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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU POLYMER LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC KHẢO SÁT CƠ LÝ TÍNH CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE NHỰA UREA – FORMALDEHYDE VÀ SỢI SISAL GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH SVTH : TRƯƠNG THỊ ANH NGÂN MSSV : V0601568 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2011 Đại Học Quốc Gia Tp.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc --------------- ------------------------ Số: /BKĐT KHOA: Công Nghệ Vật Liệu NHIỆM VỤ LÀM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN: HỌ VÀ TÊN: Trương Thị Anh Ngân MSSV: V0601568. NGÀNH: Polymer Lớp: VL06PO. 1. Đầu đề luận văn: Khảo sát cơ lý tính của vật liệu composite nhựa urea – formaldehyde và sợi sisal. 2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): 3. Ngày giao luận văn: 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 5. Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn: 1/ 2/ 3/ Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua bộ môn Ngày tháng năm 2010 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ): Ngày bảo vệ: Đơn vị: Nơi lưu trữ luận văn: Điểm tổng kết: TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -------------------- --------------------- PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN (Dành cho người hướng dẫn/phản biện) 1. Họ và tên sinh viên:………………………………………………………………. MSSV:……………………Ngành (chuyên ngành):……………………………… 2. Đề tài:……………………………………………………………………………... 3. Họ và tên người hướng dẫn/phản biện:…………………………………………… 4. Tổng quát về bản thuyết trình:……………………………………………………. - Số trang : ………………. Số chương : …………… - Số bảng số liệu : ………………. Số hình vẽ : …………… - Số tài liệu tham khảo : ………………. Phần mềm tính toán : …………… - Hiện vật (sản phẩm) : ………………. 5. Tổng quát về các bản vẽ: - Số bản vẽ: bản A1: bản A2: khổ khác: - Số bản vẽ tay: Số bản vẽ trên máy tính: 6. Những ưu điểm chính của LVTN: ………………………………………………. …………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………….. 7. Những thiếu sót chính của LVTN: ………………………………………………. …………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………….. 8. Đề nghị: Được bảo vệ: Bổ sung thêm để bảo vệ: Không được bảo vệ: 9. Câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng (CBPB ra ít nhất 02 câu): a/ ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. b/ ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. c/ ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, trung bình): Điểm:………./10. Ngày tháng năm 2011. Ký tên (ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN  ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Tp.HCM, ngày tháng năm Giảng viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN  ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Tp.HCM, ngày tháng năm Giảng viên phản biện Luận Văn Tốt Nghiệp Lời Cảm Ơn GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH trang i LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp là cơ sở để chúng em tổng hợp và vận dụng những kiến thức đã được học trong suốt thời gian qua và là bước chuẩn bị quan trọng cho quá trình nghiên cứu khoa học sau này. Chúng em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy NGUYỄN ĐẮC THÀNH, người trực tiếp hướng dẫn em luận văn này, đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho em từ lúc bắt đầu cho đến khi hoàn thành luận văn. Chúng em cũng gửi lời cám ơn đến các thầy cô đã dạy dỗ, chỉ bảo trong suốt bốn năm học vừa qua, giúp chúng em có được kiến thức cần thiết cho quá trình thực hiện luận văn và công việc sau này. Chúng con xin cảm ơn gia đình đã động viên và giúp đỡ chúng con trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Cảm ơn các bạn lớp VL06PO đã gắn bó cùng chúng tôi trong suốt bốn năm học vừa qua. Trong quá trình thực hiện luận văn, chúng em khó tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thầy cô cùng các bạn thông cảm và đóng góp ý kiến. Chúc các thầy cô và các bạn mạnh khỏe, hạnh phúc và thành công. Sinh viên TRƯƠNG THỊ ANH NGÂN Luận Văn Tốt Nghiệp Mục Lục GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH trang ii 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 Luận Văn Tốt Nghiệp Mục Lục GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH trang ii 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 Luận Văn Tốt Nghiệp Mục Lục GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH trang ii 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 Luận Văn Tốt Nghiệp Mục Lục GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH trang ii 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 Luận Văn Tốt Nghiệp Danh Sách Bảng Biểu GVHD: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH trang iii DANH SÁCH BẢNG BIỂU Tên bảng Trang Bảng 1.1: Thị phần toàn cầu của vật liệu composite ......................................................... 2 Bảng 3.1: Thông số cơ bản của nhựa UF........................................................................ 22 Bảng 4.1: Thành phần hóa học của một số loại sợi thiên nhiên ...................................... 27 Bảng 4.2: Mức độ hòa tan trong nước của vật liệu cellulose và dẫn xuất của nó............. 31 Bảng 4.3: Tính chất của sợi tự nhiên và sợi tổng hợp ..................................................... 39 Bảng 5.1: Thành phần cấu tạo của sợi sisal .................................................................... 44 Bảng 6.1: Khối lượng nhựa sợi cần ép ........................................................................... 55 Bảng 6.2: Kích thước của mẫu quả tạ ............................................................................. 57 Bảng 6.3: Kích thước của mẫu thanh uốn ....................................................................... 57 Bảng 6.4: Các yếu tố khảo sát ........................................................................................ 60 B