ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, việc kiểm soát chất lượng sản phẩm là một quá trình tất yếu trong tổ chức doanh nghiệp. Kiểm soát chất lượng toàn diện huy động nỗ lực của mọi đơn vị trong công ty vào các quá trình có liên quan tới duy trì và cải tiến chất lượng. Điều này trước hết sẽ giúp giảm tỉ lệ lỗi tạo ra trong quá trình sản xuất, sau đó là tiết kiệm tối đa trong sản xuất, dịch vụ, đồng thời cũng thỏa mãn yêu cầu, mong đợi của khách hàng. Trước hết, tổ chức quản lí chất lượng cần phải nắm được đối tượng cần kiểm soát, cũng như là phải đề ra được quy trình kiểm tra đối tượng đó.
Bài luận văn này được viết với mục đích Thiết lập quy trình kiểm tra hàm lượng epoxy trong nguyên liệu nhựa bằng phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (FT-IR). Mà sản phẩm phân thành nhiều loại: sản phẩm cuối cùng, sản phẩm trung gian, cũng có thể là sản phẩm nhập từ một nơi sản xuất khác, đặc biệt là sản phẩm đầu vào hay còn gọi là nguyên liệu. Bằng thiết bị FTIR là nguồn tài nguyên có sẵn, việc thiết lập quy trình kiểm soát epoxy nguyên liệu nhựa đầu vào giúp giảm chi phí, tận dụng nguồn lực, giảm thời gian kiểm tra mẫu so với phương pháp chuẩn độ theo ASTM D1652, là phương pháp đang áp dụng tại hầu hết cả phòng thí nghiệm. Trong ngành công nghiệp sản xuất lốp xe ô tô hiện đại với lớp vải bố gia cường thì việc đảm bảo sự kết dính giữa cao su và lớp vải cần được kiểm soát tốt nhất.
Đó là lí do mà sự đảm bảo về mặt chất lượng của nguyên liệu cần được quan tâm hàng đầu. Có nhiều loại nguyên liệu dùng trong công nghiệp sản xuất vải bố gia cường, từ các loại polymer dùng sản xuất sợi, đến các hóa chất giúp sợi kết dính được với cao su. Mà trong đó, nhựa epoxy được xem như là một chất quan trọng trong việc hình thành liên kết vài - cao su này, đặc biệt là vải từ Polyester. Chính vì thế, bài nghiên cứu luận văn này tập trung thiết lập quy trình kiểm tra đặc tính của nhựa epoxy.
Không những thế, dựa vào hướng nghiên cứu, luận văn áp dụng thêm cho nguyên liệu khác cùng trong lĩnh vực, là quy trình kiểm tra hàm lượng thành phần trong cao su latex để đảm bảo chất lượng trước khi sử dụng. NGÀNH CÔNG NGHIỆP LỐP XE 1. Sơ lược lịch sử công nghiệp sản xuất lốp xe Vào thời xưa, con người đã từng sử dụng bánh xe bằng cao su rắn hoàn toàn, tức là thành phần cấu tạo bánh xe chỉ là cao su. Cho đến những năm 1800 tại nước Anh, người ta đã biết và sử dụng lốp xe chứa khí nén như là một sự cải tiến có tính bền vững và mở ra một trang mới cho ngành công nghiệp lốp xe [1].
Từ những năm cuối thế kỉ XIX đến thế kỉ XX, ngành công nghiệp sản xuất lốp xe phát triển mạnh mẽ với các cải tiến giúp bánh xe sử dụng được bền hơn và cũng như áp dụng được cho từng loại xe khác nhau. Các cải tiến tiêu biểu có thể kể đến: - Năm 1898, Goodyear Tire and Rubber - một công ty sản xuất lốp xe hàng đầu thế giới, đã áp dụng công trình nghiên cứu về cao su lưu hóa vào sản xuất. - Năm 1930, người ta thay thế việc sử dụng sợi gia cường 1 lớp thành 2 lớp đan xen nhằm tăng cường sức bền của bánh xe - Năm 1948, tại châu Âu, công ty Michelin - cũng là công ty sản xuất lốp xe hàng đầu thế giới, lần đầu tiên giới thiệu về lốp xe sử dụng sợi thép. Từ sau đó hơn 20 năm, loại lốp xe này được xem như là tiêu chuẩn của các công ty sản xuất lốp xe [1].
Lốp từ 100% cao su tuy có lợi thế về mặt cơ giới, tức là việc nổ bánh, hay vật nhọn đâm xuyên khi diễn ra thì vẫn không ảnh hưởng hoạt động của xe. Tuy nhiên, đối với loại lốp xe hoàn toàn là cao su thì khối lượng cao su hao tổn cho một bánh xe là lớn hơn. Điều này làm cho bánh xe không chỉ nặng nề, mà còn hao phí lượng cao su sử dụng. Lốp khí nén có ưu điểm là hấp thụ sốc tốt hơn, khiến chúng trở thành loại lốp lý tưởng để sử dụng trên các bề mặt không bằng phẳng hoặc ngoài trời.
Lốp khí nén mang lại cảm giác lái nhẹ nhàng, êm ái hơn và dễ dàng điều khiển hơn. Tuy nhiên, yêu cầu bảo dưỡng nhiều hơn một chút vì chúng là loại lốp chứa đầy hơi cần được kiểm tra thường xuyên [2]. Lốp xe chứa khí nén [28] Hiện nay, các công ty sản xuất lốp xe hàng đầu thế giới bao gồm: Goodyear tại Hoa Kì, Michelin tại Pháp, Bridgestone tại Nhật Bản, Pirelli tại Ý, Continental tại Đức. Còn ở Việt Nam, Casumina là nhà máy sản xuất lốp xe nổi tiếng, với lịch sử hơn 45 năm trong ngành sản xuất lốp xe nói riêng, cũng như là ngành cao su cả nước nói chung.
Một số công ty sản xuất lốp xe tiêu biểu 1. Cấu trúc lốp xe hiện đại Để có thể chịu được sự tác động từ bên trong (áp lực khí nén) lẫn bên ngoài, lốp xe khí nén cần có cấu trúc thật bền. Lốp xe hiện đại có cấu trúc vô cùng 3 phức tạp, bao gồm nhiều lớp xen kẽ và có liên kết với cao su. Như thế, lốp xe bền và chịu được lực rất tốt trong suốt thời gian sử dụng và tuổi thọ tương đối lâu.
Cấu tạo cơ bản của một lốp xe ô tô [29] Lốp xe có cấu trúc nhiều lớp, tương tự với vật liệu composite. Trong đó, lớp vải bố có chức năng hỗ trợ chịu lực để làm bền lốp xe, do nó có sự liên kết chặt chẽ với cao su trong lốt xe. Hiện tại người ta sử dụng 2 lớp vải bố để tăng cường sức bên của lốp xe là Radial và Bias. Cho dù là được bố trí Bias hay Raidal, lớp vải bố phải đạt được sự kết dính tốt với cao su.
Đây chính là một trong các đặc tính quan trọng nhất của vải bố. - Bias là bố trí mà 2 lớp sợi bố nằm chéo nhau một góc từ 30 đến 40 độ. Những lớp xếp chồng lên nhau này củng cố cả tanh lốp và thành lốp, đồng thời chúng chống lại các lực do ôm cua, tăng tốc và dừng đột ngột, đồng thời duy trì hình dạng của lốp. Do yêu cầu về tính linh hoạt của thành lốp, việc gia cố toàn bộ các mặt khiến cho tanh lốp cũng bị biến dạng khi lái xe qua chướng ngại vật [2].
- Radial là bố trí mà 2 lớp sợi bố đặt vuông góc với nhau. Thiết kế này nhằm giữ lực nén của không khí bên trong và củng cố khi xe chịu tải nặng từ 4 bên ngoài. Những sợi bố sắp xếp như vậy có linh hoạt nên chúng giúp xe dễ dàng vượt qua chướng ngại vật [2]. Bố trí vải bố theo cấu trúc Bias và Radial [30] 1.
Nguyên liệu và quy trình sản xuất vải bố Vật liệu chế tạo vải bố gồm nhiều loại, từ cổ điển như PET, N66 cho đến vật liệu cao cấp hơn như là Aramid, Kevlar…[3]. Tuy nhiên, vật liệu phổ biến và tính thị trường được sản xuất vải bố là PET và N66. Trong quá trình sản xuất vải bố, người ta còn sử dụng các hóa chất, cao su để tạo ra các liên kết cần phải có nhằm giúp vải bố liên kết được với cao su trong lốp xe. Quy trình sản xuất vải bố trải qua 4 giai đoạn chính, như sau: 5 Hình 1.
Sơ đồ quy trình sản xuất vải bố Mô tả quy trình: Nguyên liệu đầu vào (PET hoặc N66) được tiến hành trùng hợp ở trạng thái rắn dưới tác dụng của nhiệt độ phù hợp để đạt sự đồng đều về tính chất. Sản phẩm trung gian gọi là SSP Chip, tức hạt phôi sau giai đoạn trùng hợp ở trạng thái rắn, solid state polymeration chip. Chip này sau đó phải trải qua quá trình bắn sợi (Spinning) để tạo thành sợi thô theo phương pháp nấu chảy và ép phun. Sợi thô được se lại với nhau và được dệt thành vải tại giai đoạn Twisting và Weaving (gọi tắt là TW).
Vải này chưa phải là sản phẩm cuối, mà vẫn là sản phẩm trung gian, gọi là vải mộc. Vải mộc được sử dụng trong công đoạn xử lý 6 hóa chất bằng nhiệt, gọi tắt là xử lí nhiệt (Dipping hay Treating) để tạo một lớp hóa chất phủ lên vải bố, nhằm kết dính với cao su trong lốp xe. Vải PET có quy trình xử lí nhiệt khác hẳn so với vải N66 do sự khác nhau về cấu trúc polymer dẫn đến đặc tính sản phẩm khác nhau [3]. Cấu trúc của PET (bên trái) và N66 (bên phải) Dựa theo cấu trúc của PET và N66, thì N66 có ưu thế về liên kết H do nhóm amide ( -CONH- ) mang đến.
Vì thế mà tính chất của 2 chất liệu này có sự khác nhau. Cụ thể, N66 có lực bền (Strength, đơn vị kgf) cao hơn PET do nó có sự liên kết nội phân tử nhờ liên kết H làm bền hơn. Không những thế, khả năng kết dính với cao su cũng có sự khác biệt do N66 có nhóm amide này. Với liên kết H trong phân tử N66, vải nylon này có thể trực tiếp liên kết với một hệ hóa chất RFL, có khả năng kết dính với cao su nên vải bố cũng được liên kết với cao su.
Trong hệ RFL, có chứa thành phần tương tự cao su lốt xe nên có thể liên kết với nhau trong lúc sản xuất lốp. Thành phần này có thể là cao su tự nhiên, hoặc là các cao su tổng hợp như Butadiene (BT), Vinyl pyridine (VP), Styrene (ST)…[4] Tuy nhiên, PET do không có liên kết H nội phân tử như N66, nên quá trình Dip thì cần phải có thêm hệ hóa chất khác để cải thiện vấn đề này. Hệ chất này bao gồm nhiều thành phần, nhưng trong đó cần phải có mặt Epoxy và Isocyanate. Hệ này sẽ giúp PET liên kết được với cao su lốp xe bằng cách hình thành liên kết amide ( -NH-CO- ) và hydroxyl ( -OH ) để tạo liên kết H nội phân tử, tương tự như N66.
Từ đó, hệ chất RFL có thể tương tác được với vải PET [4]. Phản ứng giữa PET và isocyanate Hình 1. Phản ứng giữa PET và epoxy Đối với vải bố từ nguyên liệu PET, cần tiến hành xử lý nhiệt thông qua 2 giai đoạn là Dip 1 và Dip 2. Trên thực tế, hai hệ chất này được pha chế và vận hành ở 2 vị trí khác nhau trên máy Dip.
