Bài tập lớn vật liệu phi kim
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.
1. Sợi thuỷ tinh
Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN
Page 2
Bài tập lớn vật liệu phi kim
Vật liệu Composite
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.
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.
Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN
Page 3
Bài tập lớn vật liệu phi kim
Vật liệu Composite
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
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
Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN
Page 4
Bài tập lớn vật liệu phi kim
Vật liệu Composite
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 180 o,
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, 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.
Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN
Page 5
Bài tập lớn vật liệu phi kim
Vật liệu Composite
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.
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.
Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN
Page 6
Bài tập lớn vật liệu phi kim
Vật liệu Composite
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
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.
Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN
Page 7
Bài tập lớn vật liệu phi kim
Vật liệu Composite
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.
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 8
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 9
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 80-100 o, 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 10
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 11
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:
P=
E.F .∆L
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.
2 loại vật liệu khác nhau 1,2 tỷ lệ các độ cứng:
K1
E1. F1
.
L2
(1)
E
.
F
L
K
Sinh viên thực
hiện:2 Nông
Minh
2
1 Toàn – Động cơ - ĐHBKHN
2
=
Page 12
Bài tập lớn vật liệu phi kim
Vật liệu Composite
Tỷ lệ khối lượng của 2 thanh được biểu diễn:
m1
m2
F1. l1
=
F2. l2
.
ρ2
(2)
ρ1
Từ (1) và (2) suy ra:
K1
K2
E1/ρ1
=
.
E2/ρ2
m1
m2
.
L2
( )
2
L1
Trong một kết cấu với các chi tiết có kích thước cho trước ta so sánh độ
cứng của kết cấu l1=l2
K1
K2
E1/ρ1
=
.
E2/ρ2
m1
m2
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:
K1
K2
=
E1/ρ1
E2/ρ2
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 σu là ứng suất phá huỷ của vật liệu thì đại
lượng σu/ρ gọi là ứng suất riêng.
2. Cơ tính của vật liệu
Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN
Page 13
Bài tập lớn vật liệu phi kim
Vật liệu Composite
Ta không thể sử dụng trực tiếp các sợi, vfi đường kính quá nhỏ (1020µm). 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
E (Gpa)
Ứng suất
phá huỷ
σu (Mpa)
Khối lượng
riêng
ρ (Kg/m3)
7800
Modun
riêng
E/ρ
(MNm/kg)
26.9
Độ bền
riêng
σu/ρ
(KNm/kg)
43-270
Thép
210
340-2100
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
Vonfram
350
11004100
19300
18.1
57-210
Birglium
300
700
1830
164.0
380
Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN
Page 14
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 riêng ra. Cho
tất cả vật liệu đã được định hướng từ chất đóng rắn vào thiết bị trộn. Trộn
Sinh viên thực hiện: Nông Minh Toàn – Động cơ - ĐHBKHN
Page 15
Bài tập lớn vật liệu phi kim
Vật liệu Composite
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/m 2 nhựa gelcoat.
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 16
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 17
- Xem thêm -