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

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.