Luận Văn Khảo sát cơ lý tính của vật liệu composite nhựa urea - formaldehyde và sợi sisal

MỤC LỤC
Đề mục Trang
Lời cảm ơn . i
Mục lục. .ii
Danh sách bảng biểu iii
Danh sách hình vẽ . iv
Tóm tắt luận văn . . v
Chương 1. Mở đầu . 1
Chương 2. Tổng quan về vật liệu composite 4
2.1. Khái niệm . . 4
2.2. Thành phần và cấu tạo 4
2.2.1. Pha nền . 4
2.2.2. Pha cốt 5
2.3. Phân loại vật liệu composite 5
2.3.1. Phân loại theo hình dáng . 5
2.3.2. Phân loại theo bản chất vật liệu . 6
2.4. Composite sợi nhựa nhiệt rắn và sợi tự nhiên . 6
2.4.1. Lý thuyết về sự kết dính giữa nền và sợi . 7
2.4.2. Sự định hướng của cốt sợi . 8
2.5. Công nghệ chế tạo vật liệu composite . . 9
2.5.1. Gia công áp suất thường 9
2.5.2. Gia công dưới áp suất . 10
Chương 3. Tổng quan về nhựa urea - formaldehyde . 13
3.1. Khái niệm 13
3.2. Nguyên liệu 13
3.2.1. Urea . . 13
3.2.2. Formaldehyde . 13
3.2.3. Dung dịch amoniac . 15
3.3. Cơ sở hóa học phản ứng tổng hợp nhựa urea - formaldehyde 15
3.3.1. Phản ứng cộng tạo methylol . . 15
3.3.2. Phản ứng đa tụ . 17
3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và chất lượng nhựa UF . . 18
3.4.1. Tỷ lệ mol giữa urea và formaldehyde 18
3.4.2. Môi trường tổng hợp 19
3.5. Quy trình tổng hợp nhựa . . 21
3.6. Tính chất nhựa urea - formaldehyde . . 22
3.7. Đóng rắn nhựa UF . 23
3.8. Ứng dụng của nhựa urea - formaldehyde 23
Chương 4. Tổng quan về sợi thiên nhiên . 26
4.1. Giới thiệu về sợi thiên nhiên . 26
4.2. Phân loại sợi thiên nhiên . . 27
4.3. Thành phần hóa học của sợi thiên nhiên 27
4.3.1. Cellolose 28
4.3.1.1. Cấu trúc phân tử . 28
4.3.1.2. Tính chất của cellulose . 29
4.3.2. Hemicellolose . 32
4.3.3. Lignin . 33
4.3.4. Pectin và các chất trích ly . 35
4.4. Cấu trúc sợi thiên nhiên 36
4.4.1. Cấu trúc sợi thiên nhiên 36
4.4.2. Tính chất sợi thiên nhiên . 37
4.4.2.1. Tính chất vật lý sợi thiên nhiên . 37
4.4.2.2. Tính chất cơ của sợi thiên nhiên . 38
Chương 5. Giới thiệu về sợi sisal (sợi dứa dại) 40
5.1. Giới thiệu về sợi sisal . 40
5.2. Cấu trúc của sợi sisal 42
5.3. Tính chất sợi sisal 43
5.3.1. Thành phần hóa học của sợi sisal 44
5.3.2. Tính chất vật lý của sợi sisal 44
5.4. Tính chất liên diện - xử lý bề mặt sợi sisal 45
5.4.1. Phương pháp biến tính vật lý 46
5.4.2. Phương pháp biến tính hóa học 46
5.5. Ứng dụng sợi sisal . 47
Chương 6. Phương pháp thực nghiệm . 48
6.1. Mục đích thí nghiệm . 48
6.2. Quy trình thực nghiệm . . 48
6.2.1. Tổng hợp nhưa UF 49
6.2.1.1. Chuẩn bị nguyên liệu 49
6.2.1.2. Cân nguyên liệu . 50
6.2.1.3. Tổng hợp nhựa 51
6.2.1.4. Đo độ nhớt . 51
6.2.1.5. Đo hàm lượng rắn . . 52
6.2.2. Tạo mat . 52
6.2.2.1. Xử lý sợi sisal bằng nước nóng trong nồi có gắn cánh khuấy và bộ phận
gia nhiệt . . 52
6.2.2.2. Xử lý sợi sisal bằng dung dịch kiềm trong nồi có gắn cánh khuấy và bộ
phận gia nhiệt 53
6.2.3. Tẩm nhựa vào sợi . 54
6.2.4. Quá trình sấy . 55
6.2.5. Quá trình ép . . 56
6.2.6 Đo cơ tính . . 56
6.2.6.1. Đo độ bền kéo 56
6.2.6.2. Đo độ bền uốn 57
6.2.7. Đo độ thấm nước 58
6.3. Hoạch định thí nghiệm . 59
6.3.1. Chọn yếu tố khảo sát . 59
6.3.2. Chọn đáp ứng 60
6.4. Dụng cụ thí nghiệm . 61
6.4.1. Nồi tổng hợp nhựa 61
6.4.2. Tủ sấy . 61
6.4.3. Nồi gắn cánh khuấy dùng xử lý sợi sisal 62
6.4.4. Máy ép thủy lực . . 62
Chương 7. Kết quả và bàn luận 63
7.1. Nhựa urea - formaldehyde . 63
7.2. Sợi sisal . 64
7.2.1. Xử lý sợi sisal bằng nước nóng . 64
7.2.2. Xử lý sợi sisal bằng dung dịch kiềm . . 64
7.3. Kết quả cơ tính của tấm composite . 65
7.3.1. Cơ tính các mẫu xử lý nước nóng có loại mat, hàm lượng sợi khác nhau . 65
7.3.1.1. Độ bền uốn . 65
7.3.1.2. Độ bền kéo 68
7.3.2. So sánh cơ tính mẫu xử lý bằng dung dịch kiềm và nước nóng 70
7.3.2.1. Độ bền uốn . 70
7.3.2.2. Độ bền kéo 71
7.3.3. So sánh độn bền uốn với composite nhựa PF 73
7.3.4. Kết quả cơ tính sau khi ngâm nước 74
7.4. Kết quả đo độ thấm nước . 75
Chương 8. Kết luận . 78
8.1. Kết luận chung . . 78
8.2. Hạn chế của đề tài và định hướng nghiên cứu . 78
Tài liệu tham khảo vi
Phụ lục . vii
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Sự kết hợp sợi sisal vào nền nhựa Urea- Formaldehyde UF nhằm tạo nên loại vật
liệu composite có cơ tính có thể so sánh với cơ tính của các loại ván ép thông thường
được nghiên cứu là hoàn toàn có cơ sở. Bởi vì nhựa UF tổng hợp dạng tan trong nước hay
nhủ tương trong nước nên cấu trúc phân tử của nhựa chứa nhiều nhóm hydroxyl (-OH) do
đó có tạo liên kết tốt với sợi sisal. Thêm vào đó, sợi sisal là loại sợi có độ bền cao kết hợp
với tính bám dính tốt của nhựa UF thì có thể tạo ra vật liệu composite có độ bền cao.
Ngoài ra, vật liệu compsite này còn có thể ứng dụng trong các vật dụng thường ngày vì
giá thành nhựa UF thấp còn sợi dứa thì lại được trồng nhiều ở các tỉnh miền trung nước ta
nên composite nhựa UF sẽ cho giá thành cạnh tranh so với các loại vật liệu comosite
khác.
Luận văn khảo sát cơ lý tính của composite dựa trên sự biến thiên cơ tính theo sự
thay đổi hàm lượng nhựa /sợi, độ dài của sợi khi tạo mat, phương pháp xử lí sợi sisal: xử
lí nước nóng và xử lí bằng dung dịch kiềm loãng, trước và sau khi ngâm nước. Thêm vào
đó, mức độ thấm nước của vật liệu thay đổi khi sử dụng các phương pháp xử lí sợi cũng
được khảo sát.
Kết quả ghi nhận được qua các đáp ứng: độ bền uốn, module uốn, độ bền kéo,
module kéo và độ thấm nước. Bên cạnh đó, luận văn còn đưa ra một số nhận xét ngoại
quan.
Kết quả thu được là khi thay đổi hàm nhựa sợi thì hàm lượng sợi càng cao thì tính
chất cơ của mẫu composite càng cao. Trong phạm vi của luận văn nghiên cứu được mẫu
có tỷ lệ 5:5 (nhựa /sợi ) có cơ tính cao nhất. Khảo sát hai loại Mat khác nhau: Mat được
tạo từ sợi có chiều dài 2-3 cm và Mat có chiều dài sợi 6-7 cm, kết quả là Mat 6-7 cho độ bền của sợi cao hơn hẳn. Các phương pháp xử lí sợi khác nhau cho đặt điểm cơ tính vật liệu composite khác nhau. Mẫu được xử lí kiềm làm tăng độ dẻo dai cho composite với biến dạng kéo, uốn lớn trong vùng lực tác dụng lớn. Mẫu xử lí kiềm còn tạo ra sự thuận lợi hơn về mặt gia công, bề mặt mẫu bóng hơn do sự thấm nhựa tốt của sợi làm cho nhựa thấm đều hết sợi. Tuy nhiên, mẫu xử lí nước nóng có cũng có tính chất cơ lí cao, tiết kiệm chi phí, thân thiện với môi trường.
Kết quả đo độ thấm nước của mẫu composite nhựa UF và sợi sisal khá cao so với
một số loại composite khác. Điều này cũng phù hợp với kết quả cơ tính sau khi ngâm
nước giảm đi đáng kể.Tuy nhiên, phương pháp xử lí kiềm cho sợi đã làm giảm đi khả
năng thấm nước của vật liêu, mẫu xử lí kiềm có độ thấm nước thấp hơn mẫu xử lí nước
nóng.
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU[SUP] [5] [/SUP]
Những vật liệu composite đơn giản đã có từ rất xa xưa. Khoảng 5000 năm trước
công nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để
tránh bị cong vênh khi phơi nắng. Người Hy Lạp cổ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất,
đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng. Và ở Việt Nam, ngày xưa truyền lại cách làm nhà bằng
bùn trộn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khi khô tạo ra lớp vật liệu cứng, mát về mùa
hè và ấm vào mùa đông . Hiện nay, loại vật liệu này được ứng dụng phổ biến trong
nhiều lĩnh vực khác nhau và thị phần của nó tăng với tốc độ nhanh. Điều này là do
composite nền nhựa có tính năng đặc thù là bền, nhẹ, dễ gia công. Công nghệ sản xuất
loại composite này khá đơn giản, chu kì ngắn, vốn đầu tư không lớn nên thu hồi vốn
nhanh, vì thế ngành công nghiệp này đang được giới đầu tư quan tâm mở rộng.
Trong ngành công nghiệp xây dựng thì thị phần của vật liệu composite tăng lên
đáng kể, cụ thể là ngày compsite dần thay thế các cấu trúc xi măng. Đối với lĩnh vực hàng
tiêu dùng, có sự gia tăng đáng kể trong hàng tiêu dùng hằng ngày cũng như giải trí cụ thể
là các thiết bị thể thao. Giao thông là lĩnh vực ứng dụng sâu rộng nhất đối với loại vật liệu
này. Có sự khác nhau về tính năng của vật liệu composite giữa Mỹ và các nước châu Âu.
Người châu Âu thì chú trọng đến khả năng tái sử dụng và khối lượng của vật liệu còn
người Mỹ thì nhấn mạnh đến độ bền. Điều này ảnh hưởng đến loại polymer được sử
dụng. Ở Mỹ thì loại nhựa nhiệt rắn được ưu tiên hơn, trong khi đó các nước châu Âu lại
lựa chọn nhựa nhiệt dẻo.
Thị phần vật liệu composite nền nhựa năm 2001 trên toàn thế giới là 5.73 triệu tấn hoặc khoảng 15 triệu đô la. Mỹ, các nước châu Âu, châu Á Thái Bình Dương là các nước chiếm thị phần lớn nhất, lần lược là 31%, 27% và 26%.