LUẬN VĂN ĐỘ BỀN UỐN, ĐỘ DAI VA ĐẬP CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN
Mục Lục
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ...................................................................................... i LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................iii TÓM TẮT ............................................................................................................................. iv ABS TRAC T........................................................................................................................... v LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. vi LÝ LỊC H KHOA HỌC ........................................................................................................vii DANH S ÁCH HÌNH ............................................................................................................ xi DANH S ÁCH BẢNG .........................................................................................................xiii CHƯƠNG 1 ........................................................................................................................... 1
TỔNG QUAN ........................................................................................................................ 1
1.1 Tổng quan về hướng nghiên cứ u:............................................................................ 1
1.1.1 Các kết quả nghiên cứ u trong nước: ................................................................ 1
1.1.2 Các công trình nghiên cứ u ngoài nước: ........................................................... 2
1.2 Tính cấp thiết của đề tài: ......................................................................................... 3
1.3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn:...................................................................4
1.3.1 Ý nghĩa khoa học: ............................................................................................ 4
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn:............................................................................................. 4
1.4 Mục tiêu nghiên cứ u, khách thể và đố i tượng nghiên cứ u: ..................................... 4
1.4.1 Mục tiêu nghiên cứ u: ....................................................................................... 4
1.4.2 Khách thể nghiên cứ u: ..................................................................................... 5
1.4.3 Đối tư ợng nghiên cứ u: ..................................................................................... 5
1.5 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu: .......................................................... 5
1.5.1 Nhiệm vụ của đề tài: ........................................................................................ 5
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu: ........................................................................................ 6
1.6 Phương pháp nghiên cứ u:........................................................................................ 6
CHƯƠNG 2 ........................................................................................................................... 7
CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................................................. 7
2.1 Vật liệu composite:..................................................................................................7
2.1.1 Khái niệm và tính chất: .................................................................................... 7
2.1.2 Phân lo ại vật liệu composite: ........................................................................... 8
2.1.3 Vật liệu và thành phần của composite: ............................................................ 9
2.2 Nhựa Polypropylen (PP): [1]................................................................................. 11
2.3 Phụ gia:.................................................................................................................. 12
2.4 Công nghệ ép phun:............................................................................................... 14
2.5 Các phương pháp xác đ ịnh cơ tính mẫu thử :......................................................... 15
2.5.1 Độ bền uốn:.................................................................................................... 15
2.5.2 Độ dai va đập: ................................................................................................ 18
CHƯƠNG 3 ......................................................................................................................... 20
THIẾT K Ế VÀ PHÂN TÍC H MẪU THỬ ........................................................................... 20
3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép phun.[1] .................................................. 20
3.1.1 Nhiệt độ.......................................................................................................... 20
3.1.2 Áp suất. .......................................................................................................... 21
3.1.3 Tốc độ phun. .................................................................................................. 22
3.2 Phương án chế tạo mẫu thử. .................................................................................. 22
3.3 Phân tích các thông số của quá trình ép phun mẫu.[1].......................................... 25
3.3.1 Mục tiêu. ........................................................................................................ 25
3.3.2 Phân tích vị trí của điểm phun tốt nhất (best gate location). .......................... 25
3.3.3 Phân tích thời gian điền đầy sản phẩm (fill time): ......................................... 27
3.3.4 Phân tích áp suất phun. .................................................................................. 28
3.3.5 Phân tích lực kẹp (C lamp Force): .................................................................. 28
3.3.6 Phân tích sự phân bố và phát triển dòng nhựa trong khuôn (Grow Form). ... 29
3.3.7 Phân tích ứ ng suất dư. .................................................................................... 30
3.3.8 Phân tích đường hàn. ...................................................................................... 31
3.3.9 Phân tích cong vênh, co rút. ........................................................................... 32
3.3.10 Bảng tổng hợp phân tích. ............................................................................... 33
CHƯƠNG 4 ......................................................................................................................... 34
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN VÀ CHẾ TẠO MẪU...................................................... 34
4.1 Thiết kế khuôn chế tạo mẫu thử độ bền kéo: ........................................................ 34
4.2 Thiết kế mẫu thử độ bền uốn và độ dai va đập: .................................................... 34
4.2.1 Chế tạo mẫu thử độ bền uốn: ......................................................................... 34
4.2.2 Chế tạo mẫu thử độ dai va đập:...................................................................... 35
CHƯƠNG 5 THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN.................................................................. 37
5.1 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng. ............................................................................ 37
5.2 Thành lập các điều kiện tiến hành thí nghiệm. ...................................................... 38
5.2.1 Xác đ ịnh số lượng thí nghiệm.[1] .................................................................. 38
5.2.2 Quy trình tiến hành thí nghiệm.[1] ................................................................ 39
5.3 Thí nghiệm đo độ dai va đập:................................................................................ 40
5.3.1 Dụng cụ thí nghiệm:....................................................................................... 40
5.3.2 Điều kiện thí nghiệm:..................................................................................... 40
5.3.3 Xử lý số liệu thố ng kê cho mẫu ép sử dụng phụ gia Na10MB3A: ................ 41
5.3.4 Xử lý số liệu thố ng kê cho mẫu ép sử dụng chất độn CaCO3:....................... 45
5.4 Thí nghiệm đo độ bền uốn: ................................................................................... 48
5.4.1 Dụng cụ thí nghiệm:....................................................................................... 48
5.4.2 Điều kiện thí nghiệm:..................................................................................... 48
5.4.3 Xử lý số liệu thố ng kê cho mẫu ép sử dụng phụ gia Na10MB3A: ................ 48
5.4.4 Xử lý số liệu thố ng kê cho mẫu ép sử dụng chất độn CaCO3:....................... 52
5.5 Cơ chế tăng bền của vật liệu: ................................................................................ 55
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ.................................................................57
6.1 Kết luận. ................................................................................................................ 57
6.2 Khuyến nghị. ......................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 59
DANH SÁCH HÌNH
Hình 2. 1 P hân loại composite theo hì nh dạng. ..............................................................8
Hình 2. 2 Biểu t ượng t hương mại và liên kết mắt xích PP ..........................................11
Hình 2. 3 Mẫu t hử độ bền uố n t heo tiêu chuẩn ISO 178: 2010. .................................17
Hình 2. 4 Vị trí của mẫu t ại điểm bắt đ ầu khi tiến hành. .............................................18
Hình 2. 5 Máy đo độ dai va đập t heo tiêu chuẩn ISO 179...........................................19
Hình 2. 6 Mẫu t hử độ dai va đập theo tiêu c huẩn ISO 179:2010 ...............................19
Hình 3. 1 Kết cấu cơ bản của một máy ép phun. ..........................................................20
Hình 3. 2 Thiết kế của mẫu đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO 178: 2010..............23
Hình 3. 3 Thiết kế của mẫu đo độ dai va đập t heo tiêu chuẩn ISO 179: 2010..........23
Hình 3. 4 Kết quả phân tích vị trí điểm phun. ...............................................................27
Hình 3. 5 Kết quả phân tích t hời gian điền đầy sản phẩm. ..........................................28
Hình 3. 6 Sự phát triển của dòng nhựa trong khuôn. ...................................................29
Hình 3. 7 P hân bố ứng suất dư trước khi t hiết kế hệ thố ng làm mát ..........................30
Hình 3. 8 P hân bố ứng suất dư sau khi thiết kế hệ t hống giải nhiệt. ..........................30
Hình 3. 9 Kết quả phân tích dự đoán đường hàn. .........................................................32
Hình 3. 10 Phân tích cong vênh, co rút. .........................................................................32
Hình 4. 1 Kích t hước t hiết kế và mẫu đo độ bề n kéo được chế tạo............................34
Hình 4. 2 Kích t hước t hiết kế và mẫu đo độ bề n uốn được chế tạo. ..........................35
Hình 4. 3 Kích t hước t hiết kế và mẫu đo độ dai va đập được c hế tạo. ......................36
Hình 5. 1 Máy đo độ dai va đập t heo tiêu chuẩn ISO 179...........................................40
Hình 5. 2 Biểu đồ mối quan hệ giữa độ dai va đập và tỉ lệ Na10MB3 A. ..................43
Hình 5. 3 Biểu đồ t hực nghiệm biểu diễn sự ảnh hưởng c ủa thành phần phụ gia
Na10MB3 A tới độ dai va đập. .........................................................................................44
Hình 5. 4 Biểu đồ mối quan hệ giữa độ dai va đập và tỉ lệ CaC03 .............................47
Hình 5. 5 Biểu đồ mối quan hệ giữa độ bề n uốn và tỉ lệ Na10MB3 A. ......................51
Hình 5. 6 Biểu đồ mối quan hệ giữa độ bề n uốn và tỉ lệ CaC03. ................................54
Hình 5. 7 Cơ chế phá hủy trên bề mặt gãy đứt của mẫu PP có trộn phụ gia: ...........55
Hình 5. 8 Cơ c hế tăng bền vật liệu polymer..................................................................56
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 3. 1 Bảng tổng hợp t hông số ép phun...................................................................33
Bảng 5. 1 Bảng kết quả t hực hiện độ dai va đập khi pha Na10MB3 A ......................41
Bảng 5. 2 Bảng tổng hợp giá trị trung bì nh độ dai va đ ập khi pha NA10 MB3 A .....42
Bảng 5. 3 Kết quả thực hiện độ dai va đập khi pha CaCO3 .........................................45
Bảng 5. 4 Bảng Tổ ng hợ p giá trị độ dai va đ ập trung bì nh khi pha CaCO3 ..............46
Bảng 5. 5 Kết quả thực hiện độ bề n uốn khi pha Na10MB3 A....................................48
Bảng 5. 6 Bảng tổng hợp giá trị độ bền uố n trung bì nh khi pha NA10MB3 A .........50
Bảng 5. 7 Kết quả thực hiện độ bề n uốn khi pha CaCO3 .............................................52
Bảng 5. 8 Bảng tổng hợp giá trị độ bền uố n trung bì nh khi pha CaCO3 ...................54
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về hướng nghi ên cứu:
1.1.1 Các kết quả nghi ên cứu trong nước:
1.1.1.1 Đề tài “ Nghiên cứu vật liệu composite trên nền nhựa polyetylene tỉ
trọng cao gi a cường bằng sợi đay” năm 2008- ĐH Bách Khoa.
- Đề tài được t hực hiện vào năm 2008 dưới s ự hướng dẫn của TS. Đào Thị Thu Loan, đề tài nghiên cứu vật liệu composite thông qua phương pháp ép nóng vật liệu nền polyetylene tỉ trọng cao (HDPE) được gia cố bằng sợi đay.
- Sợi đay được đan dạng vải và xử lý hó a c hất. Tấm nhựa và tấm sợi được
xếp xen kẽ thành 6 lớp (6 lớp nhựa và 5 lớp sợi), lớp vật liệu được xử l ý nhiệt trong khuô n ở nhiệt độ 160 C, s au đó hạ nhiệt, l àm nguội cắt mẫu và xử l ý t hực nghiệm.
- Đề tài trình bày kết quả thực nghiệm cho t hấy với hàm lượng sợi l à 40%, nhiệt độ ép nóng là 160 C, được ép trong kho ảng t hời gian là 25 phút thì đạt được độ bề n cao nhất.
1.1.1.2 Đề tài “ Nghiê n cứu vật liệu composite trên nền nhựa polyvinyl clorua với độn mùn cưa, trấu” năm 2010- ĐH Bách Kho a
- Đề tài được TS. Đào Thị Thu Lo an hướng dẫn năm 2010. Đề tài thực hiện
khảo sát, đánh gi á các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cơ lý và độ kháng nước của vật liệu composite nền nhựa polyvinyl clorua với mùn cưa hoặc trấu.
- Mùn cưa, trấu được làm sạc h, loại bỏ tạp chất, s ay nhỏ, phân loại và sấy khô. Sau đó trộn hạt PVC SG660 với mùn cưa, trấu, và hấp thụ chất dẻo DOP trên máy khuấy với tỉ lệ 40% mùn c ưa, 20% DOP. Hỗn hợp được
được đưa vào khuôn é p t hành t ấm t heo quy trình, s au đó cắt t heo mẫu và kiểm nghiệm.
- Kết quả thực nghiệm cho t hấy, ở nhiệt độ 160 C, t hời gi an ép trong khuôn là 20 phút , kíc h cỡ hạt 0.5mm t hì vật liệu composite đạt được độ bề n cao nhất. Tỉ lệ mùn cưa cho độ bền tốt nhất là 50%, của trấu l à 40%, tỉ lệ hàm lượng chất dẻo cho độ bề n tốt nhất là 10%.
1.1.1.3 Đề tài “Nghiên cứu t ăng bền cho vật liệu nhựa và composite trong công nghệ ép phun” năm 2011-ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM.
- Đề tài được PGS.TS. Lê Hiếu Giang hướ ng dẫn năm 2011, đề tài nghiên
cứu t ăng bền cho vật liệu nhựa PP dùng phụ gi a Na10MB3 A và chất độn
- Kết quả thực nghiệm cho t hấy, khi pha thành phần phụ gi a Na10MB3 A với tỉ lệ 3% thì vật liệu tăng bền c ao nhất, t ăng 13,51%. Khi pha chất độn CaCO3 với tỉ lệ 4% thì vật liệu t ăng bền cao nhất, tăng 21,46%.
1.1.2 Các công trì nh nghiên cứu ngoài nước:
1.1.2.1 Comparison of sever al closure approximations for evaluating the thermoeplastic properties of an injection molde d short -fiber composite- composites Science and Technology, Vol ume 67, Issues 7 -8, J une 2007, pages 1601-1610: đề tài nghiên cứu và đ ánh gi á các yế u tố ảnh hưởng đến đặc tính đàn hồi nhiệt độ của quá trình é p phun composite sợi ngắn.
1.1.2.2 An experimental study of fiber orientation i n i njection moul ded s hort glass fiber –reinforced polypro pylene/ prolyar ylamide composites – Composites, volume 25, issue 2, Febr uar y 1994, pages 147 -153: đề tài thực nghiệm nghiên cứu sự định hướng của sợi thủy tinh trong quá tí nh é p phun composite gia cường polypropyle ne/polyaryl ami de.
