Tailieu.vncty.com kt hh-hc_7785

TS. OÀN TH THU LOAN
Khoa Hoá-Trư ng

i H c Bách Khoa à N ng

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com

HOÁ
CƠ
K THU T HOÁ H C H U C

☛ K THU T SƠN
☛ K THU T V T LI U COMPOZIT
☛ K THU T S N XU T B T VÀ GI Y


N I DUNG:

K

THU T SƠN


PH N I:

1.1. L ch s phát tri n
-S d ng h n h p nh a cây, sáp ong, lòng tr ng tr ng,…và b t màu có s n trong thiên
nhiên
-Sau công nguyên, d u th c v t ư c dùng làm sơn d u
-M y ch c năm g n ây, sơn t ng h p ra

i và ngày càng a d ng, phong phú

1.2. Khái ni m sơn/l p ph (paint/surface coating):
Khái ni m: Sơn là m t h phân tán, g m nhi u thành ph n như: ch t t o màng, b t
màu, ph gia,…trong môi trư ng phân tán. Sau khi ph lên b m t v t li u n n, nó t o
thành l p màng

u

n, bám ch c, có tác d ng trang trí và b o v b m t v t li u n n.


Chương 1: Gi i thi u chung

-B o v b m t v t li u n n
-Trang trí
-Cung c p thông tin, d u hi u
-…


*M c ích dùng sơn:

*Pha liên t c (Ch t mang-Vehicle):
a. Ch t t o màng (binder, film fomer)
+G m nh a thiên nhiên, nh a t ng h p, d u th o m c,…
+T o màng liên t c, b o v b m t v t li u n n.
+Thành ph n thay

i tuỳ thu c vào m c ích s d ng

b. Dung môi ho c ch t pha loãng:
+Hoà tan ho c phân tán ch t t o màng
+D bay hơi, bay hơi d n h t trong quá trình t o thành màng sơn
+Không dùng trong sơn b t và h trùng h p 100%


1.3. Các thành ph n c a sơn:

c. Ph gia
+Lư ng dùng nh , nhưng có nh hư ng l n
d. B t màu
+Cung c p màu,

c, hi u ng quang h c,…

+Thư ng ư c dùng v i m c ích trang trí
+Trong sơn lót co tác d ng ch ng ăn mòn
+Không dùng trong vecni, sơn bóng
e.

n
+ ư c dùng v i nhi u m c ích: gi m giá thành s n ph m,cùng

v i b t màu t o

c cho b m t sơn,..


*Pha gián o n


n tính ch t c a s n ph m
nh hư ng c a các thành ph n chính

Phân lo i ch t t o màng theo kh i lư ng phân t


1.4. Ch t t o màng


i v i các h polymer tiêu bi u
Các phương pháp t o màng

2.1 Ch t t o màng
* Natural polymers (Các polyme thiên nhiên)
-G m d u thiên nhiên, nh a thông, gum,…
-Các d n xu t c a xenlulo:
-Axetat xenlulo
-Butyrat xenlulo
-Nitro xenlulo
-…

Xenlulo

Nitroxenlulo


Chương 2: Các thành ph n c a sơn

- óng vai trò quan tr ng trong l p ph b m t do tính s n có, a d ng và phong phú
-Là este c a glycerin v i axit béo (no, không no), ươc g i là triglycerit, ngoài ra có
ch a thêm m t lư ng ít ch t không béo

R1
R2
R3

C u trúc

c trưng c a d u


*D u th c v t


C u trúc m t s axit béo không no tiêu bi u


Thành ph n c a m t s lo i d u thư ng ư c dùng trong sơn

-Chi m kho ng 0,1-1% tr ng lư ng d u
-G m sáp, photphatit, ch t màu,…
+Sáp: là este c a axit béo v i rư u cao phân t . VD: rư u Xerilic C26H53OH


*Thành ph n không béo:

+Photphatit: là este c a glycerin, ngoài g c axit béo còn có g c octophotphoric
CH2 OCO R1

CH2 OCO R1

CH OCO R2
OH
CH2 O P
OCH2CH2-N (CH3)3
O
OH

CH OCO R2
OCH2CH2-NH2
CH2 O P
OH
O

Lexitin

Kephalin

-D a theo kh năng khô (oxi hoá và khâu m ch) c a d u
-Ch s iod CI~ 130 ÷ 200
-Ch a nhi u axit béo không no có 2,3 n i ôi
-Khô nhanh
-Có th dùng m t mình ho c ph i tr n v i nh a trong quá trính gia
nhi t t o màng
-VD: d u tr u, d u lanh ch a trên 60% axit linoleic và linolenic

Khô:

-CI~ 95 ÷ 130
-Khô ch m hơn, d nóng ch y, d hoà tan
-Ít khi s d ng m t mình, thư ng k t h p v i d u khô, ho c bi n
tính v i nh a
-VD: d u u nành ch a trên 50% axit linoleic
Bán khô:

D u

Không khô:
-CI < 95
-Không dùng s n xu t sơn ư c, thư ng dùng làm ch t hoá d o
-VD: d u d a chi m 90% axit lauric no, ch 10% axit không no


* Phân lo i d u th o m c


Nh a Alkyd

-Tăng cư ng tính ch t cơ h c
-Tăng t c
-Tăng

khô
b n lâu

G y: hàm lư ng d u dư i 40%

Alkyd

Trung bình: hàm lư ng d u 40-60%

Béo: hàm lư ng d u trên 60%


-S k t h p d u ho c axit béo t d u vào c u trúc nh a UPE nh m:

*Dung môi
-Là nh ng ch t l ng (h u cơ th p phân t ) d bay hơi có kh năng hoà tan ch t
t o màng và bay hơi d n h t trong quá trình t o thành màng sơn
Hydrocacbon: béo và thơm
Dung môi
Ete, keton, este, alcol,…
Hydrocacbon clo hoá, nitro parafin
+M c ích s d ng: làm gi m

nh t c a sơn, t o d dàng cho quá trình gia công


2.2. Dung môi, ch t pha loãng

-Kh năng hoà tan
+Nh ng ch t có

phân c c tương t nhau d hoà tan vào nhau

VD: axetat Xenlulo (este) có dung môi là các este ho c xeton như axeton
-Nhi t

sôi: nh hư ng

nt c

+Quá cao hay quá th p

bay hơi
u không phù h p:

•Quá cao

Ch m khô

•Quá th p

Khô quá nhanh, không th quét b ng ch i, quá trình khô

không hoàn toàn


*Yêu c u ch n l a dung môi:

bay hơi c a dung môi nh hư ng l n

n s ch y c a l p màng sơn

-Dùng h n h p dung môi:
+

nh t tăng nhanh nh dung môi bay hơi nhanh

+Quá trình ch y cũng ư c i u ch nh nh dung môi bay hơi ch m hơn

*S

bay hơi c a dung môi t

màng sơn

-Quá trình bay hơi qua 2 giai o n:
+G

1 s bay hơi c a dung môi x y ra trong s ph thu c áp su t hơi c a

dung môi và không b
+G
màng s
dung môi)

nh hư ng b i s có m t c a polyme hoà tan

2: Khi màng polyme ã ư c hình thành, dung môi còn lưu l i trong

ư c thoát d n d n ra nh quá trình khuy ch tán (Khi còn kho ng 20%


-T c

-Dung môi ư c dùng ph i trơ hoá h c
-S tương tác c a các nhóm ch c c a dung môi v i ch t t o màng
-Ph i trơ v i môi trư ng

*Tính

h n ch hút m c a màng

ch i

-H u h t các dung môi h u cơ
- nh hư ng tr c ti p

u

ch i

n s c kho , nh hư ng

n t ng khí quy n

-Lư ng dùng dung môi ph i trong gi i h n cho phép
-Khuynh hư ng thay th dung môi h u cơ b ng nư c (sơn nư c), sơn b t, h sơn
trùng h p 100%


*Tính trơ hoá h c c a dung môi

-R , d ki m
-Lư ng dung môi dung khá nhi u nên nh hư ng nhi u
-Có th d ng thêm ch t pha loãng

n gía thành sơn

h giá thành

+Ch t pha loãng: ch hoà tan ư c ch t t o màng khi có m t c a dung môi
+L a ch n cùng v i lo i dung môi và t l dung môi cho phù h p
+Thư ng bay hơi nhanh hơn dung môi


*Giá thành

-Là nh ng h t r n h u cơ, vô cơ có màu, không hoà tan và không b

nh hư ng hoá

h c, lý h c b i ch t mang
-Trong th c t :
+M t s b t màu h u cơ có th hoà tan trong dung môi h u cơ
+B t màu vô cơ thì không hoà tan trong dung môi h u cơ
-C u trúc tinh th ho c vô

nh hình


2.3 B t màu (pigments)

•For protection
•UV protectionkolour stability/durability;
•humidity resistance;
•water resistance;
•chemical resistance;
•resistance to insect/bird effects;
•mechanical properties;
•distortion resistance.


B t màu

•For decoration
•appearance/high gloss and smoothness;
•aesthetic/customer appeal.
*Màu s c:
-S h p th và ph n x chon l a m t vài sóng c a ánh sáng t i b m t màng sơn
t o nên màu s c c a nó
VD: B t màu xanh
B t màu tr ng
B t màu en
-Màu s c c a b t màu ph thu c ch y u vào c u trúc hoá h c


B t màu

-Phân t h p th năng lư ng kích thích các i n t chuy n t m c năng lư ng
cơ b n (E1) sang m c năng lư ng cao hơn (E2)
-Bư c sóng ánh sáng ư c h p th

ư c xác

nh b i:

E = E2 - E1 = h*c / λ
h : h ng s Planck’s
c : the velocity of light
λ : bư c sóng ánh sáng
M i phân t có s orbital xác
hi u năng lương E xác

nh do v y có năng lư ng

c trưng riêng c a nó, do v y có

nh và h p th nh ng bư c sóng nh t

nh


B t màu


B t màu

General properties of pigments


B t màu

*Kích thư c h t c a b t màu

L n

Kích thư c
b t màu

Bé quá

Phân tán trong h kém ng nh t,
màng sơn thu ư c kém b ng ph ng
Di n tích b m t riêng l n, h p ph nhi u
ch t t o màng nh hư ng n giá thành
Vón c c c c b

Kích thư c v a ph i


B t màu

*

ng m d u

-là lư ng ch t t o màng tính b ng gam

ng m 100g b t màu thành m t kh i

nhão
-Càng bé càng t t
-Quá bé cũng không t t
-

ng m d u ph thu c b n ch t ch t t o màng và b t màu

-Lư

ng dùng b t màu vô cơ thư ng nhi u hơn b t màu h u cơ

-Lư ng ch t t o màng dùng th c t thư ng g p

i giá tr

t

n tông màu

ng m d u

*Kh năng ph
-là lư ng b t màu c n thi t tính b ng gam

ph lên 1 m2 b m t sơn

-Kh năng ph l n nghĩa là ch c n lư ng ít b t màu và b t màu thư ng ph i m n


B t màu

*B t màu ph tr

(supplementary pigments)

-Kh năng t o màu s c, ch ng ăn mòn không cao,
-Làm gi m m nh giá thành, nh hư ng
*

n

bóng,

c ng

n:
+Gi m giá thành s n ph m
+ i u ch nh

nh t c a sơn

+ nh hư ng

n tính ch t cơ lý, lư ng dùng nhi u làm gi m m nh cơ tính


B t màu

*Ch ng ăn mòn: dùng k t h p v i b t màu ch ng ăn mòn (Alcophor 827,
Albaex, Kelate, Anticor 70,…
*Ch ng t o b t:


2.4 Các ph gia

-Sơn không nư c thư ng xu t hi n b t khí

s d ng ch t ch ng t o b t

-Là nh ng ch t có

linh

ho t

ng b m t cao và

ng t t

-Làm gi m s c căng b m t c a nh ng b t khí n m c nh nhau t o nên nh ng
b t khí l n hơn, kém n

nh và b v ra

-Dung d ch c a pine oil, dibutyl phosphate, or short chain alcohols

-Mu i kim lo i c a các axits h u cơ: stearat nhôm, canxi, magie,..
-Có tác d ng như ch t ho t

ng b m t giúp s phân tán c a b t màu,

vào sơn t t hơn
-M t s ch t ch ng l ng:
+Stearatecoated calcium carbonates (e.g. Winnofil)
+Modified hydrogenerated castor oils (Crayvallac)
+Bentones
+Perchem
+Easigel
+BYK Anti-Terra 203
+Aerosil
+Aluminium stearate

n


*Ch t ch ng l ng:

-Silicagel, oxyt titan, b t talc,…t o c u trúc thixotropy
-Có s tương tác v t lý gi a các m ch polyme và ph gia ch ng
ch y t o m ng lư i không gian
*Ch t ch ng n m m c, h u hà, vi khu n, ch t hoá hoá d o, …


*Ch t ch ng ch y:

-Làm tăng nhanh các quá trình hoá h c x y ra trong quá trình khô c a màng sơn
-Là xà phòng kim lo i hoá tr thay

i: cobalt, mangan, canxi, k m, chì…c a axit

béo, axit nh a
-Cơ ch :
+Nh s thay

i hoá tr mà xà phòng kim lo i l y oxy phân t t không

khí, t o thành oxy nguyên t ho t

ng hơn truy n cho d u

thúc

y ph n ng

t o màng
2+

2 Mn(RCOO)2 + O2

4+

(RCOO)2MnO

2+

2 (RCOO)2Mn + 2 O

-Thư ng s d ng k t h p 2 ho c 3 lo i ch t làm khô
-Lư ng dùng ít, n u nhi u màng sơn d b n t, chóng b lão hoá,..


2.5 Ch t làm khô

Mill

Binder
Solvent
Additive

Pigment
Binder
Solvent

Mixer

Mixer

Tinter

Tinting

Filter

Tank

Test
Quy trình s n xu t sơn

Packaging


Chương 3: S n xu t sơn

1.Ph i tr n t o paste (Mixing): Khu y tr n b t màu v i m t lư ng thích h p dung d ch
ch t t o màng, t o h n h p

d ng paste có

nh t thích h p

2. Nghi n paste (Grinding)
3.Pha tr n (Mixing): pha tr n paste v i các thành ph n còn l i c a ơn pha ch
4.Ch nh màu cho

t yêu c u (Tinting)

5. Ki m tra và hi u ch nh (Testing and adjusting)
6.L c và óng gói (Filtering and packaging)


Các công o n s n xu t sơn:


*Nghi n
-Nh m t o h phân tán ng nh t
-Giúp các h t t kích thư c yêu c u
-Máy nghi n
+Máy cán (2 tr c, 3 tr c):
•Năng su t cao
•H th ng h , gây c h i
•Trong quá trình nghi n, kho ng cách thay i, nh hư ng n
m n, ph i ki m tra thư ng xuyên
•B m t tr c cán có th b mòn, khó phat hi n b ng m t thư ng
+Máy nghi n bi: h th ng kín, ít c h i

4.1. Gi i thi u:

-Có nhi u phương pháp

gia công màng sơn thuỳ thu c vào i u ki n

-Các phương pháp sơn ư c s d ng có khuynh gi m thi u s bay hơi
c a dung môi
-G m các phương pháp: quét, nhúng, phun, i n di …
-B m t ph i ư c x lý trư c khi sơn


Chương 4: Các phương pháp gia công màng sơn

B m t
Làm s ch

(Cơ h c, hoá h c, nhi t,…)
Sơn n n

Sơn lót

(làm ph ng, nh n b m t)
Trét mattit và mài nh n

(màu s c,

b n)

Sơn ph
ánh bóng


4.2 Các giai o n c a quá trình sơn:

*T y màng sơn cũ
-Phương pháp cơ h c:
-C o b ng t m, ch i thép, máy mài,…

t y l p sơn

b tróc không bám vào b m t
-V i màng sơn bám h c, có th b ng phương pháp
phun cát, phun bi ho c phương pháp hoá h c, nhi t


4.3 Làm s ch b m t v t li u c n sơn

-Phương pháp hoá h c:
•Dùng hoá ch t

t y (Dung môi, dung d ch NaOH 20-30%)

•Dùng c o s t, ch i thép,..c o s ch màng sơn cũ
•Phun nư c r a s ch
•Làm khô


T y màng sơn cũ

-Phương pháp nhi t:
•

ơn gi n, ít t n kém

• Dùng èn xì ho c lò than

t cháy màng sơn cũ

• Dùng c o s t, ch i thép,..c o s ch màng sơn cũ
• Dùng v i ráp ho c á mài ánh s ch
• Lau s ch


T y màng sơn cũ

-B ng phương pháp cơ h c: máy mài, ánh r (ch i, ĩa nhám,…)
-B ng dung môi, hoá ch t (phun, dùng gi ,..)
-R a s ch b ng nư c


*T y r và ch t b n:

*Ch n sơn
-Lo i sơn ph i phù h p
VD: Sơn béo phù h p sơn các v t d ng ngoài tr i
Sơn g y phù h p sơn các v t d ng trong nhà
*K thu t sơn
-K thu t sơn nh hư ng r t nhi u

n ch t lư ng màng sơn, n u sơn không

úng quy cách s t o màng sơn không bóng, nhăn, n t, d tróc,…


4.4. Sơn

Sơn n n: -Bám dính t t vào b m t v t li u n n
-Có

b n cơ h c cao

-Có tác d ng b o v b m t n n (ch ng g )
Sơn lót: -Làm cho b m t sơn ph ng, nh n trư c khi sơn ph
Sơn

-B m t ã nh n không c n sơn lót
-B m t kém b ng ph ng c n ánh mattit và mài mòn
(mài khô

và mà ư t)

-Có th m t ho c nhi u l p lót
Sơn ph :
-Tuỳ thu c yêu c u ngo i quan (màu s c,

bóng,…)

-M t ho c nhi u l p sơn ph
+Trư c khi s y và sơn các l p ti p theo nên

m t th i gian nh t

nh


* Các l p sơn

a. Phương pháp quét, lăn b ng tay
-PP c

i n và ph bi n

-Dùng ch i, con lăn
-Sơn yêu c u

nh t th p

-Ch t lư ng màng sơn ph thu c nhi u vào k năng c a ngư i quét
-Năng su t th p


*Các phương pháp sơn

-Năng su t cao hơn
-K thu t ơn gi n, có th cơ gi i hoá, t
-Nguyên t c: V t
ph m
-

ng hoá

ơc nhúng vào thùng sơn, l y ra,

t

ng s n

sơn th a ch y xu ng, sau ó làm khô

nh t nh hư ng r t l n

n chi u dày màng sơn

-Phù h p cho s n ph m sơn nhi u b m t
-Không phù h p v i nh ng s n ph m có hình d ng ph c t p


b. Phương pháp nhúng

- air-fed spray, airless spray, hot spray, and electrostatic spray
-Thích h p h u h t các lo i sơn, các lo i v t li u sơn
-Màng sơn

u, ph ng, bóng

-T n nhi u dung môi, nh hư ng

n môi trư ng

Hi u qu chuy n d ch c a m t s lo i súng phun như sau:


c.Phương pháp phun

-Sơn i n di anode ho c cathode
-Thư ng dùng

gia công l p sơn n n, có tác d ng ch ng ăn mòn t t

-Sơn i n di cathode t o màng sơn b o v ch ng ăn mòn t t hơn
-Sơn i n di cathode ch ng s xà phòng hoá t t hơn


d. Sơn i n di (electrodeposition)

K

THU T V T LI U COMPOZIT


PH N I:

1.1. Kh¸i niÖm: VËt liÖu compozit lµ vËt liÖu tæ hîp (møc ®é vÜ m«) cña hai
hay nhiÒu vËt liÖu (VL) thµnh phÇn nh»m t¹o ra VL míi cã tÝnh chÊt tréi
h¬n tÝnh chÊt cña tõng VL thµnh phÇn.

Tæ hîp c¸c tÝnh chÊt
Sîi thuû tinh +
(bÒn)

Nhùa polyeste

=

GRP

(kh¸ng ho¸ chÊt)

(bÒn vµ kh¸ng ho¸ chÊt)

T¹o tÝnh chÊt míi
Sîi thuû tinh +
(gißn)

Nhùa polyeste
(gißn)

*GRP: Glass Reinforced Plastic

=

GRP

(dÎo dai - tough)


Chương1: Gi i thi u chung

VD2: V¸n Ðp, g¹ch ®én trÊu hoÆc sîi thùc vËt,…
VD3: Compozit nhùa (UPE, epoxy,…) vµ sîi thuû tinh,sîi cacbon,…

Hîp kim
Hçn hîp polyme

Cã ph i lµ vËt liÖu compozit?


VD1: Gç (xenlulo/lignin), x−¬ng(collagen/protein+muèi canxi phèt ph¸t),..

VËt liÖu compozit
VËt liÖu nÒn + VËt liÖu gia c−êng
Polyme

Sîi cacbon

Kim lo i

Sîi thuû tinh

Ceramic

Sîi Aramic (VD: Kevlar)
Sîi, h t kim lo¹i (VD: Ti, Al)

VL gia c−êng

VL nÒn

VL compozit gåm mét hay nhiÒu pha gi¸n ®o¹n (VL gia
c−êng) ph©n bè trong pha liªn tôc (VL nÒn)


1.2. Thµnh phÇn cña VL compozit:

VËt liÖu nÒn
-Liªn kÕt VL nÒn
-ChuyÓn øng suÊt sang ®én khi cã

VËt liÖu gia c−êng
-§ãng vai trß lµ çc ®iÓm chÞu
øng suÊt tËp trung

ngo¹i lùc t¸c dông lªn VL.
-B¶o vÖ sîi khái bÞ h− háng do tÊn c«ng
cña m«i tr−êng
-Ngoµi ra cßn ®ãng gãp mét vµi tÝnh
chÊt cÇn thiÕt nh−: tÝnh çch ®iÖn, ®é
dÎo dai,..

-Th−êng cã tÝnh chÊt c¬ lý ho¸
cao h¬n VL nÒn.


*Vai trß cña çc vËt liÖu thµnh phÇn

C¬ chÕ gia c−êng: d−íi t¸c dông cña ngo¹i lùc, vËt liÖu gia c−êng (VLGC) sÏ
lµ nh÷ng ®iÓm chÞu øng suÊt tËp trung do m¹ng nhùa truyÒn sang
-VLGC d¹ng sîi truyÒn t¶i øng suÊt tèt h¬n VLGC d¹ng h¹t, do øng suÊt t¹i mét
®iÓm bÊt kú trªn sîi ®−îc ph©n bè ®Òu trªn toµn bé chiÒu dµi, do ®ã t¹i mçi ®iÓm
sÏ chÞu øng suÊt nhá h¬n nhiÒu so víi VLGC d¹ng h¹t d−íi t¸c dông ngo¹i lùc
nh− nhau.
-Kh năng truy n t i tr ng t

VL nÒn sang VL gia c−êng ph thuéc: VL n n, VL

gia cư ng, kÕt dÝnh t¹i bÒ mÆt tiÕp xóc cña VL n n vµ VL gia cư ng.


1.3. C¬ chÕ gia c−êng cña vËt liÖu compozit

KÕt dÝnh t¹i bÒ mÆt tiÕp xóc cña VL
Vïng tiÕp xóc
VL gia c−êng/VL nÒn

nÒn vµ VL gia c−êng ®−îc h×nh
thµnh trªn cë së:

+ Lùc hÊp thô vµ thÊm −ít

VL gia c−êng

+ Lùc tÜnh ®iÖn
+ Lùc t−¬ng t¸c c¬ häc
+ Lùc liªn kÕt ho¸ häc

VL nÒn

…Vïng tiÕp xóc rÊt nhá (bÒ mÆt tiÕp xóc pha) ®ãng vai trß quan träng
trong quyÕt ®Þnh tÝnh chÊt c¬, lý cña VL compozit


Lý thuyÕt kÕt dÝnh t¹i bÒ mÆt tiÕp xóc VL gia c−êng/VL nÒn

1.4.1. Ph©n lo¹i theo h×nh d¹ng vËt liÖu gia c−êng: gåm compozit cèt sîi
vµ compozit cèt h¹t.
* Compozit cèt sîi: lµ compozit ®−îc gia c−êng bëi sîi, nã cã ®é bÒn riªng
vµ modun ®µn håi cao. VD: Compozit sîi thuû tinh, cacbon, xenlulo…

Compozit
cèt sîi

Sîi liªn tôc (sîi dµi, v¶i…): tØ lÖ chiÒu dµi / ®−êng kÝnh (l/d)
rÊt cao, d =3-200 µm


1.4. Ph©n lo¹i:

Sîi gi¸n ®o¹n (sîi ng¾n, vôn…): 5 < l/d < 1000, d = 0,02-100
µm
Fibre aspect ratio: L/D

Sîi ng¾n
®Þnh h−íng

Sîi dµi ®¬n
h−íng

Sîi dµi ë
d¹ng líp

M t s lo i compozit cèt sîi

* Compozit cèt h¹t: lµ compozit ®−îc gia c−êng bëi c¸c h¹t víi c¸c d¹ng vµ
cì kÝch kh¸c nhau. VD: Bª t«ng, gç Ðp…
Mét sè cèt h¹t nh−: v¶y mica, h¹t cao lanh, CaCO3, bét hoÆc v¶y s¾t, ®ång,
nh«m., b t g ,...


Sîi ng¾n s¾p
xÕp hçn ®én

V¶y, m¶nh
Compozit c t h¹t

Môc ®Ých dïng h¹t lµm VL gia c−êng trong compozit:
-§−îc dïng trong nh÷ng øng dông yªu cÇu vÒ ®é bÒn kh«ng cao th−êng ®−îc
sö dông ®Ó lµm gi¶m gi¸ thµnh s n phÈm.
-Trong mét sè tr−êng hîp h¹t ®−îc dïng ®Ó c i thiÖn mét sè tÝnh chÊt cña VL
compozit nh−: tăng kh năng chÞu nhiÖt, chÞu mµi mßn, gi m co ngãt
-Kh¾c phôc mét sè khã kh¨n khi gia c«ng


H¹t

Compozit nÒn h÷u c¬ (nhùa): víi VL gia c−êng d¹ng
-Sîi h÷u c¬: sîi polyamit, Kevlar, xenlulo,...
-Sîi kho¸ng: sîi thuû tinh, cacbon, basalt,...
-Sîi kim lo¹i: sîi bo, nh«m,...
Compozit nÒn kim lo¹i (hîp kim nh«m, hîp kim titan..) víi VL gia
c−êng d¹ng:
-Sîi kim lo¹i: bo,...
-Sîi kho¸ng: sîi cacbon,...
Compozit nÒn gèm: víi VL gia c−êng d¹ng:
-Sîi kim lo¹i: bo,...
-H¹t kim lo¹i: chÊt gèm kim...

* Kh¶ n¨ng chÞu nhiÖt cña VL compozit
-nÒn h÷u c¬: ®Õn kho¶ng 3000C
-nÒn kim lo¹i: ®Õn 6000C
-nÒn gèm: trªn 10000C


1.4.2. Ph©n lo¹i theo b¶n chÊt VL nÒn

-Khèi l−îng riªng bÐ do vËy tÝnh n¨ng c¬ lý riªng cao h¬n thÐp vµ çc VL
truyÒn thèng kh¸c (thu tinh, g m s , g ,.. ) rÊt nhiÒu
-Gi¸ thµnh kh«ng cao
-ChÞu m«i tr−êng, kh¸ng ho¸ chÊt cao, kh«ng tèn kÐm trong b¶o qu¶n vµ
chèng ¨n mßn, kh«ng cÇn s¬n b¶o qu¶n nh− VL kim lo¹i, gç,...
-Çch ®IÖn çch nhiÖt tèt
-BÒn l©u (thêi gian sö dông dµi h¬n VL kim lo¹i, gç 2-3 lÇn)
-Gia c«ng chÕ t¹o ®¬n gi¶n, nhanh, ®a d¹ng, dÔ t¹o h×nh, thay ®æi vµ söa ch÷a
-Chi phÝ ®Çu t− thiÕt bÞ gia c«ng thÊp


1.5. TÝnh chÊt chung cña vËt liÖu compozit

-B¶n chÊt VL cèt

- §é bÒn liªn kÕt ë bÒ mÆt tiÕp xóc pha
-TØ lÖ VL gia c−êng/VL nÒn trong compozit
-H×nh d¹ng, kÝch th−íc cña VL gia c−êng
-§Þnh h−íng, sù ph©n bè cña VL gia c−êng
(nÕu lµ sîi)

øng suÊt kÐo

-B¶n chÊt VL nÒn

Sîi

Compozit

Nhùa

BiÕn d¹ng


*C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh n¨ng gia c−êng


Khèi l−îng riªng (Density) cña mét vµi vËt liÖu cÊu tróc phæ biÕn


§é bÒn kÐo riªng (Specific Tensil Strength) cña mét vµi
vËt liÖu cÊu tróc phæ biÕn


M« ®un kÐo riªng (Specific Tensile Modulus) cña
mét vµi vËt liÖu cÊu tróc phæ biÕn

ng dông c a v t li u compozit

- Giao th«ng vËn t i: vá cano, tµu thuyÒn, xe h¬i, cabin,...


1.6.

- VL x©y dùng: cÊu kiÖn nhµ l¾p ghÐp, g©n dÇm chÞu lùc, ®¸ èp l¸t, tÊm l p,...
- VL ®iÖn: tÊm çch ®iÖn, vá çc thiÕt bÞ ®iÖn, m¸y biÕn thÕ,...
- VL chÞu ho¸ chÊt: bån chøa, èng dÉn, van, bÓ ®iÖn ph©n,...
- VL gia dông: bµn, ghÕ, tñ, gi¸, tÊm trÇn, bån t¾m, lavabo, tÊm çch ©m,..
- å ch¬i
-VL compozit cao cÊp: dïng trong hµng kh«ng, vò trô, dông cô thÓ thao cao
cÊp,...

Compozit lµ vËt liÖu cña ngµy mai, nã ®ang thay thÕ dÇn çc VL
truyÒn thèng: kim lo¹i, gç, sø,..

C¸c bé phËn lµm b»ng compozit trong m¸y bay Airbus A 380



C¸c bé phËn lµm b»ng compozit sîi Graphite/nhùa epoxy trong m¸y bay
AV-8B



Compozit s i lanh/nh a polypropylen thay th compozit s i th y tinh trong
m t s b ph n ph n th n c a xe hơi (Mercedes Benz A -Class)



Compozit sîi tù nhiªn dïng lµm nhµ l¾p ghÐp



Compozit sîi cãi dïng lµm gi¸, tñ



VËt liÖu x©y dùng tõ compozit sîi tù nhiªn



Gu ng trong thi t b x lý nư c th i trên cơ
s compozit s i thu tinh và nh a epoxy
(Owens-Corning Fiberglas Corp.)



Tàu ánh cá trên c s compozit s i
thu tinh và nh a epoxy

C¸c bé phËn lµm b»ng compozit sîi Kevlar/nhùa epoxy
trong xe ch¹y trªn tuyÕt



L p

t ng l n t compozit s i thu tinh



dư i nư c

Mái chèo c a thuy n ua t
compozit Kevlar/epoxy



B o qu n m t s v tri ăn mßn c a ng
d n b ng compozit thu tinh/epoxy

2.1. Giíi thiÖu chung
2.1.1. Thµnh ph n
Polyme
compozit
VL gia c−êng

Nhùa nÒn
NhiÖt dÎo

NhiÖt r¾n

PP

EP

PE

UPE

PET

PF

PVAx

UF

...

...

Sîi
polyme

PP

Sîi
cacbon

-Modul cao

Sîi
T.tinh

TT E

Aramic

-Modul th p TT S
Sîi tù nhiªn
TT C
...

...

Ceramic

Kim lo¹i

Al
Ti
...


CHƯƠNG 2: V T LI U THÀNH PH N C A POLYME COMPOZIT

2.1.2. Yªu cÇu ®èi víi VL nÒn
-TÝnh chÊt c¬ häc tèt (chÞu t¶i träng)
-TÝnh chÊt thÊm −ít, kÕt dÝnh tèt (truyÒn hiÖu qu¶ t¶i träng)
-BÒn dÎo dai tèt (chèng l¹i sù ph¸t triÓn vÕt nøt)
-BÒn d−íi t¸c dông ph¸ huû cña m«i tr−êng (n−íc, c¸c t¸c nh©n tõ
m«i tr−êng, ®Æc biÖt m«i tr−êng n−íc biÓn)


VËt liÖu nÒn

Polyme

Nhùa nhiÖt
r¾n

KÕt tinh

Nhùa nhiÖt
dÎo

Cao su

V« ®Þnh h×nh

Polymer = poly (nhiÒu) + mer (phÇn, ®¬n vÞ)
VD: -CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHClViÕt t¾t:

(PVC)

-CH2-CHCl - n

Polyme lµ nh−ng hîp chÊt mµ ph©n tö cña chóng gåm nh−ng nhãm nguyªn
tö ®−îc nèi víi nhau b»ng liªn kÕt ho¸ häc vµ lÆp di lÆp l¹i nhiÒu lÇn t¹o
thµnh nh−ng m¹ch dµi vµ cã khèi l−îng ph©n tö lín


VËt liÖu nÒn

Nhùa nhiÖt dÎo

Cao su

Nhùa nhiÖt r¾n

CÊu tróc:
-m¹ch th¼ng hoÆc nh¸nh -m¹ch th¼ng, gi÷a c¸c
m¹ch cã rÊt Ýt liªn kÕt
ngang

-m¹ng l−íi, mËt ®é nèi
ngang dµy ®Æc, tõ 10 ®Õn
1000 lÇn cao h¬n trong
cao su

-Cã kh¶ n¨ng nãng ch¶y
nhiÒu lÇn

-Kh«ng cã kh¶ n¨ng nãng
ch¶y

-Kh«ng cã kh¶ n¨ng nãng
ch¶y

-Cã kh¶ n¨ng hoµ tan
nhiÒu lÇn

-Kh«ng cã kh¶ n¨ng hoµ
tan

-Kh«ng cã kh¶ n¨ng hoµ
tan

-Cã kh¶ n¨ng tr−¬ng
PP, PE, PVC,…

-cao su thiªn nhiªn, cao
su tæng hîp: BR, ABR,…

EP, UPE, PF, UF,…


Mét vµi ®iÓm kh¸c biÖt gi÷a nhùa nhiÖt dÎo, nhiÖt r¾n vµ cao su

-B¶n chÊt ho¸ häc, sù ph©n bè c¸c nhãm chøc, ®é ph©n cùc,…
-Ph©n tö l−îng, ®é ph©n nh¸nh, ®é ®a ph©n t¸n
-Tr¹ng th¸i pha: tinh thÓ hay v« ®Þnh h×nh
-§iÒu kiÖn ®ãng r¾n (nhùa nhiÖt r¾n):
+Lo¹i chÊt ®ãng r¾n
+ NhiÖt ®é
+ Thêi gian
+...


2.1.3 C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt vËt liÖu nÒn

2.1.4 §Æc ®iÓm gia c«ng cña nhiÖt dÎo vµ nhùa nhiÖt r¾n

Gia c«ng nhùa nhiÖt r¾n

Gia c«ng nhùa nhiÖt dÎo

- Tr−íc gia c«ng, nhùa -Tr¹ng th¸i r¾n tr−íc gia c«ng (do khèi l−îng
thư ng ë tr¹ng th¸i láng

ph©n tö cao)

-Trong qu¸ tr×nh gia c«ng -Gia c«ng

nhiÖt ®é ch¶y mÒm (ë tr¹ng th¸i

→ tr¹ng th¸i r¾n, víi cÊu nãng ch¶y víi ®é nhít cao) ®Ó t¹o h×nh d¹ng
tróc m¹ng l−íi kh«ng gian vµ s¶n phÈm ®−îc ho¸ r¾n nhê lµm nguéi
3 chiÒu nhê c¸c ph¶n øng -C¸c s¶n phÈm ®óc cã thÓ ®−îc gia c«ng thay
ho¸ häc
®æi h×nh d¹ng ®ã lµ −u ®iÓm → hiÖu qu¶ kinh
tÕ
- Thêi gian gia c«ng dµi -Chi phi ®Çu t− thiÕt bÞ gia c«ng t−¬ng ®èi cao
h¬n nhùa nhiÖt dÎo.

h¬n, tuy nhiªn gi¸ thµnh s¶n phÈm thÊp h¬n
do thêi gian gia c«ng ng¾n h¬n nhùa nhiÖt r¾n


VËt liÖu nÒn

2.2.1 Nhùa polyester kh«ng no (UPE)


2.2. Nhùa nhiÖt r¾n

-Lµ lo¹i nhùa phæ biÕn nhÊt, ®Æc biÖt trong c«ng nghiÖp hµng h¶i (th©n tµu,
c¸nh buåm...)

-§−îc tæng hîp tõ c¸c polyacid vµ polyol kh¸c nhau → tÝnh chÊt thay ®æi kh¸
réng
-Polyacid, polyol hoÆc c¶ hai cã chøa nèi ®«i

-Lµ chÊt láng nhít, mµu s¸ng, ë d¹ng dung dich nhùa UPE trong monome
(th−êng lµ Styren)

§ãng r¾n nhùa UPE


Nhùa nhiÖt r¾n

-Nhùa cã thêi gian b¶o qu¶n giíi h¹n (gel ho¸ qua thêi gian b¶o qu¶n l©u dµi)
→ th−êng ph¶i dïng chÊt øc chÕ
-Nhùa tr−íc khi gia c«ng ph¶i thªm chÊt xóc t¸c, xóc tiÕn vµ c¸c phô gia
thÝch hîp

-ChÊt xóc tiÕn Ýt ¶nh h−ëng ®Õn nhùa trong tr−êng hîp kh«ng cã mÆt chÊt xóc
t¸c → cho vµo ngay sau khi nhùa míi ®−îc s¶n xuÊt
-ChÊt xóc t¸c cho vµo nhùa ngay tr−íc khi sö dông (gia c«ng compozit) ®Ó
kh¬i mµo ph¶n øng kh©u m¹ch

§ãng r¾n nhùa UPE
§ãng r¾n
+ styren

-L−îng chÊt xóc t¸c vµ xóc tiÕn ☛ ®o l−êng chÝnh x¸c
- Xóc t¸c thªm vµo → thay ®æi mµu c a nhùa UPE
-Qu¸ nhiÒu xóc t¸c → thêi gian gel ho¸ qu¸
nhanh
-Qu¸ Ýt chÊt xóc t¸c → qu¸ trÝnh ®ãng r¾n
kh«ng hoµn toµn
-Trong qu¸ tr×nh ®ãng r¾n, co ngãt nhiÒu (4-8%)
g©y biÕn d¹ng, t¹o nh÷ng tiÒm n¨ng g©y hư
háng trong vËt liÖu

®ãng r¾n


Nhùa nhiÖt r¾n

Phô gia, ®én dïng trong gia c«ng compozit nhùa UPE


Nhùa nhiÖt r¾n

-Cho vµo tr−íc khi cho chÊt xóc t¸c vµ ph¶i khuÊy trén ®Òu → tr¸nh h×nh thµnh
bät khÝ → ¶nh h−ëng ®Õn s¶n phÈm cuèi cïng.
-M c ®Ých sö dông ®én nh»m:
-Gi¶m gi¸ thµnh
-T¹o dÔ dµng cho qu¸ tr×nh gia c«ng
-T¸c ®éng ®Õn mét vµi tÝnh chÊt cña s¶n phÈm
-§én cã thÓ ®−îc thªm vµo ®Õn 50% so víi l−îng nhùa vµ sÏ ¸nh h−ëng
®Õn ®é bÒn uèn, kÐo cña s¶n phÈm
-Trong mét sè tr−êng hîp ®én thªm vµo cßn t¨ng kh¶ n¨ng chèng ch¸y,
ch¶y,... cña s¶n phÈm

TÝnh chÊt chung cña nhùa UPE
-C¬ lý tÝnh cao
-DÔ gia c«ng ë ®iÒu kiÖn th−êng
-Gi¸ thµnh thÊp
Th−êng dïng nhùa UPE trong dung m«I styren do:
-Styren lµm gi¶m ®é nhít, dÔ ®IÒu chØnh ®é nhít thÝch hîp cho qu¸ tr×nh gia c«ng
-Styren lµ t¸c nh©n kh©u m¹ch nhùa UPE kh«ng t¹o ra s¶n phÈm phô
-§ãng r¾n ë nhiÖt ®é th−êng, ¸p suÊt th−êng nªn gäi lµ nhùa ¸p suÊt thÊp
-DÔ dµng ®IÒu chØnh qu¸ tr×nh ®ãng r¾n
-Gi¸ thµnh thÊp
-TÝnh thÊm −ít VL gia c−êng, ®én cao


Nhùa nhiÖt r¾n

2.2.2 Nhùa Epoxy
CH3

CH2

CH

CH2

O

C

O

CH2

CH

CH2
O

O
CH3

-lµ lo¹i nhùa ®−îc xem lµ cã tÝnh n¨ng cao nhÊt
-Gåm 2 thµnh phÇn: nhùa láng vµ chÊt ®ãng r¾n (hoÆc chÊt xóc t¸c), nhiÖt
®é ®ãng r¾n tõ 5oC ®Õn 150oC tuú thuéc chÊt ®ãng r¾n, xóc t¸c.
-Nhùa láng kh«ng mµu → n©u, ë nhiÖt ®é th−êng cã thÓ tån t¹i nhiÒu n¨m
trong b×nh chøa kh« mµ kh«ng ph¶n øng víi nhau
-§é bÒn kÕt dÝnh cao
-BÒn c¬ häc (cøng, dÎo dai), nhiÖt tèt. Do chøa c¸c vßng th¬m ë gi÷a m¹ch
ph©n tö gióp hÊp thô øng suÊt c¬, nhiÖt tèt
-BÒn ho¸ chÊt
-C¸ch ®iÖn tèt


Nhùa nhiÖt r¾n

Mét sè nhùa epoxy th«ng dông

Diglycidyl ete cña bisphenol F (DGEBF)

Triglycidyl p-amino phenol

Polyglycidyl ete cña
nhùa PF Novolac

N,N,N…,N…,tetraglycidyl
metylendianilin

☛Vßng th¬m trong cÊu tróc t¹o ®é cøng, b n c¬ häc vµ æn ®Þnh nhiÖt cña
epoxy m¹ng l−íi


Nhùa nhiÖt r¾n

§ãng r¾n Nhùa Epoxy

ChÊt ®ãng r¾n

ChÊt xóc t¸c

-L−îng dïng nhiÒu

-L−îng dïng Ýt

-Ph¶n øng víi nhùa epoxy t¹o

-Xóc t¸c ph¶n øng x¶y ra trùc

cÊu tróc m¹ng l−íi.

tiÕp gi÷a c¸c ph©n tö epoxy

-ChÊt ®ãng r¾n th−êng lµ c¸c
amin th¼ng, th¬m, anhydric,..

(ph¶n øng homopolyme ho¸)


Nhùa nhiÖt r¾n

§ãng r¾n Nhùa Epoxy
Ph¶n øng ®ãng r¾n gi÷a nhùa epoxy vµ amin

-Vßng epoxy ®−îc më t¹o liªn kÕt céng ho¸ trÞ víi chÊt ®ãng r¾n amin
-L−îng chÊt ®ãng r¾n dïng thÝch hîp, nÕu kh«ng c©n ®èi → nhãm chøc kh«ng
ph¶n øng sÏ tån t¹i, cÊu tróc m¹ng l−íi kh«ng ph¸t triÓn hoµn toµn.
- So víi nhùa UPE, co ngãt khi ®ãng r¾n thÊp (1-5%)
-Trong qu¸ tr×nh ®ãng r¾n kh«ng th¶I ra s¶n phÈm phô


Nhùa nhiÖt r¾n

Mét sè chÊt ®ãng r¾n amin th«ng dông
(DETA) Dietylentriamin
(TETA) Trietylentriamin
(TEPA) Tetraetylenpentamin


Nhùa Epoxy

(DDS) 4,4…- Diamindiphenylsulfo

M-Phenyldiamin (MPDA)

(DICY) Dicyandiamit

T¸c nh©n ®ãng r¾n
anhydric

Anhydric

(xóc t¸c)

Ph¶n øng x¶y ra cã mÆt chÊt
xóc tiÕn (cã thÓ yªu cÇu nhiÖt ®é
cao)

Epoxy láng

T¹o liªn kÕt este→ æn ®Þnh tèt
ë nhiÖt ®é cao vµ hÇu hÕt m«i
tr−êng kh¾c nghiÖt (trõ m«I
tr−êng kiÒm)
L−îng anhydric dïng ph¶i phï
hîp ®Ó ph¸t triÓn hÖ thèng m¹ng
l−íi

Nhùa Epoxy ®ãng r¾n


Nhùa Epoxy

Mét sè t¸c nh©n ®ãng r¾n anhydric th«ng dông

Phtalic anhydric (PA)

Nadic methyl anhydrric (NMA)
3,3…,4,4…Benzophenoltetracacboxylic
dianhydric (BTDA)

Dodecenyl succinic
andydric (DDSA)


Nhùa Epoxy

§ãng r¾n nhê chÊt xóc t¸c

-Xóc t¸c lµ c¸c axit Lewis hoÆc baz¬ Lewis → t¹o c¸c cation (axit Lewis)
hoÆc anion (baz¬ Lewis)
-Ph¶n øng t¹o liªn kÕt ete→ bÒn ë nhiÖt ®é cao vµ m«I tr−êng kh¾c nghiÖt


Nhùa Epoxy

Mét sè xóc t¸c ®ãng r¾n th«ng dông

Benzyldimetylamin (BDMA)

2,4,6-Tri (dimetyl amino metyl) phenol

Boron Trifluoric-monoetylen amin
(BF3MEA)

2-etyl-4-metylimidazol (EMI)


Nhùa Epoxy

ChÊt pha lo·ng

-Dïng trong mét vµi ph−¬ng ph¸p gia c«ng
-Th−êng lµ c¸c chÊt láng cã ®é nhít thÊp, chøa nhãm epoxy, ®¬n chøc


Nhùa Epoxy

-Tuy nhiªn còng cã mét sè chÊt pha lo·ng tham gia tao m¹ng l−íi cña cÊu tróc
nhùa

Butyl glycidyl ete (BGE)

Phenyl glycidyl ete (PGE)

P-t-butyl phenyl glycidyl ete

2.2.3 Nhùa Vinylester


Nhùa nhiÖt r¾n

-Gièng nhùa polyester, nh−ng vÞ trÝ nhãm ph¶n øng n»m ë cuèi m¹ch vµ Ýt nhãm
ester h¬n

-BÒn n−íc vµ ho¸ chÊt h¬n UPE do cã Ýt nhãm ester h¬n → ®−îc dïng nhiÒu
trong s¶n xuÊt ®−êng èng vµ c¸c thïng chøa ho¸ chÊt, tµu thuyÒn

-Nhùa Vinylester ®ãng r¾n bÒn h¬n UPE ®ãng r¾n → dïng lµm líp phñ cho
compozit nhùa UPE

Vinylester ch−a ®ãng r¾n

Vinylester ®ãng r¾n


Nhùa Vinylester

øng suÊt-biÕn d¹ng


Nhùa nhiÖt r¾n

¦u ®iÓm
UPE
-DÔ sö dông
-RÎ (1-2 euro/kg)

Vinylester
-BÒn ho¸ chÊt vµ m«i tr−êng rÊt cao
-TÝnh chÊt c¬ häc cao h¬n UPE

Epoxy
-TÝnh chÊt c¬ lý, nhiÖt cao
-BÒn n−íc cao
-BÒn nhiÖt cã thÓ ®Õn 140 oC(−ít)/
220oC(kh«)
-Co ngãt khi ®ãng r¾n thÊp

Nh−îc ®iÓm
-TÝnh chÊt c¬ häc trung b×nh
-Styren tho¸t ra nhiÒu trong khu«n më
-Co ngãt khi ®ãng r¾n cao
-Giíi h¹n thêi gian lµm viÖc


So s¸nh tÝnh chÊt ba lo¹i nhùa UPE, Vinylester vµ epoxy

-Yªu cÇu ®ãng r¾n hoµn toµn (Postcure)
tr−êng hîp yªu cÇu tÝnh n¨ng cao
-Hµm l−îng Styren cao
-Gi¸ thµnh cao h¬n UPE (2-4 euro/kg)
-Co ngãt khi ®ãng r¾n cao
§¾t h¬n nhùa Vinylester (3-15 euro/kg)

2.2.4 Nhùa Phenolic

-Lµ mét trong nh÷ng nhùa nhiÖt r¾n ®−îc sö dông réng r·i nhÊt, chñ yÕu lµ
nhùa Phenol-formaldehyt (PF)

n
-Ngoµi ra cßn cã nhùa: phenol-fufural, resorcinol-formaldehyt,...
-Cã s½n trªn thÞ tr−êng ë d¹ng dung dÞch n−íc, dung dÞch trong dung m«i h÷u
c¬ hoÆc ë d¹ng bét
-§−îc ®ãng r¾n nhê gia nhiÖt vµ ¸p suÊt, kh«ng sö dông xóc t¸c hoÆc chÊt
®ãng r¾n


Nhùa nhiÖt r¾n

-F/P <1
-Xóc t¸c axit
-Nhùa nhiÖt dÎo

§ãng r¾n nhùa Phenolic
Nhùa phenolic
Novolac

+ Phenol

Resol

-F/P>1
-Xóc t¸c kiÒm
-Nhùa nhiÖt r¾n

Nhùa Phenolic
Giai ®o¹n 1 NhiÖt
Resol (trang th¸i A)
Nhùa cã kh¶ n¨ng nãng ch¶y vµ hoµ tan
Giai ®o¹n 2

NhiÖt

Resitol ( tr¹ng th¸i B)
Nhùa r¾n nãng ch¶y, hoµ tan kÐm
Giai ®o¹n 3

NhiÖt

Rezit (tr¹ng th¸I C)
Nhùa r¾n kh«ng hoµ tan, kh«ng nãng ch¶y, bÒn ho¸ chÊt
* D−íi t¸c dông nhiÖt ph¶n øng ng−ng tô x¶y ra, cã t¹o s¶n phÈm phô (n−íc, HCHO)


Nhùa nhiÖt r¾n

*¦u ®iÓm:
- Chèng ch¸y tèt
- Duy tr× tÝnh chÊt ë nhiÖt ®é cao trong thêi gian dµi
-BÒn ho¸ chÊt tèt ®Æc biÖt ®èi víi nhiÒu axit
-TÝnh chÊt ®iÖn tèt, bÒn nhiÖt rÊt tèt vµ ®é bÒn c¬ häc cao (®Æc biÖt ®é cøng
cao)
-RÎ h¬n nhùa UPE
*Nh−îc ®iÓm:
-Qu¸ tr×nh ®ãng r¾n ë nhiÖt ®é cao cã tho¸t bay h¬i (n−íc vµ formaldehyt) nªn
s¶n phÈm cã nhiÒu lç bät vµ vÕt háng bÒ mÆt, ®éc h¹i
-Gißn, dïng chÊt ho¸ dÎo ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh ®ãng r¾n
-¸p suÊt ®ãng r¾n cao, thêi gian ®ãng r¾n dµi h¬n nhùa UPE, thêi gian sèng
ng¾n (Kho¶ng 90 ngµy ë d¹ng láng)
-Giíi h¹n mµu h¹n chÕ


Nhùa Phenolic

2.3.1 ¦u ®iÓm cña compozit nhùa nhiÖt dÎo
-Gia c«ng nhanh h¬n compozit nhùa nhiÖt r¾n, gåm c¸c c«ng ®o¹n: gia nhiÖt,
t¹o h×nh, lµm nguéi, kh«ng cã ph¶n øng ®ãng r¾n x¶y ra


2.3. Nhùa nhiÖt dÎo

-§é bÒn t¸ch líp cao, ®é hÊp thô Èm thÊp vµ bÒn ho¸ chÊt cña polyme kÕt tinh
mét phÇn rÊt tèt
-D−íi ¸nh s¸ng cña m«i tr−êng, compozit nhùa nhiÖt dÎo cã nh÷ng −u ®iÓm:
®é ®éc h¹i rÊt thÊp, do kh«ng chøa c¸c t¸c nh©n ph¶n øng, thêi gian sèng v«
h¹n
-Cã thÓ ®−îc t¸i sinh do cã kh¶ n¨ng nãng ch¶y vµ hoµ tan trë l¹i

*Hµm l−îng sîi thÊp
-Gia c«ng dÔ dµng
-S¶n phÈm cã ®é cøng vµ ®é bÒn thÊp.
*Hµm l−îng sîi cao:
-S¶n phÈm cã ®é cøng vµ ®é bÒn cao
-Gia c«ng chËm
-Khã t¹o h×nh d¹ng víi nh÷ng s¶n phÈm cã cÊu tróc h×nh d¸ng phøc t¹p.
-Nªn gia c«ng b¸n thµnh phÈm tr−íc khi t¹o thµnh phÈm
* C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng: Injection molding, Extrusion, Press-moulding,
Pultrusion, resin Injection,...


* Âàûc âiãøm gia cäng cuía nhæûa nhiãût deío

2.4.1 Yªu cÇu ®èi víi VËt liÖu gia c−êng
-TÝnh gia c−êng c¬ häc tèt
-TÝnh kh¸ng hãa chÊt, m«i tr−êng, nhiÖt ®é tèt
-Tû träng bÐ
-Ph©n t¸n vµo nhùa tèt (tÝnh t−¬ng thÝch)
-TruyÒn nhiÖt, gi¶i nhiÖt tèt
-ThuËn lîi cho qu¸ tr×nh gia c«ng
-Gi¸ thµnh h¹
-¶nh h−ëng tèt ®Õn m«i tr−êng, vÊn ®Ò hiÖn nay rÊt ®−îc quan t©m
Tuú thuéc vµo yªu cÇu cña tõng lo¹i s¶n phÈm cô thÓ mµ
chän lùa VL ®é thÝch hîp


2.4. VËt liÖu gia c−êng

S i
Sîi hãa häc

Sîi tù nhiªn
H u cơ
ng v t

V« c¬

T polyme
thiªn nhiªn

T polyme
t ng h p

Kh«ng
ph¶i
polyme

Th c v t

-L«ng

-Coton

-Cao su

-PP

-Wolfram

-Tãc

- ay

-Visco

-PA

-Al

-T¬

-D a

-Axetat xenlulo

-Teflon

-ThÐp

-Ceramic

-Polyeste

-Thu tinh

-Aramic

-G

-Thuû
tinh tù
nhiªn
(Basalt)
-Sîi
kho¸ng
(amiang)

-Basalt


2.4.2 Ph©n lo¹i sîi

-§−êng kÝnh sîi

-§Þnh h−íng cña m¹ch ph©n tö
trong sîi
-ChiÒu dµi sîi
-KiÓu ®an, dÖt v¶i


2.4.3 C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt sîi

¶nh h−ëng cña ®−êng kÝnh ®Õn ®é bÒn sîi

Sîi tù nhiªn
Sîi tæng hîp


H×nh d¹ng mÆt c¾t ngang mét sè lo¹i sîi


Sù ®Þnh h−íng cña m¹ch ph©n tö

Lôa tr¬n
(Plain weave)

V¶i lôa (thuû tinh)

V¶i chÐo go
(Twill weave)

V¶i ®¬n h−íng
(Unidirectional cloth)

V¶i th« (thuû tinh)


C¸c d¹ng vËt liÖu gia c−êng


Hư ng ph©n b c a s i trong v t li u compozit

CÊu tróc tinh thÓ, gåm nh÷ng líp cacbon d¹ng lôc diÖn
Cã thÓ ®−îc s¶n xu©t tõ PAN (phæ biÕn nhÊt), rayon hoÆc nhùa (Pitch),
lo¹i nguyªn liÖu ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn cÊu tróc vµ tÝnh chÊt cña sîi cacbon
NhÑ
Compozit nÒn polyme cã ®é cøng vµ ®é bÒn cao
Duy tr× tÝnh chÊt trong m«i tr−êng kh¾c nghiÖt (NhiÖt ®é cao, tiÕp xóc víi
dung m«i vµ c¸c chÊt láng, m«i tr−êng Èm −ít)
DÉn ®iÖn, dÉn nhiÖt tèt
æn ®Þnh kÝch th−íc
T−¬ng ®èi ®¾t
T−¬ng ®èi dßn


2.5 S¬ l−ît mét sè lo¹i sîi
2.5.1 Sîi cacbon

Kh¶ n¨ng chèng l¹i sù ph¸ huû kh«ng cao l¾m
*Compozit sîi cacbon/nÒn cacbon chÞu nhiÖt cao, dïng lµm ®Üa phanh, chi tiÕt
lß nhiÖt, èng giã, VL phñ chèng oxy ho¸, compozit nÒn nhùa (Epoxy) dïng
trong ngµnh hµng kh«ng, vò trô

M«®un kÐo

Khèi l−îng

§−êng

(Msi)

kÐo (ksi)

riªng

kÝnh sîi

(g/cm3)

Lo¹i sîi

§é bÒn

(µm)
µ

Cacbon ( tõ PAN)

30-50

350 -1000

1,75-1,9

4-8

Cacbon(tõ pitch)

25-110

200-450

1,9-2,15

8-11

6

150

1,6

8-9

Cacbon tõ sîi Rayon


So s¸nh tÝnh chÊt cña c¸c lo¹i sîi cacbon

Cuén sîi
PAN
KÐo sîi tõ pitch
nãng ch¶y

KÐo
Oxy ho¸ 200-400oC
…Xö lý nhiÖt nguyªn liÖu
th« cã chøa cacbon,
th−êng lµ sîi polyme

Cacbon ho¸ 250-2500oC
Graphit ho¸ 1500-3000oC
Xö lý bÒ mÆt

SÊy kh«

Cuén sîi
Cacbon/
Graphit


S¶n xuÊt sîi cacbon

RÎ
Phæ biÕn, ®a d¹ng
Lµ lo¹i VL gia c−êng ®−îc sö dông réng r·i nhÊt
Kh¶ n¨ng gia c−êng c¬ lý tÝnh cho VL nÒn cao
Tû sè c¬ lý tÝnh/gi¸ c¶ rÊt cao h¬n c¸c lo¹i sîi kh¸c, tÝnh chÊt va ®Ëp tèt
DÉn ®iÖn thÊp
BiÕn d¹ng ph¸ huû cao h¬n sîi cacbon
T−¬ng ®èi nÆng
Cã khuynh h−íng hÊp thô Èm


2.5.2 Sîi thuû tinh


S¬ ®å s¶n xuÊt sîi thuû tinh

TT E -BÒn, cøng, chÞu thêi tiÕt, dïng cho VL c¸ch ®IÖn (chiÕm tØ lÖ cao
nhÊt)
TT A … Cã hµm l−îng kiÒm cao, kh¸ng Èm kÐm
TT S-Modun vµ ®é bÒn kÐo cao, dïng cho môc ®Ých ®Æc biÖt (hµng
kh«ng, kÕt cÊu cã ®é bÒn c¬ häc cao)
TT C-BÒn ho¸ chÊt, phñ chi tiÕt m¸y, kÕt cÊu chèng ¨n mßn ho¸ häc
YM-31A- trªn c¬ së sîi TT E, dïng c¶i thiÖn ®é mÒm dÎo cho vËt liÖu


Mét sè lo¹i sîi thuû tinh

BÒn kÐo cao
Modun vµ ®é dÎo dai cao
NhÑ
DÉn ®iÖn thÊp
BÒn ho¸ häc cao
Gi·n në nhiÖt thÊp
æn ®Þnh kÝch th−íc tèt
BÒn c¾t cao
Chèng ch¸y tèt
Cã khuynh h−íng hÊp thô n−íc (−a n−íc)
§é bÒn nÐn, uèn kh¸ thÊp
§é bÒn ë bÒ mÆt tiÕp xóc víi VL nÒn kh«ng cao
*Dïng hçn hîp Thuû tinh-kevlar, cacbon-kevlar chÕ t¹o TB chèng phãng
x¹, chèng nhiÖt vµ dông cô thÓ thao


2.5.3 Sîi Aramic

VËt liÖu

ThÐp
Nh«m
Sîi C (modun cao)
Sîi C (§é bÒn cao)
Sîi Aramic
Sîi thuû tinh

Modun
(GPa)

§é
bÒn(MPa)

KLR (g/cm3)

203
75
340
230
124
76-86

600-2000
70-80
2500
3200
2800
1700

7,8
2,6
1,9
1,8
1,45
2,5


TÝnh chÊt vËt liÖu

C¸C PH¦¥NG PH¸P GIA C¤NG


CH¦¥NG 3

VL gia c−êng

Gel coat
Con l¨n

Nhùa

Khu«n

L¨n b»ng tay

Nhùa

VL gia c−êng

Khu«n


4.1 Hand Lay-up (Ph−¬ng ph¸p gia c«ng b»ng tay)

-VL líp ®−îc gia c«ng b»ng tay theo PP −ít
-Mµng chÊt dÎo (nilon) bäc lªn khu«n vµ kh«ng khÝ ®−îc th¸o ra nhê b¬m ch©n kh«ng
-L−îng nhùa thõa ®−îc lo¹i bá d−íi t¸c dông cña b¬m ch©n kh«ng.


4.2 Ph−¬ng ph¸p tói ch©n kh«ng (Vacuum bagging)

Nguyãn tàõc: Såüi âæåüc càõt ngàõn trong suïng (giæî bàòng tay) âæåüc bàõn âäöng thåìi våïi
nhæûa vaìo khuän. Âãø âoïng ràõn hoaìn toaìn træåïc khi thaïo saín pháøm


4.3 Spray Lay-up (Phæång phaïp phun)

Khu«n
Nhùa vµo

Khu«n
VL gia c−êng


4.4 Resin Transfer Moulding (§óc chuyÓn nhùa)

Keo 2
mÆt

Nhùa ch¶y
qua VL gia
c−êng d−íi CK
Tói CK

Nhùa

®Õn b¬m
CK

VL gia
c−êng

Khu«n

Keo 2 mÆt

Nhùa vµo

TÊm phñ

VL gia c−êng

Khu«n

Nhùa ra


4.5 Ph−¬ng ph¸p ®óc chuyÓn nhùa cã sù trî gióp cña ch©n kh«ng
(Vacuum Asisstant Resin Transfer Moulding-VARTM)

Sîi ®−îc ®IÒu chØnh gãc
cuèn thÝch hîp

Trôc

Trèng
quay

BÓ nhùa
Cã kh¶
n¨ng di
chuyÓn

Såüi

Quáún æåït

Sîi

Táøm nhæûa
Quáún

Såüi âaî âæåüc
táøm nhæûa

Quáún khä

Âoïng ràõn
-Tcao, thæåìng


4.6 Ph−¬ng ph¸p quÊn sîi (Filament Winding)

Solid conveying

Plasticating or melting

Melt pumping

-Trong qua trçnh âi qua truûc vêt, nhæûa noïng chaíy, tháúm æåït vaìo såüi, âæåüc càõt ngàõn
-Häùn håüp nhæûa såüi âæåüc eïp qua âáöu taûo hçnh, aïp læûc âæåüc taûo nãn båíi quay truûc vêt
-Thæåìng duìng âäúi våïi nhæûa nhiãût deío
-Phæång phaïp saín xuáút liãn tuûc
-Saín xuáút compound, compozit såüi ngàõn (táúm, thanh, äúng...)


4.7 Extrusion process (Phæång phaïp âuìn)

Âuìn 1 truûc vêt

Âuìn 2 truûc vêt

-Thiãút bë âuìn 2 truûc vêt, quaï trçnh träün håüp, càõt såüi täút hån
-Hai truûc vêt coï thãø quay cuìng chiãöu hoàûc ngæåüc chiãöu


Extrusion process (Phæång phaïp âuìn)

-Âäúi våïi såüi keïm bãön nhiãût, nãn cho vaìo åí vuìng nhæûa noïng chaíy
Polymer
Fibre
Extruder die
Nozzle

Cooling

Schematic diagram of extrusion procedure
Hçnh daûng âáöu taûo hçnh coï thãø laì:
-Khe heûp

Táúm phàóng

-Hçnh truû

Thanh

-Hçnh khuyãn

ÄÚng

Product


Extrusion process (Phæång phaïp âuìn)

Materials

*Quaï trçnh:
-Nguyãn liãûu (nhæûa + VLGC hoàûc haût compound) âæåüc naûp vaìo phiãùu
-Truûc vêt chuyãøn nguyãn liãûu ràõn qua vuìng gia nhiãût, nhæûa noïng chaíy chuyãøn sang
traûng thaïi loíng
-Cháút loíng âæåüc eïp (tiãm) vaìo khuän, laìm nguäüi taûo daïng saín pháøm
-Måí khuän vaì thaïo saín pháøm


4.8 Injection moulding (Âuïc tiãm)

Khuän træåïc khi naûp liãûu

Naûp liãûu vaìo khuän

Thaïo saín pháøm


Injection moulding (Âuïc tiãm)

-Nàng suáút låïn
-Duìng âäúi våïi compozit nhæûa nhiãût deío
-Saín xuáút compozit såüi ngàõn
-Saín xuáút caïc saín pháøm coï hçnh daûng phæïc taûp


Injection moulding (Âuïc tiãm)

*Nguyãn liãûu compound:
-Træåìng håüp nhæûa vaì såüi khoï tháúm æåït vaìo nhau
-Nguyãn liãûu cho Ënection moulding laì compound

- Compound âæåüc taûo nãn bàòng phæång phaïp Extrusion hoàûc Mixer
-Traïnh træåìng håüp maïy âuìn vaì âuïc quaï daìi

Taûo compound


Ënjection moulding (Âuïc tiãm)

Resin


4.9 Âuïc tiãm nhæûa (Resin Injection Moulding)

-Âàût VL gia cæåìng giæîa 2 chi tiãút khuän âuïc (Khuän trãn vaì dæåïi)
-Dæåïi aïp læûc nhæûa âæåüc phun vaìo khuän vaì tháúm vaìo VLGC
-Âoïng ràõn coï thãø åí nhiãût âäü thæåìng hoàûc nhiãût âäü cao
-Chãú taûo âæåüc caïc saín pháøm coï hçnh daûng phæïc taûp
-Phæång phaïp naìy ti lãû VLGC cao nãn tênh nàng cå lyï cao
-VLGC coï thãø laì vaíi, mat, såüi daìi,..


Âuïc tiãm nhæûa

4.10 Sheet Moulding Compound (SMC)
-Laì håüp cháút âuïc, baïn thaình pháøm åí daûng cuäün hoàûc daûng táúm, daìy khoaíng 3mm
-Tè lãû såüi tháúp (30% khäúi læåüng), tè lãû haût trong nhæûa cao (50% khäúi læåüng)
Mäüt säú loaûi håüp cháút âuïc SMC
SMC-R

SMC-D

-Såüi càõt ngàõn (25-50mm) -Såüi càõt ngàõn
-Phán bäú ngáùu nhiãn
-Âäöng phæång

SMC-C
-Såüi daìi
-Âäöng phæång

-SMC häùn håüp: SMC-D/R, SMC-C/R
-Håüp cháút âuïc coï tè lãû såüi cao (30-50%), coï cå tênh cao goüi laì HMC


Håüp cháút âuïc - baïn thaình pháøm

Sheet Moulding Compound (SMC-R)

-Váût liãûu gia cæåìng: såüi thuyí tinh, cacbon, kevlar
-Nhæûa: thæåìng duìng nhæûa polyester


Håüp cháút âuïc - baïn thaình pháøm

Saín pháøm

-Nhæûa + såüi tr n âãöu hoàûc baïn thaình pháøm âæåüc cho vaìo khuän
-Dæåïi aïp suáút vaì nhiãût âäü, nhæûa hoaï loíng vaì âiãön âáöy khuän, saín pháøm âæåüc
âënh hçnh theo 3 chiãöu
-Coï thãø saín xuáút compozit nhæûa nhiãût deío såüi daìi


4.11 Âuïc eïp (Press moulding)


Âuïc eïp (Press moulding)

Såüi
Såüi daìi
Mat, vaíi

Bãø nhæûa
Táøm nhæûa lãn såüi

Taûo hçnh
-Nhæûa âæåüc âoïng ràõn
-Taûo hçnh daûng SP

Càõt

Saín pháøm


4.12 Pultrusion process (Phæång phaïp keïo âënh hçnh)

*Âàûc âiãøm cuía phæång phaïp keïo âënh hçnh
-S n xu t s n ph m daìi liãn tuûc, diãûn têch pháön càõt ngang khäng âäøi (Panel, táúm,
dáy thæìng,..)
-Gêa thaình tháúp, cháút læåüng täút, saín læåüng cao
-Thåìi gian âoïng ràõn âæåüc âiãöu chènh båíi täúc âäü keïo
-Thæåìng duìng âäúi våïi nhæûa nhiãût ràõn


Pultrusion process (Phæång phaïp keïo âënh hçnh)

*Âäúi våïi nhæûa nhiãût deío
-Vãö cå baín giäúng nhæûa nhiãût ràõn, coï mäüt säú âiãøm khaïc:
Nhæûa nhiãût ràõn

Nhæûa nhiãût deío

-Nhiãût âäü gia cäng tháúp

-Nhiãût âäü gia cäng cao (mäüt säú saín pháøm duìng

(250-400oF)

trong ngaình haìng khäng âãún 750oF)

-Âäü nhåït tháúp (vaìi tràm cP)

-Âäü nhåït cao > 1.106 cP, tháúm æåït khoï

-Saín xuáút caïc táúm låïp tæì caïc táúm baïn thaình pháøm (prepreg sheets) ráút moíng trãn cå
såí nhæûa nhiãût deío.
-Laìm noïng chaíy bãö màût caïc táúm naìy, vaì eïp chuïng laûi våïi nhau dæåïi aïp læûc trong
quaï trênh laìm nguäüi saín pháøm



*Æu âiãøm:
-Nhanh (táøm nhæûa vaì âoïng ràõn) do váûy kinh tãú
-Haìm læåüng nhæûa âæåüc âiãöu chènh chênh xaïc
-Tênh cháút saín pháøm låïp ráút täút, do såüi thàóng vaì haìm læåüng såüi cao
-Vuìng táøm nhæûa kên, haûn chãú caïc cháút bay håi
*Nhæåüc âiãøm:
-Giåïi haûn âäúi våïi nhæîng saín pháøm coï diãûn têch pháön càt ngang khäng âäøi hoàûc
gáön nhæ khäng âäøi
-Chi phê âáöu tæ khuän (âáöu âënh hçnh) coï gia nhiãût cao



K THU T S N XU T B T VÀ GI Y


PH N III:

U

1.1. L ch s phát tri n
-Nh ng t gi y

u tiên ư c t các l p m ng c a thân cây (dài 30cm -

45 cm) an l i v i nhau.

Các l p m ng c a thân cây an l i

-Kho ng 100 năm sau công nguyên, gi y ư c s n xu t t huy n phù c a
sơ s i, tre n a ho c cây dâu t m ( Trung Qu c)
-Vài th k sau, công ngh làm gi y

n vùng Trung ông, Châu Âu,…

-Th k 20, ngành gi y phát tri n m nh v i các k thu t hi n
-Ngày nay, h u h t các quá trình công ngh

ư ct

ng hoá

i


Chương 1: M

*Gi y: là t k t l i c a sơ s i ư c hình thành trên sàng m n t huy n phù
b t nư c.
*B t: là nh ng th s i th c v t có thành ph n hoá h c phù h p cho vi c làm
gi y
G
Cây h trúc
Nguyên li u
gi y

Cây h th o
Cây ng n ngày
Ph ph m, th ph m công nghi p


1.2. Khái ni m v b t và gi y

2.1. Nguyên li u: t t c các th c v t

u có th dùng làm gi y, tuy nhiên

vi c l a chon nguyên li u d a vào các y u t :

-Yêu c u ch t lư ng s n ph m (

-Ngu n nguyên li u

-Quy trình công ngh


Chương 2: NGUYÊN LI U S N XU T GI Y

b n, màu s c,…)

Phương pháp
b t

Lo i g

D ng g

Hi u su t

G mài

G m m

Bó g

90-95%

G mài hoá

G c ng

Bó g

85-90%

Kraft

2 lo i

M nh

40-50%

Sunfit

2 lo i

M nh

45-55%


M t vài công ngh b t

Sau khi thu ho ch:
-Phơi khô (

m dư i 18%)

- óng bành kho ng 25kg
-B o qu n trong kho ph i cao ráo, c m l a
X lý rơm
Bành rơm

Phá bành

chu n b n u b t
C t ng n
20-30mm

Làm s ch

N u


*Nguyên li u rơm

•Máy sàng
•Qu t th i và phân ly gió l c

nghiêng: 20-30o
T n s 700 l n/phút

40*40mm
∅ 5mm

Ph n rơm chưa ư c c t ng n
Ph n rơm ư c c t ng n
t, cát, ph n b

ánh v n

Sàng nghiêng ch n

ng

*Qu t th i và phân ly gió l c:
-Dùng qu t th i ưa rơm vào xyclon phân ly theo ư ng ti p tuy n và xoáy tròn:
+Rơm t t n ng h n theo thành phân ly r t xu ng ay dùng
+Ph n nh g m lá b xoáy tít
ngoài

gi a, theo ng và gió bay lên

n ub t
nh phân ly

ra


Nguyên li u rơm

-Cây dư i 2 tu i t t cho sx gi y
-Sau khi ch t h ph i róc h t m u cành
-Th i gian b o qu n không nên

quá lâu do s phá hu c a sinh v t, vi sinh

v t
-C t : dài 25-35mm, r ng 5-15mm, trư c khi c t ph i ép, cán d p (Có th cùng
v i máy c t)
*Nguyên li u g
G

C t ng n

M nh quá kích thư c

Bóc v

Ch t m nh

Kho ch a

Dài: 10-30mm
Dày: 2-5mm

Máy mài

Sàng

m nh

N in u


*Nguyên li u tre n a


2.2. C u trúc và thành ph n sơ s i
*C u trúc g :

1-L p v ch t bên ngoài (outer dead bark)
2-L p v s ng bên trong (inner living bark)(Libe)
3-Cambium: s n sinh s i và g
4-G giác (Sapwood)
5-G lõi (hearwood)


C u trúc g g m:

sinh trư ng thay


*T c

i theo mùa, ta có các vòng cây

-G s m: thành sơ s i m ng, có các l trên thành (mùa xuân)
-G mu n: thành sơ s i dày, ch t hơn (mùa thu)

G s m

G mu n

+S i: t bào tương

i dài, ư ng kính bé, t o

b n và nh ng tính ch t v t lý

c a g (15-60% TT g )
+Các ng: t bào thành m ng, r ng, ng n hơn (dài 0,3-0,4mm, r ng 30130µm), các t bào thông nhau, d n ch t dinh dư ng và nư c t
(chi m

r lên lá t t

n 60% th tích g )

Th c ăn ư c ch a trong các t bào Parenchyma ư ng kính thay
s m

it g

n g mu n trong m t vòng h ng năm.

+Parenchyma th ng


*Các lo i t bào:

ng, n m theo tr c s i g m nhi u ngăn nh (1-24% TT

g )

+T bào Parenchyma n m ngang thân cây g i là tia g (rays) (17 -30% TT g ),
có th v n chuy n các ch t hoà tan sang các th g lân c n

G m m (lá kim)
Chi u dài sơ s i
ư ng kính

G c ng (lá r ng)

3,5 mm

1,5 mm

35 µm

25µm


S khác nhau gi a g m m và g c ng

Ch.dài s i
Tr.bình
G m m

4

42 ± 2%

Cenlulo

45 ± 2%

3

G c ng

2

Hemicenlulo
27 ± %

1

0

20

60

100

nh hư ng tu i sinh h c
n chi u dài TB c a s i

30 ± 5%
Lignin

28 ± 3%
Các ch t chi t
3 ±2 %

20±4%

5 ±3 %


Thành ph n trung bình c a
g m m và g c ng
G m m
G c ng

L p gi a (ML): Liên k t gi a các sơ s i
Thành sơ c p (P)
Thành th c p (S): g m 3 l p khác bi t
+ S1: l p ngoài c a thành th 2 (0,1-0,2 µm)
+ S2: ph n thân chính c a sơ s i (2-10 µm)
+ S3: L p trong c a thành th 2 (~0,1 µm)
Lumen (L): ng trung tâm c a sơ s i (r ng)

L

S3
S2
S1
P
ML


C u trúc vi s i th c v t


C u trúc vi s i th c v t

G

Lignin

Cacbohydrat

Cenlulo

Hemicenlulo

Ch t chi t


Thành ph n hoá h c c a s i th c v t

-Là m t cacbonhydrat, g m nh ng ơn v D-anhydro-glucopyranose n i v i
nhau b ng ß-1, 4-glucosidic bonds
-CTHH: (C6H10O5)n
-n:

trùng h p, thay

i theo ngu n cung c p và cách x lý


*Cenlulo

trùng h p

Ngu n cenlulo
Cenlulo t nhiên

n
5000- 10000

S i v i bông ã tinh ch

1000-3000

Các lo i b t thương ph m

600-1500

Cenlulo tái sinh (VD: tơ nhân t o)

200-600

-Cenlulo trong sơ s i th c v t có m c
tinh), nh hư ng l n

n

nh hư ng cao (vùng k t

b n sơ s i

-Vùng k t tinh: dung môi ho c các ch t ph n ng khó thâm nh p
-Vùng vô

nh hình: dung môi ho c các ch t ph n ng d thâm nh p


M t s giá tr

M ch c ng
Liên k t hydro n i và ngo i phân t


C u trúc xenlulo


Hemicenlulo


Lignin

3.1. Khái quát phương pháp s n xu t b t:
-Làm b t gi y : là quá trình làm
s i

t các liên k t trong g , bi n

i g thành sơ


Chương 3: S N XU T B T

B t g mài
B t cơ h c
B t

B t cơ h c máy nghi n (RMP)

B t bán hoá h c
B t Kraft (ki m)
B t hoá h c
B t sulfit (axit)


*M t s phương pháp s n xu t b t

-Cho

n 1960 h u h t t t c b t cơ h c

u ư c s n xu t b ng công

ngh g mài á (SGW)
-1975 công ngh SGW v n chi m 90% s n lư ng b t c a B c M
-1980 g n 50% b t cơ h c ư c s n xu t b ng phương pháp máy nghi n
do m t s ưu i m cua pp máy nghi n:
+S d ng m nh, mùn cưa,
+Gi m chi phí lao

ng

-Tuy nhiên b t g mài v n ư c duy trì nh ưu i m tiêu th năng lư ng
th p hơn
-Nói chung, pp b t cơ h c cho hi u su t cao: 80-95%


3.2. S n xu t b t cơ h c:

+B t g mài á (GW-Groundwoood)

+B t g mài ch u áp l c (PGW-Presurised Groundwood)

+B t cơ h c máy nghi n (RMP-Refiner Mechanical Pulping)

+B t nhi t cơ (TMP- Thermomechanical Pulping)

+B t cơ nhi t hoá (CTMP-Chemithermomechanical Pulping)


M t s lo i b t cơ h c:

MÀI Á

+Là phương pháp s n xu t b t cơ h c c nh t
+Nguyên t c: kh i g

ư c ép theo chi u d c tỳ vào b m t lô á mài nhám,

khi lô á quay, s i b xé ra kh i g và tách thành các sơ s i còn nguyên v n.
G

Thùng
g

Thanh ch n
Vòi phun nư c

p tràn


3.2.1. S N XU T B T G

H ch a b t

G
Ph li u

Sàng thô
B b t

T.b tháo nư c

Sàng sơ b

Tháp t y

B cô

B máy xay

Máy nghi n

B b t
Máy cô

Máy xay

B b t ã nghi n
c

c

Sàng th c p

B b t sàng th c p

Dây chuy n g mài tiêu bi u

Thùng ph ph m


Máy mài

-Các khúc mài ư c ch t o riêng r và g n vào lõi bê tông c t thép
-Khúc mài ư c làm t nh ng viên á mài oxyt nhôm ho c cacbua silic
-L p mài dày ~7 cm (kho ng 2 năm thay m t l n, khi nhóm h u ích b mòn)
-Mài

nh kỳ


á mài

Hình ren

Th ng

Hình xo n c

Hình thoi

-Làm s c á mài b ng cách di ng g (d ng tr c lăn nh d~7,5cm, l~7,5cm) qua b
m t lô á
-Xo n c và hình thoi ư c s d ng r ng rãi nh t


Các hình d ng g khác nhau c a thi t b làm nhám á mài

Máy mài ki u xích

Máy mài ki u ba túi

Máy mài ki u vòng tròn Máy mài ki u bu ng ch a


M t s lo i máy mài

-S c n và xé c a các viên á l i ra

tách sơ s i ra kh i g

-Hi n nay cho r ng, cơ ch g m hàng lo t hành
+Ch y u là ép v i t n s cao và gi m ép

ng x y ra

ng th i.

b m t khi các viên á ti p xúc

v i g , làm cho sơ s i bung ra.
+

ng th i lư ng nhi t sinh ra l n do ma sát á/g , g /g , lư ng nhi t này

làm m m Lignin giúp các sơ s i tách ra kh i kh i g .
Nư c quá nhi u: c n tr s làm m m
-Kh ng ch nhi t

r t quan tr ng


Cơ ch mài

Nư c quá ít: hi n tư ng cháy thành than

G

nh hư ng

n mài g

-Lo i g
-Tu i th
-Hàm lư ng m trong g
-Lo i á

á mài

-Kích thư c viên á

-Ki u liên k t

-

-

nhám lô á mài*

sâu c a rãnh

Phun nư c -V n t c dòng nư c

-Nhi t

nư c*

-Áp l c nư c
-S lư ng, kích thư c, v trí vòi phun
-Áp l c tỳ vào lô á*
V n hành

-T c

ngo i biên c a á mài*

-M c ngâm trong nư c c a á
-Hoá ch t thêm vào

* Kh ng ch c n th n trong quá trình v n hành


Các y u t

-B t cơ h c máy nghi n thương ph m d u tiên năm 1960
-Nguyên li u: m nh g , mùn cưa
-Quá trình bi n

i cơ h c m nh g ho c mùn cưa x y ra trong ĩa c a máy

nghi n ĩa
*Ưu i m c a phương pháp nghi n:
-S d ng ph n còn l i c a các nhà máy x g
-

b n b t cao hơn (sơ s i b t dài hơn b t g mài)

-Gi m chi phí lao

ng (t

ng hoá)

Tuy nhiên: màu t i hơn b t g mài


3.2.2. S N XU T B T CƠ H C MÁY NGHI N

+Lignin b làm m m b i s nén ép và ma sát c a g /g và g / ĩa thép
+Các m nh bung ra thành các ph n nh hơn và cu i cùng thành sơ s i
+Sơ s i v a m i s n xu t b xo n l i, ph i làm rã b t trong nư c nóng
-Trung tâm c a máy nghi n là b ph n ĩa nghi n:
+1 ĩa kép: g m 2 ĩa quay theo 2 hư ng ngư c nhau
+1 ĩa quay , 1 ĩa c

nh

+ 1 ĩa kép quay gi a 2 ĩa c

nh


*Cơ ch nghi n:

Phi n ĩa giai o n m t
Ph n răng
nghi n nh

+Vùng xé g m các thanh răng phá
dày, xé m nh, t o l c ly tâm di

Ph n răng
nghi n
trung bình

chuy n và s p x p m nh g
+Vùng nghi n g m các thanh và rãnh

Ph n răng xé

h pd n
Ph n răng
nghi n nh

Phi n ĩa giai o n hai
+Răng xé ng n hơn, s p x p

Ph n răng
nghi n
trung bình

m nh và t o l c ly tâm
+B m t nghi n r ng hơn


*Nghi n 2 giai o n:

Ph n răng
xé

M t ph n c a t m ĩa nghi n

Nguyên li u

nh hư ng

n nghi n m nh

-Lo i và ch t lư ng nguyên li u
-Hàm lư ng m trong g

Phi n ĩa

-Lo i v t li u làm ĩa
-Hình d ng
- ư ng kính ĩa

V n hành

-

côn

-Ngo i biên kín hay h

-Áp su t vào

-Nhi t

-N ng

-

-T c

quay c a ĩa

-Hoá ch t thêm vào

vào

h gi a các ĩa


Các y u t

Băng t i tách nư c

Tb tách kim lo i
M nh ã
r a ra

Kim lo i ra

Nư c i tách cát
và tu n hoàn tr l i

T.b tách cát
H th ng r a m nh Defibrator


M nh

M nh
Bình i u
ti t

Thùng ch a

T.b tách
nư c và
sàng

Cyclon th i

Van quay
Máy
nghi n a.p.
khí quy n

Máy r a
Máy th i

Nghi n áp l c

B h nh p

Máy ph li u

B ch a b t xo n

Máy cô
c
Sàng
th c p

Sàng sơ
c p

B t t i máy xeo

Thùng ch a
B ch a
ph sàng sơ
c p

Sơ

B ch a
ph sàng
th c p

B b t cô

c

dây chuy n công ngh b t nhi t cơ


3.2.3. S N XU T B T NHI T CƠ

*Tóm t t l ch s

phát tri n:

-Năm 1857 Khám phá ra phương pháp sx
-Năm 1867 ông Benjamin Tilghman ư c c p b ng sáng ch M
-Năm 1874 b t sunfit thương ph m

u tiên ư c sx

Thu

i n

-Năm 1890 PP sx b t sunfit canxi axit quan tr ng nh t
-Năm 1930 công ngh Kraft chi m ưu th
-Năm 1950 m t s c i ti n v thi t b và v n hành
-

n nay, nh ng nghiên c u t p trung vào: vi c thu h i hoá ch t, x lý môi

trư ng


3.3. S N XU T B T SUNFIT

Không khí

Amoniac

Lưu huỳnh

Lò

Tháp h p th

t

Bu ng

Nư c

B ch a

t

T.b l c khí

T,b làm l nh

T.b ngưng t áp su t th p

Qu t

T.b ngưng t áp su t cao

Khí lò

Axit n u

M nh g
B t

N in u
H phóng

Thu h i d ch n u


Công ngh n u sunfit v i bazo amoniac

* i u ch SO2:

t ch y lưu huỳnh (ho c FeS2) trong không khí

S + O2

SO2

(FeS2 + 11/2 O2
+Ph n ng to nhi t ư c duy trì

Fe2O3 + 4 SO2)
nhi t

trên 1100oC

+Kh ng ch lư ng oxy dư trong không khí ch a (10% O2 dư)
*H p th SO2 trong dung dich bazo ki m
SO2 + H2O

H2SO3

*Ph n ng trùng ngưng ligin x y ra m nh n u dùng m t mình H2SO3


Mô t công ngh n u

+T o bisunfit canxi t

m làm ngăn ch n ph n ng trùng

á vôi

CaCO3 + 2 H2SO3

Ca(HSO3)2 + CO2 +H2O

Qua 2 ph n ng trung gian:
CaCO3 + H2SO3

CaSO3 + CO2 +H2O

CaSO3 + H2SO3

Ca(HSO3)2

D ch n u sunfit là: h n h p c a SO2 t do và SO2 liên k t
(HSO-3)
Nhi t
HSO3↔
SO2 + OHH+

HSO3-

↔

H2O

SO32- + H2O

↔

HSO3- + OH-

SO2

+

Áp su t


*Các bazo có tác d ng như là dung d ch
ngưng lignin:

d ng ion bisunfit

+ SO2
↔

H2O

+

+T o bisunfit magie:
MgO + H2O

Mg(OH)2

Mg(OH)2 + 2 H2SO3

2 Mg(HSO3)2 + H2O

+T o bisunfit natri:
Na2CO3 + H2SO3

2NaHSO3 + CO2 + H2O

+T o bisunfit amoni:
NH3 + H2O
NH4OH + H2SO3

NH4OH
NH4HSO3 + H2O


-H p th SO2 b ng bazo tan: NH4OH, Mg(OH)2 ho c Na2CO3

Berl saddle

m trơ

tăng di n tích ti p xúc trong tháp h p th

Intalox saddle

Tellerette

Pall ring


+Các lo i v t li u

Raschig ring

-Axit n u bao g m axit thô b sung SO2 h áp t

các n i n u t i các thi t b

ngưng t áp su t cao và thi t b ngưng t áp su t th p
N ng


*B sung SO2

axit trư c và sau khi b sung SO2 (theo % kh i lư ng)
Axit thô

Axit n u

T ng SO2

4-4,2

6,0-8,0

SO2 t do

2,8-2,5

5,0-6,8

SO2 k t h p

1,2-1,7

1,0-1,2


Mô t b sung khí SO2 c a h th ng axit ch u áp l c

-N i n u ch u áp l c, b ng thép ho c thép không r v i l p ph b n axit
-N i n u ư c n p

y m nh,

y n p, cho axit

nóng t thi t b ngưng t áp

su t cao vào, gia nhi t, tu n hoàn cư ng b c d ch n u qua 1 thi t b trao
nhi t
-N i ư c tăng áp
-Khi nhi t

nm c

yêu c u

và áp su t tăng, m nh h p th nhanh axit nóng

-Ph n ng x y ra :
+ Nhi t

trên :

+ Nhi t

c c

+Th i gian:
-Kh ng ch

110oC
i: 130-140oC
6-8 gi

i u ki n n u d a vào m c


*N u b t

tách lignin

i

+D a vào màu c a d ch n u
+Ki m tra

nh kỳ SO2 dư

+Khi th i gian n u còn l i 1-1h30 thì gia nhi t không liên t c
+ Khi áp su t gi m xu ng còn kho ng 20-25 Psi thì lư ng ch t
n u ư c phóng vào h phóng, khí

ơc ưa di làm s ch

+B t ư c tách kh i d ch n u, r a, t y…

thu h i

n i


- i m d ng n u c a t ng m khác nhau:

+ Axit sunfuaro t do k t h p v i lignin


-Các ph n ng hoá h c ch y u x y ra trong quá trình n u b t:

t o lignosulfonic acid không tan

+V i s có m t c a bazo, mu i lignosulfonic ư c t o thành, d hoà tan
hơn
+Lignin sulfonat hoá b tách thành thành nh ng o n phân t nh hơn
+Hemicenlulo b thu phân thành ư ng hoà tan

nh hư ng
T c

pH
N ng

nt c
th p

n u b t sunfit
T c

Cao
SO2

cao

Th p

Th p

Cao

Nhi t

Th p

Cao

Bazo

Ca

Na

Mg

NH4


Các y u t

Nguyên li u

nh hư ng

n n u sunfit

-Lo i và ch t lư ng nguyên li u
-Hàm lư ng m trong m nh

Axit n u

- Lo i bazo
-T s SO2 t do/SO2 liên k t

Kh ng ch n u

-M c dùng hoá ch t (%SO2/g )
-T l d ch/g
-Áp su t vào
-N ng

Các thông s
ki m tra

-Chu kỳ nhi t
-Th i gian n u

-M c

tách lignin

-Màu d ch n u
-M c gi m

-SO2 th a
trùng ngưng


*Các y u t

3.4.1. Công ngh b t s d ng xút
-Các lo i ki m: NaOH, Ca(OH)2, KOH,…l a ch n ph thu c ho t
tính, tính kinh t ,…
-Ph n ng:
ROH + NaOH

RONa + H2O

(Lignin)

(Lignin ki m)

RCOOH + NaOH

RCOONa + H2O


3.4. S N XU T B T KRAFT

-

lo i Lignin tri t

, ph i ngâm d ch ki m

quá trình th m th u vào

nguyên li u t t hơn
-Nguyên lý: Ch t l ng ch y t nơi cao

n nơi th p, áp su t cao

n áp su t

th p
+D ch n u khuy ch tán t nơi có n ng

ki m cao

n th p

+T o áp su t chênh l ch gi a bên ngoài và bên trong m nh nguyên
li u, áp su t l n thì t c

th m th u m nh

-N u dư i áp su t
-Nguyên li u ph i có hàm m xác

nh


*N u:

-N ng

xút: quá cao s gây t n h i holoxenlulo

-Nhi t

:

+Cao: hoà tan Lignin cao, nhưng thu phân Holoxenlulo càng cao
+Th p: ph n ng ch m, th i gian kéo dài, lo i lignin kém tri t
nhưng ít t n h i xenlulo
* nh hư ng c a nhi t
Nhi t

(oC)

n
T s t c

hoà tan và thu phân xenlulo
p.

hoà tan lignin/xenlulo

160

12,8

170

8,7

220

1

,


*Công ngh b t s d ng xút

D ch n u là: dung d ch (NaOH + Na2S):
+T c

kh lignin nhanh hơn

+B t ch a ít lignin hơn (t o –SNa)
+Ph n ng a t lignin ít hơn
Na2S + H2O

NaOH

+ NaSH


3.4.2. Công ngh Kraft (sulfat)


nhà máy b t sulfat tiêu bi u
Sơ

1. Bóc v , c t m nh và sàng
2. N u:
• T l m nh/d ch n u phù h p
• N ng

d ch n u

• Hàm m c a m nh
•

i u ch nh quá trình n u (nhi t

, áp su t)

• Th i gian n u: 2-4h
• Áp su t n u: 100-110 psi, h

n 60 psi trư c khi x

• Turpentin và các ch t bay hơi ư c bay hơi
3. X b t vào h phóng, d ch en ư c ưa i thu h i hoá ch t
4. R a b t, sàng, t y tr ng và ưa

n máy xeo


*Quy trình:


Thi t b n u b t gián o n


Thi t b n u b t liên t c


thu h i và ki m hoá d ch n u
Sơ

1. Cô

c d ch en loãng t máy r a ư c b ng thi t b chưng b c

(Multiple-effect vaporator) (16%

50% hàm lư ng r n) và xà phòng

ư c tách ra
2. Cô
3.

c trên thi t b chưng b c ti p xúc tr c ti p (60% hàm lư ng r n)
t d ch

• Lignin b

c trong lò thu h i
t cháy

• Hoá ch t n u b ch y
• Natri sulfat ư c thêm vào ph n ng v i Cacbon t o sulfua natri
Na2SO4 +

2C

Na2S + 2 CO2


Quy trình thu h i hoá ch t t d ch n u:

5. Xút hoá d ch xanh t o d ch tr ng:
Ca(OH)2 + Na2CO3

CaCO3

+

2 NaOH

6. Nung canxi cacbonat
CaCO3

CaO + CO2

7. Tôi vôi
CaO + H2O

Ca(OH)2

8. Hydroxyt natri ư c ưa v n i n u cùng v i sulfua natri (d ch tr ng)


4. Ch t nóng ch y ư c hoà tan t o d ch xanh g m: Na2S, Na2SO4, Na2CO3

4.1. Sơ

s n xu t gi y t

b t

B t
R a
Sàng
Cô

c
T y tr ng

R a

Nghi n

Tinh l c

Xeo gi y


Chương 4: S N XU T GI Y


Máy xeo lư i

Cu n
ép
Lư i
H p phun

Ép quang
S y
B t

-B t không t y có

tr ng thay

i trong gi i h n r ng

-Có 2 phương pháp t y ư c dùng:
+T y th c (true bleaching)
+T y ch n l c (brightening)
*Phương pháp t y
-Clo hoá (C)

-Trích ly ki m (E)

-Hypoclorit (H)

-Clodioxit (D)

-Peoxyt (P)

-Oxy (O)

-Dc ho c Cd


4.2. T Y B T

+Clo hoá t o h p ch t lignin clo hoá
RH + Cl2
C=C

+ Cl2

RCl + HCl
C–C
Cl Cl

H2O

+ Cl2

O

+ 2 HCl

+H p ch t lignin clo hoá b hoà tan
-N ng

: 12-15%

-Nhi t

: 60-80oC

-Th i gian : kho ng 2h

giai o n trích ly ki m


-Giai o n clo hoá và trích ly ki m thư ng i kèm v i nhau:

Tailieu.vncty.com kt hh-hc_7785

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Más de Trần Đức Anh

Más de Trần Đức Anh (20)

Tailieu.vncty.com kt hh-hc_7785