VẬT LIỆU THÀNH PHẦN CỦA POLYME COMPOsITe - Ppt Download

Presentation on theme: "VẬT LIỆU THÀNH PHẦN CỦA POLYME cOMPOsITe"— Presentation transcript:

1 VẬT LIỆU THÀNH PHẦN CỦA POLYME cOMPOsITeCHƯƠNG 2 VẬT LIỆU THÀNH PHẦN CỦA POLYME cOMPOsITe

2 2.1. Giới thiệu chung 2.1.2. Thành phần Polyme composite Nhựa nềnVật liệu gia cường Nhiệt rắn Nhiệt dẻo Sợi polyme Sợi cacbon Sợi Thủy tinh Gốm Kim loại PP PE PET PVAx … EP UPE PF UF …

3 2.1.2. Yêu cầu đối với vật liệu nền2.1. Giới thiệu chung Yêu cầu đối với vật liệu nền Tính chất cơ học tốt (chịu tải trọng) Tính chống ngấm ẩm, kết dính tốt (truyền hiệu quả tải trọng) Bền dẻo dai tốt (chống lại sự phát triển vết nứt) Bền dưới tác dụng phá huỷ của môi trường (nước, các tác nhân từ môi trường, đặc biệt môi trường nước biển)

4 2.1.3. Phân loại vật liệu nền2.1. Giới thiệu chung Phân loại vật liệu nền Polyme Nhựa nhiệt cứng Nhựa nhiệt dẻo Cao su Kết tinh Vô định hình Polymer = poly (nhiều) + mer (phần, đơn vị). Ví dụ nhựa PVC Polyme là những hợp chất mà phân tử của chúng gồm những nhóm nguyên tử được nối với nhau bằng liên kết hoá học và lặp di lặp lại nhiều lần tạo thành những mạch dài và có khối lượng phân tử lớn

5 2.1.3. Phân loại vật liệu nền …2.1. Giới thiệu chung Phân loại vật liệu nền … Một vài điểm khác biệt giữa nhựa nhiệt dẻo, nhiệt rắn và cao su Nhựa nhiệt dẻo Cao su Nhựa nhiệt rắn Mạch thẳng hoặc nhánh Mạch thẳng, giữa các mạch có rất ít liên kết ngang Mạng lưới, mật độ nối ngang dày đặc, từ 10 đến 1000 lần cao hơn cao su Có khả năng nóng chảy nhiều lần Có khả năng hoà tan nhiều lần - Không có khả năng nóng chảy - Không có khả năng hoà tan - Có khả năng trương - Không có khả năng nóng chảy PP, PE, PVC,… Cao su thiên nhiên, cao su tổng hợp: BR, ABR,… EP, UPE, PF, UF,…

6 2.1.3. Phân loại vật liệu nền …2.1. Giới thiệu chung Phân loại vật liệu nền … So sánh một vài tính chất cơ, nhiệt của nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn Tính chất Nhựa nhiệt dẻo Nhựa nhiệt rắn Môđun đàn hồi (GPa) 1-4,8 1,3-9 Bền kéo (MPa) 40-190 20-180 Bền va đập Gic (kJ/m2) 0,7-6,5 0,02-0,2 Nhiệt độ sủ dụng tối đa (OC) 25-230 50-450

7 2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến vật liệu nền2.1. Giới thiệu chung Các yếu tố ảnh hưởng đến vật liệu nền Bản chất hoá học, sự phân bố các nhóm chức, độ phân cực,… Phân tử lượng, 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 Thời gian …

8 2.1.4. Đặc điểm gia công của vật liệu nền2.1. Giới thiệu chung Đặc điểm gia công của vật liệu nền So sánh một vài tính chất cơ, nhiệt của nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn Gia công nhựa nhiệt cứng Gia công nhựa nhiệt dẻo Trước gia công, nhựa thường ở trạng thái lỏng Trạng thái rắn trước gia công (do khối lượng phân tử cao) Trong quá trình gia công  trạng thái rắn, với cấu trúc mạng lưới không gian 3 chiều nhờ các phản ứng hoá học Gia công ở nhiệt độ chảy mềm (ở trạng thái nóng chảy với độ nhớt cao) để tạo hình dạng và sản phẩm được hoá rắn nhờ làm nguội Thời gian gia công dài hơn nhựa nhiệt dẻo. Các sản phẩm đúc có thể được gia công thay đổi hình dạng đó là ưu điểm  hiệu quả kinh tế

9 2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE)2.2. Nhựa nhiệt rắn 2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE) Este là một loại hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có chứa nhóm –COO− (nhóm cacboxilat, carboxilat) Hoặc có thể định nghĩa: Este là loại chất hữu cơ được tạo ra do axit hữu cơ tác dụng với rượu Este đơn chức: R-COO-R’ = CxHyCOOCx’Hy’ Este đơn chức no mạch hở: RCOOR’ = CnH2n + 1COOCn’H2n’ + 1 Este đa chức: R(COOR’)n = CxHy(COOCx’Hy’)n Polyester loại này thường là loại không no, có khả năng đóng rắn ở dạng lỏng hoặc ở dạng rắn nếu có điều kiện thích hợp. Thông thường người ta gọi polyester không no là nhựa polyester hay ngắn gọn hơn là polyester.

10 2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE)2.2. Nhựa nhiệt rắn 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…) Tính chất chung của nhựa UPE Cơ lý tính cao Dễ gia công ở điều kiện thường Giá thành thấp Polyester có nhiều loại (các acid, glycol và monomer), mỗi loại có những tính chất khác nhau phụ 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) và Hệ chất độn

11 2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE) …2.2. Nhựa nhiệt rắn 2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE) … Có 2 loại 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 rất cao -> 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. Bằng cách thay đổi các yếu tố trên, người ta sẽ tạo ra nhiều loại nhựa UPE có các tính chất đặc biệt khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng. Có hai loại polyester chính thường sử dụng trong công nghệ composite. Nhựa orthophthalic cho tính kinh tế cao, được sử dụng rộng rãi. Còn nhựa isophthalic lại có khả năng kháng nước tuyệt vời nên được xem 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. 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. Nhà sản xuất có thể cung cấp nhựa ở dạng tự nhiên hay có dùng một số phụ gia. Nhựa có thể được sản xuất để chỉ cần cho xúc tác vào là sử dụng được. Như đã đề cập ở trên, cần phải có thời gian để polyester tự đóng rắn. Tốc độ trùng hợp quá chậm cho mục đích sử dụng, vì vậy cần dùng chất xúc tác và chất xúc tiến để đạt độ trùng hợp của nhựa trong một khoảng thời gian nào đó. 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. Đây là phản ứng hoá học chỉ có một chiều. Cấu trúc không gian này cho phép nhựa chịu tải được mà không bị giòn. Cần phải chuẩn bị hỗn hợp nhựa trước khi sử dụng. Nhựa và các phụ gia khác phải được phân tán đều trước khi cho xúc tác vào. Phải khuấy đều và cẩn thận để loại bỏ bọt khí trong nhựa ảnh hưởng quá trình gia công. Điều này rất quan trọng do bọt khí còn trong nhựa sẽ ảnh hưởng tính chất cơ lý, làm cấu trúc sản phẩm bị yếu. Cần phải chú ý rằng việc dùng xúc tác và xúc tiến với hàm lượng vừa đủ sẽ cho vật liệu những tính chất tốt nhất. Nếu quá nhiều xúc tác sẽ làm quá trình gel hoá xảy ra nhanh hơn, ngược lại, nếu ít xúc tác quá trình đóng rắn sẽ bị chậm lại.

12 2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE) …2.2. Nhựa nhiệt rắn 2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE) … Đóng rắn nhựa UPE. + styren Xúc tác thêm vào → thay đổi màu của nhựa UPE Quá nhiều xúc tác → thời gian gel hoá quá nhanh Quá ít xúc tác → quá trình đóng rắn không hoàn toàn Trong quá trình đóng rắn, co ngót nhiều (4-8%) gây biến dạng, tạo những tiềm năng gây hư hỏng trong vật liệu

13 2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE) …2.2. Nhựa nhiệt rắn 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. Bằng cách thay đổi các yếu tố trên, người ta sẽ tạo ra nhiều loại nhựa UPE có các tính chất đặc biệt khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng. Có hai loại polyester chính thường sử dụng trong công nghệ composite. Nhựa orthophthalic cho tính kinh tế cao, được sử dụng rộng rãi. Còn nhựa isophthalic lại có khả năng kháng nước tuyệt vời nên được xem 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. 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. Nhà sản xuất có thể cung cấp nhựa ở dạng tự nhiên hay có dùng một số phụ gia. Nhựa có thể được sản xuất để chỉ cần cho xúc tác vào là sử dụng được. Như đã đề cập ở trên, cần phải có thời gian để polyester tự đóng rắn. Tốc độ trùng hợp quá chậm cho mục đích sử dụng, vì vậy cần dùng chất xúc tác và chất xúc tiến để đạt độ trùng hợp của nhựa trong một khoảng thời gian nào đó. 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. Đây là phản ứng hoá học chỉ có một chiều. Cấu trúc không gian này cho phép nhựa chịu tải được mà không bị giòn. Cần phải chuẩn bị hỗn hợp nhựa trước khi sử dụng. Nhựa và các phụ gia khác phải được phân tán đều trước khi cho xúc tác vào. Phải khuấy đều và cẩn thận để loại bỏ bọt khí trong nhựa ảnh hưởng quá trình gia công. Điều này rất quan trọng do bọt khí còn trong nhựa sẽ ảnh hưởng tính chất cơ lý, làm cấu trúc sản phẩm bị yếu. Cần phải chú ý rằng việc dùng xúc tác và xúc tiến với hàm lượng vừa đủ sẽ cho vật liệu những tính chất tốt nhất. Nếu quá nhiều xúc tác sẽ làm quá trình gel hoá xảy ra nhanh hơn, ngược lại, nếu ít xúc tác quá trình đóng rắn sẽ bị chậm lại.

14 2.2. Nhựa nhiệt rắn 2.2.2 Nhựa EpoxyLà 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. Nhựa lỏng không màu  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 Bền hoá chất, cách điện tốt Epoxy là đại diện cho một số nhựa có tính năng tốt nhất hiện nay. Nói chung, epoxy có tính năng cơ lý, kháng môi trường hơn hẳn các nhựa khác, là loại nhựa được sử dụng nhiều nhất trong các chi tiết máy bay. Với tính chất kết dính và khả năng kháng nước tuyệt vời của mình, epoxy rất lý tưởng để sử dụng trong ngành đóng tàu, là lớp lót chính cho tàu chất lượng cao hoặc là lớp phủ bên ngoài vỏ tàu hay thay cho polyester dễ bị thủy phân bởi nước và gelcoat. Nhựa epoxy được tạo thành từ những mạch phân tử dài, có cấu trúc tương tự vinylester, với nhóm epoxy phản ứng ở vị trí cuối mạch. Nhựa epoxy không có nhóm ester, do đó khả năng kháng nước của epoxy rất tốt. Ngoài ra, do có hai vòng thơm ở vị trí trung tâm nên nhựa epoxy chịu ứng suất cơ và nhiệt nó tốt hơn mạch thẳng, do vậy, epoxy rất cứng, dai và kháng nhiệt tốt. Nhựa epoxy, ta dùng chất đóng rắn để tạo mạng không gian ba chiều. Chất đóng rắn ưa sử dụng là amine, được cho vào epoxy, lúc này giữa chúng sẽ xảy ra phản ứng hoá học. Thường nhóm epoxy sẽ phản ứng kết khối với nhóm amine, tạo ra cấu trúc phân tử ba chiều phức tạp. Amine kết hợp với epoxy theo một tỉ lệ nhất định, đây là yếu tố quan trọng vì việc trộn đúng tỉ lệ đảm bảo cho phản ứng xảy ra hoàn toàn. Nếu tỉ lệ trộn không đúng thì nhựa chưa phản ứng hoặc chất đóng rắn còn dư trong hỗn hợp sẽ ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm sau đóng rắn. Để đảm bảo tỉ lệ phối trộn chính xác, nhà sản xuất thường công thức hoá các thành phần và đưa ra một tỉ lệ trộn đơn giản bằng cách đo khối lượng hay thể tích của chúng. Cả nhựa epoxy lỏng và tác nhân đóng rắn đều có độ nhớt thấp thuận lợi quá trình gia công. Epoxy đóng rắn dễ dàng và nhanh chóng ở nhiệt độ phòng từ 5-150oC, tuỳ cách lựa chọn chất đóng rắn. Một trong những ưu điểm nổi bật của epoxy là co ngót thấp trong khi đóng rắn. Lực kết dính, tính chất cơ lý của epoxy được tăng cường bởi tính cách điện và khả năng kháng hoá chất. Ứng dụng của epoxy rất đa dạng, nó được dùng làm: keo dán, hỗn hợp xử lý bề mặt, hỗn hợp đổ, sealant, bột trét, sơn.

15 2.2. Nhựa nhiệt rắn 2.2.2 Nhựa EpoxyDiglycidylete của bisphenol F (DGEBF) Vòng thơm trong cấu trúc tạo độ cứng, bền cơ học và ổn định nhiệt của epoxy mạng lưới Polyglycidylete của nhựa PF Novolac N,N,N’,N’,- tetraglycidyl metylendianilin

16 2.2. Nhựa nhiệt rắn 2.2.3 Nhựa VinylesterGiống nhựa polyester, nhưng vị trí nhóm phản ứng nằm ở cuối mạch và ít nhóm ester hơn Bền nước và hoá chất hơn UPE do có ít nhóm ester hơn  được dùng nhiều trong 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 Vinylester có cấu trúc tương tự như polyester, nhưng điểm khác biệt chủ yếu của nó với polyester là vị trí phản ứng, thường là ở cuối mạch phân tử do vinyl ester chỉ có kết đôi C=C ở hai đầu mạch mà thôi. Toàn bộ chiều dài mạch phân tử đều sẵn chịu tải, nghĩa là vinylester dai và đàn hồi hơn polyester. Vinylester có ít nhóm ester hơn polyester, nhóm ester rất dễ bị thủy phân, tức là vinylester kháng nước tốt hơn các polyester khác, do vậy nó thường được ứng dụng làm ống dẫn và bồn chứa hoá chất. Khi so sánh với polyester thì số nhóm ester trong vinyl ester ít hơn, nghĩa là vinyl ester ít bị ảnh hưởng bởi phản ứng thủy phân. Thường dùing vật liệu này như là lớp phủ bên ngoài cho sản phẩm ngập trong nước, như là vỏ ngoài của tàu, thuyền. Cấu trúc đóng rắn của vinyl ester có khuynh hướng dai hơn polyester, mặc dù để đạt tính chất này, nhựa cần nhiệt độ cao sau đóng rắn.

17 So sánh tính chất ba loại nhựa2.2. Nhựa nhiệt rắn So sánh tính chất ba loại nhựa

18 So sánh tính chất ba loại nhựa2.2. Nhựa nhiệt rắn So sánh tính chất ba loại nhựa Ưu điểm Nhược điểm UPE Dễ sử dụng Rẻ (1-2 euro/kg) Tính chất cơ học trung bình Styren thoát ra nhiều trong khuôn mở Co ngót khi đóng rắn cao Giới hạn thời gian làm việc Vinylester Bền hoá chất và môi trường rất cao Tính chất cơ học cao hơn UPE Yêu cầu đóng rắn hoàn toàn (Postcure) trường hợp yêu cầu tính năng cao Giá thành cao hơn UPE (2-4 euro/kg) Epoxy Tính chất cơ lý, nhiệt cao Bền nước cao Bền nhiệt 1400C(ướt)/ 2200C(khô) Co ngót khi đóng rắn thấp Đắt hơn nhựa Vinylester (3-15 euro/kg)

19 2.2.4. Nhựa Phenolic – Giới thiệu2.2. Nhựa nhiệt rắn Nhựa Phenolic – Giới thiệu Là một trong những nhựa nhiệt rắn được sử dụng rộng rãi nhất, chủ yếu là nhựa Phenol-formaldehyt (PF). Ngoài ra còn có nhựa: 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

20 2.2.4. Nhựa Phenolic – Quá trình đóng rắn2.2. Nhựa nhiệt rắn Nhựa Phenolic – Quá trình đóng rắn Nhựa Phenolic Nhiệt Giai đoạn 1 Resol (trang thái A) Nhựa có khả năng nóng chảy và hòa tan Nhiệt Giai đoạn 2 Resitol (trang thái B) Nhựa rắn, nóng chảy và hòa tan kém Nhiệt Giai đoạn 3 Rezit (trang thái C) Nhựa rắn không hoà tan, không nóng chảy, bền hoá chất Dưới tác dụng nhiệt phản ứng ngưng tụ xảy ra, có tạo sản phẩm phụ (nước, HCHO)

21 2.2.4. Nhựa Phenolic – ưu nhược điểm2.2. Nhựa nhiệt rắn Nhựa Phenolic – ưu nhược điểm Ưu điểm Chống cháy tốt Duy trì tính chất ở nhiệt độ cao trong thời gian dài Bền hoá chất tốt đặc biệt đối với nhiều axit Tính chất điện tốt, bền nhiệt rất tốt và độ bền cơ học  Rẻ hơn nhựa UPE Nhược điểm 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)

22 2.2. Nhựa nhiệt rắn 2.2.5. Nhựa chịu nhiệtGồm 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 Điển hình: 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. Gia cường bởi sợi thuỷ tinh E hoặc sợi graphit  Composite có độ bền cao ở nhiệt độ phòng và duy trì tính chất đến giới hạn C

23 2.3.1 Ưu điểm của composite nhựa nhiệt dẻoGia 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 ưu điểm: 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

24 2.3.2 Ứng dụng composite nhựa nhiệt dẻoTrong ngành hàng không, 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, nên composite nhựa nhiệt dẻo đang được thu hút) Trong sản xuất 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

25 2.3.3 Phân loại nhựa nhiệt dẻokết tinh Nhựa nhiệt dẻo Vô định hình Polyme có cấu trúc vô định hình Ví dụ: Polyvinyl clorua (PVC) Polystyren (PS) Polycacbonat (PC) Acrylic (PMMA) Polyphenylen oxit (PPO) Polyamit imit, polyete imit,.. Có chứa phần polyme có cấu trúc tinh thể Ví dụ: Polypropylen (PP) Poletylen (PE) Polyamit (PA) Axetal (POM)

26 So sánh tính chất của các loại sợi cacbon2.3. Nhựa nhiệt dẻo So sánh tính chất của các loại sợi cacbon Nhựa nhiệt dẻo kết tinh Nhựa nhiệt dẻo vô định hình Có điểm nóng chảy rõ rệt Có giới hạn chảy mềm rộng Thường mờ đục Thường trong suốt Co ngót cao Co ngót thấp Bền hoá chất tốt hơn Bền hoá chất kém Chống mài mòn tốt Chống mài mòn kém Morphology (hình thái), mức độ KT có thể thay đổi dựa vào thay đổi chế độ (nhiệt độ/thời gian) của quá trình gia công, tốc độ gia công thường thấp hơn Dễ gia công, tốc độ gia công cao, chi phí cho gia công thấp (đặc biệt đối với composite sợi liên tục) Độ cứng cao hơn, ở nhiệt độ t>tg khả năng duy trì các tính chất cao hơn Độ cứng thấp hơn, ở nhiệt độ t>tg khả năng duy trì các tính chất thấp hơn

27 2.3.5 Đặc điểm gia công các loại nhựa nhiệt dẻoHàm lượng sợi thấp: Gia công dễ dàng Sản phẩm có độ cứng và độ bền thấp. Hàm lượng sợi cao Sản phẩm có độ cứng và độ bền cao Gia công chậm Khó tạo hình dạng với những sản phẩm có cấu trúc hình dáng phức tạp. Nên gia công bán thành phẩm trước khi tạo thành phẩm Các phương pháp gia công: Injection molding, Extrusion, Press-moulding, Pultrusion, resin Injection,...

28 2.4.1 Yêu cầu đối với Vật liệu gia cườngTính gia cường cơ học tốt Tính kháng hóa chất, môi trường, nhiệt độ tốt Tỷ trọng bé Phân tán vào nhựa tốt (tính tương thích) Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt Thuận lợi cho quá trình gia công Giá thành hạ Giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường Tuỳ thuộc vào yêu cầu của từng loại sản phẩm cụ thể mà chọn lựa vật liệu gia cường thích hợp

29 2.4. Vật liệu gia cường 2.4.2 Phân loại sợi Sợi Sợi tự nhiênSợi hóa học Hữu cơ Vô cơ Từ polyme thiên nhiên Từ polyme tổng hợp Phi polyme Động vật Lông Tóc Tơ Thực vật Cotton Đay Dứa Gỗ Thủy tinh tự nhiên Sợi khoáng Cao su Visco Axetat xemlulo Ceramic Thủy tinh Baslt PP PA Teflen Polyeste Aramic Wolfram Al Thép

30 2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất sợi2.4. Vật liệu gia cường 2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất sợi Đường kính sợi Định hướng của mạch phân tử trong sợi Chiều dài sợi Kiểu đan, dệt vải

31 Sự định hướng của mạch phân tử2.4. Vật liệu gia cường Sự định hướng của mạch phân tử

32 Các dạng vật liệu gia cườngDệt đơn (Plain weave) Vải thô (thuỷ tinh) Dệt đôi (Twlil weave) Vải đơn hướng (Unidirectional cloth) Vải lụa (thuỷ tinh)

33 Các dạng vật liệu gia cường

34 Hướng phân bố của sợi trong VLC2.4. Vật liệu gia cường Hướng phân bố của sợi trong VLC

35 2.5 Sơ lược một số loại sợi 2.5.1 Sợi cacbonCấu trúc tinh thể, gồm những lớp cacbon dạng lục diện; 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, khả năng ổn định kích thước cao, khá dòn; 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 ngành hàng không, vũ trụ; Giá thành khá cao.

36 So sánh tính chất của các loại sợi cacbon2.5 Sơ lược một số loại sợi ... So sánh tính chất của các loại sợi cacbon Loại sợi Môđun kéo (Msi) Độ bền kéo (ksi) Khối lượng riêng (g/cm3) Đường kính sợi (m) Cacbon từ PAN) 1,75 - 1,9 4 - 8 (từ pitch) 1,9 - 2,15 8 - 11 từ sợi Rayon 6 150 1,6 8 - 9

37 2.5 Sơ lược một số loại sợi ... Sản xuất sợi cacbonKéo sợi từ cuộn (PAN ) Kéo sợi từ pitch nóng chảy Oxy hoá C Xử lý nhiệt nguyên liệu thô có chứa cacbon, thường là sợi polyme Cacbon hoá C Cuộn sợi Cacbon/ Graphit Graphit hoá C Sấy khô Xử lý bề mặt

38 2.5 Sơ lược một số loại sợi 2.5.2 Sợi thuỷ tinh Phổ biến, đa dạng, rẻLà 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 Có khuynh hướng hấp thụ ẩm

39 2.5.2 Sợi thuỷ tinh - Sơ đồ sản xuất sợi2.5 Sơ lược một số loại sợi 2.5.2 Sợi thuỷ tinh - Sơ đồ sản xuất sợi

40

41 Continuous strand rovingWoven roving

42 Chopped strands Chopped strand mat

43 2.5.2 Sợi thuỷ tinh - Một số loại sợi thuỷ tinh2.5 Sơ lược một số loại sợi 2.5.2 Sợi thuỷ tinh - Một số loại sợi thuỷ tinh TT E - Bền, cứng, chịu thời tiết, dùng cho VL cách đIện (chiếm tỉ lệ cao nhất) TT A - Có hàm lượng 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

44 2.5 Sơ lược một số loại sợi 2.5.3. Sợi AramicBền kéo, bền cắt cao - độ bền nén, uốn khá thấp – nhẹ Bền hoá học cao Có khuynh hướng hấp thụ nước Ổn định kích thước tốt Giãn nở nhiệt thấp, chống cháy tốt Độ bền ở bề mặt tiếp xúc với VL nền không cao Dùng hỗn hợp Thuỷ tinh - kevlar, cacbon - kevlar chế tạo thiết bị chống phóng xạ, chống nhiệt và dụng cụ thể thao

45 2.5.4. So sánh tính chất vật liệu của một số VL2.5 Sơ lược một số loại sợi So sánh tính chất vật liệu của một số VL Vật liệu Modun (GPa) Độ bền (MPa) KLR (g/cm3) Thép 203 7,8 Nhôm 75 70-80 2,6 Sợi C (modun cao) 340 2500 1,9 Sợi C (độ bền cao) 230 3200 1,8 Sợi Aramic 124 2800 1,45 Sợi thuỷ tinh 76-86 1700 2,5

46 2.5.4. So sánh tính chất vật liệu của một số VL2.5 Sơ lược một số loại sợi So sánh tính chất vật liệu của một số VL

47 2.5.4. So sánh tính chất vật liệu của một số VL2.5 Sơ lược một số loại sợi So sánh tính chất vật liệu của một số VL "S-Glass is 64-66% Silicone Dioxide compare to E-Glass at 52-56%. S-Glass has no Calcium Oxide where E-glass has 16-25%. S-Glass has more Aluminum Oxide at 24-26% where E-Glass is 12-16%. S-Glass has no Boron where E-glass is 5-10%. S-Glass does have 9-11% Magnesium Oxide where E-glass very little. The price of S-Glass is higher than E-Glass. The reason for this that was given to me some years back is that S-Glass is processed at a higher temperature than E-glass. It burns through the oven liners faster and this replacement cost is the reason for the higher price. “ Specific modulus is a materials property consisting of the elastic modulus per mass density of a material. It is also known as the stiffness to weight ratio or specific stiffness. High specific modulus materials find wide application in aerospace applications where minimum structural weight is required. The dimensional analysis yields units of distance squared per time squared. The specific strength is a material's strength (force per unit area at failure) divided by its density. It is also known as the strength-to-weight ratio or strength/weight ratio. In fiber or textile applications, tenacityis the usual measure of specific strength. The SI unit for specific strength is (N/m2)/(kg/m3) or more commonly N·m/kg.