhựa tốt; truyền nhiệt, giải
nhiệt tốt; thuận lợi cho q trình gia cơng, trọng lƣợng nhẹ, giá thành hạ.

7


Hình 2.2: Sơ đồ phân loại cốt theo hình dạng
a) Các dạng thức phân bố trong không gian; b) Cốt hóa 1 chiều
c) Cốt hóa 2 chiều; d) cốt hóa 3 chiều
Tuỳ thuộc vào từng yêu cầu cho từng loại sản phẩm mà ngƣời ta có thể chọn
loại vật liệu cốt thích hợp. Có ba dạng cốt cơ bản:
 Cốt dạng hạt
Hạt là loại vật liệu gián đoạn, khác sợi là khơng có kích thƣớc ƣu tiên. Loại vật
liệu composite cốt hạt thƣờng đƣợc sử dụng là: silica, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim
loại, độn khoáng, cao lanh, đất sét, graphite, carbon… khả năng gia cƣờng cơ tính
của chất độn dạng hạt đƣợc sử dụng với mục đích sau:
- Giảm giá thành
- Tăng thể tích cần thiết đối với trộn trơ, tăng độ bền cơ lý, hóa, nhiệt, điện,

khả năng chậm cháy đối với độn tăng cƣờng
- Dễ 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 rắn, che khuất sợi

trong cấu tạo tăng cƣờng sợi, giảm tỏa nhiệt khi đóng rắn.

8