Đang tải... (xem toàn văn)
Thông gió và điều hoà không khí ra đời vào những năm cuối thế kỷ 19 và được phát triển mạnh từ những năm 30 của thế kỷ 20. Ngày nay, thông gió và điều hoà không khí đ• đóng góp một vai trò quan trọng trong đời sống dân sinh, trong kỹ thuật và nhiều nghành công nghiệp của các quốc gia trên thế giới. Đặc biệt đối với Việt Nam là một nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, vì vậy, ứng dụng kỹ thuật điều hoà không khí có ý nghĩa vô cùng to lớn đối với đời sống của con người và sản xuất ở Việt Nam. Trước đây, do điều kiện kinh tế chưa cho phép nên việc ứng dụng kỹ thuật điều hoà không khí phục vụ các lĩnh vực này còn rất hạn chế. Trong thời gian gần đây, đi đôi với sự phát triển kinh tế của đất nước nhờ các chính sách đổi mới của Đảng và Nhà nước với mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá, nhu cầu về kỹ thuật điều hoà không khí đang gia tăng mạnh mẽ. Các thiết bị điều hoà không khí đ• được nhập từ nhiều nước khác nhau với nhiều chủng loại đa dạng, hiện đại và một số loại đ• bắt đầu được tiến hành sản xuất lắp ráp trong nước. Có thể nói, hầu như trong tất cả các cao ốc văn phòng, khách sạn, nhà hàng, rạp chiếu bóng, nhà văn hoá, một số phân xưởng, bệnh viện… đ• và đang xây dựng đều được trang bị hệ thống điều hoà không khí nhằm tạo ra môi trường khí hậu thích nghi cho người sử dụng. Hiện nay, người dân việt nam chi phí cho nhu cầu về ngành lạnh và điều hoà không khí vẫn còn thấp so với các nước trong khu vực như Thái Lan, Singapo…, điều đó chứng tỏ đây là một ngành có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, Thông gió và điều hoà không khí đ• trở nên hết sức cấp thiết, đặc biệt đối với các ngành công nghệ cao, các công trình đặc biệt, hiện đại. Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, tác giả được giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống điều hoà không khí và bảo vệ môi trường không khí cho các phòng sạch của Trung tâm kỹ thuật Y tế cao cấp với nội dung cụ thể sau: 1. Vai trò của điều hoà không khí đối với công trình Trung tâm kỹ thuật y tế cao cấp. 2. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế hệ thống điều hoà không khí 3.Tính toán cân bằng nhiệt ẩm cho hệ thống điều hoà không khí. 4.Thành lập và tính toán sơ đồ điều hoà không khí. 5. Chọn máy và thiết bị chính. 6. Bố trí lắp đặt hệ thống. Tính thuỷ lực hệ thống đường ống dẫn.
Mục Lục Mở Đầu 1 Phần I: Tổng quan về vật liệu composit .1 I-Khái Niệm 1 II- Lịch sử phát triển 1 III-Xu hớng phát triển 5 IV- Đặc điểm và phân loại 6 V-Vật liệu thành phần của composit .9 VI-Cấu trúc và tính chất của vật liệu composit 12 1-Cấu trúc . 12 2-Một số yếu tố ảnh hởng đến tính chất của composit 14 VII-Các phơng pháp chế tạo vật liệu composit 22 PhầnII-Nghiên cứu thực nghiệm và kết quả 26 I-Nhiệm vụ nghiên cứu .26 II-Nghiên cứu thực nghiệm và kết quả .27 II.1-Phơng pháp nghiên cứu 27 II.2-Nghiên cứu quá trình nấu thuỷ tinh 30 II.3- Đo đạc tính chất thuỷ tinh 33 II.4- Nghiên cứu khả năng tạo vật liệu composit của thuỷ tinh 39 III.4.1- Sơ đồ tổng hợp vật liệu composit 39 II.4.2 Nghiên cứu khả năng tạo vật liệu composit của thuỷ tinh và sợi Cr-Ni.43 II.4.3 Nghiên cứu khả năng tạo vật liệu composit của thuỷ tinh và sợi Inox 46 II.4.4 -Nghiên cứu khả năng tạo vật liệu composit của thuỷ tinh và sợi SiC .48 1 II.4.5- Nghiên cứu khả năng tạo vật liệu composit của thuỷ tinh và gốm thuỷ tinh bền cơ cao .49 II.4.6- Nghiên cứu khả năng tạo vật liệu composit của thuỷ tinh và gốm corun. 50 Phần III- Kết luận .51 Tài Liệu Tham Khảo 52 Mở đầu Vật liệu là một lĩnh vực quan trọng đối với đời sống và sản xuất công nghiệp. Mỗi một loại vật liệu đều có những u ,nhợc điểm riêng (ví dụ:vật liệu hữu cơ :nhẹ , bền, rẻ, dễ gia công nhng không sử dụng đợc ở nhiệt độ cao; vật liệu vô cơ: chịu lực tốt, rẻ, có thể sử dụng đợc đợc ở khoảng nhiệt độ rộng nhng kém bền, kết cấu nặng nề , khó gia công ). Sự phát triên mạnh mẽ của công nghệ hiện đại dẫn tới nhu cầu to lớn về những vật liệu đồng thời có nhiều tính chất cần thiết mà các vật liệu truyến thông khi đứng riêng rẽ không thể có đ- ợc.Vật liệu kết hợp hay composit ra đời vừa đáp ứng nhu cầu cấp bách đó, vừa là sản phẩm của những công trình nghiên cứu trong nửa sau thế kỷ XX nhằm khai thác, phát triển quy luật kết hợp một quy luật phổ biến trong tự nhiên. Ngày nay, vật liệu composit đã và đang thay thế dần các vật liệu truyền thống nh: vật liệu vô cơ,hữu cơ, kim loại để chế tạo ra các chi tiết máy và kết cấu kể cả các kết cấu chịu tải trọng lớn cũng nh các sản phẩm dân dụng khác, trong đó có cả lĩnh vực y tế một lĩnh vực còn mới mẻ - đó là vật liệu composit y sinh. Vật iệu composit y sinh là một loại vật liệu không những có khẳ năng dung nạp tốt trong cơ thể con ngời mà còn có khẳ năng tạo ra mối liên kết trực tiếp kiểu sinh hóa giữa nó và tế bào xơng cơ thể sống. Vì vậy nó là loại vật liệu lý tởng để sữa chữa , thay thế các bộ phận xơng răng cơ thể con ngời trong phẫu thuật chỉnh hình. 2 Luận văn này có nhiệm vụ nghiên cứu tổng hợp vật liệu , khảo sát tính chất và khả năng liên kết tạo vật liệu composit của thuỷ tinh có tính chất sinh học tốt với một số vật liệu khác nhau.các loại cốt khác nhau. Phần I : Tổng Quan Về Vật Liệu Composit I. Khái Niệm Vật liệu composit (composit ) là vật liệu tổ hợp từ hai (hoặc nhiều) vật liệu có bản chất khác nhau . Vật liệu tạo thành có đặc tính trội hơn đặc tính của từng vật liệu thành phần khi đứng riêng rẽ.[1] II. Lịch sử phát triển Vật liệu composit đầu tiên đã xuất hiện cách đây hàng nghìn năm . 5000 năm trớc công nguyên ngời cổ đại đã thêm đá nghiền nhỏ hoặc những vật liệu nguồn gốc hữu cơ vào đất sét để giảm độ co , cứt khi nung gạch hoặc đồ gốm. ở Ai cập khoảng 3000 năm TCN ngời ta đã làm vỏ thuyền bằng lau sậy đan tẩm bitum, nếu bỏ qua một số khái niệm thì kỹ thuật đó cũng giống nh kỹ thuật làm tàu hiện đại từ chất dẻo cốt thuỷ tinh hiện nay. ở Việt Nam , thuyền tre đan trát sơn trộn mùn ca là một ví dụ về vật liệu composit .[2] Năm 1851, Nelson Goodyear đã dùng oxyt kẽm làm chất độn cho elonit. Năm 1920 , Bakeland đă dùng bột gỗ độn vào nhựa bakelit và John đã sử dụng xenlulo làm chất độn cho các loại nhựa .[8] Mặc dù đợc hình thành từ rất sớm , nhng việc chế tạo vật liệu composit mới thực sự đợc chú ý khoảng 60 năm trở lại đây. Vào những năm 1930 Slayter đã đợc Ellis và Foster dùng gia cờng cho polyeste không no. Polyeste tăng cờng bằng sợi sợi thủy tinh đợc sử dụng trong ngành hàng không năm 1938.[8] Năm 3 1944 đã sản xuất hàng nghìn chi tiết bằng chất dẻo composit cho máy bay và tàu chiến phục vụ đaị chiến thế giới lần thứ II.Năm 1950 chất lợng của vật liệu polyme composit đợc nâng cao nhờ sự ra đời của nhựa epoxy và hàng loạt sợi tăng cờng nh sợi cabon, sợi polyeste, nylon, aramit (kelva), sợi silic Từ năm 1970 đến nay , các chi tiết chế tạo từ composit cốt sợi đã đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp , làm vật liệu xây dựng và những ngành kỹ thuật cao .[5] Mặc dù vậy , việc nghiên cứu nâng cao chất lợng , cải thiện tính chất cơ lý , tính chất nhiệt , điện v.v , mở rộng lĩnh vực ứng dụng của vật liệu này vẫn luôn đ - ợc đợc đặt ra. III- Xu hớng phát triển của vật liệu composit trong thời gian tới. [2] - Thay thế thép bằng vật liệu composit: Sự thay thế thép bằng các vật liệu mới có liên quan đến các tính chất đặc biệt và bản chất vật lý của chúng . Trong các vật rắn tinh thể , thép và các kim loại khác luôn tồn tại những sai lệch đ- ờng . Số lợng của chúng lên tới nhiều tỷ trên 1cm 3 , làm yếu kim loại và không cho phép tăng độ bền của chúng lên một cách đáng kể, Nhờ những tính chất u việt , vật liệu polyme composit cho phép đạt đợc độ bền nén lớn hơn nhiều so với thép . - Chuyển vật liệu sang dạng sợi để tăng cờng độ bền : kết quả nghiên cứu trong nhiều năm đã chứng tỏ khi chuyển vật liệu ở dạng khối sang dạng sợi thì độ bền của chúng tăng lên . Trong những sợi mảnh , độ bền đạt tới giá trị gần với lý thuyết và khi đó trong cấu trúc không quan sát thấy khuyết tật. -Đa dạng hoá nền polyme và chất tăng cờng : Trong những năm gần đây trên thế giới , cùng với những loại nhựa nhiệt rắn đã đợc sử dụng rộng rãi nh nhựa epoxy , polyeste không no , phenolfomandehyt ng ời ta đã sử dụng rất có hiệu quả các loại nhựa nhiệt dẻo nh PE, PP, polyamit, polycacbonat . -Phối hợp giữa các vật liệu polyme , nền kim loại và gốm.[2] IV. đặc điểm và phân loại vật liệu composit 4 1. Các đặc điểm chung. - Là vật liệu nhiều pha. Các pha tạo nên composit thờng rất khác nhau về mặt bản chất , không hoà tan lẫn nhau , phân tách nhau bằng bề mặt phân chia pha. Pha liên tục trong toàn khối composit đợc gọi là nền (matrix), pha phân bố gián đoạn , đợc nền bao bọc , quy định gọi là cốt .(Hình 1.1) l - Trong composit thì tỷ lệ , hình dáng , kích th- ớc , cũng nh sự phân bố của nền và cốt tuân theo các quy định thiết kế trớc. - Tính chất của các pha thành phần đợc kết hợp để tạo nên tính chất chung của composit. Tuy vậy tính chất của composit không bao hàm tất cả các tính chất của các pha thành phần khi chúng đứng riêng rẽ mà chỉ lựa chọn trong đó những tính chất tốt và phát huy thêm. [1] * Cơ tính của vật liệu composit phụ thuộc vào : + Cơ tính của vật liệu thành phần + Luật phân bố hình học của vật liệu cốt + Tác dụng tơng hỗ giữa các vật liệu thành phần [3] 2. Phân loại : Để phân loại vật liệu composit ngời ta dựa vào các đặc điểm chung của chúng : - Theo bản chất của vật liệu nền : Composit nền polyme, gốm , graphit, kim loại ,hỗn hợp nhiều pha. - Theo hình học cốt : Composit cốt hạt ( thô , mịn ) , composit cốt sợi ( dài, ngắn ). - Theo cấu trúc vật liệu : Composit tấm,lớp, tấm 3 lớp, khối , tổ ong - Theo phơng pháp chế tạo : Đúc,ép ,đúc phun, lăn tô - Theo phạm vi ứng dụng : Composit cao cấp, composit kỹ thuật. 5 Nền Cốt Hình 1.1: Vật liệu Composit 2.1. Phân loại theo bản chất của vật liệu nền . * Nền kim loại : Kim loại có độ bền, cứng, dẻo khá cao, có thể chịu đợc nhiệt độ cao hơn polyme trong môi trờng có oxy. Vật liệu composit nền kim loại có modun rất cao (~ 110 GPa ) ,nền đòi hỏi sợi tăng cờng phải có modun cao. Al, Mg, Ti, Cu đợc nghiên cứu ứng dụng làm nền composit hơn cả, đặc biệt các kim loại nhẹ rất đợc a chuộng trong ngành hàng không. - Nền kim loại có một số u điểm so với nền polyme : + Kim loại nói chung dẻo , khá bền nên cải thiện chỉ tiêu cơ lý của polyme nh modun đàn hồi. + Có độ dẫn điện, nhiệt cao hơn + Không bốc cháy, ít bị ảnh hởng của môi trờng ẩm. +Có tính đàn hồi nên trong một số trờng hợp dễ gia công, lắp ráp. - Nhợc điểm chính của nền kim loại là khối lợng riêng lớn. Công nghệ chế tạo composit nền kim loại phức tạp hơn rất nhiều so với nền polyme và do vậy giá thành sản phẩm sẽ cao hơn . Chính điều này hạn chế việc lựa chọn và triển khai ứng dụng chúng trong công nghiệp * Nền polyme: Composit nền polyme chiếm khoảng 90 % trong tổng số các loại composit . Nền polyme rất đợc a chuộng do có tỷ trọng thấp, cách điện, nhiệt tốt, dễ gia công. Polyme dùng làm nền có 2 loại:Nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo[1]. Các loại nhựa nhiệt dẻo thông dụng : Polyetylen (PE) , Polypropen (PP), Polystylen , Polyamit [3] Nhựa nhiệt rắn phổ biến nhất là : Epoxy, polyeste không no, phenolic, polyuretan [3] *Nền gốm và thuỷ tinh: Tổ chức điển hình của gốm là đa pha và đa tinh thể. Hai pha chính tạo nên tổ chức của gốm : Pha thuỷ tinh phân bố xen kẽ giữa các vùng pha tinh thể và 6 gắn kết chúng lại với nhau. Gốm là loại vật liệu có độ bền cao, duy trì đợc độ bền ở nhiệt độ cao (~ 1600 o C ), khả năng chịu oxy hoá cao. Tuy nhiên có độ bền kéo thấp , chịu va đập kém. [1] Thuỷ tinh vô cơ là vật liệu nhận đợc bằng cách làm nguội nhanh một hợp chất vô cơ từ trạng thái nóng chảy ở nhiệt độ cao đến trạng thái rắn không kết tinh. Quá trình này giống nh đối với nhựa nhiệt dẻo nên có thể áp dụng các phơng pháp gia công của nhạ nhiệt dẻo. Thuỷ tinh có độ bền và modun đàn hồi cao (~69GPa), độ dãn nở nhiệt thấp. Nhờ tính chảy tốt nên khi tăng nhiệt độ và áp lực ép thì hàm lợng sợi tăng cờng có thể tăng nhng không làm giảm độ bền vật liệu.[1] *Nền cacbon/graphit: Grafit là vật liệu chịu nhiệt rất tốt, cứng, bền nhiệt(>2000 o C ), điển hình là composit cacbon-cacbon. Vật liệu này đợc sử dụng nhiều trong ngành hàng không, hoá dợc , y tế [1] 2.2. Phân loại theo hình học cốt: *Composit cốt hạt: Có cấu tạo gồm các phân tử cốt dạng hạt đẳng trục phân bố đều trong nền. Các phân tử cốt rất đa dạng : Các loại khoáng tự nhiên , oxyt, cacbit, nitrit. - Composit cốt hạt mịn : thờng có nền là kim loại hoặc hợp kim, cốt có kích th- ớc nhỏ ( < 0.1 àm) thờng là các vật liệu bền cứng , có tính ổn định nhiệt cao nh cacbit, nitrit. Tơng tác nền cốt xảy ra ở mức vi mô với kích thớc nguyên tử , phân tử. - Composit hạt thô : Nền có thể là polyme , kim loại hoặc gốm. Cốt thờng đợc đa vào để cải thiện độ bền nén , kéo , uốn, độ chống mài mòn ,độ ổn định kích thớc , chịu nhiệt hoặc tạo ra một tính chất mới theo yêu cầu. T ơng tác nền cốt không xảy ra ở mức nguyên tử , phân tử.[1] *Composit cốt sợi ngắn: Độ dài cốt sợi nhỏ hơn 5 cm . Composit cốt sợi ngắn đợc gia công bằng các phơng pháp gia công nhựa thông thờng nh đúc , đùn , đuc phun. Khi đùn hoặc đúc phun vào khuôn , sợi phải có khả năng đi qua đợc khe hở trong thân 7 thiết bị. Sợi ngắn thờng đợc dùng tăng cờng cho nhựa nhiệt dẻo. Nhựa nhiệt rắn do có khối lợng phân tử lớn khi đóng rắn sẽ không có lợi nếu dùng sợi ngắn.Tất cả composit cốt sợi ngăn đều thuộc composit kỹ thuật.[4] *Composit cốt sợi có chiều dài trung bình: Độ dài cốt sợi từ 10 đến 100 mm, thờng dùng cho nhựa nhiệt rắn có thêm bột độn với hàm lợng khá lớn. Phơng pháp gia công thờng đợc sử dụng là phơng pháp ớt . Sợi phải đợc thấm ớt hoàn toàn để composit đạt đợc các tính chất cao nhất. Composit này cũng thuộc composit kỹ thuật.[4] *Coposit cốt sợi dài: Sợi này hay còn gọi là sợi liên tục thờng đợc dùng tăng cờng cho nhựa nhiệt rắn, chế tạo composit chất lơng cao. Loại composit này có thể đợc chế tạo với nền là vô cơ , gốm , kim loại.[4] 3. Phân loại theo phạm vi ứng dụng: Theo phạm vi ứng dụng thì composit đợc chia thành 2 nhóm . Hai nhóm này khác nhau chủ yếu ở loại sợi , chiều dài sợi tăng cờng và loại nhựa đợc sử dụng làm nền. Nhóm thứ nhất đợc gọi là composit tiên tiến (advanced composit ), đợc chế tạo từ các loại sợi dài và có độ bền cao. Nhựa nền cũng là các loại nhựa có đặc tính tốt , chịu nhiệt , bền hoá học . Composit chất lợng cao thờng đợc ứng dụng trong ngành hàng không , vũ trụ (nh tên lửa , các bộ phận máy bay), cũng nh các dụng cụ thể thao cao cấp (nh vợt tennis, gây chơi gol ), vật liệu y sinh ( sửa chữa, thay thế các bộ phận răng, xơng cơ thể ) . Nhóm thứ hai đợc gọi là composit kỹ thuật ( engineering composit ) gồm các composit cốt sợi ngắn , có tính chất cơ lý thấp hơn. Nhựa nền cũng có tính chất thấp hơn. Các sản phẩm làm từ composit kỹ thuật bao gồm : vỏ tàu , ca nô , otô bồn tắm , bể chứa V- Các vật liệu thành phần của composit 8 Thành phần chính của composit là nền và vật liệu tăng cờng(cốt). Ngoài ra còn có chất đóng rắn , chất độn và một số chất màu (nếu cần).Vật liệu cốt giúp cho composit có khả năng chịu lực cao hợn .Vật liệu nền đóng vai trò liên kết vật liệu cốt với nhau và truyền lực cơ học tới chúng , cũng nh bảo vệ cốt chống chọi với môi trờng xung quanh.[3] 1. Cốt Trong toàn khối composit xét về mặt sắp xếp thì cốt phân bố không liên tục. Về mặt bản chất cốt có thể rất đa dạng tuỳ thuộc vào tính chất của composit cần chế tạo. Trong thực tế cốt có thể bằng kim loại ( thép không rỉ, vofram, molipden ) , bằng chất vô cơ ( bo , cacbon , thuỷ tinh , gốm ) và bằng chất hữu cơ ( polyamit thơm, nhựa epoxy ). [1] Hình dạng, kích thớc, hàm lợng và sự phân bố cốt là những yếu tố ảnh hởng mạnh đến tính chất của composit . Một số dạng thức phân bố cốt trong không gian : cốt hoá một chiều (tuyến tính ), cốt hoá hai chiều ( mặt), cốt hoá ba chiều ( khối). Về đặc tính của từng loại cốt xem phần 2.2. 2. Nền [1] Trong composit nền đóng vai trò chủ yếu sau đây: - Liên kết toàn bộ các phần tử cốt thành một khối thống nhất . - Tạo khả năng để tiến hành các phơng pháp gia công vật liệu composit thành các chi tiết theo thiết kế. - Che phủ , bảo vệ cốt tránh các h hỏng cơ học và hoá học do tác dụng của môi trờng ngoài. Nền có thể là các vật liệu rất khác nhau . Về cơ bản ngời ta có thể phân loại nền thành 4 nhóm :polyme , kim koại , gốm và hỗn hợp. Đặc tính của từng loại nền xem phần 2.1. 3. Tơng tác giữa nền và cốt Nền và cốt đợc kết hợp thành khối composit thống nhất thông qua liên kết tại vùng ranh giới pha.Về nguyên tắc giữa nền và cốt trong khối composit ở điều kiện làm việc bình thờng không xảy ra hiện tợng khuếch tán hoà tan lẫn 9 nhau.Tuy vậy tuỳ thuộc vào qui trình công nghệ chế tạo ,hệ thống có thể trải qua các trạng thái nhiệt độ , áp suất cao thuận lợi về mặt nhiệt động học cho các tơng tác khác nhau giữa nền và cốt xảy ra.[1] 3.1. Các dạng tơng tác giữa nền và cốt .[1] Theo đặc điểm ngời ta phân loại tơng tác nền cốt thành 3 dạng cơ bản sau: - Nền và cốt không hoà tan lẫn nhau và không tạo thành hợp chất hoá học. VD : Các composit Al-B, SiC-Al - Nền và cốt tơng tác tạo dung dịch rắn với độ hoà tan rất nhỏ và không tạo hợp chất hoá học. VD: Các composit :Nb-W, Ni- W - Nền và cốt tơng tác với nhau tạo hợp chất hoá học . VD: Các composit :Al-SiO 2 , Ti-Al 2 O 3 , Ti-SiC Tuỳ thuộc vào dạng tơng tác , giữa nền và cốt sẽ hình thành mối liên kết nhất định . Độ bền của composit chịu ảnh hởng rất mạnh vào độ bền liên kết cốt- nền. 3.2. Các kiểu kiên kết giữa cốt nền .[1] Trong vật liệu composit , tồn tại 6 kiểu liên kết cơ bản sau: *Liên kết cơ học (hình vẽ 1.2a ): Liên kết này thực hiện nhờ khớp nối thuần tuý cơ học giữa nền và cốt thông qua độ mấp mô bề mặt hpặc do lực ma sát. *Liên kết nhờ thấm ớt (hình vẽ 1.2b): Liên kết này thực hiện nhờ năng lợng sức căng bề mặt . Đối với các composit tạo ra kiểu liên kết cơ học , khi tiến hành quy trình chế tạo , nếu pha nền dợc nung chảy và thấm ớt với cốt thì bao giờ cũng xảy ra quá trình khuếch tán hoà tan lẫn nhau giữa chúng dù là rất nhỏ.Sức căng bề mặt trên ranh giới nền- cốt sau khi pha nền đông đặc chính là yếu tố quyết định của kiểu liên kết sau này . *Liên kết phản ứng (hình vẽ 1.2c) 10