Bài tập lớn vật liệu phi kim - phần 1 - Các thành phần cốt của vật liệu COMPOSITE

Chia sẻ: Nong Minh Toan | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

1.317
lượt xem 126
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các thành phần cốt của composite phải thoả mãn được những đòi hỏi về khai thác và công nghệ. Đòi hỏi về khai thác là những đòi hỏi như yêu cầu về độ bền, độ cứng, khối lượng riêng, độ bền trong 1 khoảng nhiệt độ nào đó, bền ăn mòn trong môi trường axit, kiềm… Còn đòi hỏi về công nghệ là những đòi hỏi về khả năng công nghệ để sản xuất ra các thành phần cốt này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài tập lớn vật liệu phi kim - phần 1 - Các thành phần cốt của vật liệu COMPOSITE

Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite Lời nói đầu Vật liệu composite hay composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo lên vật liệu mới có tính năng hơn hẳn các vật liệu ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽ Những vật liệu composite đơn giản đã có từ rất xa xưa. Khoảng 5000 năm trước công nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để tránh bị cong vênh khi phơi nắng. Và điền hình về composite chính là hợp chất được dùng để ướp xác của người Ai Cập. Ngày nay trong điều kiện khoa học kỹ thuật phát triển, sản xuất ngày một nâng cao trình độ, việc phát triển các loại vật liệu mới nhằm phục vụ tốt nhất cho sản xuất kỹ thuật, dân dụng, ….. phục vụ nhu cầu con người. Composite là một loại vật liệu đáp ứng được nhiều yếu tố trong sản xuất. Và khi người ta nhắc đến “ Vật liệu mới ” tức là đồng nghĩa với vật liệu composite. Trong quá trình học môn học Vật liệu phi kim em đã được học và tìm hiểu về vật liệu compostie, thành phần cấu tạo, công nghệ chế tạo,…Sau đây là một số trình bày sơ qua của em về loại vật liệu này. Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 1
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite PHẦN I CÁC THÀNH PHẦN CỐT CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE Các thành phần cốt của composite phải thoả mãn được những đòi hỏi về khai thác và công nghệ. Đòi hỏi về khai thác là những đòi hỏi như yêu cầu về độ bền, độ cứng, khối lượng riêng, độ bền trong 1 khoảng nhiệt độ nào đó, bền ăn mòn trong môi trường axit, kiềm… Còn đòi hỏi về công nghệ là những đòi hỏi về khả năng công nghệ để sản xuất ra các thành phần cốt này. Hiện nay, thành phần cốt của composite trên cơ sở những cốt thường dùng là các sở ngắn, các sợi dài đơn, các dạng sợi tết (được tết xoắn gồm nhiều sợi với nhau), các cốt lưới, vải, các băng dải sợi và các loại bảng với tính năng cơ lý đã được xác định. Hiện nay, với các vật liệu composite polyme có pha nền là nhựa tổng hợp, các cốt thường là vải hoặc sợi thuỷ tinh, sợi anamit, sợi cacbon, sợi bor hoặc cốt sợi tạp lai. Trên thực tế, thành phần cốt luôn chiếm không quá 60-65% thể tích của vật liệu composite. Theo tính toán nếu thành phần cốt chiếm quá liều lượng trên (tức là khi các thành phần cốt quá sít gần nhau) giữa chúng sẽ nảy sinh tương tác dẫn đến sự tập trung ứng suất làm giảm sức bền của vật liệu. Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 2
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite 1. Sợi thuỷ tinh Sợi thuỷ tinh được sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu composite polyme. Ưu điểm của sợi thuỷ tinh là nhẹ, chịu nhiệt khá, ổn định với các tác động hoá - sinh, có độ bền cơ lý cao và độ dẫn nhiệt thấp. Sợi thủy tinh, được kéo ra từ các loại thủy tinh kéo sợi được (thủy tinh dệt), có đường kính nhỏ vài chục micro mét. Khi đó các sợi này sẽ mất những nhược điểm của thủy tinh khối, như: giòn, dễ nứt gẫy, mà trở nên có nhiều ưu điểm cơ học hơn. Thành phần của thủy tinh dệt có thể chứa thêm những khoáng chất như: silic, nhôm, magiê ,... tạo ra các loại sợi thủy tinh khác nhau như: sợi thủy tinh E (dẫn điện tốt), sợi thủy tinh D (cách điện tốt), sợi thủy tinh A (hàm lượng kiềm cao), sợi thủy tinh C (độ bền hóa cao), sợi thủy tinh R và sợi thủy tinh S (độ bền cơ học cao). Loại thủy tinh E là loại phổ biến, các loại khác thường ít (chiếm 1%) được sử dụng trong các ứng dụng riêng biệt. Sợi thuỷ tinh có hai dạng điển hình: Sợi dài và sợi ngắn thông thường chúng có hình trụ tròn, ngoài ra, cũng gặp sợi thuỷ tinh có thiết diện ngang hình tam giác, hình vuông, lục giác. Hiện nay có ba phương pháp chính dùng để sản xuất ra sợi thuỷ tinh:  Kéo sợi từ dung dịch nóng chảy qua khuôn.  Kéo sợi từ những phôi thuỷ tinh được sấy nóng  Nhận được những sợi ngắn từ các tia dung dịch nóng chảy bằng cách thổi không khí, hơi, ga. Quá trình một giai đoạn kéo sợi thuỷ tinh thực chất là từ những thành phần cơ bản như cát thạch anh, đá vôi, axit bor, đất sét, than. Được chọn theo 1 tỷ lệ hợp lý, sau đó nung nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 1260oC. Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 3
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite Dung dịch thuỷ tinh nóng chảy rót trực tiếp vào bộ phận khuôn kéo sợi được chế tạo từ platin. Dưới áp lực, dung dịch thuỷ tinh chảy qua những lỗ nhỏ của khuôn đường kính thông thường 0,8 – 3mm và khi qua buồng lạnh được kéo thành sợi có đường kính từ 3-19µm với vận tốc 20- 50m/s. Sợi thuỷ tinh nhận được như vậy là những sản phẩm sợi thô. Thường được dùng để xoắn bệnh thành chỉ dệt thành vải cho các công đoạn tiếp theo. Sợi thuỷ tinh có những ưu điểm nổi trội là giá thành rẻ. Chúng được dùng rộng rĩa trong sản xuất composite polyme được chế tạo các tầu tải trọng nhẹ, thuyền xuồng cacno, thuyền buồn thể thao… 2. Sợi bazan Sợi bazan được chế tạo từ nguyên liệu đá bazan. Đá bazan có nguồn góc nham thạch do các núi lửa khi hoạt động phan ra rồi kết tinh lại. Các sản phẩm từ đá bazan có đặc tính cơ lý hoá tốt hơn hẳn so với các sản phẩm truyền thống là bông sợi thuỷ tinh hoặc amian, không độc hại cho người và sinh vật.  Sợi liên tục (chỉ)  Sợi ngắn  Bông Công nghệ sản xuất sợi bazan: Đá bazan sau khi khai thác được phân loại, chọn lọc và làm sạch rồi tán nhỏ 20-40mm. Sau đó cho vào lò nung và nung ở 1450-1500o. Sau khi đá nóng bỏng, nhờ các vòi phun, bazan lỏng Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 4
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite được phun ra thành sợi, sau đó được làm lạnh đột ngột nhờ một thiết bị hút gió và buồng lắng ta thu được bông, sợi bazan. Để kéo được sợi bazan liên tục có chất lượng cao, người ta dùng các tẩm khuôn platin. 3. Sợi hữu cơ Các loại sợi hữu cơ phổ biến có thể thấy là sợi kenvlar cấu tạo từ hợp chất hữu cơ cao phân tử aramit, được gia công bằng phương pháp tổng hợp ở nhiệt độ thấp (-10°C), tiếp theo được kéo ra thành sợi trong dung dịch, cuối cùng được sử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi. Sợi kenvlar và tất cả các sợi làm từ aramit khác như: Twaron, Technora,... có giá thành thấp hơn sợi thủy tinh như cơ tính lại thấp hơn: Các loại sợi aramit thường có độ bền nén, uốn thấp và dễ biến dạng cắt giữa các lớp. Sợi hữu cơ anamit có độ bền cao hoặc modun đàn hồi cao và một loạt những ưu việt khác. Sợi hữu cơ có độ bền khi kéo, ổn định coa với nhiệt độ, bền va đập, không cháy, tính cách điện cao, khối lượng riêng thấp. Phụ thuộc vào thành phần polyme và phương pháp kéo sợi mà ta nhận được sợi hữu cơ có khối lượng 1410-1450kg và độ bền khi kéo 70- 150Gpa. Sợi hữu cơ giữ nguyên được những đặc tính cơ lý của mình cho đến 180o, trên ngưỡng này sợi hữu cơ không nóng chảy mà sẽ cacbon hoá. Vật liệu composite cốt sợi hữu cơ có độ bền khi nén và khả năng tương thích với nền polyme thường kém hơn so với sợi thuỷ tinh. Yếu điển chung của sợi anamit là hút ẩm. Sợi hữu cơ được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất vật liệu composite để chế tạo thân vỏ tên lửa động cơ nhiên liệu rắn, các bình, Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 5
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite ống chịu áp lực, găng tay cách nhiệt, mũ – áo giáp, các chi tiết của tàu lượn, các thiết bị thể thao và nhiều sản phẩm khác nữa. 4. Sợi carbon Sợi cacbon chính là sợi graphit (than chì), có cấu trúc tinh thể bề mặt, tạo thành các lớp liên kết với nhau, nhưng cách nhau khoảng 3,35 A°. Các nguyên tử cacbon liên kết với nhau, trong một mặt phẳng, thành mạng tinh thể hình lục lăng, với khoảng cách giữa các nguyên tử trong mỗi lớp là 1,42 A°. Sợi cacbon có cơ tính tương đối cao, có loại gần tương đương với sợi thủy tinh, lại có khả năng chịu nhiệt cực tốt. Sợi cacbon được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Với ưu điểm như nhẹ, chịu được nhiệt độ cao (lên đến vài nghìn độ trong môi trường trơ), hệ số ma sát dãn nở nhiệt thấp, rất bền vững với nhiều điều kiện khí hậu và các phản ứng hoá học. Đến nay sợi cacbon chủ yếu được chế tạo từ ba nguồn nhiên liệu chính: Polyacri Lonitrit, từ dầu mỏ, than đá và từ hidrat xenlulo. 5. Sợi bor Sợi Bor hay Bore (ký hiệu hóa học là B), là một dạng sợi gốm thu được nhờ phương pháp kết tủa. Sản phẩm thương mại của loại sợi này có thể ở các dạng: dây sợi dài gồm nhiều sợi nhỏ song song, băng đã tẩm thấm dùng để quấn ống, vải đồng phương. Việc sử dụng sợi bor dùng làm cốt composite cho phép tăng độ bền, tăng modun đàn hồi của vật liệu. Sợi bor có ưu điểm là có độ cứng cao hơn so với một số loại sợi khác. Modun trượt của sợi bor có thể vượt qua 180Gpa. Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 6
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite Sợi bor thường được dùng trong sản xuất composite trên vật liệu nền nhôm hoặc polyme. Sợi bỏ có tính bán dẫn, dùng làm cốt cho composite làm giảm dẫn nhiệt, dẫn điện. Nhược điểm của sợi bor là dùng chúng để quốn các chi tiết cá bán kính cong nhỏ rất phức tạp. Ứng dụng: Sản xuất các chi tiết cho hàng không, tên lửa, kỹ thuật vũ trụ. 6. Sợi cacbua silic Sợi Cacbua Silic (công thức hóa học là: SiC) cũng là một loại sợi gốm thu được nhờ kết tủa. Sợi cacbua silic thường dùng làm cốt cho composite kim loại trong những trường hợp đòi hỏi vật liệu phải làm việc lâu ở nhiệt độ cao. Sợi cacbua silic thường hoàn thành trên đệm vonfram hoặc đệm cacbon, những sợi cacbua silic đệm cacbon rẻ hơn có độ bền kém hơn, dễ nhạy cảm với các hiệu ứng bề mặt. Composite cốt sợi cacbua silic thường dùng trong những chi tiết của thiết bị hạt nhân, vòng bi chịu nhiệt độ cao trong các động cơ tuabin, cánh quạt… 7. Sợi kim loại Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 7
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite Đối với composite làm việc trong nhiệt độ cao hay dùng cốt sợi kim loại vonfram hoặc moliđen, với composite làm việc trong nhiệt độ thấp hay dụng sợi thép hoặc sợi berilic. Sợi molipđen được dùng làm cốt composite, so với sợi vonfram về độ bền, đặc trưng đàn hồi và khả năng chịu nhiệt có kém hơn. 8. Sợi ngắn và các hạt phân tán Các sợi ngắn thu được từ nghiền cơ học, các nguyên liệu khoáng thành phần được chứa silicat cãni (75%) và kim loại nhẹ (25%), được làm sạch rồi đem nghiền cho đến khi thu được các dạng bột và các sợi ngắn với chiều dìa trung bình từ 270mm và đường kính 1-10µm. Sợi foranklin nhận được từ quá trình kết tinh sunfat canxi trong môi trường nước ở nhiệt độ và áp suất cao, được dùng làm phụ gia cho chất dẻo và dùng để gia cường cho aluminum. Sợi faibec cũng là những đơn tinh thể của titanat vô cơ, nhận được. Từ sự kết kinh lại các muối từ thể nóng chay. Sợi faibec có độ bền và modun đàn hồi khá cao và thường được dùng để làm phụ gia gia cường cho chất dẻo. 9. Cốt vải Cốt vải là tổ hợp thành bề mặt (tấm), của vật liệu cốt sợi, được thực hiện bằng công nghệ dệt. Các kỹ thuật dệt vải chuyền thống thường hay dùng là: kiểu dệt lụa trơn, kiểu dệt xa tanh, kiểu dệt vân chéo, kiểu dệt vải mô đun cao, kiểu dệt đồng phương. Kiểu dệt là cách đan sợi, hay còn gọi là kiểu chéo sợi. Kỹ thuật dệt cao cấp còn có các kiểu dệt đa phương như: bện, tết, và kiểu dệt thể tích tạo nên vải đa phương. Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 8
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite Các loại vải thường được dệt từ những sợi có modun đàn hồi cao, được sử dụng rộng rãi làm cốt cho composite phân lớp, quấn các dạng ống composite. Theo tên các loại sợi, ta thường thấy có vải sợi cacbon, vải sợi hữu cơ và vải tổng hợp. Đặc trưng cơ bản của vải cần biết: Các loại sợi thành phần, kiểu dệt, độ dày, chiều rộng, khối lượng của mét vuông vải, số sợi và số lượng mắt đếm trên một đơn vị chiều dài, khối lượng riêng. Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 9
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite PHẦN II VẬT LIỆU NỀN Vật liệu nền giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong việc chế tạo ra vật liệu composite. Yêu cầu về mặt khai thác: Đảm bảo những yêu cầu về cơ lý đối với vật liệu nền, đòi hỏi nền phải đảm bảo được cho vật liệu composite làm việc trong những điều kiện khai thác khác nhau, đảm bảo sự đồng đều hiệu quả của các thành phần cốt. Yêu cầu về công nghệ: Vật liệu nền phải đáp ứng được những đòi hỏi nảy sinh trong quá trình công nghệ như độ nhớt cà sự đảm bảo phân bố đều các cốt bên trong, bảo tồn được những tính năng vốn có của các dầm cốt, các hạt đơn, bảo đảm sự kết dính… 1. Chất liệu nền polyme nhiệt rắn. Nhựa polyeste và nhóm nhựa cô đặc như: nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amin, nhựa epoxy. Đối với composite polyme, vật liệu nền thường sử dụng là nhựa nhiệt rắn, nhựa nhiệt dẻo. - Nhựa phenolic: Được dùng làm một số chi tiết bên trong máy bay như hệ thống cửa, các vách ngăn, bếp và một số cấu trúc nhiều lớp… * Ưu điểm: Rẻ, nguồn nhiên liệu có sẵn. * Nhược điểm: Khi dùng chế tạo composite là dòn, độ bền thấp và độ rỗng cao. Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 10
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite - Nhựa phenolformandehit: Được tổng hợp bằng cách tụ phenol và formandehit. Phụ thuộc vào tỷ lệ phenol formandehit và điều kiện phản ứng, sẽ tạo thành nhựa novolac hoặc rerol phenolformandehit. Nhựa novolac cứng, có nhiệt độ cháy mềm khoảng 80-100o, dễ hoà tan trong cồn, axeton và một số dung môi khác. Nhựa rerol phụ thuộc vào tỷ lệ phenol và formandehit có thể ở dạng lỏng hoặc cứng. Rerol cứng hoà tan trong dung dịch 40-60% cồn. - Polyeste là những este không no, hoặc hỗn hợp chảy với nhau hoặc với những phần tử thấp monome polyeste không là sản phẩm đa tụ của axit hữu cơ. - Các nhựa cơ silic: Nhận được từ sự đã tụ của các sản phẩm của sự thuỷ phân hỗn hợp các mono, di, tri và tetraclositan. Chúng thường là chất giòn, cứng. - Nhựa epoxy: Rất nhiều ưu điểm và được sử dụng rất rộng rãi để chế tạo composite có tính cơ học cao, độ bám dính cao với nhiều loại cốt. 2. Chất liệu nền polyme nhiệt dẻo. Nền của vật liệu là nhựa nhiệt dẻo như cá loại nhựa: PVC, nhựa polyetylen, nhựa polypropylen, nhựa polyamit,... Composite có vật liệu nền trên cơ sở polyme nhiệt dẻo có độ tin cậy cao, bởi vì mức độ ứng suất dư nảy sinh trong những thời gian ngay sau khi tạo thành sản phẩm rất thấp. Nhược điểm chính của vật liệu composite nền nhiệt dẻo là không chịu được nhiệt độ cao, và khi xử lý công nghệ gặp khó khưan do độ nhớt các dung dịch nóng chảy khá cao. - Phương pháp pha lỏng, được áp dụng để chế tạo các bán sản phẩm, thực chất là trát, tẩm vật liệu nền lỏng các cốt sợi. Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 11
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite - Phương pháp pha rắn thường được dùng để chế tạo các bán thành phẩm, trong đó pha nền ở dạng bột. 3. Chất liệu nền cacbon Nền cacbon có tính chất cơ lý tương tự như sợi cacbon, đảm bảo tính chịu nhiệt độ cao cho composite cacbon-cacbon và khai thác triệt để ưu điểm các các sợi cacbon trong vật liệu composite. Picocacbon: Là loại vật liệu đồng nhất đa tinh thể có độ bền nhiệt và bền hoá rất tốt, một dạng cấu trúc chuyển tiếp của cacbon. Thuỷ tinh cacbon: Là sản phẩm của quá trình xử lý nhiệt các polyme lưới, có sự đóng rắn không thuận nghịch khi nung nóng. Thuỷ tinh cacbon có rất nhiều ưu điểm: Đẳng hướng, có tính không thấm khí, cứng, bền cơ lý hoá. Nền cacbon trên cơ sở nhựa pec: Ưu điểm là giá thành rẻ, nguồn nhiên liệu sẵn có, hàm lượng cacbon cao, nên cacbon trên cơ sở pec than đá hoặc dầu mỏ được dùng làm vật liệu nền cho composite cabon đã trở thành phổ biến. 3. Chất liệu nền kim loại Vật liệu compozit nền kim loại có modun đàn hồi rất cao có thể lên tới 110 GPa. Do đó đòi hỏi chất gia cường cũng có modun cao. Các kim loại được sử dụng nhiều là: nhôm, niken, đồng. Nền kim loại cho các composite thường là kim loại nhẹ hoặc là kim loại chịu nhiệt cao hoặc là dạng hợp kim phổ biến được dùng là hợp kim nhôm, do chúng có khả năng kết hợp hài hoà giữa cốt với nền, đảm bảo tốt những đòi hỏi về cơ lý cũng như công nghệ của vật liệu composite. Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 12
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite PHẦN III PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƠ TÍNH CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE 1. Cơ tính riêng Khảo sát 1 thanh chịu lực: P Quan hệ giữa lực kéo P và biến dạng ∆ l được biểu diễn: E.F .∆L P= L Trong đó: E: Modun đàn hồi của vật liệu F: Diện tích mặt cắt ngang L: Chiều dài thanh ∆ L: Độ dãn dài tuyệt đối. Độ cứng kéo (nén) EF/L đặc trưng cho tính chất cơ học của thanh trong miền đàn hồi. Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 13
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite 2 loại vật liệu khác nhau 1,2 tỷ lệ các độ cứng: E1. F1 L2 K1 . = (1) E2. F2 L1 K2 Tỷ lệ khối lượng của 2 thanh được biểu diễn: ρ2 F1. l1 m1 . = (2) ρ1 F2. l2 m2 Từ (1) và (2) suy ra: 2 E1/ρ 1 m1 L2 K1 () . . = E2/ρ 2 m2 L1 K2 Trong một kết cấu với các chi tiết có kích thước cho trước ta so sánh độ cứng của kết cấu l1=l2 E1/ρ 1 m1 K1 . = E2/ρ 2 m2 K2 Trong nhiều lĩnh vực công nghiệp: Công nghiệp hàng không, vũ trụ, thể thao, xây dựng… ta cần so sánh tính năng cơ học của các kết cấu có cùng khối lượng m1=m2: E1/ρ 1 K1 = E2/ρ 2 K2 Ta thấy ngay: Một vật liệu được coi là tốt hơn khi có giá trị E/ρ cao hơn; có nghĩa là sẽ có đọ cứng của thanh cao hơn. Đại lượng E/ρ được gọi là mudun riêng của vật liệu. Hoàn toàn tương tự, nếu gọi σ u là ứng suất phá huỷ của vật liệu thì đại lượng σ u/ρ gọi là ứng suất riêng. Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 14
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite 2. Cơ tính của vật liệu Ta không thể sử dụng trực tiếp các sợi, vfi đường kính quá nhỏ (10- 20µm). Vì thế cần phải trộn sợi với nhựa (nền) polyme để được vật liệu composite cốt sợi. Nhựa có chức năng liên kết, bảo vệ và truyền lực cho sợi. Vấn đề quan trọng là tìm được những vật liệu vừa có modun đàn hồi cao, lại có khối lượng nhỏ, giá thành hợp lý. *Bảng cơ tính riêng của một số vật liệu thường gặp: Modun Ứng suất Khối Độ bền Modun E (Gpa) phá huỷ lượng riêng riêng σ u (Mpa) E/ρ σ u/ρ (KNm/ riêng ρ (Kg/m3) (MNm/kg) kg) Thép 210 340-2100 7800 26.9 43-270 Hợp kim nhôm 70 140-620 2700 25.9 52-230 Gỗ 30 - 390 23.3 - Thủy tinh 70 700-2100 2500 28.0 280-840 1100- Vonfram 350 19300 18.1 57-210 4100 Birglium 300 700 1830 164.0 380 Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 15
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite PHẦN IV CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE THEO PHƯƠNG PHÁP LĂN ÉP Công nghệ chế tạo vật liệu composite theo phương pháp lăn ép bao gồm 2 công đoạn là công đoạn chuẩn bị và công đoạn gia công, cụ thể : 1. Công đoạn chuẩn bị * Chuẩn bị khuôn - Dùng gỗ thanh dựng thành khung khuôn cứng vững theo bản vẽ thiết kế. Sau đó cán tấm gỗ dán (hoặc các tấm trên, nhựa) phủ kín bề mặt dùng matit bả kín mối giáp lại. - Dùng sáp ong cứng hoà tan trong xăng để tạo lớp chống dính trên bề mặt khuôn. Dùng chổi quét phủ nhiều lần khi đạt tới độ dày cần thiết, sau khi khô lớp chống dính ta đánh bóng bề mặt lớp phủ, vì bề mặt này sẽ ảnh hưởng tới mặt trang trí của sản phẩm. * Chuẩn bị vật liệu. - Vật liệu cốt: Định lượng theo tỷ lệ trọng lượng vải làm cốt trên cơ sở số liệu đã được tính toán thiết kế. Cắt các tấm vải ra thành những miếng vải, cuộc lại thành từng cuộn nhỏ để sau này dễ trải phẳng trên mặt kuôn, tráng tạo khí. Xếp các cuộn vải các loại theo vị trí thứ tự sẽ phủ lần lượt từng lớp, ở gần vị trí khuôn mẫu sao cho dễ vận hành. - Vật liệu nền: Định hướng theo tỷ lệ trọng lượng nhựa làm chất dính kết, các chất phụ gia cần thiết. Định lượng chất đóng rắn rồi để Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 16
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite riêng ra. Cho tất cả vật liệu đã được định hướng từ chất đóng rắn vào thiết bị trộn. Trộn cho các phần vật liệu phân tán đều khắp và thành 1 thể đồng nhất. Trước khi tiến hành xếp lớp vải cốt ta trộn đều chất đóng rắn vật liệu đồng nhất này. Định lượng nhựa gel-coat và chất đóng rắn cho nó với bề dày lớp phủ như trang trí và bảo vệ khoảng 0,4 – 0,5m ta cần khoảng 0,5 kg/m2 nhựa gel-coat. 2. Công đoạn gia công. - Trộn đều nhựa gel-coat với chất đóng rắn. - Phủ đều nhựa gel-coat trộn trên bề mặt khuôn. - Các cuốn vải mịn hoặc cuốn giấy in hoa văn chuyên dùng con lăn hoặc dao bả miết cho vải áp sát vào mặt khuôn, loại bỏ bọt khí. - Sau khi lớp gel-coat se lại lần lượt phủ nhựa được chuẩn bị đã cho chất đóng rắn và vải cốt lên khuon. Cứ 1 lớp nhựa lại 1 lớp cốt. Cho đến khi đạt được độ dày cần thiết cho sản phẩm thì thôi. Ta phủ lớp nhựa gel- coat lên tren, nhựa gel-coat phủ lần cuối có thể cho thêm chất độn dạng bột. Cần chú ý khi phủ vải không nên để mép vải cốt chồng lên nhau. Chỗ giáp lai giữa các tấm vải cốt ở lớp sau nên để cách xa nhau, tránh tạo ra vị trí yếu về cơ tính cho sản phẩm. Sau thời gian cần thiết để các mạch phân tử tạo lưới, nhựa đông cứng gắn kết các lớp cốt thành 1 khối đủ cứng vững, ta nhấc sản phẩm khỏi khuôn. Sau đó làm sạch khuôn và cắt bavia. Tinh chỉnh lại cho sản phẩm. Sản phẩm được đặt trên khung gỗ để cho ổn định hình dáng và kích thước. Để xúc tiến nhanh quá trình phân mạch hoàn toàn ta có thể dùng khí nóng hoặc bằng biện pháp nào đó gia nhiệt thêm cho sản phẩm. Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 17
Bài tập lớn vật liệu phi kim Vật liệu Composite Lời kết Trên em đã trình bày một số hiểu biết về vật liệu composite trong quá trình học môn học Vật liệu phi kim. Tuy nhiên do chưa hiểu biết nhiều, lần đầu làm quen với môn học và vật liệu mới, tài liệu được thu thập qua nhiều nguồn như sách vở, internet,…. nên em còn nhiều sai sót và em cũng chưa biết chính xác tính xác thực của những tài liệu được công bố trên internet, và có thể chưa thật sự chính xác trong cách dùng từ ngữ, cách diễn đạt và về mặt cộng nghệ. Kính mong được sự quan tâm chỉ bảo của Thầy để em có thể học tốt hơn, tiếp thu tốt hơn về loại vật liệu này. Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN Page 18