B ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2
•

•

•

•

•

•

•

TRẰN THỊ LOAN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ« CHÉ TẠO
•
VẬT
LIỆU
AG - 4V TRÊN CÓT SỢI
THỦY TINH
•
•
•

LUẬN
VĂN THẠC
s ĩ KHOA HỌC

LIỆU
AG - 4V TRÊN CỐT SỢI
THỦY TINH
•
•
•
Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã só: 60 44 01 04

LUẬN
VĂN THẠC
s ĩ KHOA HỌC
VẬT
CHẤT
•
•
•
•

Nguòi huÓTig dẫn khoa học:
TS. Bùi Xuân Chiến

HÀ NỘI, 2015


LO’I CAM ON
Diu tien cho phep toi dugc gui loti cam cm chan thanh va sau sac toti
TS. Bui Xuan Chien, thiy la nguoti da true tiep huomg din khoa hoc, chi bao
tan tinh va tao dieu kien tot nhit giup toi trong suot qua trinh nghien cuu va
thuc hien luan van.

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài..........................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu...................................................................................1
3. Nhiệm vụ nghiên cứu................................................................................. 2
4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu................................................................. 2
5. Phương pháp nghiên cứ u........................................................................... 2
6. Cấu trúc khóa luận..................................................................................... 2
Chương 1. TỒNG QUAN................................................................................. 3
1.1. Nghiên cứu về nguyên liệu tạo phôi ban đầu cho vật liệu AG - 4V...... 3
1.2. Nghiên cứu công nghệ tạo phôi vật liệu ép AG - 4 V ............................. 7
1.2.1. Sợi thủy tinh...................................................................................... 7
1.2.2. Nhựa epoxy....................................................................................... 8
1.2.2.1. Nguyên liệu ban đầu.............................................................. 10
1.2.2.2. Cấc loại nhựa epoxy.............................................................. 10
1.22.3. Một sổ thông sổ của nhựa epoxy.............................................16
1.2.2.4. Tính chất của nhựa epoxy.......................................................17
1.2.3. Phenolíòmanđehit........................................................................... 20
1.2.4. Chất hoá rắn.................................................................................... 20
1.2.4.1. Anhydride............................................................................... 20
1.2.4.2. Am in....................................................................................... 23
1.2.5. Chất xúc tác đồng trùng hợp........................................................... 25


1.2.6. Chất gia tốc cho hệ chất hoá rắn..................................................... 26
1.2.7. Chất pha loãng................................................................................ 27
1.3. Các phương pháp chế tạo vật liệu AG-4V............................................ 30
1.3.1. Gia công dưới áp suất..................................................................... 30
1.3.2. Gia công áp suất thường................................................................. 31
1.4. ứng dụng vật liệu AG - 4V................................................................... 31



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Phôi nhựa AG - 4V sau khi phối trộn................................................5
Hình 1.2. Sơ đồ sản xuất sợi thủy tinh liên tục bằng phương pháp
khuôn kéo.......................................................................................... 8
Hình 2.1. Sơ đồ các bước sản xuất vật liệu ép AG -4V...................................32
Hình 2.2. Vật liệu AG - 4V được cắt nhỏ, trộn đều trước khi cho vào khuôn.... 33
Hình 2.3. Khuôn é p ......................................................................................... 34
Hình 2.4. Máy ép............................................................................................. 34
Hình 2.5. Thiết bị đo độ bền nén MTS 809 Axial/Torsional Test System....35
Hình 2.6. Thiết bị đo độ cứng shore Insize......................................................36
Hình 2.7. Thiết bị Labsys TG/DSC của hãng SETARAM, CH Pháp........... 36
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ cứng của vật liệu...........................43
Hình 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ bền nén của vật liệu.......................44
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến độ cứng của vật liệu.........................45
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến độ bền nén của vật liệu.....................46
Hình 3.5. Ảnh hưởng của lực ép đến độ cứng của vật liệu..............................47
Hình 3.6. Ảnh hưởng của lực ép đến độ bền của vật liệu................................48


1

MỞ ĐẦU
1. Lí do chon đề tài
Vật liệu AG - 4V dẻo là hợp chất polime, có cốt bằng sợi thủy tinh.
Việc sử dụng sợi thủy tinh làm cốt trong vật liệu AG - 4V tạo cho chúng có
độ bền cơ học cao, tính chất cách điện tốt, chịu nước tốt. Những đặc tính này
được xác định bởi thành phần hóa học của thủy tinh, đường kính sợi và công

- Vật liệu AG-4V cốt sợi thủy tinh.
- Công nghệ ép nóng.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Thực nghiệm: công nghệ ép nóng.
- Đo cơ lý tính của mẫu chế tạo.
- Nghiên cứu các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến cơ lý tính của vật liệu.
6. Cấu trúc khóa luân
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn được trình
bày trong 3 chương:
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Thực nghiệm
Chương 3. Kết quả và thảo luận


3

Chương 1. TỔNG QUAN

1.1. Nghiên cứu về nguyên liệu tạo phôi ban đầu cho vật liệu AG - 4V
Vật liệu AG - 4V là hợp chất polime, có cốt bằng sợi thủy tinh. Sợi
thủy tinh được sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu composite polyme. Ưu
điểm của sợi thủy tinh là nhẹ, chịu nhiệt, ổn định với các tác động hóa sinh,
độ bền cơ lý cao, độ dẫn nhiệt thấp. Sợi thủy tinh được kéo ra từ các loại thủy
tinh kéo sợi được (thủy tinh dệt) có đường kính nhỏ cỡ vài chục mico mét.
Khi đó các sợi này sẽ mất nhược điểm của thủy tinh khối như: giòn, dễ nứt
gẫy và trở nên có nhiều ưu điểm cơ học hơn. Thành phần của thủy tinh dệt có
thể chứa thêm những khoáng chất như: silic, nhôm, magie, ... tạo ra các loại
sợi thủy tinh có khác nhau như: sợi thủy tinh E (dẫn điện tốt), sợi thủy tinh D
(cách điện tốt), sợi thủy tinh A (hàm lượng kiềm cao), sợi thủy tinh c (độ bền
hóa cao), sợi thủy tinh R và sợi thủy tinh s (độ bền cơ học cao).

người ta chia ra các nhóm thủy tinh dẻo sau:
1) Textolit thủy tinh;
2) Thủy tinh sợi (composite đúc hoặc ép);
3) Thủy tinh dẻo định hướng;
4) Thủy tinh dẻo tạo hình trên nền sợi thủy tinh được cắt sơ bộ hoặc
cuộn xơ.
Textolit thủy tinh (chất độn - vải thủy tinh) được dùng để chế tạo vật
liệu tấm và những sản phẩm kích thước khối lớn khác nhau có hình dạng
phức tạp.
Sản phẩm textolit thủy tinh kích thước khối lớn có hình dạng phức tạp
phụ thuộc vào loại chất liên kết và số lượng sản phẩm được sản xuất theo các
phương pháp sau:


5

a) Tạo hình ở áp suất tiếp xúc [trong trường hợp chế tạo sản phẩm có
kích thước lớn và tải nhỏ với số lượng không lớn].
b) Tạo hình chân không [trong trường hợp sản xuất dây chuyền nhỏ].
Áp suất cần để ép sản phẩm khoảng 0,5 - 0,8 kg/cm2.
c) Phương pháp nồi hấp và phương pháp buồng ép [trong sản xuất dây
chuyền lớn]. Trong trường hợp thứ nhất áp suất tầm 5 - 25kg/cm2, trong
trường hợp thứ hai 1,5 - 5kg/cm2.
Textolit thủy tinh (chất độn - sợi thủy tinh chặt nhỏ, bó dây). Trong
thành phần của composite đúc và ép, ngoài các chất độn kể trên, có thể đưa
vào các sản phẩm dạng bột, thuốc nhuộm hoặc bột màu. Các composite đúc
trên nền chất liên kết polieste được chuẩn bị bằng cách trộn lẫn các thành
phần vật liệu, còn trong trường hợp dùng chất liên kết là fenol-fomandehit và
biến thể của fenol-fomandehit có chứa thêm dung môi trơ thì trộn lẫn các
thành phần, làm tơi sợi thủy tỉnh đã được tẩm và sấy khô chứng. Sản phẩm từ


Tính chất cơ tính

•

AG-4V

AG-4V -10(đường
kính sợi 10 |L im )

AG-4C

2,5-5,5

2,5-5,5

2-5

36-40

36-40

28-32

Lực uôn khi phá hủy,MPa

168

127




7

Bên điện khi tân sô 50 Hz,
kv/nun, không nhỏ hơn
Độ thẩm điện môi khi tần
số 106 Hz, không lớn hơn
Điện trở riêng theo thê tich
(Q.m), không nhỏ hơn
Điện trở riêng theo bê mặt
(Q),không nhỏ hơn

14

15

16

0,04

0,04

0,04

1010

1010

1010

hình 1.2.


8

Hình 1.2. Sơ đồ sản xuất sợi thủy tinh liên tục bằng phương pháp
khuôn kéo[2].
1-

Bình trữ liệu; 2- Bình platin-rodi; 3- Khuôn kéo;4- Thiết bị bôi trơn;

5- Cuộn dây tháo được
Trong bình trữ liệu chứa các hạt bi thủy tinh đã được lựa chọn, tự động
đưa vào bình platin-rodi 2 của lò điện, trong đó chủng bị nóng chảy. Thủy
tỉnh lỏng chảy ra từ khuôn kéo 3 của bình nấu thủy tinh cố dạng sợi, được kéo
giãn với vận tốc lớn (300Qm/c hoặc lớn hơn) nhờ máy quấn. Sợi thủy tinh
nhận được có đường kính 3-12|nm.
1.2,2. Nhựa epoxy
Các loại nhựa thường dùng trong composỉte là các loại nhựa biến dạng
được và tương thích với sợi. Ngoài ra nhựa phải có độ nhớt phù hợp có khả
năng thấm ướt sợi tốt, thích hợp vái công nghệ để cho vật liệu composite có
các đặc trưng cơ lý, hoá cao.


9

Có hai loại polyme: Polyme nhiệt dẻo và polyme nhiệt rắn. Trong công
nghiệp chế tạo vật liệu composite chủ yếu sử dụng composite nhiệt rắn. Các
loại nhựa nhiệt rắn chính thường được sử dụng là:
- Nhựa polyeste không no.

Tnc = 155 - 157°c, không tan ừong nước, tan dễ trong rượu và kiềm
CỊỈ
I3

( 1 .1 )
c

Epiclohydrin là chất lỏng không màu, có mùi mạnh, rất độc,
Tnc = - 57,2°c ; Ts= 117 - 118°c, p = 1,175 - l,185g/cm3
Dùng xúc tác NaOH dưới dạng rắn hoặc dung dịch bão hoà để tạo nhựa
1.2.2.2. Các loại nhựa epoxy

Nhựa epoxy có nhiều loại, từ 2 chức đến đa chức. Nhựa epoxy 2 chức
là nhựa đi từ bisphenol A. Novolac epoxy hoá trên cơ sở phản ứng của
epiclohdrin với nhựa phenolic (novolac) tạo thành nhựa có nhiều nhóm
epoxy, từ 2 đến 5 nhóm mỗi phân tử. Các nhựa epoxy đa chức khi đóng rắn
tạo liên kết ngang dày đặc, đều dặn làm tăng tính chịu nhiệt và độ bền hoá
chất hơn so với nhựa 2 chức. Nhiệt độ Tg của novolac epoxy cũng cao hơn Tg
của nhựa epoxy bisphenol A.
v ề mặt hoá học các phân tử được phân loại bởi nhóm chức trong nó. Vì
vậy, một phân tử chứa nhóm epoxy là một phần của cấu trúc của nó được gọi
là epoxy mà không chú ý đến các đặc điểm còn lại của phân tử. Các phân tử
loại khác được thêm vào để tạo thành hệ nhựa nhiệt rắn, tức là phải qua một
phản ứng hoá học để hoá rắn thành dạng cứng.
Nhóm chức epoxy có công thức cấu tạo như sau:

(1.2)


11

Ghi chú
Có thể kết tinh khi lưu trữ
D322 của (Dow).
Chứa một số phân tử cao để chống kết

180-188

6500-9500

tinh như: DER 330
Epi-Rez 510 (Hi-Tek Polymers), DER 331
(Dow), and GY 6010 (Ciba).
Chứa một số phân tử cao để chống kết

185-200

10 000-19 000

tinh như: DER 330
Epi-Rez 510 (Hi-Tek Polymers), DER 331
(Dow), and GY 6010 (Ciba).

450-550

Điểm nổng

n ~ 2, thường được dùng trong các

chảy 65-76°C


- ch 2- c h - c h 2

o

/° \

/° \

o-C H 2“ CH-CH2

0

Oh

Đ

CH2 '{ 0

’ CH2 -C H -C H 2

(1.5)

v

7

Bảng 1 3 . £>ợ n/ỉớí cấc n/ỉớm £pơxy [3].
Đương lượng nhổm

Độ nhớt ở 52°c cps

O -R
ch 3

CHí

2

o - c, h 2 -_c hA- c h
ch 3

2

ch3

(1.6)


13

Bảng 1.4. Điểm nống chảy của các nhóm epoxy [5],
Đương lượng

Đỉểm nóng chảy

Ghi chú

nhổm epoxy
200

35°c

/

(1.7)

Đương lượng nhóm epoxy 117-133, độ nhớt ở 25°c (10 000-15 000
pcs), sử dựng làm prepreg như: MY 720 (Ciba).
TrigiyddyL p-ãtĩUftôph#riỡ]
Ọ—

_ CH/ 0—> CH2
—

( 1 .8 )

o
/ G —> CH _— CH,- KV CH2 -_ c/h°- \ c h 2
CH,
Đương lượng epoxy 95-107, độ nhớt ở 25°c (10 000-15 OOOpcs), sử
dụng làm prepreg như: MY 0510(Ciba).


14

Diethylenetriamine ÍDETA)
h 2n

-

c h 2—c h 2—n h



N il \

a i 2 -C I I 2 - n h 2

(1.12)

Đương lượng hydro amine 26-27 độ nhớt ở 25°c (55pcs), của hãng
Dow DEH 26.
Aliphatic polyether triamine (APTA)
H2C - f - O - CH2- CH—(CH3)

NH2

r

c h 3 - c h 2-

c - c h 2 - Ị - 0 - c h 2- CH - (CH3)

I
H2C - f - o - CH2- CH - (CH3) 4

tn

ì

v
h2


3,3' -Diaminodiphenylsulíòne

o
(1.17)

Đương lượng hyđro amine 62, điểm nóng chảy 174- 178°c của hãng
Ciba là HT 9720.


16

40% MPDA-60% MDA

H2N

Đương lượng hydro amine 38, độ nhớt 1500 cps của hãng UniRoyal đó
là Tonox 60-40.
DicyaĩidiáníliđẾ ÍDICY)

( 1.20)
l i 2N —c = N — c = N

Đương lượng hydro amine 28, điểm nóng chày 207- 209°c của hãng
Cytec Ind.
1.2.2.3. Một số thông số của nhựa epoxy [8]
* Hàm lượng nhổm epoxy (HLE):
Hàm lượng nhóm epoxy (HLE): là số % nhóm epoxy có trong
lOOg nhựa
E= (a ~ b),k,0,043100%
g

- Epoxy có độ co ngót nhỏ
- Trong phân tử có hai loại mối nối -C-C, -C-O-C, ngoài ra còn chứa
nhóm phân cực -OH, nhóm hoạt động epoxy nên nhựa epoxy có khả năng
bám dính tốt với vật liệu có cực, dễ dàng tham gia phản ứng tạo các liên kết
ngang với các chất đóng rắn, có độ bền cơ học cao sau khi đóng rắn.
- Các nhóm chức phân bố đều và thưa nên sau khi đóng rắn vẫn bảo tồn
tính co dãn.
- Tỷ lệ giữa nồng độ nhóm epoxy và chất đóng rắn rất quan trọng đối
với tính chất của sản phẩm cuối. Nếu tổng số nhóm hoạt động của epoxy cao
hơn hoặc thấp hơn số nhóm hoạt động của chất đóng rắn thì chỉ nhận được
một nhựa nhiệt dẻo có tính chất cơ học thấp. Do đó số lượng nhóm epoxy và
nhóm hoạt động của chất đóng rắn phải cân bằng và được tính toán cẩn thận,
sai số không quá 10%.
Epoxy đã đóng rắn cứng và dòn nhưng bản chất của polyme nằm giữa
các nhóm epoxy lại có ảnh hưởng lớn tới tính chất của nhựa epoxy. Nếu là
các polyme thơm mạch ngắn, nhựa có dạng lỏng nhớt hoặc dạng rắn nóng
chảy. Nhựa loại này dễ dàng phủ lên chất tăng cường hoặc trộn với bột phụ