VẬT LIỆU THÀNH PHẦN CỦA POLYME cOMPOsITe

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU THÀNH PHẦNCỦA POLYME cOMPOsITe

2.1. Giớithiệuchung 2.1.2. Thànhphần Polyme composite Nhựanền Vậtliệugiacường Nhiệtrắn Nhiệtdẻo Sợi polyme Sợi cacbon Sợi Thủytinh Gốm Kim loại • PP • PE • PET • PVAx • … • EP • UPE • PF • UF • …

2.1. Giớithiệuchung 2.1.2. Yêucầuđốivớivậtliệunền • Tính chất cơ học tốt (chịu tải trọng) • Tínhchốngngấmẩm, kếtdínhtốt (truyềnhiệuquảtảitrọng) • Bềndẻodaitốt (chốnglạisựpháttriểnvếtnứt) • Bềndướitácdụngpháhuỷcủamôitrường (nước, các tác nhân từ môi trường, đặc biệt môi trường nước biển)

2.1. Giớithiệuchung 2.1.3. Phânloạivậtliệunền Polyme Nhựanhiệtcứng Nhựanhiệtdẻo Cao su Kếttinh Vôđịnhhình • Polymer = poly (nhiều) + mer (phần, đơn vị). Ví dụ nhựa PVC • Polymelànhữnghợpchấtmàphântửcủachúnggồmnhữngnhómnguyêntử được nối với nhau bằng liên kết hoá học và lặp di lặp lại nhiều lần tạothànhnhữngmạchdàivàcókhốilượngphântửlớn

2.1. Giớithiệuchung 2.1.3. Phânloạivậtliệunền … • Một vài điểm khác biệt giữa nhựa nhiệt dẻo, nhiệt rắn và cao su

2.1. Giớithiệuchung 2.1.3. Phânloạivậtliệunền … • So sánh một vài tính chất cơ, nhiệt của nhựanhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn

2.1. Giớithiệuchung 2.1.4. Cácyếutố ảnhhưởngđếnvậtliệunền • Bản chất hoá học, sự phân bố các nhóm chức, độ phân cực,… • Phântửlượng, độ phân nhánh, độ đa phân tán • Trạng thái pha: tinh thể hay vô định hình • Điều kiện đóng rắn (nhựa nhiệt rắn): • Loại chất đóng rắn • Nhiệt độ • Thờigian • …

2.1. Giớithiệuchung 2.1.4. Đặc điểm gia công của vậtliệunền • So sánh một vài tính chất cơ, nhiệt của nhựanhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn http://www.hungvietcomposite.com/

2.2. Nhựanhiệtrắn 2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE)

2.2. Nhựanhiệtrắn 2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE) • Là loại nhựa phổ biến nhất, đặc biệt trong công nghiệp hàng hải (thân tàu, cánh buồm…) • Tínhchấtchungcủanhựa UPE • Cơ lý tính cao • Dễ gia công ở điều kiện thường • Giáthànhthấp • Polyester có nhiều loại (các acid, glycol và monomer), mỗi loại có những tính chất khác nhauphụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố: Thành phần nguyên liệu (loại và tỷ lệ tác chất sử dụng); Phương pháp tổng hợp; Trọng lượng phân tử; Hệ đóng rắn (monomer, chất xúc tác, chất xúc tiến)vàHệ chất độn

2.2. Nhựanhiệtrắn 2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE) … • Có 2loại polyester chính thường sử dụng cho VLC. • Nhựa orthophthalic -tính kinh tế cao, được sử dụng rộng rãi. • Nhựa isophthalic có khả năng kháng nước rấtcao-> là vật liệu quan trọng trong công nghiệp, đặc biệt là hàng hải. • Đa số nhựa polyester có màu nhạt, thường được pha loãng trong styrene. Lượng styrene có thể lên đến 50% để làm giảm độ nhớt của nhựa, dễ dàng cho quá trình gia công. Ngoài ra, styrene còn làm nhiệm vụ đóng rắn tạo liên kết ngang giữa các phân tử mà không có sự tạo thành sản phẩm phụ nào.

2.2. Nhựanhiệtrắn 2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE) … • ĐóngrắnnhựaUPE. + styren • Xúc tác thêm vào → thay đổi màu của nhựa UPE • Quánhiềuxúctác → thờigian gel hoáquánhanh • Quáít xúc tác→quátrìnhđóngrắn không hoàn toàn • Trong quá trình đóng rắn, co ngót nhiều (4-8%)gâybiến dạng,tạonhững tiềm nănggâyhưhỏngtrong vậtliệu

2.2. Nhựanhiệtrắn 2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE) … • Polyester còn có khả năng ép khuôn mà không cần áp suất. • Polyester có thời gian tồn trữ ngắn là do hiện tượng tự đóng rắn của nó sau một thời gian. Thông thường, người ta thêm vào một lượng nhỏ chất ức chế trong quá trình tổng hợp polyester để ngăn ngừa hiện tượng này. • Khi đã đóng rắn, polyester rất cứng và có khả năng kháng hoá chất. Quá trình đóng rắn hay tạo kết ngang được gọi là quá trình Polymer hóa.

2.2. Nhựanhiệtrắn 2.2.2 Nhựa Epoxy • Là loại nhựa được xem là có tính năng cao nhất • Gồm 2 thành phần: nhựa lỏng và chất đóng rắn (hoặc chất xúc tác), nhiệt độ đóng rắn từ 5oC đến 150oC tuỳ thuộc chất đóng rắn, xúc tác. • Nhựalỏngkhôngmàu nâu, ở nhiệt độ thường có thể tồn tại nhiều năm trong bình chứa khô mà không phản ứng với nhau • Bền cơ học (cứng, dẻo dai), nhiệt tốt • Bềnhoáchất, cáchđiệntốt

2.2. Nhựanhiệtrắn 2.2.2 Nhựa Epoxy Diglycidyletecủabisphenol F (DGEBF) PolyglycidyletecủanhựaPF Novolac N,N,N’,N’,- tetraglycidylmetylendianilin

2.2. Nhựanhiệtrắn 2.2.3 NhựaVinylester • Giống nhựa polyester, nhưng vị trí nhóm phản ứng nằm ở cuối mạch và ít nhóm ester hơn • Bềnnước và hoá chất hơn UPE do có ít nhóm ester hơn  được dùng nhiềutrong sản xuất đường ống và các thùng chứa hoá chất, tàu thuyền • Nhựa Vinylester đóng rắn bền hơn UPE đóng rắn  dùng làm lớp phủ cho composite nhựa UPE

2.2. Nhựanhiệtrắn So sánhtínhchấtbaloạinhựa

2.2. Nhựanhiệtrắn 2.2.4. NhựaPhenolic – Giớithiệu • Là một trong những nhựa nhiệt rắn được sử dụng rộng rãi nhất, chủ yếu là nhựa Phenol-formaldehyt (PF). Ngoàiracòncónhựa: phenol-fufural, resorcinol-formaldehyt,… • Có sẵn trên thị trường ở dạng dung dịch nước, dung dịch trong dung môi hữu cơ hoặc ở dạng bột • Được đóng rắn nhờ gia nhiệt và áp suất, không sử dụng xúc tác hoặc chất đóng rắn

2.2. Nhựanhiệtrắn 2.2.4. NhựaPhenolic – Quátrìnhđóngrắn NhựaPhenolic Nhiệt Giaiđoạn 1 Resol (trangthái A) Nhựacókhảnăngnóngchảyvàhòa tan Nhiệt Giaiđoạn 2 Resitol (trangthái B) Nhựarắn, nóngchảyvàhòa tan kém Nhiệt Giaiđoạn 3 Rezit (trangthái C) Nhựa rắn không hoà tan, không nóng chảy, bền hoá chất Dướitácdụngnhiệtphảnứngngưng tụ xảy ra, có tạo sản phẩm phụ (nước, HCHO)

2.2. Nhựanhiệtrắn 2.2.4. NhựaPhenolic – ưunhượcđiểm • Ưuđiểm • Chốngcháytốt • Duytrìtínhchất ở nhiệtđộcao trong thờigiandài • Bềnhoáchấttốtđặcbiệtđốivớinhiềuaxit • Tínhchấtđiệntốt, bềnnhiệtrấttốtvàđộbềncơhọc • Rẻhơnnhựa UPE • Nhượcđiểm • Quá trình đóng rắn ở nhiệt độ cao có thoát bay hơi(nước và formaldehyt) nên sản phẩm có nhiều lỗ bọt và vết hỏng bề mặt, độc hại • Giòn, dùng chất hoá dẻo ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn • Áp suất đóng rắn cao, thời gian đóng rắn dài hơn nhựa UPE, thời gian sống ngắn (Khoảng 90 ngày ở dạng lỏng)

2.2. Nhựanhiệtrắn 2.2.5. Nhựachịunhiệt • Gồm những polyme dị vòng thơm như họ chựa polyimit thơm (phổ biến, Tg3160C), bis-maleimit và một vài nhựa nhiệt dẻo vòng thơm • Có độ cứng cao (Tg cao), duy trì tính chất cơ học ở nhiệt độ cao • Điểnhình: Polyimit PMR-15 (polymerization of Monomeric Reactants) • Phản ứng không tạo sản phẩm phụ bay hơi không tạo lỗ bọt và vật liệu lớp có tính chất tốt. • Giacườngbởisợithuỷtinh E hoặcsợigraphit Composite có độ bền cao ở nhiệt độ phòng và duy trì tính chất đến giới hạn 288-3160C

2.3. Nhựanhiệtdẻo 2.3.1 Ưu điểm của composite nhựa nhiệt dẻo • Gia công nhanh hơn composite nhựa nhiệt rắn, gồm các công đoạn: gia nhiệt, tạo hình, làm nguội, không có phản ứng đóng rắn xảy ra • Độ bền tách lớp cao, độ hấp thụ ẩm thấp và bền hoá chất của polyme kết tinh một phần rất tốt • Dưới ánh sáng của môi trường, composite nhựa nhiệt dẻo cú những ưuđiểm: độ độc hại rất thấp, do không chứa các tác nhân phản ứng, thời gian sống vô hạn • Có thể được tái sinh do có khả năng nóng chảy và hoà tan trở lại

2.3. Nhựanhiệtdẻo 2.3.2Ứngdụngcomposite nhựa nhiệt dẻo • Trong ngànhhàngkhông, đang thay thế dần nhựa nhiệt rắn do: • Chi phí sản xuất composite nhựa nhiệt dẻo rẻ hơn • Tốc độ bay cao yêu cầu khả năng chịu nhiệt của vật liệu cao hơn (nhựa nhiệt rắn polyimit đáp ứng yêu cầu này nhưng do nhược điểm là giải phóng khí trong quá trình gia công và giòn, nêncomposite nhựa nhiệt dẻo đang được thu hút) • Trong sảnxuất ô tô, Composite nhựa nhiệt dẻo đang được sử dụng rộng rãi, chủ yếu là composite nhựa polypropylen gia cường sợi thuỷ tinh (GF/PP) do • Chu trình gia công nhanh đối với những sản phẩm khá lớn

2.3. Nhựanhiệtdẻo 2.3.3Phânloại nhựa nhiệt dẻo Nhựanhiệtdẻo Nhựanhiệtdẻo kếttinh Nhựanhiệtdẻo Vôđịnhhình Polyme có cấu trúc vô định hình Vídụ: Polyvinyl clorua (PVC) Polystyren (PS) Polycacbonat (PC) Acrylic (PMMA) Polyphenylenoxit (PPO) Polyamitimit, polyeteimit,.. • Cóchứaphầnpolymecócấutrúctinhthể • Vídụ: • Polypropylen (PP) Poletylen (PE) • Polyamit (PA) Axetal (POM)

2.3. Nhựanhiệtdẻo So sánhtínhchấtcủacácloạisợicacbon

2.3. Nhựanhiệtdẻo 2.3.5Đặcđiểmgiacôngcácloại nhựa nhiệt dẻo • Hàmlượngsợithấp: • Giacôngdễdàng • Sản phẩm có độ cứng và độ bền thấp. • Hàmlượngsợicao • Sản phẩm có độ cứng và độ bền cao • Giacôngchậm • Khótạohìnhdạngvớinhữngsảnphẩmcócấutrúchìnhdángphứctạp. • Nên gia công bán thành phẩm trướckhitạothànhphẩm • Các phương pháp gia công: Injection molding, Extrusion, Press-moulding, Pultrusion, resin Injection,...

2.4. Vậtliệugiacường 2.4.1 Yêu cầu đối với Vật liệu gia cường • Tính gia cường cơ học tốt • Tính kháng hóa chất, môi trường, nhiệt độ tốt • Tỷtrọngbé • Phân tán vào nhựa tốt (tính tương thích) • Truyềnnhiệt, giảinhiệttốt • Thuậnlợichoquátrìnhgiacông • Giáthànhhạ • Giảmthiểuảnhhưởng đến môi trường Tuỳthuộcvàoyêucầucủatừngloạisảnphẩmcụthểmàchọn lựa vậtliệugiacường thích hợp

2.4. Vậtliệugiacường 2.4.2 Phânloạisợi Sợi Sợitựnhiên Sợihóahọc Hữucơ Vôcơ Từpolymethiênnhiên Từpolymetổnghợp Phi polyme • Độngvật • Lông • Tóc • Tơ • Thựcvật • Cotton • Đay • Dứa • Gỗ • Thủytinhtựnhiên • Sợikhoáng • Cao su • Visco • Axetatxemlulo • Ceramic • Thủytinh • Baslt • PP • PA • Teflen • Polyeste • Aramic • Wolfram • Al • Thép

2.4. Vậtliệugiacường 2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất sợi • Đườngkínhsợi • Địnhhướng của mạch phân tử trong sợi • Chiềudàisợi • Kiểu đan, dệt vải

2.4. Vậtliệugiacường Sự định hướng của mạch phân tử

2.4. Vậtliệugiacường Cácdạngvậtliệugiacường Dệtđơn (Plain weave) Vảithô (thuỷtinh) Dệtđôi(Twlil weave) Vải đơn hướng (Unidirectional cloth) Vảilụa (thuỷtinh)

2.4. Vậtliệugiacường Cácdạngvậtliệugiacường

2.4. Vậtliệugiacường Hướng phân bố của sợi trong VLC

2.5 Sơ lược một số loại sợi 2.5.1 Sợicacbon • Cấutrúctinhthể, gồmnhữnglớpcacbondạnglụcdiện; • Có thể được sản xuât từ PAN (phổ biến nhất), rayon hoặc nhựa (Pitch), loại nguyên liệu ảnh hưởng nhiều đến cấu trúc và tính chất của sợi cacbon; • Nhẹ, khảnăng ổn định kích thước cao, khádòn; • Duy trì tính chất trong môi trường khắc nghiệt (Nhiệt độ cao, tiếp xúc với dung môi và các chất lỏng, môi trường ẩm ướt); • Composite nền polyme có độ cứng và độ bền cao,nhẹ; • Composite sợi cacbon/nền cacbon chịu nhiệt cao, dùng làm đĩa phanh, chi tiết lò nhiệt, ống gió, VL phủ chống oxy hoá, compozit nền nhựa (Epoxy) dùng trong ngànhhàngkhông, vũtrụ; • Giáthànhkhácao.

2.5 Sơ lược một số loại sợi ... So sánhtínhchấtcủacácloạisợicacbon

2.5 Sơ lược một số loại sợi ... Sảnxuấtsợicacbon Kéosợitừcuộn (PAN ) Kéosợitừ pitch nóngchảy Oxy hoá 200-4000C Xửlýnhiệtnguyênliệuthôcóchứacacbon, thường là sợipolyme Cacbonhoá 250-25000C CuộnsợiCacbon/ Graphit Graphithoá 1500-30000C Sấykhô Xửlýbềmặt

2.5 Sơ lược một số loại sợi 2.5.2 Sợithuỷtinh • Phổ biến, đa dạng,rẻ • Là loại VL gia cường được sử dụng rộng rãi nhất • Khả năng gia cường cơ lý tính cho VL nền cao • Tỷ số cơ lý tính/giá cả rất cao hơn các loại sợi khác, tính chất va đập tốt • Biến dạng phá huỷ cao hơn sợi cacbon • Tương đối nặng • Cókhuynhhướnghấpthụẩm

2.5 Sơ lược một số loại sợi 2.5.2 Sợithuỷtinh - Sơ đồ sản xuất sợi

Continuous strand roving Woven roving

Chopped strands Chopped strand mat

2.5 Sơ lược một số loại sợi 2.5.2 Sợithuỷtinh - Mộtsốloạisợithuỷtinh • TT E -Bền, cứng, chịu thời tiết, dùng cho VL cách đIện (chiếm tỉ lệ caonhất) • TT A - Cóhàmlượngkiềmcao, khángẩmkém • 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

2.5 Sơ lược một số loại sợi 2.5.3. SợiAramic • Bềnkéo, bềncắtcao - độbềnnén, uốnkháthấp – nhẹ • Bềnhoáhọccao • Cókhuynhhướnghấpthụnước • Ổn định kích thước tốt • Giãnnởnhiệtthấp, chốngcháytốt • Độbền ở bềmặttiếpxúcvới VL nềnkhôngcao DùnghỗnhợpThuỷtinh - kevlar, cacbon - kevlarchếtạothiếtbịchốngphóngxạ, chốngnhiệtvàdụngcụthểthao

2.5 Sơ lược một số loại sợi 2.5.4. So sánhtínhchấtvậtliệucủamộtsố VL

VẬT LIỆU THÀNH PHẦN CỦA POLYME cOMPOsITe