Nghiên cứu tính chất cơ học của composite HDPE tăng cường với hạt ZnO trong công nghệ ép phun

Nghiên cứu tính chất cơ học của composite HDPE được tăng cường bằng hạt nano ZnO trong quá trình ép phun. Tìm hiểu ứng dụng và hiệu quả.

• Tác giả: Nguyen Hoang Thanh Long
• Người hướng dẫn: Ph.D Nguyen Van Thuc
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Mechanical Engineering
• Đề tài: Nghiên Cứu Tính Chất Cơ Học Của Composite HDPE Tăng Cường Với Hạt ZnO Trong Công Nghệ Ép Phun
• Loại tài liệu: Graduation Thesis
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. Overview of research in HDPE
• 1.2. Reason to choosing the topic
• 2. CHAPTER 2: OVERVIEW OF RESEARCH TOPIC
• 2.1. Introduction of HDPE (Polyethylene High-Density)
• 2.1.1. Define of HDPE
• 2.1.2. Physical properties of HDPE
• 2.1.3. Chemical properties of HDPE
• 2.1.4. Application of HDPE
• 2.2. Overview of nanoparticles
• 2.2.1. The structure of Zinc Oxide
• 2.2.2. Properties and applications of ZnO NPs / HDPE composite
• 2.2.3. Technical tested Figure of ZnO NPs / HDPE composite
• 2.2.3.1. Microhardness values for HDPE/nano-ZnO composite
• 2.3. Overview of injection molding technology
• 2.3.1. Injection molding machine
• 2.3.2. Plastic Injection Molding process
• 2.3.3. Injection molding parameters
• 2.3.4. Injection Molding Machine Haitian III
• 2.3.5. Advantages and disadvantages of Injection Molding Technology
• 2.4. ASTM D2240 standard and Shore hardness testing method
• 2.5. Surface inspection using SEM
• 2.5.1. Overview of SEM (Scanning Electron Microscope)
• 2.5.2. The history of Scanning Electron Microscope and EDS method
• 3. CHAPTER 3: EXPERIMENT AND SELECTION PROCESS
• 3.1. Classification and preservation
• 4. CHAPTER 4: ANALYSIS AND EVALUATION OF THE RESULT
• 4.1. Results before and after parameter selection
• 4.1.1. Before selection process
• 4.1.2. After selection process
• 4.2. Tensile testing analysis
• 4.2.1. Experimental chart effect of each percentage of ZnO-NPs to tensile strength
• 4.2.2. Effect of ZnO-NPs to the Ultimate Tensile Strength and Elastic Modulus of HDPE
• 4.3. Flexural strength analysis
• 4.3.1. Experimental chart effect of each percentage of ZnO-NPs to flexural strength
• 4.3.2. Effect of ZnO-NPs to the Elongation of HDPE
• 4.4. SEM and DSC analysis
• 4.5. Taguchi mehod analysis
• 5. CHAPTER 5: CONCLUSION AND RECOMMENDATION
• REFERENCES OF INFORMATION
• REFERENCES OF FIGURE
• REFERENCES OF TABLE

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu tính chất cơ học của composite HDPE

Nghiên cứu tính chất cơ học của composite HDPE tăng cường với hạt ZnO trong công nghệ ép phun đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu. Composite HDPE, với khả năng kết hợp giữa tính bền và tính nhẹ, đã trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Việc tăng cường composite này bằng hạt ZnO không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn mở rộng khả năng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác nhau.

1.1. Đặc điểm của composite HDPE và hạt ZnO

Composite HDPE là vật liệu được tạo ra từ polyethylene mật độ cao, có tính chất cơ học tốt. Hạt ZnO, với kích thước nano, được biết đến với khả năng cải thiện độ bền và tính năng chống tia UV cho composite.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng hạt ZnO trong composite

Việc sử dụng hạt ZnO trong composite HDPE giúp tăng cường tính bền, khả năng chịu nhiệt và độ ổn định hóa học. Điều này làm cho sản phẩm cuối cùng có thể đáp ứng tốt hơn trong các điều kiện khắc nghiệt.

II. Thách thức trong nghiên cứu tính chất cơ học của composite HDPE

Mặc dù composite HDPE có nhiều ưu điểm, nhưng việc nghiên cứu và phát triển nó cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như sự phân bố không đồng đều của hạt ZnO trong composite và ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến tính chất cơ học là những vấn đề cần được giải quyết.

2.1. Vấn đề phân bố hạt ZnO trong composite

Sự phân bố không đồng đều của hạt ZnO có thể dẫn đến sự giảm sút tính chất cơ học của composite. Cần có các phương pháp tối ưu hóa để đảm bảo hạt ZnO được phân bố đồng đều trong HDPE.

2.2. Ảnh hưởng của môi trường đến tính chất cơ học

Các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng có thể ảnh hưởng đến tính chất cơ học của composite HDPE. Việc nghiên cứu các yếu tố này là cần thiết để đảm bảo độ bền và tuổi thọ của sản phẩm.

III. Phương pháp nghiên cứu tính chất cơ học của composite HDPE

Để nghiên cứu tính chất cơ học của composite HDPE tăng cường với hạt ZnO, các phương pháp thử nghiệm như kiểm tra độ bền kéo, độ bền uốn và phân tích nhiệt DSC được áp dụng. Những phương pháp này giúp đánh giá chính xác các tính chất cơ học của vật liệu.

3.1. Kiểm tra độ bền kéo của composite HDPE

Kiểm tra độ bền kéo được thực hiện để xác định khả năng chịu lực của composite. Các thông số như lực tối đa và độ giãn dài sẽ được ghi nhận để đánh giá tính chất cơ học.

3.2. Phân tích nhiệt DSC trong nghiên cứu

Phân tích nhiệt DSC giúp xác định các thay đổi về tính chất vật lý của composite HDPE khi chịu tác động của nhiệt độ. Kết quả từ phân tích này cung cấp thông tin quan trọng về độ ổn định nhiệt của vật liệu.

IV. Kết quả nghiên cứu tính chất cơ học của composite HDPE

Kết quả nghiên cứu cho thấy composite HDPE tăng cường với hạt ZnO có tính chất cơ học vượt trội hơn so với HDPE thông thường. Các thử nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể về độ bền kéo và độ bền uốn, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng mới.

4.1. Đánh giá độ bền kéo và uốn của composite

Kết quả thử nghiệm cho thấy composite HDPE với hạt ZnO có độ bền kéo cao hơn 20% so với HDPE nguyên bản. Điều này chứng tỏ rằng hạt ZnO có tác động tích cực đến tính chất cơ học của vật liệu.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của composite HDPE

Composite HDPE tăng cường với hạt ZnO có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất đồ dùng gia đình, thiết bị công nghiệp và vật liệu xây dựng, nhờ vào tính chất cơ học vượt trội của nó.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về tính chất cơ học của composite HDPE tăng cường với hạt ZnO đã mở ra nhiều hướng đi mới cho ngành công nghiệp vật liệu. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển sẽ giúp tối ưu hóa các tính chất của composite, từ đó nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng việc tăng cường composite HDPE bằng hạt ZnO mang lại nhiều lợi ích về tính chất cơ học. Điều này khẳng định tiềm năng của vật liệu trong ứng dụng thực tiễn.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và cải thiện tính chất cơ học của composite HDPE bằng cách thử nghiệm với các loại hạt nano khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION GRADUATION THESIS MECHANICAL AND MANUFACTURE ENGINEERING INVESTIGATE MECHANICAL PROPERTIES OF HDPE COMPOSITE ENHANCED WITH ZNO NANOPARTICLES IN INJECTION MOLDING LECTURER: Ph. D NGUYEN VAN THUC STUDENT: NGUYEN HOANG THANH LONG DO CAO ANH KHOA NGUYEN QUOC NAM SKL012664 Ho Chi Minh City, March 2024 HO CHI MINH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING *********** GRADUATION THESIS INVESTIGATE MECHANICAL PROPERTIES OF HDPE COMPOSITE ENHANCED WITH ZNO NANOPARTICLES IN INJECTION MOLDING Supervisor: Ph. D NGUYEN VAN THUC Student’s name: STUDENT’ ID: 19144059 NGUYEN HOANG THANH LONG STUDENT’ ID: 19143085 DO CAO ANH KHOA STUDENT’ ID: 19143062 NGUYEN QUOC NAM Academic year: 2019 – 2024 Ho Chi Minh city, March 2024 HO CHI MINH CITY UNIVERCITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING _______________________ GRADUATION THESIS INVESTIGATE MECHANICAL PROPERTIES OF HDPE COMPOSITE ENHANCED WITH ZNO NANOPARTICLES IN INJECTION MOLDING Supervisor: Ph.D NGUYEN VAN THUC Student’s name: NGUYEN HOANG THANH LONG STUDENT’ ID: 19144059 DO CAO ANH KHOA STUDENT’ ID: 19143085 NGUYEN QUOC NAM STUDENT’ ID: 19143062 Academic year: 2019 – 2023 Ho Chi Minh city, March 2024 HO CHI MINH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM HIGH QUALITY TRAINING FACULTY Independence - Freedom - Happiness GRADUATION PROJECT TASKS Semester I/School year 2023 Instructor: Ph.D Nguyen Van Thuc Student: Nguyen Hoang Thanh Long STUDENT’ ID: 19144059 Contact: 0778634915 Do Cao Anh Khoa STUDENT’ ID: 19143085 Contact: 0939407131 Nguyen Quoc Nam STUDENT’ ID: 19143062 Contact: 0358062204 1. Project ID number: CTM-52 -Topic name: EXAMINING MATERIALS AFFECT THE DURABILITY OF COMPOSITE PRODUCTS USING INJECTION MOLDING TECHNOLOGY 2. Initial Figures and documents: 3. Main contents of the project: - Learn the theory of composite materials. - Learn about injection molding parameters. - Create injection molding patterns. - Collect and analyze results. Expected products: Demonstrate the process of creating composite samples, endurance results, analysis report and experimental sample. Project delivery date: /03/2024 6. Date of submission of the project: 15/07/2023 7. Presentation Language: The report: English  Vietnamese  Protection presentation: English  Vietnamese  DEAN OF FACULTY DEAN OF MAJOR INSTRUCTOR (Sign, specify full name) (Sign, specify full name) (Sign, specify full name)  Permitted to present the research project: …………………. (Instructor sign, specify full name) Topic name: EXAMINING MATERIALS AFFECT THE DURABILITY OF COMPOSITE PRODUCTS USING INJECTION MOLDING TECHNOLOGY Instructor: Ph.D Nguyen Van Thuc Student name: Nguyen Hoang Thanh Long STUDENT’ ID: 19144059 Contact: 0778634915 Address: Alley 17/78 Nguyen Ai Quoc Street, Tan Phong Ward, Dong Nai.vn Do Cao Anh Khoa STUDENT’ ID: 19143085 Contact: 0939407131 Address: Alley 297/14/12, Street Phan Huy Ich, Ward 14, Go Vap, Ho Chi Minh.vn Nguyen Quoc Nam STUDENT’ ID: 19143062 Contact: 0358062204 Address: Alley 621/39/8, Hiep Thanh ward, district 12, Ho Chi Minh.vn Class: 19143CLA2, 19143CLA3, 19144CLA1. Thesis submission date: __/03/2024. Commitment: “We promise this is an article that we researched. We do not copy or arbitrarily use materials, quotes, or articles without citing the source. If there is a violation, we will take all responsibility.” Ho Chi Minh City, __March 2024 Signature SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence - Freedom - Happiness ******* Ho Chi Minh city, day month year FINAL GRADUATION THESIS MISSION Student’s name: Nguyen Hoang Thanh Long Student’ ID: 1914459 Major: Mechanical Engineering Class: 19144CLA1 Student’s name: Do Cao Anh Khoa Student’ ID: 19143085 Major: Manufacture Engineering Class: 19143CLA3 Student’s name: Nguyen Quoc Nam Student’ ID: 19143062 Major: Manufacture Engineering Class: 19143CLA2 Supervisor: Nguyen Van Thuc Contacts: Project receive day: 1/10/2023 Project turn in day: 1. Project name: Examining materials affect the durability of composite products using injection molding technology. Input data: Test model: According to plastic tensile/flexural strength standards. Materials: Plastic-based composite and ZnO. Modeling method: Plastic injection molding. Project description: Overview of injection molding technology of composite materials. Overview of ZnO materials. Fabrication of test samples. Test and analyze durability results. Product: DEAN OF MAJOR SUPERVISOR Faculty of high quality–Ho Chi Minh City University of Technology and education SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence - Freedom - Happiness ******* Ho Chi Minh city, day month year TEACHER REVIEW FORM Student’s name: Nguyen Hoang Thanh Long Student’ ID: 1914459 Major: Mechanical Engineering Class: 19144CLA1 Student’s name: Do Cao Anh Khoa Student’ ID: 19143085 Major: Manufacture Engineering Class: 19143CLA3 Student’s name: Nguyen Quoc Nam Student’ ID: 19143062 Major: Manufacture Engineering Class: 19143CLA2 Thesis advisor: Comment 1. Project description and amount of works: . Ho Chi Minh city, day month year Supervisor (Sign and name) Faculty of high quality–Ho Chi Minh City University of Technology and education THANK YOU In order to enable our team to successfully complete our graduation project to the best of our ability, I would like to express my profound gratitude and admiration to Ph. Nguyen Van Thuc, Professor Pham Son Minh and Ph. Tran Minh The Uyen. Their support and direction have been priceless. Nguyen Van Thuc, your knowledge and guidance have been invaluable to the accomplishment of our project. We've been pushed and motivated to do our best by your extensive expertise, perceptive criticism, and unrelenting dedication to our growth. Your time and work in guaranteeing the quality of our project is really appreciated. We are incredibly grateful to Professor Pham Son Minh and Ph. Tran Minh The Uyen for your insightful comments, helpful critiques, facilities providing and words of support along the way. Your knowledge and varied viewpoints have enhanced our work and increased our comprehension of the issue. We are inspired to push limits and pursue excellence by your unwavering support and faith in our abilities. We feel privileged and humbled to have had the chance to work under your direction and oversight. Your passion, devotion, and hard work toward our academic advancement have had a profound effect on our professional development. Additionally, we would like to thank the entire faculty for giving us the tools and a supportive environment that allowed us to complete our project successfully. Your steadfast assistance and dedication to promoting our academic development have been priceless. We want to thank Ph. Nguyen Van Thuc and all of the faculty committee professors once more for their tremendous help and encouragement along the way. We sincerely appreciate your conviction in our talents and the chance to learn from your experience. We are now better people as a result of your advice, and we are more equipped to tackle our future goals. We would like to thank teachers Pham Son Minh and Tran Minh The Uyen for supporting our group in using the machines as well as giving them dedicated guidance during the graduation project process. SUMMARY TOPIC NAME INVESTIGATE MECHANICAL PROPERTIES OF HDPE COMPOSITE ENHANCED WITH ZNO NANOPARTICLES IN INJECTION MOLDING This graduation project aims to verify the durability of HDPE plastic and nano ZnO composites. The injection molding process will be performed to obtain plastic samples with thickness and shape characteristics, in preparation for further testing. Once plastic samples are obtained, they undergo tensile and flexural testing to evaluate their strength. Tensile testing applies standard tensile forces to plastic samples and records parameters such as maximum force, elongation, and tensile elastic modulus. By comparing test results between cases of HDPE plastic with different percentages, we can evaluate and compare the effect of nano ZnO on the durability and mechanical properties of plastic. After completing tensile and flexural testing, the samples will be subjected to scanning electron microscopy (SEM) to study their surface characteristics. SEM allows imaging of sample surfaces with high magnification, providing detailed information about the structure and shape of the plastic. By analyzing SEM images, we can observe and evaluate the nano ZnO distribution in the HDPE plastic sample and the difference compared to the original HDPE plastic. After that, DSC for thermal analysis apparatus measures how the physical properties of a sample change, along with temperature against time. The device is a thermal analysis instrument that determines the temperature and heat flow associated with material transitions as a function of time and temperature. The results obtained will include statistical analysis data, charts, and related visual documents. For example, they will include test parameters for tensile-flexural strength, tensile-flexural stress, and deformation. Schematic diagram, tensile test results. Finally, use Taguchi to analyze the results. Tensile test parameters will include maximum force, elongation, and hardness is an essential indicator of the mechanical properties of HDPE plastic. These parameters will help evaluate the strength and performance of the sample and allow comparison between HDPE with and without additive. Stress-strain diagrams will illustrate the behavior of materials to which force is applied, providing insight into their characteristic elasticity, ductility, and deformation. BẢN TÓM TẮT TÊN CHỦ ĐỀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ZNO ĐẾN ĐỘ BỀN SẢN PHẨM PHUN ÉP COMPOSITE Đồ án tốt nghiệp này nhằm mục đích kiểm chứng độ bền của nhựa HDPE và vật liệu composite nano ZnO. Quá trình ép phun sẽ được thực hiện để thu được các mẫu nhựa có kích thước và hình dạng đặc trưng, để chuẩn bị cho các thử nghiệm tiếp theo. Sau khi lấy được mẫu nhựa, chúng sẽ trải qua thử nghiệm độ bền kéo và uốn để đánh giá độ bền của chúng. Kiểm tra độ bền kéo áp dụng lực kéo tiêu chuẩn cho các mẫu nhựa và ghi lại các thông số như lực tối đa, độ giãn dài và độ bền kéo. Bằng cách so sánh kết quả thử nghiệm giữa các trường hợp nhựa HDPE với tỷ lệ phần trăm khác nhau, chúng ta có thể đánh giá, so sánh ảnh hưởng của nano ZnO đến độ bền và tính chất cơ học của nhựa. Sau khi hoàn thành quá trình kiểm tra độ bền kéo và uốn, các mẫu sẽ được chụp bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) để nghiên cứu đặc điểm bề mặt của chúng. SEM cho phép chụp ảnh bề mặt mẫu với độ phóng đại cao, cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc và hình dạng của nhựa. Bằng cách phân tích ảnh SEM, chúng ta có thể quan sát, đánh giá được sự phân bố ZnO nano trong mẫu nhựa HDPE và sự khác biệt so với nhựa HDPE nguyên bản. Sau đó, DSC dành cho thiết bị phân tích nhiệt đo lường mức độ thay đổi các tính chất vật lý của mẫu, cùng với nhiệt độ theo thời gian. Thiết bị này là một công cụ phân tích nhiệt xác định nhiệt độ và dòng nhiệt liên quan đến quá trình chuyển đổi vật liệu dưới dạng hàm của thời gian và nhiệt độ. Kết quả thu được sẽ bao gồm số liệu phân tích thống kê, biểu đồ và các tài liệu trực quan liên quan. Ví dụ, chúng sẽ bao gồm các thông số kiểm tra độ bền kéo-uốn, ứng suất kéo-uốn độ giãn dài và biến dạng. Cuối cùng sử dụng Taguchi để phân tích kết quả. Các thông số này sẽ giúp đánh giá độ bền và tính năng của mẫu và cho phép so sánh giữa HDPE có và không có phụ gia. Biểu đồ ứng suất-biến dạng sẽ minh họa hành vi của vật liệu chịu tác dụng của lực, cung cấp cái nhìn sâu sắc về độ đàn hồi, độ dẻo và biến dạng đặc trưng của chúng. Table of Contents CHAPTER 1: INTRODUCTION .1 Overview of research in HDPE .2 Reason to choosing the topic . 5 CHAPTER 2: OVERVIEW OF RESEARCH TOPIC .1 Introduction of HDPE (Polyethylene High-Density) .1 Define of HDPE . Physical properties of HDPE . Chemical properties of HDPE . Application of HDPE .2 Overview of nanoparticles . The structure of Zinc Oxide . Properties and applications of ZnO NPs / HDPE composite . Technical tested Figure of ZnO NPs / HDPE composite .1 Microhardness values for HDPE/nano-ZnO composite .5 Overview of injection molding technology. Injection molding machine.3 Plastic Injection Molding process .4 Injection molding parameters .5 Injection Molding Machine Haitian III.