Đang tải... (xem toàn văn)
Tiều luận: Vật liệu compozit nền epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh trình bày tổng quan về vật liệu polyme compozit, phân loại, tính chất của vật liệu polyme compozit, compozit nền epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh, nguyên liệu gia,...Mời bạn đọc cùng tham khảo.
TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU COMPOZIT NỀN EPOXY GIA CƯỜNG BẰNG SỢI THỦY TINH JUNE 1, 2014 1 Lời mở đầu Nhân loại đang bước vào kỷ nguyên bùng nổ của khoa học và công nghệ với hàng loạt thành tựu to lớn được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải… Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu đối với vật liệu càng lớn đòi hỏi ngày càng nhiều vật liệu có tính năng cơ lý kĩ thuật cao hơn ưu việt hơn. Ngành công nghiệp vật liệu compozit có lịch sử từ rất lâu đời, tuy nhiên nó chỉ thực sự phát triển mạnh mẽ và có nhiều phát triển vượt bậc vào khoảng 50 năm trở lại đây, đặc biệt là vật liệu compozit nền polyme. Vật liệu compozit được ứng dụng cực kì rộng rãi trong nhiều lĩnh vực do các đặc tính ưu việt của nó so với loại vật liệu truyền thống như giá thành hợp lí, cơ tính tốt… Vật liệu polyme compozit là loại vật liệu được tạo thành từ hai loại cấu tử chính là nhựa nền polyme và sợi gia cường. Các loại sợi gia cường truyền thống hay dùng cho vật liệu polyme compozit là sợi cacbon, sợi thủy tinh, sợi aramit. Một trong những vật liệu compozit nền polyme ra đời sớm nhất và được sử dụng nhiều nhất là compozit nền epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh, do nó có giá thành khá rẻ, cơ tính cao, tính chất hóa lí tốt. Tuy nhiên vấn đề xử lí phế thải của loại vật liệu này là rất khó khăn, do nó không có khả năng tái tạo, không có khả năng phân hủy . Do vật các phết thải từ chúng sau quá trình sử dụng bị thải ra đã gây ô nhiễm môi trường một cách nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và sự phát triển bền vững của xã hội. Chính vì vậy, trong những năm gần đây ngày càng có nhiều sự quan tâm từ các nhà nghiên cứu, các nhà sản xuất chế tạo ra những vật liệu có khả năng phân hủy hoặc phân hủy dưới tác động của vi sinh vật. Như vậy loại vật liệu này sau khi sử dụng hạn chế được ô nhiễm môi trường. Bên cạnh đó, vấn đề giá thành cũng là yếu tố quan trọng để mở rộng khả năng ứng dụng của vật liệu. Để đáp ứng được yêu cầu trên, vật liệu polyme compozit gia cường bằng sợi thực vật đang được đặc biệt quan tâm bởi một số ưu điểm nổi trội của sợi thực vật so với các sợi gia cường truyền thống như là: có khả năng phân 2 hủy sinh học, rẻ tiền, sẵn có, nhẹ và có độ bền riêng tốt. Trong tiểu luận này sẽ đề cập một cách tổng quan nhất về vật liệu compozit nền epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh như: Nguyên liệu chế tạo, các phương pháp gia công, ứng dụng… Nhóm sinh viên thực hiện 3 MỤC LỤC Trang Chương I. Tổng quan về vật liệu compozit 5 I. Giới thiệu chung về vật liệu polyme compozit (PC) 5 1. Lịch sử phát triển 5 2. Khái niệm, thành phần, phân loại vật liệu PC 6 2.1. Khái niệm 6 2.2. Thành phần vật liệu PC 6 2.3. Cơ chế gia cường vật liệu PC… 8 2.4. Phân loại ……………………………………………………………9 3. Tính chất và phạm vi ứng dụng 10 3.1.Tính chất chung của vật liệu PC 10 3.2.Phạm vi ứng dụng 10 II. Một số yếu tố ảnh hưởng tới độ bền của vật liệu compozit 11 1. Sự định hướng của sợi 11 2. Tương tác giữa nền và sợi 12 3 .Lượng sợi có trong vật liệu 13 4. Tỉ lệ chất đóng rắn, thời gian, nhiệt độ đóng rắn, loại chất đóng rắn . 13 5. Kĩ thuật gia công 13 Chương II. Vật liệu compozit nền epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh 14 4 I. Nguyên liệu 14 1. Vật liệu compzit nền epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh 14 2. Nhựa nền epoxy 15 2.1 Tổng hợp nhựa epoxy …………………………………………… 15 2.2 Các thông số quan trọng của nhựa epoxy 20 2.3. Tính chất và ứng dụng của nhựa epoxy 20 2.4. Đóng rắn nhựa epoxy …………………………………………… 21 3. Sợi thủy tinh 31 4. Phụ gia và chất độn 37 II. Các phương pháp gia công 39 1. Lăn ép bằng tay 39 2. Lăn ép phun 41 3. Đúc kéo 41 4. Quấn ống 42 5 Bơm nhựa vào khuôn 44 6. Đúc chân không 44 7. Hỗ trợ chân không hay còn gọi là phương pháp túi chân không . 46 III. Ứng dụng 47 IV. Giải thích vì sao đường ống nước sông đà lại bị vỡ 52 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 5 Chương I. Tổng quan về vật liệu compozit I. Giới thiệu chung về vật liệu polyme compozit (PC) 1. Lịch sử phát triển Vật liệu PC đã xuất hiện cách đây hàng nghìn năm và được con người sử dụng rất hiệu quả trong cuộc sống. 5000 năm trước công nguyên người cổ đại đã thêm đá nghiền nhỏ hoặc những vật liệu nguồn gốc hữu cơ vào đất sét để giảm độ co ngót khi nung gạch, đồ gốm. Tại Ai cập khoảng 3000 năm trước công nguyên, người ta đã làm vỏ thuyền bằng lau sậy đan tẩm tubin . Ở Việt Nam, thuyền tre đan trát sơn ta với mùn cưa cũng là một thí dụ về vật liệu PC. Mặc dù hình thành sớm như vậy nhưng việc chế tạo vật liệu PC mới thực sự được chú ý trong khoảng 60 năm trở lại đây. Năm 1942 đã sản xuất được vật liệu PC trên cơ sở nhựa polyeste không no. Năm 1944, đã sản xuất hàng nghìn chi tiết bằng PC cho máy bay và tàu phục vụ đại chiến thế giới lần thứ hai. Năm 1950, chất lượng vật liệu PC được nâng cao rất nhiều khi có sự ra đời của nhựa eposy và hàng loạt các sợi gia cường như: sợi cacbon, sợi polyeste, nilong, aramit (kevlar), sợi silic… Từ những năm 1970 đến nay, các chi tiết chế tạo từ compozit nền chất dẻo và sợi tăng cường có độ bền cao đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp đóng tàu, chế tạo chi tiết chịu lực trong ô tô, vật liệu xây dựng… Tuy đã đạt được những thành tựu như vậy nhưng vấn đề nâng cao chất lượng, cải thiện tính chất cơ lý, tính chất nhiệt, điện, chịu ăn mòn… mở rộng được lĩnh vực sử dụng PC luôn được đặt ra. Đặc biệt việc nghiên cưú chế tạo loại vật liệu mới có khả năng phân hủy nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường là một yêu cầu cấp thiết hiện nay. 6 2. Khái niệm, thành phần, phân loại vật liệu PC 2.1. Khái niệm Vật liệu PC được tạo thành từ sự kết hợp của hai hay nhiều cấu tử khác nhau, tạo ra vật liệu có tính chất đặc biệt mà mỗi vật liệu thành phần ban đầu không có được. Vật liệu PC nói chung được cấu tạo từ hai thành phần cơ bản là cốt và nền, ngoài ra còn có một số loại chất phụ gia khác : chất độn, chất màu, chất chống lão hóa, chống co ngót… 2.2. Thành phần vật liệu PC nền polyme. Vật liệu PC là vật liệu kết hợp của hai hay nhiều cấu tử khác nhau và có những tính chất mà vật liệu thành phần ban đầu không có. Thành phần chính của vật liệu PC là nền polyme và vật liệu tăng cường dạng hạt hay dạng sợi (cốt). Ngoài ra còn có chất đóng rắn (đối với nhựa nhiệt rắn), chất độn và một số phụ gia cần thiết. Vật liệu nền có thể là Polyme (chiếm 90%), kim loại, ceramic. Vật liệu gia cường có thể là sợi cacbon, sợi aramid, sợi thủy tinh, sợi, hạt kim loại (Ti, Al), … 7 Hình 1: Sơ đồ cấu trúc vật liệu compozit. Hình 2: Ảnh SEM chụp mắt cắt vật liệu compozit nền epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh. 8 2.3. Cơ chế gia cường vật liệu PC Dưới tác dụng của ngoại lực, vật liệu gia cường có cơ tính cao hơn rất nhiều so với nền, bởi vậy năng lượng do ngoại lực tác động sẽ chuyển sang chất gia cường . Vật liệu gia cường dạng sợi chịu ứng suất tốt hơn vật liệu gia cường dạng hạt, do ứng suất tại một điểm bất kỳ trên sợi được phân bố đều trên toàn bộ chiều dài, do đó tại mỗi điểm sẽ chịu ứng suất nhỏ hơn so với vật liệu gia cường dạng hạt dưới tác dụng của ngoại lực như nhau. Khả năng truyền năng lượng do ngoại lực tác động từ vật liệu nền lên vật liệu gia cường phụ thuộc vật liệu nền, vật liệu gia cường, kết dính tại bề mặt tiếp xúc của vật liệu nền và vật liệu gia cường. Hình 3: Lý thuyết kết dính tại bề mặt tiếp xúc vật liệu gia cường/ vật liệu nền. 9 2.4. Phân loại Tùy thuộc vào bản chất các vật liệu thành phần, vật liệu PC đươc phân loại như sau: 2.4.1. Theo bản chất vật liệu nền - Nền polyme chiếm 90% trong tổng số các loại compozit. - Nền kim loại (hợp kim nhôm, hợp kim tital…) với vật liệu gia cường dạng sợi kim loại, sợi khoáng. - Nền gốm và thủy tinh: với vật liệu gia cường dạng sợi và hạt kim loại . - Nền cacbon/graphit: là vật liệu chịu nhiệt rất tốt và cứng. 2.4.2. Phân loại theo hình dạng vật liệu gia cường. a) Compozit cốt hạt: Có cấu tạo gồm các phần tử cốt hạt đẳng trục phân bố đều trong nền. Các phần tử cốt rất đa dạng: các loại khoáng tự nhiên, oxit, cacbit, nitrit… Compozit cốt hạt rất đa dạng: cốt hạt thô và cốt hạt mịn. Compozit cốt hạt mịn thường có nền là kim loại hoặc hợp kim, cốt hạt có kích thước nhỏ (< 0, 1mm) thường là các vật liệu bền cứng, có tính ổn định nhiệt cao. Compozit cốt hạt thô thường có nền có thể là kim loại, polyme hoặc gốm. Gốm thường được đưa vào để cải thiện độ bền kéo, nén, uốn, độ chống mài mòn, độ ổn định kích thước, chịu nhiệt… b) Compozit cốt sợi ngắn: độ dài cốt sợi thường nhỏ hơn 5cm. Compozit cốt sợi ngắn thường được gia công bằng phương pháp gia công nhựa thông thường như đúc đùn, đúc phun. Sợi ngắn thường được dùng tăng cường cho nhựa nhiệt dẻo. Nhựa nhiệt rắn do có khối lượng phân tử lớn khi đóng rắn sẽ không có lợi khi dùng sợi ngắn. c) Compozit cốt sợi có chiều dài trung bình: Độ dài sợi cốt từ 10 đến 100 mm, thường dùng tăng cường cho nhựa nhiệt rắn có thêm bột độn khá lớn. Phương pháp gia công thường được sử dụng là phương pháp ướt. [...]... gia công thường người ta cố gắng đảm bảo một số yếu tố sau đây: - Hạn chế tối đã sự hiện diện của bọt khí trong lòng vật liệu - Đảm bảo sự đồng đều của nhựa 13 - Đảm bảo sự sắp xếp bố trí sợi đúng theo thiết kế - Đảm bảo môi trường gia công phù hợp Chương II Vật liệu compozit nền epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh I Nguyên liệu 1 Vật liệu compzit nền epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh Là một loại vật. .. 30 của thế kỷ XX, sợi thuỷ tinh E đã ra đời đánh dấu sự phát triển và thương mại hoá của sợi thuỷ tinh Năm 1935 người ta đã bắt đầu sử dụng nhựa nhiệt rắn như polyeste để sản xuất vật liệu compozit gia cường bằng sợi thuỷ tinh và ứng dụng nó để làm mái che rada trên máy bay trong suốt chiến tranh thế giới lần II Từ đó đến nay, vật liệu PC trên cơ sở sợi thuỷ tinh và các sợi tăng cường khác (cácbon,...d) Compozit cốt sợi dài: Sợi dài hay được gọi là sợi liên tục thường gia cường cho nhựa nhiệt rắn Compozit cốt hạt thường được chế tạo với cả nền vô cơ, gốm kim loại 3 Tính chất và phạm vi ứng dụng 3.1 Tính chất chung của vật liệu PC Tính chất của vật liệu PC là tổ hợp tính chất của các cấu tử có mặt trong vật liệu Nó phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn, tính chất của các thành phần cấu thành nền vật liệu, ... liệu và dẫn tới vật liệu càng bền 12 Diện tích tiếp xúc: Sợi có tiết diện càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc giữa nền và sợi càng lớn, từ đó tính chất của sợi càng được nâng cao Tuy nhiên, tiết diện sợi nhỏ quá gây khó khăn cho quá trình thấm ướt sợi 3 Lượng sợi có trong vật liệu Khi chế tạo người ta sẽ cố gắng nâng cao tỉ lệ sợi trong vật liệu, tỉ lệ sợi càng cao thì cơ tính của vật liệu càng tăng Tuy... ưu điểm sợi thuỷ tinh còn có nhược điểm sau: - Hấp phụ nền kém dẫn đến tính chất của vật liệu không cao 31 Đối với những vật liệu PC cần độ bền cao với tỷ trọng thấp mà không quan tâm đến giá thành người ta ít sử dụng sợi thuỷ tinh Tùy thuộc vào yêu cầu của từng loại sản phẩm cụ thể mà lựa chọn vật liệu gia cường thích hợp 3.2 Phân loại sợi thuỷ tinh Theo tính chất, thành phần của sợi thuỷ tinh có... giữa nền và sợi Mức độ tương hợp: Sợi và nền càng có độ tương hợp cao thì tính chất của vật liệu càng cao, do nó sẽ hạn chế được sự phát triển, hình thành các vết nứt dẫn tới sự tách lớp, gãy sợi, hay phát hủy nền và kết quả là vật liệu sẽ bị phá hủy Độ thấm ướt: Độ thấm ướt của nền lên sợi càng cao thì tương tác giữa nền và sợi càng lớn, hạn chế được sự tồn tại các rỗ khí, khoảng trống trong vật liệu. .. Hình 4: Ảnh SEM và mô phỏng một cách sắp xếp sợi trong compozit Sự định hướng của sợi có ảnh hưởng rất lớn tới tính chất của vật liệu compozit Thông thường khi chế tạo vật liệu compozit người ta sẽ bố trí các lớp gia cường có góc lệch với nhau nhằm đạt tính chất cao nhất có thể về mọi hướng Trên hình H.3 là một hình mô phỏng về định hướng sợi trong vật liệu compozit trong công trình nghiên cứu của GS... - Vật liệu điện: ấm cách điện, vỏ các thiết bị điện… 10 - Vật liệu xây dựng: kết cấu nhà lắp ghép, đá ốp lát, tấm lợp… - Vật liệu chịu hóa chất: bồn chứa, ống dẫn, van, bể điện phân… - Vật liệu gia dụng:bàn, ghế, giá, tấm trần, tấm cách âm… - Vật liệu PC cao cấp:dùng trong hàng không, vũ trụ, dụng cụ thể thao cao cấp… II Một số yếu tố ảnh hưởng tới độ bền của vật liệu compozit 1 Sự định hướng của sợi. .. mòn sợi trong quá trình kéo sợi, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình kéo sợi và làm tăng độ tương hợp của sợi với nhựa nền Xử lý sợi bằng: - Các hợp chất silan: là tác nhân liên kết giữa sợi và nhựa nền - Polyvinylaxetat: Sử dụng dạng nhũ tương tạo lớp vỏ bảo vệ sợi - Các farafin làm chất bôi trơn 34 Sau khi xử lý bề mặt sợi, sợi được tiếp tục qua các công đoạn tiếp theo để sản xuất thành các vật liệu. .. thuỷ tinh như sau: - E- glass (Electrical glass): được sử dụng để chế tạo vật liệu cách điện - A- glass (Alkaline glass): sợi thuỷ tinh chịu môi trờng kiềm tốt - C- glass (Chemicals glass): sợi thuỷ tinh chịu môi trờng hoá chất - S, R- glass: sợi thuỷ tinh có mô đun cao, độ bền cao Thành phần của các loại sợi thuỷ tinh được trình bày ở bảng 2: Bảng 2: Thành phần hoá học của các loại sợi thuỷ tinh TP . thuật gia công 13 Chương II. Vật liệu compozit nền epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh 14 4 I. Nguyên liệu 14 1. Vật liệu compzit nền epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh 14 2. Nhựa nền epoxy. do ngoại lực tác động từ vật liệu nền lên vật liệu gia cường phụ thuộc vật liệu nền, vật liệu gia cường, kết dính tại bề mặt tiếp xúc của vật liệu nền và vật liệu gia cường. Hình 3: Lý thuyết. trí sợi đúng theo thiết kế. - Đảm bảo môi trường gia công phù hợp. Chương II. Vật liệu compozit nền epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh I. Nguyên liệu 1. Vật liệu compzit nền epoxy gia cường