Báo cáo Thực tập nhận thực tại trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme

Báo cáo thực tập nhận thực tại Trung Tâm NCVL Polyme Mục Lục Trang Mục lục 1 Lời cảm ơn 2 I. Giới thiệu về Trung tâm NCVL POLYME 3 1. Giới thiệu chung 3 2. Một số hình ảnh về các sản phẩm và đề tài đã được Trung tâm NCVL POLYME nghiên cứu và chế tạo thành công 5 II. Nội dung và kết quả thực tập đạt được 6 1. Nội dung thực tập tại Trung tâm NCVL POLYME 6 2. Kết quả đạt được sau đợt thực tập tại Trung tâm 7 2.1 Vật liệu Polyme và Compozit 7 2.1.1 Vật liệu Polyme 7 2.1.1.1 Khái niệm 7 2.1.1.2 Nguồn gốc Vật liệu Polyme và phân loại 7 2.1.2 Vật liệu Compozit 8 2.1.2.1 Khái niệm 8 2.1.2.2 Phân loại Compozit 8 2.2 Các phương pháp gia công vật liệu Polyme 9 2.2.1 Phương pháp Đùn 9 2.2.2 Phương pháp Đúc - Phun 9 2.2.3 Phương pháp Cán 10 2.2.4 Phương pháp Đùn - Thổi 10 2.2.5 Phương pháp Phun - Thổi 10 2.2.6 Phương pháp Đúc - Quay 10 2.2.7 Phương pháp lăn ép bằng tay 11 2.3 Các phương pháp xác định tính chất Vật liệu Polyme - Compozit 11 2.3.1 Đánh giá tính chất của Vật liệu Polyme thông qua nhiệt độ hóa thủy tinh 11 2.3.2 Đánh giá cơ tính của Vật liệu Polyme - Compozit 11 2.4 Phương pháp xác định cấu trúc của vật liệu Polyme - Compozit 13 2.5 Một số hình ảnh về các máy - thiết bị gia công vật liệu Polyme - Compozit đang trang bị tại Trung Tâm NCVL POLYME. 14 III. Kết Luận 15 Lời Cảm Ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới: Viện kỹ thuật hóa học Trung tâm Nghiên Cứu Vật Liệu Polyme Đã cho phép và tạo điều kiện giúp đỡ em được thực tập tại Trung tâm Nghiên Cứu Vật Liệu Polyme từ ngày 15/07/2013 đến 19/07/2013. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Trần Hải Ninh và TS. Nguyễn Phạm Duy Linh (Trung tâm NCLV Polyme) và anh/chị kỹ thuật viên các xưởng , đã trực tiếp hướng dẫn em thực tập, và hoàn thành quá trình thực tập của mình. Hà Nội, 07/ 2013 Sinh viên: Nguyễn Thanh Quế I.Giới thiệu chung về Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme 1. Giới thiệu chung. Văn phòng: Nhà D1 ( Trong khuôn viên trường ĐH.Bách Khoa Hà Nội) Điện thoại: 04. 38692731 * Giới thiệu: Trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme, được thành lập ngày 4/3/1987. Giám đốc Trung tâm đầu tiên của Trung tâm là GS.TSKH. Trần Vĩnh Diệu - Anh hùng lao động. Đội ngũ cán bộ hiện có 45 người, trong đó có 1 GS.TSKH., 3 PGS.TS., 9 TS..v.v.. Trong 26 năm qua, Trung tâm đã đào tạo gần 500 kỹ sư và đang đào tạo trình độ Thạc Sỹ và Tiến Sỹ. Đã thực hiện thành công nhiều đề tài nghiên cứu - triển khai thuộc Chương trình cấp Nhà nước về KHCN vật liệu như: KC-05-14A, KC-05-14B, KC-07-15, KHCN 03.01, KHCN 03.16, KC-02-06..v.v... Kết quả của tất cả các đề tài đều đã được ứng dụng trực tiếp hoặc thông qua dự án SXTN cấp Nhà nước, điển hình là 53 vòm compozit che máy bay quân sự, 300 hệ thống bay không người lái làm mục tiêu huấn luyện bắn đạn thật cho bộ đội phòng không, hàng trăm tấn gối cầu và khe co dãn cao su cốt bản thép, hàng trăm ngàn mét neo compozit để cố định công trình vào nền bêtông, hàng trăm tấn vật liệu compozit chống ăn mòn cho các thiết bị trong công nghệ v.v... Trung tâm cũng đã chuyển giao công nghệ và đào tạo nâng cao trình độ nghề nghiệp cho kỹ sư và công nhân của các cơ sở sản xuất. Năm 1995, Trung tâm NCVL POLYME đã được trao giải Nhất của Quỹ hỗ trợ sáng tạo kỹ thuật Việt Nam (VIFOTEC) cho công trình "Thiết kế, chế tạo và lắp đặt nhà vòm polyme compozit cho máy bay quân sự", năm 1997 được trao giải thưởng của Hội kỹ sư Châu á và năm 2000 được trao Giải thưởng Nhà nước cho công trình "Các vật liệu tổ hợp chất lượng cao có sử dụng nguyên liệu Việt Nam". Trung tâm NCVL POLYME đã có bằng sáng chế số 027 "Các hợp chất epoxy biến tính dùng làm chất tạo màng các hệ sơn chống ăn mòn" và Chứng nhận quyền tác giả số 83-30-002 "Sơn epoxy-laccol để bảo vệ các thiết bị vận chuyển và bảo quản thực phẩm lỏng". Chỉ tính từ năm 2002 đến năm 2005 đã công bố 40 công trình khoa học, trong đó có 3 công trình đăng ở tạp chí quốc tế, 2 công trình báo cáo ở Third International Workshop on Green Composites 3, Kyoto, Japan và 10 công trình báo cáo ở Regional Symposium on Chemical Engineering, Hà nội. Trung tâm NCVL POLYME đã hoàn thành Dự án Phòng thí nghiệm trọng điểm Vật liệu Polyme và Compozit (2001-2004) với vốn đầu tư 55 tỷ đồng, bao gồm 8 nhóm máy móc thiết bị: Hóa học và hoá lý polyme, Phân tích cấu trúc Xác định (tính chất cơ học, tính chất nhiệt, tính chất chịu lửa, tính chất điện, tính chịu khí hậu) và các thiết bị công nghệ. Trung tâm NCVL POLYME hiện có quan hệ hợp tác tốt với GS Tori Fujii, Giám đốc Trung tâm nghiên cứu và phát triển tài nguyên tre, Doshisha University, Kyoto, Japan và với GS Igaas Verpoest, Catholic University of Leuven, Belgium. Đã nhận 1 thực tập sinh cao học Nhật Bản (2/2005 -2/2006) và 1 thực tập sinh kỹ sư Đức (9/2005-3/2006) đến làm việc tại Trung tâm. Trung tâm có khả năng chế tạo và cung cấp nhiều loại sản phẩm từ vật liệu compozit cho sản xuất công nghiệp, đời sống và an ninh quốc phòng. 2. Một số hình ảnh về các sản phẩm và đề tài đã được Trung tâm NCVL POLYME nghiên cứu và chế tạo thành công. 2.1 Thực hiện nghiên cứu và chế tạo 53 vòm compozit che máy bay quân sự 2.2 Thực hiện nghiên cứu và chế tạo 300 hệ thống bay không người lái làm mục tiêu huấn luyện bắn đạn thật cho bộ đội phòng không 2.3 Thực hiện nghiên cứu và chế tạo hàng trăm tấn gối cầu và khe co dãn cao su cốt bản thép 2.4 Thực hiện nghiên cứu và chế tạo vật liệu compozit ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực trong cuộc sống, như vật liệu ứng dụng trong xử lý nước thải, ứng dụng trong gia cố vật liệu và có khả năng phân hủy sinh học..v.v.... Hình 1: Bục điện thoại công cộng bằng vật liệu compozit được trung tâm nghiên cứu và chế tạo. Hình 2: Sợi mạt tre được biến tính, gia cố cho vật liệu compozit, nhằm tăng độ bền và khả năng phân hủy sinh học. II. Nội dung và kết quả thực tập đạt được. 1. Nội dung thực tập tại Trung tâm NCVL POLYME. Thời gian thực hiện từ ngày 15/07/2013 đến ngày 19/07/2013. 1.1 Ngày 15/07/2013. Nội dung: - Giới thiệu chung về Trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme. - Giới thiệu chung về Vật liệu Polyme. - Giới thiệu về các phương pháp gia công Vật liệu Polyme. 1.2 Ngày 16/07/2013. Nội dung: - Giới thiệu về các phương pháp xác định tính chất Vật liệu Polyme. - Giới thiệu về hệ thống trang thiết bị tại Trung tâm NCVL Polyme. 1.3 Ngày 17/07/2013. Nội dung: - Giới thiệu và thực hành về thiết bị gia công nhựa nhiệt dẻo. - Giới thiệu và thực hành về thiết bị gia công nhựa nhiệt rắn. 1.4 Ngày 18/07/2013. Nội dung: - Giới thiệu và thực hành về thiết bị gia công cao su. 1.5 Ngày 19/07/2013. Nội dung: - Giới thiệu và quan sát các phương pháp xác định các tính chất cơ lý của vật liệu Compozit. 2. Kết quả đạt được sau đợt thực tập tại Trung tâm. 2.1 Vật liệu Polyme và Compozit. 2.1.1 Vật liệu Polyme. 2.1.1.1 Khái niệm. Polyme là một hợp chất gồm các phân tử được hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một hay nhiều loại nguyên tử hay một nhóm nguyên tử (đơn vị cấu tạo monome) liên kết với nhau với số lượng rất lớn để tạo nên một hợp chất cao phân tử. Khi đó các tính chất của chúng thay đổi không đáng kể khi lấy đi hoặc thêm vào một vài đơn vị cấu tạo (monome). 2.1.1.2 Nguồn gốc Vật liệu Polyme và phân loại. Vật liệu polyme có nguồn gốc tự nhiên (từ cây cỏ hoặc động vật) đã được loài người biết đến từ nhiều thế kỷ. Các vật liệu này bao gồm gỗ, bông, da, tơ lụa v.v... Đặc biệt trong thế kỷ 20, nhờ các công cụ khoa học, đã xác định được rằng các phân tử polyme được cấu tạo từ những phần tử hữu cơ nhỏ, nhờ đó tạo ra những cấu trúc đặc biệt của phân tử polyme. Kể cả sau chiến tranh thế giới II đã có một cuộc cách mạng trong lĩnh vực vật liệu với sự xuất hiện của vật liệu polyme tổng hợp ở qui mô công nghiệp. Các polyme tổng hợp có nhiều tính năng vượt trội so với sản phẩm tự nhiên, và trong nhiều trường hợp chúng có thể thay thế vật liệu truyền thống như bê tông, thép, gỗ. với tính chất tương đương và hiệu quả kinh tế cao hơn. Nhóm thứ nhất gồm những vật liệu polyme không có trong tự nhiên. Chúng được điều chế thông qua các phản ứng tổng hợp, ví dụ polyetylen, polyamit, polyester v.v... Đa số các chất dẻo đang sử dụng hiện nay là thuộc nhóm này. Nhóm thứ hai là vật liệu polyme tự nhiên nhưng có thể điều chế nhân tạo. Ví dụ của nhóm này là cao su tự nhiên và các cao su tổng hợp. Trong nhóm thứ ba, vật liệu gốc là polyme tự nhiên nhưng được biến tính hoá học tạo nên các vật liệu có tính chất khác hẳn ban đầu. Do đa số vật liệu polyme đang sử dụng thuộc nhóm polyme tổng hợp nên trong các phần tiếp theo sẽ chỉ xét đến vật liệu polyme tổng hợp mà không nhắc đến polyme tự nhiên. Sự phân loại vật liệu polyme được trình bày trong sơ đồ sau: 2.1.2 Vật liệu Compozit. 2.1.2.1 Khái niệm. Vật liệu Compozit là vật liệu được chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn vật liệu ban đầu. Vật liệu Compozit được cấu tạo từ các thành phần cốt (Pha gia cường) nhằm đảm bảo cho Compozit có được các đặc tính cơ học cần thiết và vật liệu nền (Pha liên tục) đảm bảo cho các thành phần của Compozit liên kết, làm việc hài hoà với nhau. Tính ưu việt của vật liệu Compozit là khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các kết cấu sản phẩm theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn, các thành phần cốt của Compozit có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật liệu nền luôn đảm bảo cho các thành phần liên kết hài hoà tạo nên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Một trong các ứng dụng có hiệu quả nhất đó là Compozit polyme, đây là vật liệu có nhiều tính ưu việt và có khả năng áp dụng rộng rãi, tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao, chịu môi trường, rễ lắp đặt, có độ bền riêng và các đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với môi trường ăn mòn hoá học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp. Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định dễ vận dụng các thủ pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất. 2.1.2.2 Phân loại Compozit. Vật liệu compozit được phân loại theo hình dạng và theo bản chất của vật liệu thành phần. 1 - Phân loại theo hình dạng a. Vật liệu compozit độn dạng sợi: Khi vật liệu tăng cường có dạng sợi, ta gọi đó là compozit độn dạng sợi, chất độn dạng sợi gia cường tăng cơ lý tính cho polyme nền. b. Vật liệu compozit độn dạng hạt : Khi vật liệu tăng cường có dạng hạt, các tiểu phân hạt độn phân tán vào polyme nền. Hạt khác sợi ở chỗ nó không có kích thước ưu tiên. 2 - Phân loại theo bản chất, thành phần • Compozit nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt có dạng. • Compozit nền kim loại: nền kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al,…) • Compozit nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng. 2.2 Các phương pháp gia công vật liệu Polyme. 2.2.1 Phương pháp Đùn. Phương pháp đùn là phương pháp chủ yếu gia công nhựa nhiệt dẻo. Nguyên liệu đầu vào là các loại nhựa thô và các chất phụ gia, chất độn. Nguyên liệu được trộn đều bằng trục đùn có rãnh xoắn, tại thân thiết bị nguyên liệu được gia nhiệt, và đẩy qua cửa đùn. Cửa đùn có hình dạng là hình dạng của sản phẩm. Sản phẩm của phương pháp này có hình dạng là các thanh, ống... 2.2.2 Phương pháp Đúc - Phun. Phương pháp này thực hiện gia công đối với nhựa. Gia công các chi tiết phức tạp, sau khi đùn được phun vào khuôn. Phương pháp này gia công được cái chi tiết có thành mỏng, hình dạng phức tạp, ứng dụng trong nhiều ngành khác nhau... 2.2.3 Phương pháp Cán. Phương pháp này sử dụng để gia công nhựa nhiệt rắn, hoặc nhựa nhiệt dẻo, hoặc compozit. Nguyên liệu được trộn đều sau đó được cán qua các con lăn hìn trụ đặt song song với nhau và quay cùng chiều. Có thể chỉnh khoảng cách giữa hai con lăn để thu được độ dày khác nhau của sản phẩm. Sản phẩm thu được có dạng tấm. 2.2.4 Phương pháp Đùn - Thổi. Phương pháp này sử dụng gia công nhựa nhiệt dẻo.Nguyên liệu được trộn đều và sau đó được đùn ra khỏi vòi đùn vào trong lòng khuôn, tiếp theo nguyên liệu được thổi bằng dòng khí với áp suất cao vào trong lòng khuôn, ép nguyên liệu điền đầy vào lòng khuôn. Sản phẩm thường có lõi hình trụ, có dạng trụ. 2.2.5 Phương pháp Phun - Thổi. Tương tự như phương pháp Đùn - Thổi, sản phẩm thường là dạng chai, lọ, bình... 2.2.6 Phương pháp Đúc - Quay. Phương pháp này dùng gia công nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn. Nguyên liệu thô, chất độn, phụ gia... được đưa vào lòng khuôn. Hai nửa khuôn được đóng kín lại, nguyên liệu chứa bên trong. Nguyên liệu được gia nhiệt thông qua hai nửa khuôn, đồng thời khuôn được quay liên tục theo nhiều phương khác nhau, nhằm mục đích nguyên liệu điền đầy khuôn theo tác dụng của lực quán tính. Đặc điểm của phương pháp này là chế tạo được sản phẩm có kích thước lớn và có hình dáng phức tạp. 2.2.7 Phương pháp lăn ép bằng tay. Phương pháp này dùng để gia công vật liệu Compozit. Đặc điểm của phương pháp là dụng cụ đơn giản, thao tác hoàn toàn bằng tay. Có thể làm được các sản phẩm có hình dạng lớn, phức tạp. Phương pháp đảm bảo cơ tính cao cho sản phẩm làm ra. Nhược điểm của phương pháp là thời gian sản xuất lâu, chỉ làm theo số lượng nhỏ. 2.3 Các phương pháp xác định tính chất Vật liệu Polyme - Compozit 2.3.1 Đánh giá tính chất của Vật liệu Polyme thông qua nhiệt độ hóa thủy tinh. Chúng ta sẽ khảo sát vật liệu Polyme bằng nhiết độ hóa thủy tinh. Nhiệt độ này là nhiệt độ mà vật liệu Polyme bị biến tính, hay nói cách khác là nó không còn giữ được sự ổn định về trạng thái, cấu trúc, và các tính chất ban đầu của nó. Dựa vào ngưỡng nhiệt độ hóa thủy tinh, về cơ bản ta xác định được đó là vật liệu nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn... Từ đó ra khoanh vùng được phạm vi sử dụng của vật liệu, bên cạnh đó ta có thể tiến hành các xác định tính chất khác của vật liệu một cách linh hoạt và chính xác. 2.3.2 Đánh giá cơ tính của Vật liệu Polyme - Compozit. Đánh giá cơ tính của Vật liệu Polyme - Compzozit thông qua các phép đo và tính toán trên các thông số về độ bền kéo, độ bền nén, độ bền mỏi, độ bền dão, độ bền va chạm động... Qua các thông số trên ta đánh giá được cơ tính của vật liệu, xem xét được kết quả của quá trình nghiên cứu và sản xuất vật liệu. Bên cạnh đó, chúng ta có thể biết được phạm vị ứng dụng của vật liệu trong đời sống. Từ đó ta cũng phân loại được các loại vật liệu Polyme - Compozit khác nhau, bằng cách so sánh các chỉ số đặc trưng về cơ tính. Ứng với độ bền kéo, ta có thể chia ra làm ba loại vật liệu: vật liệu cứng - ròn, vật liệu dẻo, vật liệu mềm. Xác định chúng bằng cách thông qua đồ thị liên hệ giữa lực kéo và độ biến dạng dài của mẫu vật liệu khi chịu tác dụng của lực kéo. Ứng với độ bền nén, ta chia ra làm hai loại vật liệu: vật liệu có modul cao, vật liệu có modul thấp. Modul = Ứng suất / Độ biến dạng. Dựa vào đồ thị liên hệ giữa lực nén và độ biến dạng ta có thể xác định được modul bằng tanα ( với α là góc tạo bởi tiếp tuyến của đồ thị và trục hoành). Vật liệu có modul cao là vật liệu cứng - ròn. Ngược lại, vật liệu có modul thấp là vật liệu dẻo. Tại Trung tâm NCVL Polyme có các máy móc, thiết bị hỗ trợ nghiên cứu cơ tính của vật liệu Polyme - Compozit rất hiện đại và có độ chính xác cao. Việc sử dụng các máy, thiết bị hỗ trợ này, việc xác định cơ tính của vật liệu rất dễ dàng và nhanh chóng. Một số máy - thiết bị xác định cơ tính của vật liêu Polyme - Compozit: Thiết bị đo giá trị ma sát động của vật liệu Thiết bị đo độ va chạm động của vật liệu Thiết bị đo vạn năng ( kéo, nén, uốn...) 2.4 Phương pháp xác định cấu trúc của vật liệu Polyme - Compozit. Phương pháp xác đinh cấu trúc của Vật liệu Polyme - Compozit có thể dựa trên thông qua xác định bằng kính hiển vi điện tử hoặc bằng cách sửa dụng tia hồng ngoại để phân tích và đánh giá chất lượng. Chúng ta sử dụng kính hiển vi điện tử để xác định cấu trúc vi mô bên trong vật liệu, xác định sự ổn định của cấu trúc và sự đồng đều của các pha trong vật liệu. Sử dụng tia hồng ngoại nhằm đánh giá tính chất bề mặt của vật liệu, và dự đoán sự phá vỡ bề mặt của vật liệu. Một số thiết bị hỗ trợ xác đinh cấu trúc vật liệu: Kính hiển vi điện tử dùng xác định cấu trúc vi mô Thiết bị sử dụng tia hồng ngoại 2.5 Một số hình ảnh về các máy - thiết bị gia công vật liệu Polyme - Compozit đang trang bị tại Trung Tâm NCVL POLYME. Máy lăn ép gia công vật liệu cao su Máy ép thủy lực, dùng gia công vật liệu Compozit Súng phun nhựa trong quá trình đúc nhựa nhiệt dẻo Máy phun thổi công suất lớn. III. Kết Luận Qua quá trình thực tập tại Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polyme, em đã củng cố được rất nhiều kiến thức về vật liệu Polyme - Compozit. Đặc biệt được tìm hiểu và nắm bắt được các phương pháp gia công vật liệu Polyme - Compozit. Các kiến thức và kinh nghiệm được đúc kết trong quá trình thực tập này sẽ góp phần vào hành trang kiến thức giúp em học tập tốt hơn các môn học trong thời gian tới, và đặc biệt trang bị cho em kiến thức để sau này phục vụ tốt cho công việc trong tương lai. Với các hệ thống máy - thiết bị đang được trang bị trong trung tâm, em đã được học, nghiên cứu, và nắm bắt được cơ bản quá trình vận hành và sản xuất của chúng, điều này sẽ giúp em rất nhiều trong công việc sau này. Mặc dù đợt thực tập diễn ra rất ngắn, nhưng với sự hướng dẫn tận tình của thầy cô trong trung tâm, em đã học hỏi và nắm bắt được rất nhiều kiến thức có ích.