Kỹ thuật vật liệu compozit

Biến dạng phá huỷ cao hơn sợi cacbon •T−ơng đối nặng •Có khuynh h−ớng hấp thụ ẩm 2.5.2 Sợi thuỷ tinh 89 Sơ đồ sản xuất sợi thuỷ tinh 90 •TT E -Bền, cứng, chịu thời tiết, dùng cho VL cách đIện (chiếm tỉ lệ cao nhất) •TT A – Có hàm l−ợng kiềm cao, kháng ẩm kém •TT S-Modun và độ bền kéo cao, dùng cho mục đích đặc biệt (hàng không, kết cấu có độ bền cơ học cao) •TT C-Bền hoá chất, phủ chi tiết máy, kết cấu chống ăn mòn hoá học •YM-31A- trên cơ sở sợi TT E, dùng cải thiện độ mềm dẻo cho vật liệu Một số loại sợi thuỷ tinh 91 2.5.3 Sợi Aramic • Bền kéo cao •Modun và độ dẻo dai cao •Nhẹ •Dẫn điện thấp •Bền hoá học cao •Giãn nở nhiệt thấp •ổn định kích th−ớc tốt •Bền cắt cao •Chống cháy tốt •Có khuynh h−ớng hấp thụ n−ớc (−a n−ớc) •Độ bền nén, uốn khá thấp •Độ bền ở bề mặt tiếp xúc với VL nền không cao *Dùng hỗn hợp Thuỷ tinh-kevlar, cacbon-kevlar chế tạo TB chống phóng xạ, chống nhiệt và dụng cụ thể thao 92 Tính chất vật liệu 7,8 2,6 1,9 1,8 1,45 2,5 600-2000 70-80 2500 3200 2800 1700 203 75 340 230 124 76-86 Thép Nhôm Sợi C (modun cao) Sợi C (Độ bền cao) Sợi Aramic Sợi thuỷ tinh KLR (g/cm3)Độ bền(MPa) Modun (GPa) Vật liệu 93 Tính chất vật liệu Đồ thị biểu diễn ứng suất-biến dạng kéo của một số vật liệu 94 Tính chất vật liệu 95 CHƯƠNG 3 CáC PHƯƠNG PHáP GIA CÔNG 96 VL gia c−ờng Nhựa Con lăn Gel coat Khuôn VL gia c−ờng NhựaLăn bằng tay Khuôn 4.1 Hand Lay-up (Ph−ơng pháp gia công bằng tay) 97 Hand Lay-up Tạo khuôn mẫu Chống dính (gỗ, kim loại, VL compozit) Đắp sợi (Dạng mat, vải, sợi) Tẩm nhựa (Dùng chổi, con lăn) Đóng rắn Tháo sản phẩm (Epoxy, UPE, phenolic, vinylester,) (Sợi thuỷ tinh, aramic,) Đắp nhựa, sợi đến khi đạt chièu dày Tạo gel coat 98 *−u đIểm: -Thiết kế linh động, dễ dàng thay đổi -GC sản phẩm phức tạp và lớn -Chi phí đầu t− thiết bị thấp, dụng cụ rẻ tiền -Hàm l−ợng sợi cao và sợi dài hơn → cơ tính cao hơn so với ph−ơng pháp phun *Nh−ợc đIểm: -Sản phẩm chỉ có một bề mặt nhẵn -Thời gian đóng rắn th−ờng dài -Chất l−ợng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào kỹ năng thao tác -Vấn đề an toàn sức khoẻ, nhựa dùng trong pp này th−ờng có KLPT thấp nên mức độ độc hại cao hơn, dễ thấm vào áo quần -Nhựa yêu cầu có độ nhớt thấp, ảnh h−ởng đến tính chất cơ học, tính chất nhiệt do yêu cầu l−ợng chất pha loãng (VD: styren) thích hợp. Hand Lay-up 99 -VL lớp đ−ợc gia công bằng tay theo PP −ớt -Màng chất dẻo (nilon) bọc lên khuôn và không khí đ−ợc tháo ra nhờ bơm chân không -L−ợng nhựa thừa đ−ợc loại bỏ d−ới tác dụng của bơm chân không. 4.2 Ph−ơng pháp túi chân không (Vacuum bagging) 100 Ph−ơng pháp túi chân không Ưu điểm: -Hàm l−ợng lỗ bọt ít hơn -Thấm −ớt của nhựa lên sợi tốt hơn nhờ áp suât chân không, l−ợng nhựa thừa sẽ đ−ợc loại bỏ , do vậy hàm l−ợng sợi cao hơn ph−ơng pháp gia công bằng tay -An toàn cho sức khoẻ: túi chân không sẽ làm giảm l−ợng chất bay hơi giải phóng trong quá trình đóng rắn Nh−ợc đIểm: -Quá trình tạo chân không làm tăng giá thành sản phẩm (nhân công, VL) -Đòi hỏi kỹ năng thao tác cao hơn 101 4.3 Spray Lay-up (Phổồng phaùp phun) Nguyón tàừc: Sồỹi õổồỹc càừt ngàừn trong suùng (giổợ bàũng tay) õổồỹc bàừn õọửng thồỡi vồùi nhổỷa vaỡo khuọn. Âóứ õoùng ràừn hoaỡn toaỡn trổồùc khi thaùo saớn phỏứm 102 Spray Lay-up *ặu õióứm: -Nhanh -Duỷng cuỷ reớ tióửn *Nhổồỹc õióứm: -Haỡm lổồỹng nhổỷa cao -Chố chóỳ taỷo õổồỹc compozit sồỹi ngàừn laỡm giồùi haỷn tờnh chỏỳt cồ hoỹc cuớa saớn phỏứm -Nhổỷa cỏửn phaới coù õọỹ nhồùt thỏỳp khi phun, laỡm aớnh hổoớng õóỳn tờnh chỏỳt cồ, nhióỷt cuớa saớn phỏứm -Haỡm lổồỹng Styren cao nghộa laỡ tióửm nàng gỏy õọỹỹc haỷi cao vaỡ õọỹ nhồùt thỏỳp tàng khuynh hổồùng thỏỳm vaỡo aùo quỏửn . 103 4.4 Resin Transfer Moulding (Đúc chuyển nhựa) Khuôn Nhựa vào Khuôn VL gia c−ờng 104 -VL gia c−ờng (mat, vả..) đ−ợc đặt vào khuôn, có thể ép tr−ớc để tạo hình dạng khuôn và liên kết với nhau bởi chất kết dính (Preform) -Khuôn đ−ợc đóng, và nhựa đ−ợc chuyển vào khoảng trống của khuôn -Chân không đ−ợc tạo nên ở khoảng trống của khuôn, giúp nhựa thấm vào VL gia c−ờng -Khi l−ợng nhựa đủ để thấm VL gia c−ờng, ng−ng cho nhựa vào. -Đóng rắn sản phẩm -Quá trình chuyển nhựa và đóng rắn nhựa có thể xảy ra o nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ cao -Nhựa: epoxy, UPE, vinylester, phenolic.. Resin Transfer Moulding 105 *Ưu điểm: -VL lớp đ−ợc tạo thành có hàm l−ợng sợi cao và hàm l−ợng lỗ thấp -An toàn đối với sức khoẻ, khống chế đ−ợc vấn đề về môi tr−ờng -Giảm nhân công lao động đến mức có thể -Hai mặt của sản phẩm nhẵn, có hình dạng của bề mặt khuôn *Nh−ợc đIểm: -Trang thiết bị đắt tiền -Giới hạn cho những sản phẩm bé Resin Transfer Moulding 106 KhuônNhựa vào Nhựa ra VL gia c−ờngKeo 2 mặt Tấm phủ Keo 2 mặt Nhựa chảy qua VL gia c−ờng d−ới CK Túi CK VL gia c−ờngNhựa đến bơm CK Khuôn 4.5 Ph−ơng pháp đúc chuyển nhựa có sự trợ giúp của chân không (Vacuum Asisstant Resin Transfer Moulding-VARTM) 107VL đ−ợc bọc kín tạo chân không và nhựa đ−ợc chuyển vào d−ới chân không Cói khô đ−ợc đặt vào khuôn Vacuum Asisstant Resin Transfer Moulding-VARTM 108 Vacuum Asisstant Resin Transfer Moulding-VARTM 109 Vacuum Asisstant Resin Transfer Moulding-VARTM Ưu điểm: -Giống ph−ơng pháp RTM, nh−ng chỉ một mặt sản phẩm có hình dạng của khuôn -Chi phí khuôn thấp hơn nhiều, yêu cầu về độ bền khuôn không cao -Có thể dùng sản xuất những sản phẩm lớn Nh−ợc điểm -Quá trình tạo khuôn mẫu t−ơng đối phức tạp -Yêu cầu độ nhớt của nhựa phải rất thấp, do vậy ảnh h−ởng đến tính chất cơ học 110 4.6 Ph−ơng pháp quấn sợi (Filament Winding) Sợi Bể nhựa Trục Sợi đ−ợc đIều chỉnh góc cuốn thích hợp Có khả năng di chuyển Trống quay Sồỹi Tỏứm nhổỷa Quỏỳn Âoùng ràừn Quỏỳn ổồùt Quỏỳn khọ Sồỹi õaợ õổồỹc tỏứm nhổỷa -Tcao, thổồỡng 111 Ph−ơng pháp quấn sợi (Filament Winding) -Dùng sản xuất những sản phẩm rỗng, mặt cắt hình tròn hoặc oval, nh− ống, thùng -Sợi đi qua bể nhựa đ−ợc quấn vào trống (điều chỉnh cơ chế quay, tốc độ quay,..) -Nhựa: epoxy, UPE, phenolic, vinylester *Ưu điểm: -Ph−ơng pháp này nhanh, hiệu quả kinh tế -Hàm l−ợng nhựa có thể đ−ợc đIều chỉnh khi sợi đi qua bể nhựa -Giá thành sợi giảm thiểu do không qua công đoạn dệt sợi thành vải -Tính chất của sản phẩm tốt do có thể không chế ph−ơng của sợi phù hợp với tải trọng 112 * Nh−ợc điểm: -Hạn chế ở một số dạng sản phẩm nhất định (rỗng, mặt cắt tròn, oval,..) -Sợi không dễ dàng đặt chính xác dọc theo chiều dài sản phẩm -Giá thành trống đối với những sản phẩm lớn là rất cao -Bề mặt bên ngoài của sản phẩm không tiếp xúc khuôn nên không hấp dẫn (không trơn, bóng) -Yêu cầu nhựa có độ nhớt thấp nên ảnh h−ởng tính chất cơ học và vấn đề an toàn sức khoẻ Ph−ơng pháp quấn sợi (Filament Winding) 113 4.7 Extrusion process (Phổồng phaùp õuỡn) -Trong qua trỗnh õi qua truỷc vờt, nhổỷa noùng chaớy, thỏỳm ổồùt vaỡo sồỹi, õổồỹc càừt ngàừn -Họựn hồỹp nhổỷa sồỹi õổồỹc eùp qua õỏửu taỷo hỗnh, aùp lổỷc õổồỹc taỷo nón bồới quay truỷc vờt -Thổồỡng duỡng õọỳi vồùi nhổỷa nhióỷt deớo -Phổồng phaùp saớn xuỏỳt lión tuỷc -Saớn xuỏỳt compound, compozit sồỹi ngàừn (tỏỳm, thanh, ọỳng...) Solid conveying Plasticating or melting Melt pumping 114 Âuỡn 1 truỷc vờt Âuỡn 2 truỷc vờt -Thióỳt bở õuỡn 2 truỷc vờt, quaù trỗnh trọỹn hồỹp, càừt sồỹi tọỳt hồn -Hai truỷc vờt coù thóứ quay cuỡng chióửu hoàỷc ngổồỹc chióửu Extrusion process (Phổồng phaùp õuỡn) 115 Schematic diagram of extrusion procedure -Âọỳi vồùi sồỹi keùm bóửn nhióỷt, nón cho vaỡo ồớ vuỡng nhổỷa noùng chaớy Extrusion process (Phổồng phaùp õuỡn) Polymer Fibre Nozzle Cooling Product Extruder die Hỗnh daỷng õỏửu taỷo hỗnh coù thóứ laỡ: -Khe heỷp Tỏỳm phàúng -Hỗnh truỷ Thanh -Hỗnh khuyón ÄÚng 116 4.8 Injection moulding (Âuùc tióm) *Quaù trỗnh: -Nguyón lióỷu (nhổỷa + VLGC hoàỷc haỷt compound) õổồỹc naỷp vaỡo phióựu -Truỷc vờt chuyóứn nguyón lióỷu ràừn qua vuỡng gia nhióỷt, nhổỷa noùng chaớy chuyóứn sang traỷng thaùi loớng -Chỏỳt loớng õổồỹc eùp (tióm) vaỡo khuọn, laỡm nguọỹi taỷo daùng saớn phỏứm -Mồớ khuọn vaỡ thaùo saớn phỏứm Materials 117 Khuọn trổồùc khi naỷp lióỷu Naỷp lióỷu vaỡo khuọn Thaùo saớn phỏứm ậnjection moulding (Âuùc tióm) 118 ậnjection moulding (Âuùc tióm) -Nàng suỏỳt lồùn -Duỡng õọỳi vồùi compozit nhổỷa nhióỷt deớo -Saớn xuỏỳt compozit sồỹi ngàừn -Saớn xuỏỳt caùc saớn phỏứm coù hỗnh daỷng phổùc taỷp 119 -Trổồỡng hồỹp nhổỷa vaỡ sồỹi khoù thỏỳm ổồùt vaỡo nhau -Nguyón lióỷu cho ậnection moulding laỡ compound - Compound õổồỹc taỷo nón bàũng phổồng phaùp Extrusion hoàỷc Mixer -Traùnh trổồỡng hồỹp maùy õuỡn vaỡ õuùc quaù daỡi *Nguyón lióỷu compound: ậnjection moulding (Âuùc tióm) Taỷo compound 120 4.9 Âuùc tióm nhổỷa (Resin Injection Moulding) Resin 121 -Âàỷt VL gia cổồỡng giổợa 2 chi tióỳt khuọn õuùc (Khuọn trón vaỡ dổồùi) -Dổồùi aùp lổỷc nhổỷa õổồỹc phun vaỡo khuọn vaỡ thỏỳm vaỡo VLGC -Âoùng ràừn coù thóứ ồớ nhióỷt õọỹ thổồỡng hoàỷc nhióỷt õọỹ cao -Chóỳ taỷo õổồỹc caùc saớn phỏứm coù hỗnh daỷng phổùc taỷp -Phổồng phaùp naỡy ti lóỷ VLGC cao nón tờnh nàng cồ lyù cao -VLGC coù thóứ laỡ vaới, mat, sồỹi daỡi,.. Âuùc tióm nhổỷa 122 Hồỹp chỏỳt õuùc - baùn thaỡnh phỏứm -Laỡ hồỹp chỏỳt õuùc, baùn thaỡnh phỏứm ồớ daỷng cuọỹn hoàỷc daỷng tỏỳm, daỡy khoaớng 3mm -Tố lóỷ sồỹi thỏỳp (30% khọỳi lổồỹng), tố lóỷ haỷt trong nhổỷa cao (50% khọỳi lổồỹng) 4.10 Sheet Moulding Compound (SMC) -Sồỹi daỡi -Âọửng phổồng -Sồỹi càừt ngàừn -Âọửng phổồng -Sồỹi càừt ngàừn (25-50mm) -Phỏn bọỳ ngỏựu nhión SMC-CSMC-DSMC-R -SMC họựn hồỹp: SMC-D/R, SMC-C/R -Hồỹp chỏỳt õuùc coù tố lóỷ sồỹi cao (30-50%), coù cồ tờnh cao goỹi laỡ HMC Mọỹt sọỳ loaỷi hồỹp chỏỳt õuùc SMC 123 Sheet Moulding Compound (SMC-R) Hồỹp chỏỳt õuùc - baùn thaỡnh phỏứm -Vỏỷt lióỷu gia cổồỡng: sồỹi thuyớ tinh, cacbon, kevlar -Nhổỷa: thổồỡng duỡng nhổỷa polyester 124 4.11 Âuùc eùp (Press moulding) -Nhổỷa + sồỹi trọn õóửu hoàỷc baùn thaỡnh phỏứm õổồỹc cho vaỡo khuọn -Dổồùi aùp suỏỳt vaỡ nhióỷt õọỹ, nhổỷa hoaù loớng vaỡ õióửn õỏửy khuọn, saớn phỏứm õổồỹc õởnh hỗnh theo 3 chióửu -Coù thóứ saớn xuỏỳt compozit nhổỷa nhióỷt deớo sồỹi daỡi Saớn phỏứm 125 Âuùc eùp (Press moulding) 126 4.12 Pultrusion process (Phổồng phaùp keùo õởnh hỗnh) Sồỹi Bóứ nhổỷa Taỷo hỗnh Càừt Saớn phỏứm Tỏứm nhổỷa lón sồỹi -Nhổỷa õổồỹc õoùng ràừn -Taỷo hỗnh daỷng SP Sồỹi daỡi Mat, vaới 127 *Âàỷc õióứm cuớa phổồng phaùp keùo õởnh hỗnh -Sản xuất sản phẩm daỡi lión tuỷc, dióỷn tờch phỏửn càừt ngang khọng õọứi (Panel, tỏỳm, dỏy thổỡng,..) -Gờa thaỡnh thỏỳp, chỏỳt lổồỹng tọỳt, saớn lổồỹng cao -Thồỡi gian õoùng ràừn õổồỹc õióửu chốnh bồới tọỳc õọỹ keùo -Thổồỡng duỡng õọỳi vồùi nhổỷa nhióỷt ràừn Pultrusion process (Phổồng phaùp keùo õởnh hỗnh) 128 -Vóử cồ baớn giọỳng nhổỷa nhióỷt ràừn, coù mọỹt sọỳ õióứm khaùc: -Nhióỷt õọỹ gia cọng cao (mọỹt sọỳ saớn phỏứm duỡng trong ngaỡnh haỡng khọng õóỳn 750oF) -Âọỹ nhồùt cao > 1.106 cP, thỏỳm ổồùt khoù -Nhióỷt õọỹ gia cọng thỏỳp (250-400oF) -Âọỹ nhồùt thỏỳp (vaỡi tràm cP) Nhổỷa nhióỷt deớoNhổỷa nhióỷt ràừn -Saớn xuỏỳt caùc tỏỳm lồùp tổỡ caùc tỏỳm baùn thaỡnh phỏứm (prepreg sheets) rỏỳt moớng trón cồ sồớ nhổỷa nhióỷt deớo. -Laỡm noùng chaớy bóử màỷt caùc tỏỳm naỡy, vaỡ eùp chuùng laỷi vồùi nhau dổồùi aùp lổỷc trong quaù trờnh laỡm nguọỹi saớn phỏứm *Âọỳi vồùi nhổỷa nhióỷt deớo Pultrusion process (Phổồng phaùp keùo õởnh hỗnh) 129 *ặu õióứm: -Nhanh (tỏứm nhổỷa vaỡ õoùng ràừn) do vỏỷy kinh tóỳ -Haỡm lổồỹng nhổỷa õổồỹc õióửu chốnh chờnh xaùc -Tờnh chỏỳt saớn phỏứm lồùp rỏỳt tọỳt, do sồỹi thàúng vaỡ haỡm lổồỹng sồỹi cao -Vuỡng tỏứm nhổỷa kờn, haỷn chóỳ caùc chỏỳt bay hồi *Nhổồỹc õióứm: -Giồùi haỷn õọỳi vồùi nhổợng saớn phỏứm coù dióỷn tờch phỏửn càt ngang khọng õọứi hoàỷc gỏửn nhổ khọng õọứi -Chi phờ õỏửu tổ khuọn (õỏửu õởnh hỗnh) coù gia nhióỷt cao Pultrusion process (Phổồng phaùp keùo õởnh hỗnh)