Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy-Novolac, epoxy-cacdanol gia cường bằng sợi lanh

MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1. Hiểu biết chung về vật liệu polyme compozit (PC) .3 I.1.1. Lịch sử phát triển của vật liệu PC .3 I.1.2. Đặc điểm và phân loại vật liệu PC 4 I.1.2.1. Đặc điểm chung .4 I.1.2.2. Phân loại 5 I.1.3. Các thành phần chính của vật liệu PC . .6 I.1.3.1. Cốt cho vật liệu PC 6 I.1.3.2. Nền cho vật liệu PC .8 I.1.3.3. Liên kết giữa nền và cốt trong vật liệu PC . 9 I.1.4. Tính chất và ứng dụng của vật liệu PC .10 I.1.4.1. Tính chất 10 I.1.4.2. Ứng dụng .11 I.2. Vật liệu PC gia cường bằng sợi tự nhiên .12 I.2.1. Giới thiệu chung .12 I.2.2. Sợi tự nhiên sử dụng trong vật liệu PC .12 I.2.2.1. Phân loại sợi tự nhiên 12 I.2.2.2. Đặc điểm của sợi tự nhiên .13 I.2.3. Nền cho vật liệu PC gia cường bằng sợi tự nhiên .14 I.3. Vật liệu PC từ nhựa epoxy-cacdanol và epoxy-novolac gia cường bằng sợi lanh .15 I.3.1. Sợi lanh gia cường cho vật liệu PC .15 I.3.1.1. Giới thiệu về sợi lanh . . .15 I.3.1.2. Thành phần hoá học và cấu trúc của sợi lanh . .17 I.3.2. Nhựa epoxy-cacdanol . 19 I.3.2.1. Tổng hợp .19 I.3.2.2. Tính chất và ứng dụng .22 I.3.3. Nhựa epoxy-novolac .22 I.4. Các phương pháp gia công vật liệu PC từ epoxy-cacdanol, epoxy-novolac với sợi lanh . 24 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II.1.Các phương pháp phân tích nguyên liệu đầu và sản phẩm 26 II.1.1.Phương pháp phân tích hàm lượng phenol .26 II.1.2.Phương pháp phân tích hàm lượng fomandehyt .26 II.1.3.Phương pháp phân tích hàm lượng nhóm epoxy 27 II.1.4.Phương pháp xác định hàm lượng phenol tự do trong nhựa novolac .28 II.1.5.Phương pháp xác định hàm lượng phần gel .29 II.2.Các phương pháp phân tích tính chất cơ lý của vật liệu 30 II.2.1.Phương pháp xác định độ bền uốn .30 II.2.2.Phương pháp xác định độ bền kéo .30 II.2.3.Phương pháp xác định độ bền va đập .31 II.2.4.Phương pháp xác định khối lượng riêng .31 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1.Nguyên liệu đầu .32 III.2.Tổng hợp nhựa novolac 32 III.3.Lựa chọn tỷ lệ phối trộn giữa nhựa epoxy DER331 với nhựa novolac 33 III.4.Lựa chọn dung môi hoà tan nhựa epoxy – novolac .33 III.5.Nghiên cứu tìm nhiệt độ và hàm lượng xúc tác để đóng rắn nhựa epoxy – novolac .34 III.6. Tìm điều kiện gia công prepregs 35 III.7. Tổng hợp nhựa epoxy – cacdanol .36 III.8. Tính chất cơ lý của vật liệu PC gia cường bằng sợi lanh 37 III.8.1.Với nhựa nền epoxy – cacdanol 37 III.8.2.Với nhựa nền epoxy – novolac .39 KẾT LUẬN .42 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Vĩnh Diệu, Lê Thị Phái, Phan Minh Ngọc, Lê Phương Thảo, Lê Hồng Quang. “Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC trên cơ sở nhựa polypropylen gia cường bắng sợi đay”. Tạp chí hoá học, T.40, 2002, tr. 8. 2. Trần Vĩnh Diệu, Lê Thị Phái. Vật liệu compozit. Các vấn đề khoa học, hướng phát triển và ứng dụng. Trung tâm KHKT và CNQG. Trung tâm thông tin tư liệu. 1998. 3. Trần Vĩnh Diệu, Lê Thị Phái. “Hướng phát triển của vật liệu PC”. Báo cáo khoa học- Hội nghị khoa học vật liệu Việt Nam-1994. 4. Vật liệu học. Chủ biên Lê Công Dưỡng. Nhà xuất bản KHKT, 1997. 5. Trần Ích Thịnh. Vật liệu compozit- Cơ học và tính toán kết cấu. Nhà xuất bản giáo dục, 1994. 6. Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức. Vật liệu compozit- Cơ học và công nghệ. Nhà xuất bản KHKT, 2002. 7. V.M.Nhikitin. Hoá học gỗ và xenlulo. Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1964. 8. Đặng Văn Luyến, Nguyễn Thị Hồng Quế, Nguyễn Quốc Trung. “Sử dụng lignin để sản xuất chất dẻo”. Tạp chí hoá học, T.1, No4, 1963, tr. 37-40. 9. Bạch Trọng Phúc. “Tổng hợp chất đóng rắn cho nhựa epoxy sử dụng trong các lĩnh vực sơn chống ăn mòn, keo dán kết cấu và compozit”. Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1996, tr. 8-15, 37-38. 10. Nguyễn Thị Hồng Anh. “Nghiên cứu nâng cao độ bền cơ lý của vật liệu Polyme Compozit trên cơ sở nhựa epoxy và vải thuỷ tinh”. Tiểu luận khoa học – Thạc sĩ Hoá học, 1993. 11. A.K.Bledzki, J.Gassan. Progress in Polyme Science. “Compozit Reinforced with Cenllulose Based Fibres”. Vol.24, 1999, p. 221-274. 12. C.Baley. Composites, part A. “Analysis of the Flax Tensile Behaviour and Analysis of the Tensile Stiffness Increase”. Vol.33, 2002, p. 939-948. 13. Reymond B. Seymour. Polymer Composites. Utrecht, The Netherlands, 1990, p. 1-9, 43-59. 14. Composite Engineering Laminates. Edited by Albert G.H. Dietz. The MIT Press 1972, p. 114-118. 15. Composite Material, Vol.3. Engineering Application of Composite. Academic Press. New York and London. 1974. 16. Composite Materials. Ullmann’s Encyclopedia of Industrials Chemistry, Vol.A7, 1986, p. 369-409. Federal Republic of Germany. 17. John Wiley and Sons. Advances in Polymer Technology. Vol. 18, N0.4, p. 351- 363, 1999. thắc mắc gì về bài viết bạn liên hệ ***********

doc48 trang | Chia sẻ: thanhnguyen | Ngày: 18/12/2012 | Lượt xem: 2547 | Lượt tải: 13download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy-Novolac, epoxy-cacdanol gia cường bằng sợi lanh, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Lêi më ®Çu Nh©n lo¹i ®ang b­íc vµo kû nguyªn bïng næ cña khoa häc vµ c«ng nghÖ víi hµng lo¹t thµnh tùu to lín ®­îc øng dông réng r·i trong c«ng nghiÖp, giao th«ng vËn t¶i, kinh tÕ còng nh­ trong ®êi sèng…Mét trong nh÷ng thµnh tùu ®ã lµ sù ra ®êi vµ ph¸t triÓn cña vËt liÖu compozit. VËt liÖu compozit ra ®êi ®¸p øng ®­îc nhu cÇu to lín vÒ mét lo¹i vËt liÖu míi cã kh¶ n¨ng kÕt hîp ®­îc nh÷ng tÝnh chÊt mµ vËt liÖu truyÒn thèng riªng rÏ kh«ng cã ®­îc , t¹o ra mét lo¹i vËt liÖu cã nhiÒu tÝnh chÊt ­u viÖt nh­: nhÑ, bÒn, cã nhiÒu tÝnh chÊt chuyªn dông, dÔ gia c«ng…Nh÷ng vËt liÖu nµy ®ang dÇn thay thÕ nh÷ng vËt liÖu truyÒn thèng ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt m¸y vµ c¸c kÕt cÊu, kÓ c¶ c¸c kÕt cÊu chÞu t¶i träng lín còng nh­ c¸c s¶n phÈm d©n dông… VËt liÖu compozit ®­îc nghiªn cøu vµ øng dông nhiÒu nhÊt lµ polyme compozit. Sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña vËt liÖu polyme compozit gia c­êng b»ng sîi tæng hîp còng ®Æt ra nh÷ng th¸ch thøc to lín ®èi víi nh©n lo¹i do sù gia t¨ng l­îng chÊt th¶i khã ph©n huû vµo m«i tr­êng. ChÝnh v× vËy, trong kho¶ng m­êi n¨m trë l¹i ®©y, viÖc sö dông sîi tù nhiªn ®Ó thay thÕ mét phÇn hoÆc toµn bé cho sîi tæng hîp ®· ®­îc c¸c nhµ khoa häc quan t©m nghiªn cøu. ë ViÖt Nam, lanh lµ mét lo¹i sîi tù nhiªn dÔ kiÕm vµ cã gi¸ thµnh hîp lý, mét nguån nguyªn liÖu tù nhiªn cã kh¶ n¨ng t¸i t¹o vµ ph©n huû sinh häc. ViÖc më réng nghiªn cøu øng dông lo¹i sîi tù nhiªn nµy vµo lÜnh vùc vËt liÖu polyme compozit víi c¸c lo¹i nhùa nÒn kh¸c nhau lµ mét h­íng øng dông míi kh«ng nh÷ng ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao mµ cßn gãp phÇn ®¸ng kÓ vµo viÖc b¶o vÖ m«i tr­êng[1].Trªn c¬ së ®ã ®· h×nh thµnh ®å ¸n: “Nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu polyme compozit trªn c¬ së nhùa epoxy-novolac, epoxy-cacdanol gia c­êng b»ng sîi lanh”. NhiÖm vô chñ yÕu cña ®å ¸n lµ: - Tæng hîp vµ ph©n tÝch hai lo¹i nhùa: nhùa novolac vµ nhùa epoxy – cacdanol. - X¸c ®Þnh c¸c ®iÒu kiÖn ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu polyme compozit trªn c¬ së nhùa epoxy – novolac: Tû lÖ phèi trén, dung m«i hoµ tan, ®iÒu kiÖn gia c«ng prepregs, ®iÒu kiÖn gia c«ng vËt liÖu. - ChÕ t¹o mÉu vµ x¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu polyme copozit trªn c¬ së nhùa epoxy – novolac, epoxy – cacdanol gia c­êng b»ng sîi lanh. ch­¬ng I: tæng quan I.1. HiÓu biÕt chung vÒ vËt liÖu polyme compozit (PC) I.1.1. LÞch sö ph¸t triÓn cña vËt liÖu PC VËt liÖu PC ®· xuÊt hiÖn c¸ch ®©y hµng ngh×n n¨m vµ ®­îc con ng­êi sö dông rÊt hiÖu qu¶ trong cuéc sèng. 5000 n¨m tr­íc C«ng nguyªn ng­êi cæ ®¹i ®· thªm ®¸ nghiÒn nhá hoÆc nh÷ng vËt liÖu nguån gèc h÷u c¬ vµo ®Êt sÐt ®Ó gi¶m ®é co, nøt khi nung g¹ch hoÆc ®å gèm. ë Ai CËp kho¶ng 3000 n¨m tr­íc C«ng nguyªn ng­êi ta ®· lµm vá thuyÒn b»ng lau sËy ®an tÈm bitum, nÕu bá qua mét sè kh¸i niÖm th× kü thuËt ®ã còng gièng nh­ kü thuËt lµm tµu hiÖn ®¹i tõ chÊt dÎo cèt thuû tinh hiÖn nay. [2] N¨m 1851, Nelson Goodyear ®· dïng oxit kÏm lµm chÊt ®én cho ebonit. N¨m 1920, Bakeland ®· dïng bét gç ®én vµo nhùa bakelit vµ John ®· sö dông xenlulo lµm chÊt ®én cho c¸c lo¹i nhùa ure. [13] MÆc dï ®­îc h×nh thµnh tõ rÊt sím nh­ng viÖc chÕ t¹o vËt liÖu PC míi thùc sù ®­îc chó ý kho¶ng 60 n¨m trë l¹i ®©y. Vµo nh÷ng n¨m 1930, Slayter vµ Thomas ®· ®­îc cÊp b»ng s¸ng chÕ cho viÖc chÕ t¹o sîi thuû tinh vµ ®­îc Ellis vµ Goster dïng gia c­êng cho polyeste kh«ng no. Polyeste t¨ng c­êng b»ng sîi thñy tinh ®­îc sö dông trong ngµnh hµng kh«ng n¨m 1938. N¨m 1944 ®· s¶n xuÊt hµng ngh×n chi tiÕt b»ng chÊt dÎo compozit cho m¸y bay vµ tµu chiÕn phôc vô ®¹i chiÕn thÕ giíi lÇn thø II. N¨m 1950, chÊt l­îng cña vËt liÖu compozit ®­îc n©ng cao rÊt nhiÒu nhê sù ra ®êi cña nhùa epoxy vµ hµng lo¹t lo¹i sîi t¨ng c­êng nh­ sîi cacbon, sîi polyeste, nylon, aramit (Kevlar), sîi silic… Tõ n¨m 1970 ®Õn nay c¸c chi tiÕt chÕ t¹o tõ compozit nÒn chÊt dÎo vµ sîi t¨ng c­êng cã ®é bÒn cao ®· ®­îc sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp ®ãng tµu, chÕ t¹o « t«, lµm vËt liÖu x©y dùng vµ nh÷ng ngµnh kü thuËt cao nh­ hµng kh«ng, vò trô…[17] MÆc dï vËy, viÖc nghiªn cøu n©ng cao chÊt l­îng, c¶i thiÖn tÝnh chÊt c¬ lý, tÝnh chÊt nhiÖt, ®iÖn…, më réng lÜnh vùc øng dông cña vËt liÖu nµy vÉn lu«n ®­îc ®Æt ra. Trong thêi gian tíi vËt liÖu PC sÏ ®­îc ph¸t triÓn theo c¸c xu h­íng sau: - Thay thÕ thÐp:sù thay thÕ thÐp b»ng vËt liÖu PC cã liªn quan ®Õn c¸c tÝnh chÊt ®Æc biÖt vµ b¶n chÊt vËt lý cña chóng. Nhê nh÷ng tÝnh chÊt ­u viÖt, vËt liÖu PC cho phÐp ®¹t ®­îc ®é bÒn nÐn lín h¬n nhiÒu so víi thÐp. - ChuyÓn vËt liÖu sang d¹ng sîi ®Ó t¨ng ®é bÒn: kÕt qu¶ nghiªn cøu trong nhiÒu n¨m ®· chøng tá khi chuyÓn vËt liÖu ë d¹ng khèi sang d¹ng sîi th× ®é bÒn cña chóng t¨ng lªn.Trong nh÷ng sîi m¶nh, ®é bÒn ®¹t tíi gi¸ trÞ gÇn víi lý thuyÕt vµ khi ®ã trong cÊu tróc kh«ng quan s¸t thÊy khuyÕt tËt. - §a d¹ng ho¸ nÒn polyme vµ chÊt t¨ng c­êng: trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y trªn thÕ giíi, cïng víi nh÷ng lo¹i nhùa nhiÖt r¾n ®· ®­îc sö dông réng r·i nh­ epoxy, polyeste kh«ng no, phenol-fomandehyt … ng­êi ta ®· sö dông rÊt cã hiÖu qu¶ c¸c lo¹i nhùa nhiÖt dÎo nh­ polyolefin, polyamit, polycacbonat. - Phèi hîp gi÷a c¸c vËt liÖu polyme, kim lo¹i vµ gèm. [2] I.1.2. §Æc ®iÓm chung vµ ph©n lo¹i vËt liÖu PC I.1.2.1. §Æc ®iÓm chung VËt liÖu compozit nãi chung lµ lo¹i vËt liÖu ®ång nhÊt trong thÓ tÝch lín nhËn ®­îc b»ng c¸ch hîp nhÊt c¸c thÓ tÝch nhá cña c¸c vËt liÖu kh¸c nhau vÒ b¶n chÊt [3]. VËt liÖu PC lµ hÖ thèng hai hay nhiÒu pha, kh¸c nhau vÒ b¶n chÊt ho¸ häc, gÇn nh­ kh«ng tan lÉn trong nhau, ph©n c¸ch nhau b»ng ranh giíi pha, trong ®ã pha liªn tôc hay nÒn lµ polyme, pha ph©n t¸n lµ phô gia t¨ng c­êng. Ngoµi ra, cßn cã mét sè hîp chÊt kh¸c nh­ chÊt t¹o mµu, chÊt t¨ng c­êng ®Æc biÖt [3,4,5]… ViÖc ®­a c¸c chÊt gia c­êng vµo nÒn polyme ®­a l¹i cho vËt liÖu PC nhiÒu ­u ®iÓm so víi nh÷ng vËt liÖu truyÒn thèng nh­: ®é bÒn riªng cao, modun ®µn håi riªng cao, tû träng thÊp, tÝnh chÊt æn ®Þnh trong nhiÒu m«i tr­êng ho¸ chÊt, chÞu mµi mßn tèt… VËt liÖu PC cã nh÷ng ®Æc ®iÓm chÝnh sau[3,4]: - Lµ vËt liÖu nhiÒu pha nh­ng trong thùc tÕ phæ biÕn nhÊt lµ vËt liÖu hai pha. Pha gi¸n ®o¹n lµ cèt ®­îc bao bäc bëi pha liªn tôc lµ nÒn polyme. C¸c pha t­¬ng t¸c víi nhau qua bÒ mÆt ph©n chia pha . - §èi víi vËt liÖu PC cèt sîi, vËt liÖu cã tÝnh dÞ h­íng. §©y lµ mét ®Æc ®iÓm næi bËt nhÊt cña vËt liÖu PC. V× vËy víi nh÷ng ph­¬ng ph¸p chÕ t¹o kh¸c nhau cã thÓ ®­a l¹i nh÷ng vËt liÖu cã tÝnh chÊt c¬ lý kh¸c nhau. - Trong vËt liÖu PC th× tû lÖ, h×nh d¸ng, kÝch th­íc còng nh­ sù ph©n bè cña nÒn vµ cèt tu©n theo nh÷ng quy ®Þnh thiÕt kÕ tr­íc. Nãi c¸ch kh¸c, víi sù lùa chän thÝch hîp chÊt t¨ng c­êng vµ nhùa nÒn, tÝnh chÊt cña vËt liÖu PC cã thÓ tÝnh to¸n tr­íc. - TÝnh chÊt cña vËt liÖu PC lµ sù kÕt hîp c¸c tÝnh chÊt cña c¸c pha thµnh phÇn. Tuy vËy, tÝnh chÊt cña nã kh«ng ph¶i chØ ®¬n thuÇn lµ c¸c tÝnh chÊt cña c¸c pha thµnh phÇn mµ nã chØ lùa chän vµ ph¸t huy nh÷ng tÝnh chÊt tèt t¹o ra c¸c tÝnh chÊt ®Æc tr­ng mµ c¸c pha thµnh phÇn kh«ng cã ®­îc. - VËt liÖu PC cho phÐp chÕ t¹o c¸c kÕt cÊu, s¶n phÈm theo nh÷ng yªu cÇu kü thuËt mong muèn. Tuú theo nh÷ng ®ßi hái vÒ ®é bÒn, ®é cøng, nhiÖt ®é lµm viÖc, ®iÒu kiÖn khai th¸c sö dông,… mµ chóng ta lùa chän nh÷ng vËt liÖu thµnh phÇn, kÕt cÊu, tû lÖ,… vµ c«ng nghÖ s¶n xuÊt phï hîp. I.1.2.2. Ph©n lo¹i §Ó ph©n lo¹i vËt liÖu PC ng­êi ta dùa vµo c¸c ®Æc ®iÓm ®Æc tr­ng cña nã. VËt liÖu PC cã thÓ ®­îc ph©n lo¹i theo c¸c c¸ch sau: - Theo b¶n chÊt cña vËt liÖu nÒn: + NÒn kim lo¹i. + NÒn polyme. + NÒn gèm vµ thuû tinh. + NÒn cacbon/graphit. - Theo ®Æc ®iÓm h×nh häc cña cèt hoÆc ®Æc ®iÓm cÊu tróc, ®©y còng lµ ph­¬ng ph¸p ph©n lo¹i phæ biÕn nhÊt. Theo ph­¬ng ph¸p nµy vËt liÖu PC ®­îc chia thµnh ba nhãm: + PC cèt h¹t: C¸c phÇn tö chÊt ®én kh«ng cã kÝch th­íc ­u tiªn ®­îc ph©n t¸n vµo cÊu tróc cña m¹ng polyme. VËt liÖu PC cèt h¹t th­êng cã tÝnh ®¼ng h­íng. Cèt h¹t gåm h¹t th« vµ h¹t mÞn. + PC cèt sîi: Cèt sîi cã tû lÖ chiÒu dµi trªn ®­êng kÝnh kh¸ lín. VËt liÖu PC cèt sîi th­êng cã tÝnh chÊt dÞ h­íng. Cèt sîi gåm sîi ng¾n, sîi trung b×nh, sîi dµi. + PC cÊu tróc: Kh¸i niÖm nµy dïng ®Ó chØ c¸c b¸n thµnh phÈm trong ®ã th«ng dông nhÊt lµ d¹ng líp vµ d¹ng tæ ong, ®­îc cÊu thµnh tõ c¸c vËt liÖu ®ång nhÊt, phèi hîp víi c¸c compozit kh¸c. VËt liÖu PC cÊu tróc cã tÝnh chÊt kÕt hîp cña c¸c nguyªn liÖu thµnh phÇn. - Ngoµi ra cßn cã thÓ ph©n lo¹i theo ph¹m vi øng dông hoÆc theo ph­¬ng ph¸p gia c«ng. I.1.3. C¸c thµnh phÇn chÝnh cña vËt liÖu PC I.1.3.1. Cèt cho vËt liÖu PC Trong vËt liÖu PC cèt lµ thµnh phÇn cã t¸c dông chÞu øng suÊt tËp trung do c¬ tÝnh cao h¬n nhùa nÒn. Do ®ã thµnh phÇn cèt ph¶i tho¶ m·n ®­îc nh÷ng ®ßi hái vÒ khai th¸c vµ c«ng nghÖ:[6]. §ßi hái vÒ khai th¸c lµ nh÷ng ®ßi hái nh­ yªu cÇu vÒ ®é bÒn, ®é cøng, khèi l­îng riªng, ®é bÒn trong mét kho¶ng nhiÖt ®é nµo ®ã, bÒn ¨n mßn trong m«i tr­êng axit, kiÒm… Cßn ®ßi hái vÒ c«ng nghÖ ®ã lµ nh÷ng ®ßi hái vÒ kh¶ n¨ng c«ng nghÖ ®Ó s¶n xuÊt ra c¸c thµnh phÇn cèt vµ nh÷ng vËt liÖu compozit trªn c¬ së nh÷ng cèt nµy. §Æc tr­ng vµ møc ®é ¶nh h­ëng cña chÊt ®én lªn tÝnh chÊt cña vËt liÖu phô thuéc vµo b¶n chÊt, cÊu tróc ban ®Çu, h×nh th¸i h×nh häc vµ ph©n bè, diÖn tÝch bÒ mÆt riªng cña chÊt gia c­êng trong vËt liÖu, t­¬ng t¸c vµ ®é bÒn liªn kÕt gi÷a chÊt gia c­êng vµ nÒn. ChÊt gia c­êng quyÕt ®Þnh kh¶ n¨ng gia c«ng cña vËt liÖu, ngoµi ra cßn ¶nh h­ëng ®Õn c¸c tÝnh chÊt ho¸, ®iÖn, còng nh­ gi¸ thµnh cña vËt liÖu. ChÊt gia c­êng ®­îc ®¸nh gi¸ trªn nh÷ng ®Æc ®iÓm sau: - Kh¶ n¨ng t¨ng c­êng ®é bÒn c¬ häc. - §é bÒn nhiÖt. - §é bÒn ho¸ chÊt, m«i tr­êng. - Kh¶ n¨ng thÊm ­ít bÒ mÆt bëi nhùa nÒn. - ThuËn lîi cho qu¸ tr×nh gia c«ng. - NhÑ, gi¸ thµnh h¹, s½n cã. Tuú theo yªu cÇu ®èi víi nh÷ng lo¹i s¶n phÈm mµ lùa chän chÊt gia c­êng thÝch hîp nhÊt, b¶o ®¶m c¶ vÒ yªu cÇu kü thuËt còng nh­ hiÖu qu¶ kinh tÕ. ChÊt gia c­êng lµm thay ®æi ®Æc tr­ng c¬ b¶n cña vËt liÖu gäi lµ chÊt gia c­êng ho¹t tÝnh, chÊt gia c­êng kh«ng lµm thay ®æi ®Æc tr­ng c¬ b¶n cña vËt liÖu gäi lµ chÊt gia c­êng tr¬. Tuy nhiªn, chÊt gia c­êng ho¹t tÝnh hay kh«ng ho¹t tÝnh phô thuéc rÊt nhiÒu vµo b¶n chÊt cña nhùa nÒn. C¸c chÊt gia c­êng tr¬ chñ yÕu nh»m môc ®Ých gi¶m gi¸ thµnh cña vËt liÖu, trong mét sè tr­êng hîp cßn c¶i thiÖn kh¶ n¨ng gia c«ng. Dùa trªn h×nh th¸i h×nh häc, chÊt gia c­êng ®­îc chia thµnh nhiÒu lo¹i, trong ®ã chñ yÕu lµ chÊt gia c­êng d¹ng bét vµ d¹ng sîi. ChÊt gia c­êng d¹ng bét lµ lo¹i phô gia ph©n t¸n ®ång ®Òu trong toµn thÓ tÝch vËt liÖu. VËt liÖu trªn c¬ së chÊt gia c­êng d¹ng bét cã tÝnh chÊt ®¼ng h­íng. Ngoµi ra, cßn cã mét sè lo¹i chÊt gia c­êng bét kh¸c nh­ chÊt t¹o mµu, chÊt chèng t¸c dông cña tia cùc tÝm, chèng l·o ho¸… C¸c hîp chÊt nµy th­êng cã tû lÖ nhá, ë d¹ng bét mÞn vµ ®­îc ®­a vµo nh­ mét thµnh phÇn cña nhùa nÒn [5] . C¸c chÊt gia c­êng d¹ng bét th­êng gÆp lµ bét gç, bét talc, bét CaCO3. VËt liÖu gia c­êng b»ng cèt d¹ng sîi cã tÝnh dÞ h­íng. §é bÒn theo ph­¬ng song song víi ph­¬ng s¾p xÕp cña cèt cã ®é bÒn cao h¬n c¸c ph­¬ng kh¸c. Sîi gia c­êng th­êng ®­îc xö lý bÒ mÆt tr­íc khi sö dông nh»m t¨ng c­êng kh¶ n¨ng liªn kÕt gi÷a cèt vµ nhùa nÒn. Ph­¬ng ph¸p xö lý bÒ mÆt phæ biÕn nhÊt lµ dïng chÊt liªn kÕt ®ãng vai trß chÊt trung gian liªn kÕt gi÷a nÒn vµ cèt. Nãi chung chÊt liªn kÕt ph¶i cã kh¶ n¨ng ph¶n øng víi nhùa nÒn trong qu¸ tr×nh ®ãng r¾n vµ ph¶n øng víi c¸c nhãm chøc ho¹t ®éng trªn bÒ mÆt cèt. Xu h­íng hiÖn nay trong vËt liÖu PC lµ chuyÓn sang sö dông chÊt gia c­êng d¹ng sîi. Trong nh÷ng sîi m¶nh, ®é bÒn gÇn ®¹t tíi gi¸ trÞ lý thuyÕt vµ khi ®ã trong cÊu tróc kh«ng quan s¸t thÊy khuyÕt tËt. Sîi sö dông lµm cèt gia c­êng trong vËt liÖu PC cã thÓ lµ d¹ng sîi liªn tôc, sîi cacbon, sîi aramit hay sîi Kevlar, sîi Bo, sîi cã nguån gèc thùc vËt… I.1.3.2. NÒn cho vËt liÖu PC [3,4,5,6,14] VËt liÖu nÒn gi÷ vai trß cùc kú quan träng trong viÖc chÕ t¹o ra vËt liÖu compozit. Trong vËt liÖu PC nÒn polyme ®ãng nh÷ng vai trß chñ yÕu sau: - Liªn kÕt toµn bé c¸c phÇn tö cèt thµnh mét khèi thèng nhÊt. - T¹o kh¶ n¨ng gia c«ng vËt liÖu PC thµnh c¸c chi tiÕt theo thiÕt kÕ. - Che phñ, b¶o vÖ cèt tr¸nh c¸c ph¸ huû c¬ häc vµ ho¸ häc, duy tr× tÝnh toµn vÑn vµ h×nh d¹ng cña c¸c thµnh phÇn. - TruyÒn øng suÊt tËp trung lªn chÊt ®én th­êng cã c¬ tÝnh cao h¬n, nhê ®ã lµm gi¶m ®é nh¹y c¶m víi qu¸ t¶i côc bé do tËp trung øng suÊt. Nh­ vËy hÖ sè an toµn khi sö dông vËt liÖu PC nãi chung cao h¬n vËt liÖu truyÒn thèng. - NÒn cßn ¶nh h­ëng lín tíi c¸c ®Æc tÝnh sö dông cña vËt liÖu PC nh­ : nhiÖt ®é lµm viÖc, ®é bÒn mái, khèi l­îng riªng, ®é bÒn riªng, kh¶ n¨ng chèng l¹i t¸c dông cña m«i tr­êng ngoµi… Nhùa nÒn ®­îc lùa chän cho vËt liÖu PC ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu nhiÒu khi m©u thuÉn víi nhau. Do ®ã, viÖc chÕ t¹o vµ lùa chän mét lo¹i nhùa nÒn tèi ­u lu«n ph¶i dung hoµ c¸c th«ng sè vÒ ®é bÒn, ®é mÒm dÎo, kh¶ n¨ng gia c«ng vµ c¸c tÝnh chÊt kh¸c. Nhùa nÒn ®­îc lùa chän trªn c¬ së sau: - Yªu cÇu cña s¶n phÈm, chñ yÕu lµ c¸c ®Æc tÝnh c¬ lý vµ ®é bÒn nhiÖt, ngoµi ra ®é bÒn ho¸, kh¶ n¨ng lµm chËm ch¸y, ®Æc tÝnh ®iÖn còng lµ nh÷ng yÕu tè quan träng. - Ph­¬ng ph¸p gia c«ng. - Gi¸ thµnh… §èi víi compozit polyme, vËt liÖu nÒn th­êng sö dông lµ nhùa nhiÖt r¾n vµ nhùa nhiÖt dÎo. VËt liÖu nÒn nhiÖt r¾n cã ®é nhít thÊp, dÔ hoµ tan vµ ®ãng r¾n l¹i khi nung nãng (cã hoÆc kh«ng cã chÊt xóc t¸c) vµ sau khi ®ãng r¾n t¹o thµnh cÊu tróc m¹ng l­íi kh«ng thuËn nghÞch (kh«ng hoµ tan vµ kh«ng nãng ch¶y tiÕp ®­îc n÷a). Nhùa nhiÖt r¾n th­êng ®­îc sö dông lµ nhùa phenol-fomandehyt, polyeste kh«ng no, epoxy,vinyleste, ure-fomandehyt, melamin-fomandehyt,… VËt liÖu nÒn nhùa nhiÖt dÎo lµ c¸c polyme m¹ch th¼ng, khi nung nãng sÏ ch¶y dÎo ra, nÕu sau ®ã lµm nguéi sÏ cøng l¹i vµ chóng cã tr¹ng th¸i thuËn nghÞch. Nhùa nhiÖt dÎo hay ®­îc sö dông lµ PP, PE,… I.1.3.3 Liªn kÕt gi÷a nÒn vµ cèt trong PC §é bÒn liªn kÕt gi÷a nhùa nÒn vµ chÊt t¨ng c­êng cã ¶nh h­ëng ®Õn hiÖu qu¶ truyÒn øng lùc qua vïng ph©n chia pha. Sù t­¬ng t¸c pha ¶nh h­ëng ®Õn ®é bÒn liªn kÕt gi÷a c¸c cÊu tö trong vËt liÖu compozit, do ®ã ¶nh h­ëng ®Õn c¸c tÝnh chÊt ®Æc tr­ng cña vËt liÖu. V× vËy, ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh nµy lµ mét kh©u quan träng trong viÖc h×nh thµnh c¸c tÝnh chÊt cña vËt liÖu. Trong nhiÒu n¨m gÇn ®©y, ho¸ häc vïng ph©n chia pha, tÇm quan träng cña hiÖu øng t¸ch líp gi÷a c¸c pha vµ ®øt g·y trong vËt liÖu compozit ®­îc th¶o luËn rÊt nhiÒu. Tuy nhiªn, nhiÒu vÊn ®Ò vÒ c¸c hiÖn t­îng biªn vÉn cßn ë giai ®o¹n nghiªn cøu vµ cã nhiÒu ý kiÕn kh¸c nhau vÒ c¸c vÊn ®Ò ®ã. Cho ®Õn gÇn ®©y, mét h­íng gi¶i quyÕt ®­îc ®Ò nghÞ kh¸ nhiÒu lµ sö dông sîi hai líp hay phñ lªn chÊt t¨ng c­êng mét líp ®Öm mÒm dÎo. Th«ng th­êng c¸c chÊt gia c­êng d¹ng bét vµ sîi ®Òu ®­îc xö lý bÒ mÆt tr­íc khi sö dông. Phæ biÕn nhÊt lµ xö lý b»ng c¸c chÊt liªn kÕt lªn bÒ mÆt chÊt gia c­êng ®Ó t¹o nªn mét líp chuyÓn tiÕp gi÷a chóng vµ nÒn polyme. MÆc dï vÊn ®Ò nµy cßn nhiÒu tranh luËn nh­ng nhiÒu nhµ nghiªn cøu cho r»ng chÊt liªn kÕt lµ chÊt chøa mét lo¹i nhãm chøc cã kh¶ n¨ng ph¶n øng víi nÒn polyme trong qu¸ tr×nh ®ãng r¾n vµ chøa mét lo¹i nhãm chøc kh¸c cã kh¶ n¨ng ph¶n øng víi c¸c nhãm ho¹t ®éng trªn bÒ mÆt chÊt gia c­êng, vÝ dô nhãm OH trªn bÒ mÆt thuû tinh.[2] I.1.4. TÝnh chÊt vµ øng dông cña vËt liÖu PC I.1.4.1. TÝnh chÊt TÝnh chÊt chung cña vËt liÖu PC lµ sù chän läc vµ ph¸t huy nh÷ng tÝnh chÊt cña c¸c pha thµnh phÇn. TÝnh chÊt cña cÊu tö polyme trong vËt liÖu PC phô thuéc vµo kho¶ng thêi gian, tèc ®é vµ tÇn sè cña sù biÕn d¹ng hay t¶i träng t¸c dông lªn. TÝnh ®µn nhít cña polyme còng t¹o nªn ®Æc tÝnh cña compozit nh­ tÝnh r·o, håi phôc øng suÊt vµ sù tiªu t¸n n¨ng l­îng cã thÓ dÉn tíi sù sinh nhiÖt bªn trong vËt liÖu. §èi víi vËt liÖu PC cÇn quan t©m mét sè tÝnh chÊt sau: modun xÐ r¸ch vµ hÖ sè Poisson ®Æc tr­ng cho kh¶ n¨ng chÞu biÕn d¹ng cña vËt liÖu. §é bÒn kÐo, nÐn cho biÕt kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña vËt liÖu. HÖ sè d·n në nhiÖt ®Æc tr­ng cho sù thay ®æi kÝch th­íc d­íi t¸c dông cña nhiÖt ®é vµ t¶i träng. Ngoµi c¸c yªu cÇu vÒ tÝnh chÊt c¬ lý cßn cÇn ph¶i biÕt c¸c th«ng sè nh­: ®é dÉn nhiÖt, ®iÖn, ®é thÊm chÊt láng hoÆc khÝ, hÖ sè khuyÕch t¸n… TÝnh chÊt næi bËt cña c¸c polyme compozit so víi c¸c vËt liÖu kh¸c nãi chung lµ nhÑ, bÒn, chÞu m«i tr­êng, dÔ l¾p r¸p, cã tÝnh ®¼ng h­íng hay kh«ng ®¼ng h­íng chØ phô thuéc vµo thiÕt kÕ ban ®Çu. Tuy nhiªn, tÝnh chÞu nhiÖt vÉn lµ ®iÓm yÕu h¬n so víi kim lo¹i hoÆc gèm. TÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu PC phô thuéc vµ ®­îc quyÕt ®Þnh bëi c¸c yÕu tè sau: - TÝnh chÊt c¬ lý cña sîi t¨ng c­êng. - Sù thay ®æi hµm l­îng sîi-nhùa, h×nh häc cèt sîi. - Sù kÕt hîp gi÷a pha nhùa vµ sîi. §iÒu nµy ®­îc quyÕt ®Þnh kh«ng chØ bëi ®é bÒn liªn kÕt t¹i bÒ mÆt ph©n chia pha nhùa/sîi mµ cßn vÒ ®é nh¹y c¶m kh¸c nhau ®èi víi nh÷ng thay ®æi cña m«i tr­êng ngoµi cña nhùa vµ sîi. VÝ dô, sù kh«ng t­¬ng øng vÒ hÖ sè d·n në nhiÖt cña sîi vµ pha nhùa nÒn cã thÓ g©y ra sù ph¸t triÓn øng suÊt gÇn bÒ mÆt ph©n chia pha nhùa/sîi khi compozit ph¶i chÞu sù thay ®æi nhiÖt ®é lín, th­êng x¶y ra trong qu¸ tr×nh gia c«ng. - C¸c khuyÕt tËt vµ tÝnh kh«ng liªn tôc cña nhùa nÒn. [16] I.1.4.2. øng dông Nhê cã nhiÒu tÝnh chÊt ­u viÖt nh­ cã khèi l­îng riªng thÊp, cã ®é bÒn cao, chÞu m«i tr­êng tèt, cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc tÝnh chÊt cña vËt liÖu theo c¸c h­íng kh¸c nhau mét c¸ch dÔ dµng…VËt liÖu PC ngµy cµng ®­îc øng dông réng r·i, chñ yÕu trong mét sè lÜnh vùc sau: - Ngµnh chÕ t¹o «t«: chñ yÕu sö dông vËt liÖu PC chÊt l­îng cao chÕ t¹o c¸c chi tiÕt, bé phËn cho «t«, ®Æc biÖt lµ « t« thÓ thao vµ c¸c ph­¬ng tiÖn giao th«ng trªn mÆt ®Êt. HiÖu qu¶ nhËn ®­îc khi sö dông c¸c vËt liÖu nµy lµ: gi¶m träng l­îng, tiÕt kiÖm nhiªn liÖu, t¨ng ®é chÞu ¨n mßn… Ngµy nay, vËt liÖu PC ®ang ®­îc nghiªn cøu ®Ó chÕ t¹o c¸c bé phËn ph¶i chuyÓn ®éng qua l¹i, chuyÓn ®éng quay nh»m lµm gi¶m c¸c rung ®éng, tiÕng ån vµ tiÕt kiÖm nhiªn liÖu cho m¸y mãc. - Ngµnh hµng kh«ng, vò trô: vËt liÖu PC chÊt l­îng cao ®­îc øng dông réng r·i ®Ó chÕ t¹o m¸y bay c¶ qu©n sù lÉn d©n sù tõ kh¸ sím. C¸c øng dông chÝnh bao gåm: mòi m¸y bay, c¸nh gËp, c¸c bé phËn æn ®Þnh cña m¸y bay, b¸nh l¸i ®é cao, ®u«i ngang m¸y bay, c¸nh m¸y bay…¦u ®iÓm khi sö dông vËt liÖu PC lµ cho hiÖu qu¶ kinh tÕ cao, gi¶m ®­îc träng l­îng kÕt cÊu, nhê vËy gi¶m tiªu hao nhiªn liÖu, t¨ng khèi l­îng vËn chuyÓn vµ tÇm bay xa. ViÖc sö dông vËt liÖu PC trong m¸y bay d©n dông míi nh­ Boing 757,767 vµ Airbus310 ®· lµm gi¶m 5% tæng khèi l­îng. - Trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp nãi chung: vËt liÖu PC chñ yÕu ®­îc sö dông ®Ó chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm yªu cÇu ®é bÒn c¬ lý cao, bÒn ho¸ chÊt, cã c¸c tÝnh chÊt ®iÖn, ®iÖn tö… - Dông cô thÓ thao: nh­ gËy ®¸nh gol, vît tennit, cÇn c©u, tµu l­în, cét buåm, c¸c thiÕt bÞ b¾n cung.. - Vßm che m¸y bay. - ChÕ t¹o vÖ tinh: nh­ vÖ tinh viÔn th«ng, truyÒn h×nh, dù b¸o thêi tiÕt, ®Þa lý…C¸c vËt liÖu PC chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ nµy cÇn cã hÖ sè d·n në nhiÖt thÊp, ®é dÉn nhiÖt cao, tû träng thÊp, modun cao ®Ó cÊu tróc cã ®é cøng cao, chÞu ®­îc c¸c chÊn ®éng m¹nh, chÞu ®­îc m«i tr­êng laze…[16] I.2. VËt liÖu PC gia c­êng b»ng sîi tù nhiªn [17] I.2.1. Giíi thiÖu chung Tr¶i qua rÊt nhiÒu n¨m con ng­êi ®· nhËn ra r»ng polyme cã thÓ thay thÕ ®­îc nhiÒu kim lo¹i th«ng th­êng, nh÷ng vËt liÖu ®· ®­îc øng dông trong nhiÒu lÜnh vùc. §ã lµ do vËt liÖu polyme cã nhiÒu ­u ®iÓm næi bËt h¬n nhiÒu vËt liÖu truyÒn thèng. ¦u ®iÓm quan träng nhÊt cña viÖc sö dông polyme lµ dÔ gia c«ng, n¨ng suÊt cao vµ gi¸ thµnh thÊp. §Æc biÖt vËt liÖu polyme compozit gia c­êng b»ng sîi cã nhiÒu ­u viÖt so víi c¸c vËt liÖu th«ng th­êng vµ nã ®­îc øng dông rÊt réng r·i kÓ c¶ trong lÜnh vùc hµng kh«ng. Nh÷ng n¨m gÇn ®©y, sîi tù nhiªn ®· thu hót sù chó ý cña c¸c nhµ khoa häc vµ sù ph¸t triÓn cña vËt liÖu PC trªn c¬ së sîi tù nhiªn ®· trë thµnh ®Ò tµi rÊt ®­îc quan t©m. Sîi tù nhiªn cã nhiÒu ­u ®iÓm nh­ cã khèi l­îng riªng thÊp, gi¸ thµnh thÊp, vµ chóng cã nh÷ng tÝnh chÊt rÊt ®Æc tr­ng mµ c¸c lo¹i sîi kh¸c kh«ng cã ®­îc nh­ cã kh¶ n¨ng ph©n huû sinh häc vµ kh¶ n¨ng chÞu mµi mßn rÊt lín. Ngoµi ra, sîi tù nhiªn lµ nguån nguyªn liÖu s½n cã, dåi dµo vµ cã kh¶ n¨ng t¸i t¹o. Tuy nhiªn, mÆt h¹n chÕ lín nhÊt cña sîi tù nhiªn lµ nã kh«ng t­¬ng hîp nÒn polyme kþ n­íc, cã xu h­íng kÕt hîp víi nhau trong qu¸ tr×nh gia c«ng vµ kh¶ n¨ng chèng Èm kÐm. Nh÷ng nh­îc ®iÓm nµy lµm gi¶m nh÷ng tÝnh n¨ng tèt cña sîi tù nhiªn khi sö dông ®Ó gia c­êng cho polyme. Do ®ã, tr­íc khi sö dông ng­êi ta th­êng xö lý b»ng nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau nh­ xö lý víi kiÒm , axetyl ho¸ hay ghÐp c¸c monome… I.2.2.Sîi tù nhiªn sö dông trong PC [17] I.2.2.1.Ph©n lo¹i sîi tù nhiªn Sîi tù nhiªn ®­îc chia lµm ba lo¹i chÝnh lµ:sîi tõ h¹t, sîi tõ vá vµ sîi tõ l¸. VÝ dô: Sîi tõ h¹t: sîi b«ng, x¬ dõa, b«ng gßn… ®©y lµ nh÷ng lo¹i sîi cã liªn quan ®Õn c©y ¨n qu¶, c©y cã h¹t. Sîi tõ vá: sîi gai, sîi ®ay, sîi lanh… Sîi tõ l¸: sîi chuèi, x¬ sisal… Trong ®ã, sîi gai, sîi ®ay, sîi lanh vµ x¬ sisal lµ c¸c sîi ®­îc sö dông nhiÒu nhÊt trong vËt liÖu PC. Sîi tù nhiªn ë d¹ng bét gç còng th­êng ®­îc sö dông trong vËt liÖu PC. Mét sè tÝnh chÊt cña c¸c sîi nµy ®­îc biÓu diÔn d­íi ®©y. B¶ng 1. Mét sè tÝnh chÊt c¬ häc cña sîi tù nhiªn Sîi  Träng l­îng riªng, kg/m3  §é bÒn kÐo, MPa  Modun, GPa  Modun riªng   Sîi ®ay  1,3  393  55  38   X¬ sisal  1,3  510  28  22   Sîi lanh  1,5  344  27  50   Sîi døa  1,56  170  62  40   Sîi thuû tinh  2,5  3400  72  28   I.2.2.2.§Æc ®iÓm cña sîi tù nhiªn Khi nghiªn cøu vµ sö dông sîi tù nhiªn cÇn l­u ý mét sè ®Æc ®iÓm quan träng cña sîi lµ: ®é bÒn nhiÖt, hµm Èm, ph©n huû sinh häc vµ ®é ph©n t¸n cña sîi vµo chÊt nÒn. - §é bÒn nhiÖt cña sîi tù nhiªn: Sîi tù nhiªn lµ mét hçn hîp phøc t¹p cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬. Qu¸ tr×nh xö lý nhiÖt dÉn ®Õn sù thay ®æi ®a d¹ng c¸c tÝnh chÊt vËt lý vµ ho¸ häc. §é bÒn nhiÖt cña sîi tù nhiªn cã thÓ ®­îc nghiªn cøu b»ng viÖc ph©n tÝch nhiÖt häc. Sù ph©n huû nhiÖt cña sîi tù nhiªn lµ mét qu¸ tr×nh gåm hai giai ®o¹n. Giai ®o¹n mét cã nhiÖt ®é tõ 220-280oC . Giai ®o¹n hai cã nhiÖt ®é tõ 280-300oC. Qu¸ tr×nh ph©n huû ë nhiÖt ®é thÊp lµ qu¸ tr×nh kÕt hîp víi sù ph©n huû cña hemixenlulo, cßn qu¸ tr×nh ph©n huû ë nhiÖt ®é cao lµ nhê lignin. §Ó t¨ng ®é bÒn nhiÖt cña sîi ng­êi ta cã thÓ t¹o ra mét líp vá b¶o vÖ sîi hoÆc cã thÓ ghÐp sîi víi c¸c monome. - Hµm Èm cña sîi: Sîi tù nhiªn cã thÓ hót n­íc do ®ã cã chøa Èm. Hµm Èm cña sîi cã thÓ thay ®æi tõ 5-10%. §iÒu nµy dÉn ®Õn sù thay ®æi kÝch th­íc cña compozit vµ còng ¶nh h­ëng ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña compozit. §èi víi qu¸ tr×nh gia c«ng compozit trªn c¬ së nhùa nhiÖt dÎo th× hµm Èm lµm gi¶m kh¶ n¨ng gia c«ng vµ lµm cho s¶n phÈm bÞ xèp. Xö lý sîi tù nhiªn víi ho¸ chÊt hoÆc ghÐp monome cã thÓ lµm gi¶m hµm Èm cña sîi. - Ph©n huû sinh häc vµ ph©n huû quang cña sîi tù nhiªn: Sîi tù nhiªn bÞ ph©n huû bëi sinh vËt, ®iÒu nµy ®­îc nhËn biÕt nhê c¸c polyme hydratcacbon ë trªn thµnh cña tÕ bµo. Lignoxenlulo khi ®Ó ë ngoµi trêi sÏ bÞ ph©n huû quang ho¸ bëi ¸nh s¸ng tö ngo¹i. - §é ph©n t¸n cña sîi vµo chÊt nÒn: Khi sîi ®­îc ph©n t¸n vµo nÒn th× do trong sîi cã liªn kÕt hydro nªn ®é ph©n t¸n cña sîi vµo nÒn gi¶m v× c¸c liªn kÕt nµy liªn kÕt c¸c sîi l¹i víi nhau. B»ng ph­¬ng ph¸p xö lý sîi hoÆc nhê nh÷ng t¸c ®éng cña viÖc gia c«ng mµ ta cã thÓ lµm gi¶m bít kh¶ n¨ng liªn kÕt gi÷a c¸c sîi nghÜa lµ t¨ng ®é ph©n t¸n cña sîi vµo nÒn. I.2.3.NÒn cho vËt liÖu PC gia c­êng b»ng sîi tù nhiªn. Pha nÒn cã vai trß chñ yÕu quyÕt ®Þnh tÝnh n¨ng cña vËt liÖu PC. C¶ nhùa nhiÖt dÎo vµ nhùa nhiÖt r¾n ®Òu ®­îc sö dông lµm vËt liÖu nÒn cho vËt liÖu PC gia c­êng b»ng sîi tù nhiªn. §èi víi compozit nhiÖt r¾n, viÖc thµnh lËp c«ng thøc rÊt phøc t¹p v× nã chøa nhiÒu thµnh phÇn nh­: nhùa, chÊt ®ãng r¾n, chÊt xóc t¸c vµ chÊt hç trî gia c«ng… VËt liÖu PC nµy th­êng ®­îc xö lý ho¸ häc t¹o ra c¸c liªn kÕt ngang vµ cÊu tróc m¹ng kh«ng gian ba chiÒu. CÊu tróc nµy lµm cho vËt liÖu cã kh¶ n¨ng chÞu dung m«i tèt, dai vµ bÒn r·o. C¸c lo¹i nhùa nhiÖt r¾n th­êng ®­îc sö dông lµ polyeste kh«ng no, epoxy, phenolic… NÒn nhùa nhiÖt dÎo cã ­u ®iÓm h¬n. Mét trong nh÷ng ­u ®iÓm cña vËt liÖu PC víi nÒn nhùa nhiÖt dÎo lµ gi¸ thµnh thÊp vµ dÔ gia c«ng víi nh÷ng chi tiÕt phøc t¹p. C¸c nhùa nhiÖt dÎo th­êng sö dông lµ PP, PE, PVC… I.3.VËt liÖu PC tõ nhùa epoxy - novolac, epoxy - cacdanol gia c­êng b»ng sîi lanh I.3.1.Sîi lanh gia c­êng cho vËt liÖu PC [11,12] I.3.1.1.Giíi thiÖu vÒ sîi lanh Sîi lanh ®­îc cÊu t¹o tõ 10(40 sîi nhá t¹o thµnh nh÷ng bã sîi. Mét nÐt ®Æc tr­ng c¬ b¶n cña sîi thiªn nhiªn lµ chóng kh«ng ®ång nhÊt vÒ cÊu tróc h×nh häc vµ sîi lanh còng kh«ng lµ mét ngo¹i lÖ. C¸c sîi lanh ®Æc thï lµ h×nh nhiÒu c¹nh(5 (7 c¹nh). Trªn ¶nh SEM thÊy sîi lanh kh«ng ®ång nhÊt theo chiÒu dµi, c¸c sîi dÇy h¬n ë gÇn gèc vµ máng h¬n ë gÇn ngän. NÕu tÝnh trung b×nh, mét sîi cã chiÒu dµi lµ 33 mm vµ réng lµ 19 (m. KÝch th­íc chiÒu ngang vµ chiÒu däc cã thÓ n»m trong kho¶ng 5(76(m vµ 4(77mm. Do trong c¸c sîi thiªn nhiªn cã c¸c liªn kÕt trong c¸c cÊu tróc xèp nªn viÖc x¸c ®Þnh mét khèi l­îng riªng chÝnh x¸c cho nã lµ mét viÖc phøc t¹p. Khi sîi lanh ë d¹ng xèp lµ 10% th× khèi l­îng riªng lµ 1,54 g/cm3. Khi chóng ta ®o theo thÓ tÝch víi etanol lµm dung m«i th× khèi l­îng riªng t×m ®­îc lµ 1,53 g/cm3. §Ó cã thÓ lÊy sîi ng­êi ta ph¶i xö lý t¸ch bÑ, t¸ch pectin, lignin vµ c¸c x¬ cã m¹ch ng¾n v× c¸c x¬ nµy lµ thµnh phÇn hót Èm vµ lignin g©y ra sù dÝnh kÕt c¸c m¹ch x¬ víi nhau lµm gi¶m ®é liªn kÕt trong vËt liÖu compozit cèt dÖt. Sau khi lµm s¹ch t¹p chÊt (cã hoÆc kh«ng cã xö lý ho¸ häc) x¬ ®­îc ng©m Ðp víi nhùa nhiÖt r¾n hoÆc nhùa nhiÖt dÎo b»ng c«ng nghÖ ®óc ¸p lùc hoÆc ®óc ch©n kh«ng t¹o vËt liÖu cèt dÖt theo mong muèn. Ngoµi ra, víi nhùa nhiÖt r¾n cã thÓ sö dông ph­¬ng ph¸p l¨n Ðp b»ng tay ®Ó t¹o nh÷ng vËt liÖu cã h×nh d¸ng ®¬n gi¶n. B¶ng 2. TÝnh chÊt cña mét sè lo¹i sîi tù nhiªnvµ sîi tæng hîp Lo¹i sîi  Khèi l­îng riªng, g/cm3  §é d·n dµi, %  §é bÒn kÐo, MPa  Modun ®µn håi, GPa   Lanh  1,5 –1,55  2,7 –3,2  345 – 1035  27,6   B«ng  1,5 – 1,6  7,0 – 8,0  287 – 597  5,5 – 12,6   §ay  1,3  1,5 – 1,8  393 – 773  26,5   Gai dÇu  1,5  1,6  690  27,6   Gai  1,5  3,6 – 3,8  400 – 938  61,4 – 128   Sisal  1,5  2,0 – 2,5  511 – 635  9,4 – 22,0   Dõa  1,2  30,0  175  4,0 – 6,0   Tæng hîp  1,2  22,4  593  11,0   Thuû tinh(E)  2,5  2,5  2000- 3500  70,0   Thuû tinh(S)  2,5  2,8  4570  86,0   Tõ sè liÖu trªn thÊy r»ng ®é bÒn cña sîi lanh t­¬ng ®èi cao vµ cã thÓ so s¸nh ®­îc víi sîi thuû tinh (E). §é bÒn kÐo vµ modun ®µn håi cao h¬n h¼n c¸c sîi kh¸c. Trong phÇn ®å ¸n lÇn nµy, em ®· sö dông c¸c sîi lanh sau khi xe l¹i thµnh cèt v¶i cã khèi l­îng lµ 245 g/m2. D­íi ®©y lµ h×nh ¶nh chôp SEM cña sîi lanh:  H×nh 1. BÒ mÆt sîi lanh I.3.1.2.Thµnh phÇn ho¸ häc cña sîi lanh Cïng víi c¸c lo¹i sîi kh¸c, sîi lanh cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ xenlulo, hemi-xenlulo, lignin…chóng ®­îc tãm t¾t ë b¶ng sau: B¶ng 3: Thµnh phÇn ho¸ häc cña mét sè lo¹i sîi thùc vËt. Thµnh phÇn  Lanh  B«ng  §ay  Gai  Sisal   Xenlulo, %  64,1  82,7  64,6  68,8  65,8   Hemi-xenlulo,%  16,7  5,5  12,0  13,1  12,0   Pectin, %  1,8  5,7  0,2  1,9  0,8   Lignin, %  2,0  5,7  11,8  0,6  9,9   Tan trong n­íc, %  3,9  1,0  1,1  5,5  1,2   S¸p, %  1,5  0,6  0,5  0,3  0,3   Hµm Èm, %  10,0  10,0  10,0  10,0  10,0   Nh­ vËy, hµm l­îng xenlulo trong lanh kh«ng thua kÐm nhiÒu so víi c¸c sîi thùc vËt ë trªn nªn còng cã thÓ sö dông nã ®Ó gia c­êng cho vËt liÖu polyme compozit. * Xenlulo [7,14]: Xenlulo ®­îc coi lµ mét polysacarit tù nhiªn, cã cÊu tróc m¹ch th¼ng kh«ng ph©n nh¸nh,cã c«ng thøc ph©n tö lµ (C6H10O5)n . C¸c m¾t xÝch c¬ b¶n liªn kÕt víi nhau qua liªn kÕt 1,4- ( - glucozit. Xenlulo lµ mét polyme vµ cã nh÷ng tÝnh chÊt riªng cña nã. Trung b×nh mçi ph©n tö xenlulo cã chøa 3000 m¾t xÝch c¬ b¶n,trong mét sè ph©n tö xenlulo ®Æc biÖt cã thÓ chøa ®Õn 26000 ph©n tö glucoza. §¹i ph©n tö xenlulo kü thuËt cã thÓ cã c¶ m¾t xÝch lµ c¸c monosacarit kh¸c nh­ hecxoza, pentoza vµ axit uronic. §Æc ®iÓm vµ thµnh phÇn cña xenlulo phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn tæng hîp nã trong tù nhiªn. Xenlulo cã cÊu tróc gåm nh÷ng phÇn tinh thÓ ®Þnh h­íng cao vµ nh÷ng phÇn v« ®Þnh h×nh. TÝnh chÊt c¬ lý cña phÇn tinh thÓ cao h¬n phÇn v« ®Þnh h×nh. Ranh giíi gi÷a c¸c phÇn nµy lµ kh«ng râ rµng. Xenlulo cã nguån gèc kh¸c nhau th× tû lÖ phÇn tinh thÓ vµ v« ®Þnh h×nh lµ kh¸c nhau. Sù h×nh thµnh liªn kÕt hydro h¹n chÕ kh¶ n¨ng hoµ tan cña xenlulo. Xenlulo kh«ng tan trong nhiÒu dung m«i th«ng th­êng, bÞ tr­¬ng në trong dung dÞch ZnCl2, H2SO4, xót lo·ng. Trong qu¸ tr×nh hoµ tan, xenlulo bÞ tr­¬ng tr­íc råi míi bÞ hoµ tan. Sù tr­¬ng në trong n­íc lµ sù tr­¬ng ë phÇn tinh thÓ. Xenlulo lµ nguyªn liÖu trong nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp: giÊy, dÖt may, chÊt dÎo, s¬n, sîi,… * Lignin [7,8]: Lignin lµ mét polyme th¬m tù nhiªn, hçn hîp phøc t¹p cña nhiÒu polyme d¹ng phenolic, cã cÊu t¹o kh«ng gian ba chiÒu. Trong thùc vËt, lignin lµ chÊt liªn kÕt gi÷a c¸c tÕ bµo, lµm cho thµnh tÕ bµo cøng h¬n, chÞu va ®Ëp, nÐn, bÒn d­íi t¸c dông cña vi sinh vËt. Lignin cã cÊu tróc v« ®Þnh h×nh, cã khèi l­îng ph©n tö tõ 4000-10000. Liªn kÕt gi÷a lignin vµ xenlulo trong gç kh¸ bÒn v÷ng. Lignin lµm gi¶m ®é hót n­íc cña gç, chèng t¸c dông cña vi khuÈn… Lignin ®­îc dïng ®Ó nÊu nhùa d¹ng phenol-fomandehyt (PF), hoÆc dïng nh­ mét thµnh phÇn hçn hîp ®óc víi nhùa PF, lµm keo d¸n, lµm chÊt gia c­êng cho bª t«ng… * Hemixenlulo: hay cßn gäi lµ hydrat cacbon polysacarit, khi thuû ph©n cho ®­êng pentoza cã chøa 5 nguyªn tö cacbon trong cÊu tróc ph©n tö vµ cã thÓ t¹o ra axit polyuronic. Pentoza cã cÊu tróc phøc t¹p h¬n xenlulo, cÊu tróc ph©n tö cã thÓ cã m¹ch nh¸nh.Trong thùc vËt pentoza lµm t¨ng ®é bÒn c¬ häc cho gç vµ lµ chÊt dù tr÷ dinh d­ìng cho c©y. * Thµnh phÇn tan trong n­íc: chñ yÕu lµ tinh bét, pectin, c¸c muèi v« c¬, r­îu m¹ch vßng, thuèc nhuém… I.3.2.Nhùa epoxy - cacdanol [9] I.3.2.1.Tæng hîp * Nhùa epoxy: Phæ biÕn nhÊt vµ quan träng nhÊt lµ nhùa t¹o thµnh tõ s¶n phÈm ph¶n øng cña Bisphenol A vµ epiclohydrin. Ph¶n øng t¹o nhùa x¶y ra qua 2 giai ®o¹n: Giai ®o¹n 1: Lµ giai ®o¹n kÕt hîp, ph¶n øng to¶ nhiÖt, x¶y ra nhanh ë nhiÖt ®é 60 – 700C. CH3 2 CH2 - CH ( CH2 + OH C OH Cl O CH3 CH3 CH2 - CH ( CH2-(O C O(CH2 - CH ( CH2 Cl OH CH3 OH Cl - Giai ®o¹n 2: Lµ giai ®o¹n t¸ch HCl, ph¶n øng thu nhiÖt, x¶y ra chËm. CH3 CH2 - CH ( CH2-(O C O(CH2 - CH ( CH2 + 2 NaOH Cl OH CH3 OH Cl CH3 CH2 - CH ( CH2-(O C O(CH2 - CH ( CH2 O CH3 O Nhùa epoxy khi ch­a ®ãng r¾n lµ lo¹i nhùa nhiÖt dÎo kh«ng mµu hay cã mµu vµng s¸ng. Tuú thuéc vµo khèi l­îng ph©n tö mµ nhùa epoxy cã thÓ ë d¹ng láng (M800). Nhùa epoxy tan tèt trong c¸c dung m«i h÷u c¬: xeton, axetat, hydrocacbon clo ho¸, dioxan…Nhùa epoxy kh«ng tan trong c¸c dung m«i hydrocacbon m¹ch th¼ng (white spirit, x¨ng…). Nhùa epoxy cã thÓ phèi trén víi c¸c lo¹i nhùa kh¸c nh­: phenol-foman®ehyt, nitroxenlulo, polyeste, polysunfit… Nhùa epoxy cã thÓ chuyÓn sang m¹ng l­íi kh«ng gian ba chiÒu khi sö dông c¸c chÊt ®ãng r¾n nãng nh­ anhydrit phtalic, anhydrit maleic…hay c¸c chÊt ®ãng r¾n nguéi nh­ polyamin m¹ch th¼ng, polyamit… Nhùa epoxy sau khi ®ãng r¾n cã mét lo¹t c¸c tÝnh chÊt quÝ nh­ b¸m dÝnh tèt víi nhiÒu lo¹i nÒn kh¸c nhau, bÒn ho¸ häc, ®Æc biÖt víi kiÒm, ®é bÒn c¬ häc cao, c¸ch ®iÖn tèt, Ýt co ngãt vµ bÒn nhiÖt ®Õn 160-260oC. Nhùa epoxy cã hai nhãm chøc ho¹t ®éng lµ epoxy vµ hydroxyl, cã thÓ tham gia vµo nhiÒu lo¹i ph¶n øng kh¸c nhau. Nhãm epoxy rÊt dÔ dµng ph¶n øng víi c¸c t¸c nh©n ¸i nh©n.Víi c¸c t¸c nh©n ¸i ®iÖn tö ph¶n øng x¶y ra thuËn lîi khi cã mÆt xóc t¸c proton nh­ r­îu, phenol, axit…do nhãm hydroxyl ho¹t ®éng kÐm h¬n nhãm epoxy nªn ph¶n øng tiÕn hµnh ph¶i cã xóc t¸c hay ë nhiÖt ®é cao (trõ ph¶n øng víi nhãm xyanat). * Cacdanol: Cacdanol nhËn ®­îc tõ dÇu vá h¹t ®µo lén hét. C©y ®µo lén hét hay cßn gäi lµ c©y ®iÒu cã nguån gèc tõ Braxin vµ hiÖn nay cã nhiÒu ë Ên §é, Philippin, miÒn nam ViÖt Nam…Tõ h¹t ®µo lén hét nhËn ®­îc hai lo¹i dÇu: dÇu tõ nh©n vµ dÇu tõ vá h¹t, cã thµnh phÇn tuú thuéc vµo c¸ch khai th¸c. B»ng ph­¬ng ph¸p s¾c ký líp máng ®· t×m thÊy thµnh phÇn chñ yÕu cña dÇu vá h¹t ®µo lén hét tù nhiªn gåm 4 cÊu tö: axit anacacdic, cacdanol, cacdol vµ 2-metylcacdol. Hµm l­îng cña tõng cÊu tö thay ®æi tuú thuéc vµo ph­¬ng ph¸p gia c«ng còng nh­ nguån gèc. Cacdanol chØ cã mét l­îng nhá trong dÇu vá h¹t ®iÒu . Nã nhËn ®­îc b»ng c¸ch ch­ng cÊt dÇu vá h¹t ®iÒu trong ch©n kh«ng 5-10 mmHg vµ ë nhiÖt ®é 245(5oC. Trong qu¸ tr×nh ch­ng cÊt axit anacacdic cã nhiÒu nhÊt sÏ biÕn ®æi thµnh cacdanol (qu¸ tr×nh decacboxyl ho¸). Cacdanol cã c«ng thøc cÊu t¹o nh­ sau:  Trong ®ã: R’ lµ C15Hx. M¹ch hydrocacbon thÕ trong cacdanol kh«ng ph¶i lµ mét m¹ch ®ång nhÊt mµ bao gåm mét hçn hîp c¸c olefin cã ®é kh«ng no kh¸cnhau. CÊu t¹o ho¸ häc cña cacdanol thÓ hiÖn c¸c kh¶ n¨ng ph¶n øng ho¸ häc kh¸c nhau, biÕn ®æi ho¸ häc t­¬ng tù nh­ phenol hoÆc biÕn ®æi nh­ c¸c hîp chÊt kh«ng no nhê nh¸nh hydrocacbon. *Ph­¬ng tr×nh tæng hîp epoxy - cacdanol:  I.3.2.2.TÝnh chÊt vµ øng dông * Nhùa epoxy sau khi biÕn tÝnh b»ng cacdanol cã nhiÒu tÝnh chÊt tèt nh­ kh¶ n¨ng b¸m dÝnh cao,bÒn ho¸, bÒn c¬ häc, bÒn nhiÖt, ®Æc tÝnh ®iÖn tèt… * Nhùa epoxy- cacdanol cã nhiÒu øng dông quan träng: - Lµm s¬n phñ c¸ch ®iÖn. - Lµm chÊt nÒn trong vËt liÖu PC gia c­êng b»ng sîi. Ngoµi ra, epoxy ho¸ dÇu thùc vËt lµ mét vÊn ®Ò ®ang ®­îc quan t©m. DÇu epoxy ho¸ ®· vµ ®ang ®­îc øng dông trong nhiÒu lÜnh vùc nh­ lµm chÊt t¹o mµng, lµm phô gia cho c¸c tæ hîp nhùa. I.3.3. Nhùa epoxy - novolac Nhùa novolac lµ mét d¹ng cña nhùa phenolic. Nã ®­îc tæng hîp tõ phenol (P) cã hai hoÆc ba vÞ trÝ ho¹t ®éng vµ fomandehyt (F). NÕu sö dông phenol cã ba vÞ trÝ ho¹t ®éng th× tû lÖ mol P/F >1 (th­êng lµ 7/6, 6/5) vµ xóc t¸c axit. Khi P/F cµng lín th× nhùa thu ®­îc cµng cã khèi l­îng ph©n tö lín, hiÖu suÊt ph¶n øng, nhiÖt ®é ch¶y mÒm thÊp. Nhùa thu ®­îc cÇn ph¶i röa, sÊy ®Ó lo¹i bá c¸c hîp chÊt ch­a tham gia ph¶n øng (phenol, foman®ehit d­, xóc t¸c) vµ ®Ó ph¶n øng tiÕn hµnh triÖt ®Ó. Xóc t¸c th­êng sö dông ®Ó tæng hîp nhùa novolac lµ axit clohydric, axit sunfuric, axit oxalic vµ axit fomic…Tuú thuéc vµo lo¹i xóc t¸c mµ mµu s¾c cña s¶n phÈm thay ®æi tõ mµu vµng nh¹t tíi n©u sÉm. Trong c«ng nghiÖp th­êng dïng xóc t¸c lµ axit clohydric. Ph¶n øng tæng hîp nhùa novolac trong m«i tr­êng axit:  Nhùa phenolic cã nhiÒu tÝnh chÊt c¬ lý tèt nh­: khèi l­îng riªng thÊp, ®é bÒn nhiÖt cao, ®é chÞu mµi mßn cao, bÒn ho¸ vµ bÒn m«i tr­êng. Bªn c¹nh ®ã, nã cã nh÷ng h¹n chÕ nh­: ®é bÒn va ®Ëp thÊp, ®é cøng cao, ®é co ngãt cña s¶n phÈm cao, nhÊt lµ s¶n phÈm cã kÝch th­íc lín vµ h×nh d¹ng phøc t¹p nªn trong c«ng nghiÖp th­êng sö dông nhùa phenolic biÕn tÝnh, biÕn tÝnh dùa trªn ph¶n øng cña nhùa víi c¸c hîp chÊt kh«ng no tù nhiªn hoÆc tæng hîp nh­ axit bÐo, cao su, polyme tæng hîp. BiÕn tÝnh nhùa epoxy b»ng phenolic (novolac) lµ mét biÖn ph¸p cã nhiÒu ­u ®iÓm nh­: t¹o cho vËt liÖu cã nhiÒu tÝnh chÊt tèt (bÒn ho¸, bÒn nhiÖt, bÒn kiÒm, mµu ®Ñp, ®é bÒn ®iÖn tèt) vµ thêi gian ®ãng r¾n ng¾n… BiÕn tÝnh b»ng phenolic do t¸c dông cña nhãm hydroxyl vµ metylol trªn nh©n phenol víi nhãm epoxy vµ hydroxyl cña nhùa epoxy ë 150-180oC. §Ó t¨ng sù t­¬ng hîp víi nhùa epoxy th× tr­íc khi trén hîp nhùa phenolic ®­îc butanol ho¸. Ph¶n øng tæng hîp epoxy- novolac nh­ sau: OH OH CH2 + CH2- CH - CH2 O O CH2 CH CH2 O CH2 CH CH2 O O CH2 KÕt qu¶ cña sù biÕn tÝnh t¹o ra nhiÖt ®é lµm viÖc cña vËt liÖu v­ît qu¸ 2600C (®èi víi nhùa epoxy kh«ng biÕn tÝnh chØ tíi 1200C). Tæ hîp epoxy – novolac ®­îc øng dông rÊt nhiÒu ®Ó chÕ t¹o c¸c lo¹i s¬n, mµng phñ bÒ mÆt… Mµng phñ bÒ mÆt trªn c¬ së tæ hîp epoxy – novolac cã ®é bÒn vµ ®é ®µn håi ®¸ng kÓ, ngoµi ra cßn cã ®é b¸m dÝnh cao vµ ®é bÒn víi m«i tr­êng kiÒm. Nã th­êng ®­îc sö dông ®Ó b¶o vÖ c¸c lß l­u ho¸ vµ c¸c thiÕt bÞ cña nhµ m¸y chÕ biÕn dÇu má. Do tÝnh ®a chøc cña m×nh nªn nhùa epoxy – novolac khi ®ãng r¾n b»ng c¸c t¸c nh©n ®ãng r¾n th× c¸c s¶n phÈm nµy cã nhiÒu liªn kÕt ngang, bÒn nhiÖt, bÒn ho¸ vµ b¸m dÝnh h¬n nhùa epoxy dian. I.4.C¸c ph­¬ng ph¸p gia c«ng vËt liÖu PC tõ epoxy - novolac, epoxy - cacdanol víi sîi lanh Trong ®å ¸n nµy sö dông c¸c ph­¬n­g ph¸p gia c«ng vËt liÖu PC lµ l¨n Ðp b»ng tay, chÕ t¹o prepregs, Ðp nãng. * Ph­¬ng ph¸p l¨n Ðp b»ng tay: Tr­íc khi t¹o h×nh bÒ mÆt khu«n ph¶i ®­îc phñ vµ lµm nh½n ®ång ®Òu ®Ó ®¹t ®­îc ®é nh½n bãng cho s¶n phÈm. Phun mét líp chèng dÝnh lªn bÒ mÆt khu«n. Sau khi chÊt chèng dÝnh kh« hoµn toµn th× quÐt hay phun lªn trªn ®ã mét líp gelcoat. Qu¸ tr×nh t¹o h×nh ®­îc thùc hiÖn theo c¸c b­íc sau: - Dïng chæi s¬n phñ nhùa ®· pha chÊt xóc t¸c lªn bÒ mÆt khu«n. - Sîi gia c­êng ®­îc s¾p xÕp trong khu«n. Sö dông c¸c lo¹i gia c­êng kh¸c nhau cho c¸c phÇn kh¸c nhau cña kÕt cÊu. - Sau ®ã tÈm nhùa lªn sîi gia c­êng råi l¨n Ðp b»ng con l¨n ®Ó lo¹i bá hÕt kh«ng khÝ n»m trong sîi. - Sö dông kü thuËt nh­ trªn, tiÕp tôc båi lªn tõng líp ­ít cho ®Õn khi ®¹t chiÒu dµy s¶n phÈm cÇn thiÕt. - TiÕn hµnh t¸ch s¶n phÈm khái khu«n sau mét thêi gian nhÊt ®Þnh, thêi gian nµy cÇn thiÕt cho s¶n phÈm ®ãng r¾n (th­êng sau kho¶ng 10 giê). - TiÕp tôc ®ãng r¾n sau vµi tuÇn trong kh«ng khÝ. Qu¸ tr×nh nµy cã thÓ t¨ng tèc b»ng c¸ch gia nhiÖt. Sau khi ®ãng r¾n hoµn toµn kÕt thóc t¹o h×nh. §©y lµ ph­¬ng ph¸p ®¬n gi¶n nhÊt ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu PC, yªu cÇu tèi thiÓu vÒ m¸y mãc thiÕt bÞ, do ®ã vèn ®Çu t­ ë møc thÊp nhÊt. * Ph­¬ng ph¸p chÕ t¹o prepregs (b¸n thµnh phÈm): Prepregs lµ lo¹i b¸n thµnh phÈm cña vËt liÖu PC ®­îc chÕ t¹o b»ng c¸ch tÈm hÖ nhùa (nhùa + chÊt ®ãng r¾n + chÊt xóc t¸c) lªn v¶i (chÊt t¨ng c­êng). Cã hai ph­¬ng ph¸p tÈm lµ ph­¬ng ph¸p dung m«i vµ ph­¬ng ph¸p nãng ch¶y: Ph­¬ng ph¸p dung m«i lµ hoµ tan hÖ nhùa lªn v¶i, cßn ph­¬ng ph¸p nãng ch¶y lµ gia nhiÖt cho hÖ nhùa nãng ch¶y thµnh hÖ ®ång nhÊt råi tÈm lªn v¶i. §Æc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p dung m«i lµ v¶i kh«ng bÞ ¶nh h­ëng khi tÈm, hÖ nhùa kh«ng bÞ gel ho¸ cao do tÈm ë nhiÖt ®é th­êng nh­ng v× cã dung m«i nªn ¶nh h­ëng ®Õn m«i tr­êng. Cßn ë ph­¬ng ph¸p nãng ch¶y th× v¶i bÞ ¶nh h­ëng khi tÈm, bÒ dµy cña prepregs kh«ng thay ®æi trong suèt qu¸ tr×nh ®Õn s¶n phÈm cuèi cïng do kh«ng bay h¬i dung m«i. Prepregs sau khi chÕ t¹o ®­îc b¶o qu¶n ë ®iÒu kiÖn thÝch hîp, tuú thuéc vµo hÖ nhùa. Prepregs cã thÓ b¶o qu¶n trong kho¶ng thêi gian l©u tõ 5 – 6 th¸ng, ®©y còng lµ ­u ®iÓm cña prepregs. Ngoµi ra, prepregs cßn tiÖn lîi cho viÖc gia c«ng vµ t¹o h×nh s¶n phÈm cuèi cïng. * Ph­¬ng ph¸p t¹o h×nh Ðp nãng: §©y lµ mét trong nh÷ng qui tr×nh hiÖu qu¶ kinh tÕ nhÊt ®Ó s¶n xuÊt trªn qui m« lín c¸c kÕt cÊu cã kÝch th­íc nhá ®Õn trung b×nh. ChÕ t¹o s¶n phÈm b»ng m¸y Ðp thuû lùc vµ khu«n kim lo¹i ®­îc gia nhiÖt. Sîi gia c­êng ®­îc s¾p xÕp vµo trong khu«n gia nhiÖt ®· ®­îc phñ mét líp chèng dÝnh. Nhùa cã chÊt xóc t¸c ®­îc rãt lªn sîi gia c­êng. Khu«n ®­îc ®ãng vµ më d­íi sù ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c vÒ tèc ®é, theo thêi gian trïng hîp nhùa, nghÜa lµ phô thuéc vµo tèc ®é ph¶n øng cña nhùa vµ ®é dµy cña kÕt cÊu compozit. Qu¸ tr×nh Ðp nãng cho phÐp ®¹t tû lÖ vËt liÖu gia c­êng cao, do vËy s¶n phÈm cã tÝnh chÊt c¬ lý tèt. ¸p suÊt lµm viÖc th­êng 0,5-15 MPa phô thuéc vµo kÝch th­íc s¶n phÈm. NhiÖt ®é khu«n th­êng tõ 80-170oC. N¨ng suÊt cã thÓ ®¹t tõ 15-30 s¶n phÈm/giê. Tuy nhiªn ph¶i ®Çu lín vÒ nhµ x­ëng, m¸y thuû lùc vµ khu«n. ch­¬ng II: C¸c ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu II.1.C¸c ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch nguyªn liÖu ®Çu vµ s¶n phÈm [9,10] II.1.1.Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch hµm l­îng phenol Hµm l­îng phenol ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng ph¸p Koppesa: dùa vµo ph¶n øng cña phenol víi brom t¹o thµnh tribromphenol. L­îng brom d­ cho t¸c dông víi KI ®Ó gi¶i phãng iot tù do. §Þnh ph©n iot tù do t¹o thµnh, nhê ®ã x¸c ®Þnh ®­îc hµm l­îng phenol. Qu¸ tr×nh thùc nghiÖm ®­îc tiÕn hµnh nh­ sau: C©n 1g phenol (víi ®é chÝnh x¸c 0,0001g) hoµ tan trong n­íc cÊt, cho vµo b×nh ®Þnh møc 500 ml vµ cho thªm n­íc cÊt ®Õn ngÊn b×nh. LÊy 10 ml cho vµo b×nh tam gi¸c 250 ml cã nót nh¸m, cho 25 ml dung dÞch Bromit-Bromat 0,1N vµ 5 ml axit HCl ®Ëm ®Æc (d = 1,19 g/cm3). §Ëy nót, l¾c ®Òu, gi÷ ë nhiÖt ®é phßng kho¶ng 15 phót. Sau ®ã, cho thªm 10 ml dung dÞch KI 10%, ®Ó yªn vµi phót. ChuÈn l­îng iot t¸ch ra b»ng dung dÞch Na2S2O3 0,1N, víi hå tinh bét 1% lµm chÊt chØ thÞ. ChuÈn t­¬ng tù víi mÉu kiÓm tra. Hµm l­îng phenol tÝnh theo c«ng thøc: x =  Trong ®ã: v1: ThÓ tÝch dung dÞch Na2S2O3 0,1N dïng ®Þnh ph©n mÉu kiÓm tra, ml. v2: ThÓ tÝch dung dÞch Na2S2O3 0,1N dïng ®Þnh ph©n mÉu nghiªn cøu, ml. 0,001568 lµ khèi l­îng phenol t­¬ng øng víi 1 ml dung dÞch thiosunfat natri 0,1N, g. a: Khèi l­îng mÉu, g. K: HÖ sè hiÖu chØnh cña dung dÞch chuÈn. II.1.2.Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch hµm l­îng fomandehyt Nguyªn t¾c cña ph­¬ng ph¸p lµ dùa trªn ph¶n øng cña fomandehyt víi hydroxylamin hydroclorua NH2OH.HCl t¹o thµnh HCl. Dïng b×nh tam gi¸c 250 ml chøa 20 ml r­îu, cho vµo ®ã 1 ml dung dÞch nghiªn cøu, 3 giät chÊt chØ thÞ vµ tiÕn hµnh trung hoµ dung dÞch ®Õn trung tÝnh. Thªm vµo 14 ml dung dÞch hydroxylamin hydroclorua 10% trong n­íc, l¾c ®Òu, ®Ó yªn 15 phót ë 300C. §Þnh ph©n b»ng dung dÞch NaOH 0,5 N víi chØ thÞ bromphenol xanh. Hµm l­îng fomandehyt tÝnh theo c«ng thøc: %CH2O =  Trong ®ã: a: ThÓ tÝch dung dÞch NaOH 0,5 N dïng ®Þnh ph©n mÉu nghiªn cøu, ml. b: ThÓ tÝch dung dÞch NaOH 0,5 N dïng ®Þnh ph©n mÉu kiÓm tra, ml. N: Nång ®é thùc cña dung dÞch NaOH. g: Khèi l­îng mÉu, g. II.1.3.Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch hµm l­îng nhãm epoxy Ph­¬ng ph¸p nµy tiÕn hµnh dùa vµo ph¶n øng cña nhãm epoxy víi HCl, vµ t¸c dông cña ion Hg2+ trong Hg(NO3)2 víi ion clorua cña HCl d­, t¹o ra hîp chÊt ph©n ly yÕu. Sau khi ®¹t ®iÓm ®­¬ng l­îng, trong dung dÞch cßn ion Hg2+ tù do, ion nµy cïng víi chÊt chØ thÞ t¹o thµnh hîp chÊt phøc cã mµu ®Æc tr­ng vµ dÔ dµng quan s¸t ®­îc. C¸c b­íc thùc hiÖn: 1.ChuÈn bÞ dung dÞch Hg(NO3)2 0,1N Dïng b×nh ®Þnh møc 1 lÝt, c©n 17 g muèi Hg(NO3)2.1/2 HO2, bæ sung 20 ml axit HNO 6N, cho n­íc cÊt ®Õn v¹ch. Sau ®ã l¾c cÈn thËn dung dÞch nµy vµ ®Ó sau 1- 2 ngµy míi sö dông. Tr­íc khi dïng x¸c ®Þnh hÖ sè K theo chÊt chuÈn NaCl. 2.ChuÈn bÞ dung dÞch HCl 0,2N trong dioxan Dioxan ®­îc lµm kh« tr­íc b»ng NaOH r¾n hoÆc CaCl2 trong 3 ngµy ®ªm råi ®em ch­ng l¹i vµ ®ùng vµo chai cã nót nh¸m. Cho vµo èng l­êng cã nót nh¸m 100 ml dioxan, dïng pipet 2 ml lÊy 1,6 – 1,8 ml axit HCl 37% vµ cho vµo dioxan. §Ëy kÝn èng l­êng råi l¾c m¹nh cho ®Õn khi HCl tan hoµn toµn vµo dioxan. 3.X¸c ®Þnh hÖ sè K (hÖ sè hiÖu chØnh cña dung dÞch Hg(NO3)2 0,1N X¸c ®Þnh hÖ sè K b»ng dung dÞch NaCl 0,1N pha tõ èng chuÈn. Dïng pipet hót 10 ml dung dÞch NaCl 0,1N cho vµo b×nh tam gi¸c nh¸m vµ chuÈn b»ng dung dÞch Hg(NO3)2 0,1N cã chÊt chØ thÞ lµ dung dÞch diphenylcacbazon. Qu¸ tr×nh chuÈn kÕt thóc khi mÇu dung dÞch chuyÓn tõ da cam sang tÝm. 4. X¸c ®Þnh hµm l­îng nhãm epoxy Dïng c©n ph©n tÝch cã ®é chÝnh x¸c 0,1 mg c©n vµo 3 b×nh tam gi¸c dung tÝch 100 ml mçi b×nh 0,1 – 0,2 g nhùa epoxy. Dïng pipet cho vµo mçi b×nh 10 ml dung dÞch HCl trong dioxan, ®Ëy kÝn, l¾c ®Òu cho tan hÕt nhùa, ®Ó yªn ë nhiÖt ®é phßng trong 2 giê. ChuÈn HCl d­ b»ng dung dÞch Hg(NO3)2 0,1N cã mÆt chÊt chØ thÞ diphenylcacbazon. KÕt thóc qu¸ tr×nh ®Þnh ph©n khi mÇu dung dÞch chuyÓn tõ tÝm sang hång nh¹t. Qu¸ tr×nh ®­îc thùc hiÖn t­¬ng tù víi mÉu trèng. Hµm l­îng nhãm epoxy ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: E=  Trong ®ã: v1: ThÓ tÝch dung dÞch Hg(NO3)2 0,1N dïng ®Ó chuÈn mÉu trèng, ml. v2: ThÓ tÝch dung dÞch Hg(NO3)2 0,1N dïng ®Ó chuÈn mÉu thùc, ml. K: HÖ sè ®iÒu chØnh dung dÞch Hg(NO3)2 0,1N. g: Khèi l­îng mÉu nhùa, g. 0,0043: Sè l­îng gam nhãm epoxy t­¬ng ®­¬ng víi 1ml dung dÞch Hg(NO3)2 0,1N. II.1.4.Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hµm l­îng phenol tù do trong nhùa novolac C©n kho¶ng 4-5 g nhùa (chÝnh x¸c ®Õn 0,0001g) cho vµo b×nh cÇu dung tÝch 500 ml, cho vµo 20 – 25 ml r­îu etylic ®Ó hoµ tan, thªm vµo 40 – 50 ml n­íc cÊt ®Ó t¹o dung dÞch nhò t­¬ng. Ch­ng cÊt b»ng h¬i n­íc b·o hoµ cho ®Õn khi n­íc ch­ng ra kh«ng cßn phenol (kiÓm tra b»ng c¸ch lÊy 2 –3 giät n­íc br«m theo thµnh èng nghiÖm. NÕu hçn hîp kh«ng cßn bÞ vÈn ®ôc th× kÕt thóc qu¸ tr×nh ch­ng cÊt). Cho s¶n phÈm ch­ng cÊt vµo b×nh ®Þnh møc 1000 ml, thªm n­íc cÊt ®Õn ngÊn b×nh vµ l¾c ®Òu. TiÕn hµnh ®Þnh ph©n gièng nh­ ë phÇn II.2.1. Hµm l­îng phenol tù do ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: x =  Trong ®ã: v1: ThÓ tÝch dung dÞch Na2S2O3 0,1 N dïng ®Þnh ph©n mÉu kiÓm tra, ml. v2: ThÓ tÝch dung dÞch Na2S2O3 0,1 N dïng ®Þnh ph©n mÉu nghiªn cøu, ml. K: HÖ sè hiÖu chØnh. g: L­îng nhùa, g. II.1.5.Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hµm l­îng phÇn gel PhÇn gel lµ phÇn t¹o thµnh m¹ng l­íi kh«ng gian kh«ng bÞ trÝch ly bëi axeton trong dông cô Xoxlet víi thêi gian 15-20 giê. Qu¸ tr×nh x¸c ®Þnh: GiÊy läc tr­íc khi c©n ph¶i trÝch ly b»ng axeton trªn dông cô Xoxlet kho¶ng 3 giê. LÊy ra sÊy kh« ®Õn khèi l­îng kh«ng ®æi vµ ®Ó trong b×nh hót Èm. C©n trªn c©n ph©n tÝch giÊy läc (c), khèi l­îng mÉu céng giÊy läc (b) tr­íc khi trÝch ly trong axeton. Sau ®ã cho vµo dông cô Xoxlet ®Ó trÝch ly víi thêi gian 15-20 giê. Khi ®· ®¹t thêi gian trÝch ly lÊy ra vµ sÊy kh« ®Õn khèi l­îng kh«ng ®æi vµ ®Ó vµo b×nh hót Èm. C©n x¸c ®Þnh khèi l­îng mÉu sau khi trÝch ly (a). Hµm l­îng phÇn gel ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: X =  Trong ®ã: a- Khèi l­îng mÉu sau khi trÝch ly, g. b- Khèi l­îng mÉu vµ giÊy läc tr­íc khi trÝch ly, g. c- Khèi l­îng giÊy läc, g. II.2.C¸c ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch c¸c tÝnh chÊt c¬ lý cña vËt liÖu PC [9,10] II.2.1.Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é bÒn uèn §é bÒn uèn ®­îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ISO 178 – 1993 (E) trªn m¸y INSTRON – 100 KN (Mü). Tèc ®é ®o: 2 mm/phót. KÝch th­íc mÉu: 100(15(4 mm. §é bÒn uèn ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: (u =  Trong ®ã: F: Lùc t¸c dông lªn mÉu, N. L: Kho¶ng c¸ch gi÷a hai gèi ®ì, mm. b: ChiÒu réng cña mÉu, mm. h: ChiÒu dµy cña mÉu, mm. II.2.2.Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é bÒn kÐo §é bÒn kÐo ®­îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ISO 527 – 1 trªn m¸y INSTRON – 100 KN (Mü). Tèc ®é kÐo: 2 mm/phót. KÝch th­íc mÉu: mÉu d¹ng h×nh m¸i chÌo, cã d¹ng nh­ h×nh vÏ:  §é bÒn kÐo ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: (k =  Trong ®ã: F: Lùc t¸c dông, N. A: DiÖn tÝch tiÕt diÖn ngang ban ®Çu cña mÉu, mm2. II.2.3.Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é bÒn va ®Ëp §é bÒn va ®Ëp Charpy x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ISO 179 – 1993 (E) trªn m¸y Radmana ITR – 2000 cña óC. M«i tr­êng ®o: kh«ng khÝ, nhiÖt ®é 250C, ®é Èm 50 (2%. Tèc ®é ®o: 3,5 m/s. KÝch th­íc mÉu 120(15(4 mm. §é bÒn va ®Ëp Charpy ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: ac =  Trong ®ã: W: N¨ng l­îng ph¸ huû mÉu, J. h: §é dµy cña mÉu, mm. b: ChiÒu réng cña mÉu, mm. II.2.4.Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh khèi l­îng riªng cña vËt liÖu PC MÉu ®o khèi l­îng riªng cã d¹ng h×nh lËp ph­¬ng víi kÝch th­íc 10(10(10 mm. MÉu ph¶i ®­îc sÊy kh«, cho vµo b×nh hót Èm. Sau ®ã, c©n trªn c©n ph©n tÝch ®Ó x¸c ®Þnh khèi l­îng cña mÉu. Khèi l­îng riªng cña mÉu ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ( =  (g/cm3) Trong ®ã: M: Khèi l­îng cña mÉu, g. V: ThÓ tÝch cña mÉu, mm3. Ch­¬ng III: KÕt qu¶ vµ th¶o luËn III.1.Nguyªn liÖu ®Çu Phenol tinh khiÕt, hµm l­îng 98,6 %. Fomandehyt lo¹i tinh khiÕt, sö dông ë d¹ng dung dÞch 36,6 %. Axit oxalic. Nhùa epoxy DER331 cã hµm l­îng nhãm epoxy lµ 23%. Cacdanol ®­îc ch­ng cÊt tõ dÇu vá h¹t ®iÒu ë nhiÖt ®é 2402500C/10 mmHg. NPV-99 s¶n phÈm ph¶n øng gi÷a DETA vµ acrylonitril. III.2.Tæng hîp nhùa novolac Cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p tæng hîp nhùa novolac kh¸c nhau dùa vµo sù thay ®æi tØ lÖ mol phenol/fomandehyt vµ thay ®æi xóc t¸c. Trong ®å ¸n nµy ®· tæng hîp novolac víi tØ lÖ mol phenol/fomandehyt lµ 7/6 vµ sö dông xóc t¸c lµ axit oxalic víi hµm l­îng lµ 3,5% khèi l­îng so víi l­îng phenol. Hçn hîp ph¶n øng ®­îc khuÊy vµ ®un c¸ch thuû ë 900 – 1000C ®Õn khi hçn hîp ®ôc vµ ph©n líp. Sau ®ã nhùa ®­îc röa b»ng n­íc nãng ®Õn m«i tr­êng trung tÝnh vµ sÊy trªn bÕp ®iÖn cho ®Õn khi hÕt sñi bät.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docNghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy-novolac, epoxy-cacdanol gia cường bằng sợi lanh.DOC