CHƯƠNG 7 vật LIỆU COMPOSITE

Với composite cốt dợi, phương của sợi quyết định tính dị hướng của vật liệu, có thể điều chỉnh được tính dị hướng này theo ý muốn để chế tạo được vật liệu cũng như phương án công nghệ ph

CHƯƠNG 7 VẬT LIỆU COMPOSITE (VẬT LIỆU TỔ HỢP)

7.1 Khái niệm và tính chất

7.1.1 Khái niệm

Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp từ hai hoặc nhiều loại vật liệu khác nhau Vật liệu mới được tạo thành có tính chất ưu việt hơn nhiều so với từng loại vật liệu thành phần riêng rẽ Về mặt cấu tạo, vật liệu composite bao gồm một hay nhiều pha gián đoạn phân bố đều trên một pha nền liên tục Nếu vật liệu có nhiều pha gián đoạn ta gọi là composite hổn tạp Pha gián đoạn thường có tính chất trội hơn pha liên tục Pha liên tục gọi là nền (matrice) Pha gián đoạn gọi là cốt hay vật liệu gia cường (reenforce)

Cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc vào những đặc tính sau đây:

- Cơ tính của các vật liệu thành phần Các vật liệu thành phần có cơ tính tốt thì vật liệu composite cũng có cơ tính tốt và tốt hơn tính chất của từng vật liệu thành phần

- Luật phân bố hình học của vật liệu cốt Khi vật liệu liệu cốt phân bố không đồng đều, vật liệu composite bị phá huỷ trước hết ở những nơi cít vật liệu cốt Với composite cốt dợi, phương của sợi quyết định tính dị hướng của vật liệu, có thể điều chỉnh được tính dị hướng này theo ý muốn để chế tạo được vật liệu cũng như phương án công nghệ phù hợp với yêu cầu

- Tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu thành phần Vật liệu cốt và nền phải liên kết chặt chẽ với nhau mới có khả năng tăng cường và bổ sung tính chất cho nhau Ví

dụ liên kết giữa cốt thép và xi măng trong bê tông

7.1.2 Phân loại

a) Phân loại theo hình dạng Composite sợi, composite vảy, composite hạt, composite điền đầy, composite phiến

b) Phân loại theo bản chất và vật liệu thành phần

- Composite nền hữu cơ: nền là nhựa hữu cơ, cốt thường là sợi hữu cơ hoặc sợi

khoáng hoặc sợi kim loại

- Composite nền kim loại: nền là các kim loại như titan, nhôm, đồng, cốt thường là sợi kim loại hoặc sợi khoáng như B, C, SiC

- Composite nền gốm: nền là các loại vật liệu gốm, cốt có thể là sợi hoặc hạt kim loại hoặc cũng có thể là hạt gốm

7.2 Vật liệu và thành phần của composite

7.2.1 Vật liệu nền

a) Nhựa phênolformaldehyt

b) Nhựa êpoxy

c) Nhựa polyeste

d) Các loại nhựa khác

7.2.2 Vật liệu gia cường

a) Cốt dạng sợi

b) Cốt dạng vải

c) Cốt dạng hạt

7.2.3 Vùng chuyển tiếp trong composite

Vùng trung gian là vùng tiếp xúc giữa cốt và nền và nó thường là yếu tố có tính quyết định đến các tính chất cơ học và các thuộc tính khác nữa của composite

Vùng trung gian chính là nơi chuyển tải trọng từ nền sang cốt nên tác động đầu tiên của nó chính là tác động đến độ bền Có nhiều yếu tố tác động đến thành phần và thể tích của vùng chuyển tiếp Đầu tiên, là tính thấm ướt, tức là pha nền ở trạng thái lỏng phải dễ dàng thấm ướt pha gia cường trước khi đóng rắn Nhưng thực tế không phải lúc nào cũng có liên kết nền

- cốt lý tưởng do bản chất hoá lý của các vật liệu rất khác nhau Trong trường hợp này, cần phải thêm chất thấm ướt để cải thiện khả năng thấm ướt cốt - nền 7.2.4 Các chất phụ gia Là những vật liệu liệu nhằm cải thiện một số tính chất của composite như:

- Tính dẫn điện, dẫn nhiệt: thường dùng bột, sợi hoặc vảy kim loại như Fe, CU, Al,… hoặc bi tráng kim loại

- Bôi trơn khi dỡ khuôn

- Tạo màu

- Chống co ngót

7.3 Composite nền nhựa Các loại nhựa như êpoxy, phênolformaldehyt, polyeste… đều có tính thấm ướt tốt đối với vật liệu gia cường dạng hữu cơ, bởi vậy công đoạn trộn nhựa với cốt rất thuận lợi và đơn giản Riêng đối với cốt là vật liệu vô cơ, ví

dụ như các loại sợi gốm, có tính thấm ướt rất kém nên trước khi trộn phải có công đoạn bọc hoặc thấm lên trên cốt Đối với dạng vải, có nhiều cách để chế tạo bán thành phẩm Ví dụ, nhúng tấm vải vào thùng nhựa rồi xếp thành từng lớp và tiến hành ép, hoặc trải từng lớp vải vào lòng khuôn rồi phun hoặc quét nhựa, lại trải vải, lại quét nhựa… Lặp lại quy trình như vậy cho đến khi đạt chiều dày yêu cầu 7.4 Composite nền kim loại

Trong vật liệu composite nền kim loại, thường dùng nhiều trong kỹ thuật là vật liệu tổ hợp nền kim loại màu do những tính chất ưu việt mà các kim loại đen không có được, ví dụ như nhẹ, bền ở nhiệt độ cao, chịu mài mòn tốt… nhưng công nghệ chế tạo lại đơn giản hơn Một số loại như sau

7.4.1 Composite nền nhôm cốt hạt

7.4.2 Composite nền nhôm cốt sợi

7.4.3 Composite nền đồng hạt thép

7.5 Composite nền gốm Vật liệu composite nền gốm (ceramic matrix composite, CMC) đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi nhằm khắc phục những nhược điểm của vật liệu gốm nguyên khối, đó là tính dòn cố hữu và khả năng ứng dụng hạn chế của vật liệu gốm nguyên khối Vật liệu composite nền gốm thường dùng

để chế tạo các chi tiết làm việc trong môi trường rất khắc nghiệt như: động cơ tên lửa và động cơ phản lực, động cơ khí trong nhà máy năng lượng, vỏ cách nhiệt của tàu không gian, lớp lót đầu tiên của buồng phản ứng nấu chảy, phanh máy bay, lò nhiệt luyện… đây là môi trường làm việc có nhiệt độ rất cao nhưng rất khó làm nguội bằng chất lỏng thông thường Mặt khác, khi thay thế các siêu hợp hợp kim bằng vật liệu gốm composite còn tiết kiện được khá nhiều khối lượng, điều vô cùng quan trọng đối với ngành hàng không vũ trụ

Trong composite nền gốm, vật liệu cốt có thể là cốt dạng không liên tục kiểu hạt, sợi ngắn hoặc lát vụn Cũng có thể dùng cốt liên tục dạng sợi Trong trường hợp cốt gián đoạn, việc tăng độ bền và độ dai va đập chỉ có thể tăng đến một giới hạn nào

đó nhưng vẫn đủ để sử dụng Một ví dụ composite nền gốm sợi vụn dùng trong lĩnh vực dụng cụ cắt là composite SiC/Si3N4, trong đó SiC là pha gia cường, còn Si3N4 đóng vai trò vật liệu nền

Vật liệu composite∗

Lê Văn Tám

This work is produced by Thu vien Hoc Lieu Mo Viet Nam and licensed under the Creative Commons Attribution License †

Tóm tắt nội dung

Vật liệu composite Vật liệu composite, còn gọi là Vật liệu compozit 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

1 Lịch sử

Những vật liệu compozit 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

Điền hình về compozit chính là hợp chất được dùng để ướp xác của người Ai Cập Chính thiên nhiên đã tạo ra cấu trúc composite trước tiên, đó là thân cây gỗ, có cấu trúc composite, gồm nhiều sợi xenlulo dài được kết nối với nhau bằng licnin Kết quả của sự liên kết hài hoà ấy là thân cây vừa bền và dẻo- một cấu trúc composite

lý tưởng

Người Hy Lạp cổ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất, đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng Và ở Việt Nam, ngày xưa truyền lại cách làm nhà bằng bùn trộn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khi khô tạo ra lớp vật liệu cứng, mát về mùa hè và

ấm vào mùa đông Mặc dù composite là vật liệu đã có từ lâu, nhưng ngành khoa học về vật liệu composite chỉ mới hình thành gắn với sự xuất hiện trong công nghệ chế tạo tên lửa ở Mỹ từ những năm 1950 Từ đó đến nay, khoa học công nghệ vật liệu composite đã phát triển trên toàn thế giới và có khi thuật ngữ "vật liệu mới" đồng nghĩa với "vật liệu composite"

2 Thành phần và cấu tạo

Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên tục duy nhất (Pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của vật liệu composite.) Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix), thường làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước

2.1 Thành phần cốt

Nhóm sợi khoáng chất: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm; nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil Các nhóm sợi khác ít phổ biến hơn: sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ dừa, ; sợi gốc khoáng chất: sợi Amiăng, sợi Silic, ; sợi nhựa tổng hợp: sợi polyeste (tergal, dacron, térylène, ), sợi polyamit, ; sợi kim loại: thép, đồng, nhôm,

2.1.1 Sợi thuỷ tinh 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

2.1.2 Sợi Bazan 2.1.3 Sợi hữu cơ Các loại sợi hữu cơ phổ biến: * Sợi kenvlar cấu tạo

từ hợp chất hữu cơ cao phân tử aramit, được gia công bằng phương pháp tổng hợp

ở 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

2.1.4 Sợi Cacbon 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

2.1.5 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

2.1.6 Sợi Cacbua Silic Sợi Cacbua Silic (công thức hóa học là: SiC) cũng là một loại sợi gốm thu được nhờ kết tủa

2.1.7 Sợi kim loại 2.1.8 Sợi ngắn và các hạt phân tán 2.1.9 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 truyền 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

2.2 Vật liệu nền

2.2.1 Chất liệu nền polyme nhiệt rắn Nhựa polyeste và nhóm nhựa cô đặc như: nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amin, nhựa epoxy

http://voer.vn/content/m44302/1.1/

Thu vien Hoc Lieu Mo Viet Nam module: m44302 3

2.2.2 Chất liệu nền polyme nhiệt dẻo Nền của vật liệu là nhựa nhiệt dẻo như: PVC, nhựa polyetylen, nhựa polypropylen, nhựa polyamit,

2.2.3 Chất liệu nền cacbon 2.2.4 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

3 Phân loại vật liệu composite

3.1 Vật liệu composite polyme

3.2 Vật liệu composite cacbon-cacbon Đây là vật liệu nền cacbon cốt sợi cacbon 3.3 Vật liệu composite gốm Vật liệu composite nền gốm (ceramic matrix composite, CMC) đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi nhằm khắc phục những nhược điểm của vật liệu gốm nguyên khối, đó là tính dòn cố hữu và khả năng ứng dụng hạn chế của vật liệu gốm nguyên khối Vật liệu composite nền gốm thường dùng

để chế tạo các chi tiết làm việc trong môi trường rất khắc nghiệt như: động cơ tên lửa và động cơ phản lực, động cơ khí trong nhà máy năng lượng, vỏ cách nhiệt của tàu không gian, lớp lót đầu tiên của buồng phản ứng nấu chảy, phanh máy bay, lò nhiệt luyện… đây là môi trường làm việc có nhiệt độ rất cao nhưng rất khó làm nguội bằng chất lỏng thông thường Mặt khác, khi thay thế các siêu hợp hợp kim bằng vật liệu gốm composite còn tiết kiện được khá nhiều khối lượng, điều vô cùng quan trọng đối với ngành hàng không vũ trụ

Trong composite nền gốm, vật liệu cốt có thể là cốt dạng không liên tục kiểu hạt, sợi ngắn hoặc lát vụn Cũng có thể dùng cốt liên tục dạng sợi Trong trường hợp cốt

gián đoạn, việc tăng độ bền và độ dai va đập chỉ có thể tăng đến một giới hạn nào

đó nhưng vẫn đủ để sử dụng Một ví dụ composite nền gốm sợi vụn dùng trong lĩnh vực dụng cụ cắt là composite SiC/Si3N4, trong đó SiC là pha gia cường, còn Si3N4 đóng vai trò vật liệu nền

3.4 Vật liệu composite kim loại

3.5 Vật liệu composite tạp lai

3.6 Theo bản chất vật liệu nền và cốt * Composite nền hữu cơ: composite nền giấy (cáctông), composite nền nhựa, nền nhựa đường, nền cao su (tấm hạt, tấm sợi, vải bạt, vật liệu chống thấm, lốp ô tô xe máy), Loại nền này thường có thể kết hợp với mọi dạng cốt liệu, như: sợi hữu cơ (polyamit, kevlar (là sợi aramit cơ tính cao), ), sợi khoáng (sợi thủy tinh, sợi cacbon, ), sợi kim loại (Bo, nhôm, ) Vật liệu composite nền hữu cơ chỉ chịu được nhiệt độ tối đa là khoảng 200 ÷ 300 ◦C * Composite nền khoáng chất: bê tông, bê tông cốt thép, composite nền gốm,

composite cacbon - cacbon Thường loại nền này kết hợp với cốt dạng: sợi kim loại (Bo, thép, ), hạt kim loại (chất gốm kim), hạt gốm (gốm cacbua, gốm

Nitơ, ) * Composite nền kim loại: nền hợp kim titan, nền hợp kim nhôm, Thường kết hợp với cốt liệu dạng: sợi kim loại (Bo, ), sợi khoáng (cacbon,

SiC, ) Composit nền kim loại hay nền khoáng chất có thể chịu nhiệt độ tối đa khoảng 600 ÷ 1.000 ◦C (nền gốm tới 1.000 ◦C)

3.7 Theo hình dạng cốt liệu

3.7.1 Vật liệu composite cốt sợi Sợi là loại vật liệu có một chiều kích thước (gọi là chiều dài) lớn hơn rất nhiều so với hai chiều kích thước không gian còn lại Theo hai chiều kia chúng phân bố gián đoạn trong vật liệu composite, còn theo chiều dài thì chúng có thể ở dạng liên tục hay gián đoạn Ta thường thấy các loại vật liệu cốt sợi này gắn liền với từ composite trong tên gọi Các sản phẩm composite dân dụng thường là được chế tạo từ loại vật liệu composite cốt sợi, trên nền nhựa là chủ yếu 3.7.2 Vật liệu composite cốt hạt Hạt là loại vật liệu gián đoạn, khác sợi là không có kích thước ưu tiên Loại vật liệu composite cốt hạt phổ biến nhất chính là bê tông, thường lại được gọi ngắn gọn chỉ là bê tông, nên ta thường thấy cái được gọi là composite lại là vật liệu composite cốt sợi

3.7.3 Vật liệu composite cốt hạt và sợi Bê tông là một loại composite (hay compozit) nền khoáng chất Khi bê tông kết hợp với cốt thép tạo nên bê tông cốt thép, thì đá nhân tạo tạo thành từ xi măng là vật liệu nền, các cốt liệu bê tông là cát vàng và đá dăm thì là cốt hạt, còn cốt thép trong bê tông là cốt sợi la gi

4 Công nghệ chế tạo

4.1 Công nghệ khuôn tiếp xúc * Lát tay * Phun * Lát máy

4.2 Công nghệ khuôn với diaphragm đàn hồi * Khuôn chân không * Khuôn chân không- autoclave * Khuôn ép diaphragm

4.3 Công nghệ tẩm áp lực * Tẩm áp lực trong điều kiện thường * Tẩm áp lực trong chân không

4.4 Công nghệ dập trong khuôn * Dập trực tiếp * Dập đúc * Dập ép nóng

4.5 Công nghệ quấn * Các phương pháp công nghệ * Máy quấn

4.6 Công nghệ pulltrusion

5 Một số sản phẩm từ vật liệu composite * Vỏ động cơ tên lửa * Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ * Bình chịu áp lực cao * Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp 3 lớp (Sử dụng công nghệ cuốn ướt của Nga và các tiêu chuấn sản xuất ống dẫn xăng, dầu) * Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay còn gọi là ống nhựa cốt sợi thủy tinh); * Ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất composite; * Ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngậm mặn, nhiễm phèn; * Vỏ bọc các loại bồn bể, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, trang trí nội thất, tấm panell

composite; * Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng; * Hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ cilicon, sứ epoxy các loại sứ chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ trong các bộ thiết bị điện, chống sét, cầu chì; * Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp;

http://voer.vn/content/m44302/1.1/

Thu vien Hoc Lieu Mo Viet Nam module: m44302 5

* Vỏ tầu thuyền composite (vỏ lãi) * Thùng rác công cộng * Mô hình đồ chơi trẻ em

CẤU TẠO CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE

1 – Polymer nền

Là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đóng vai trò truyền ứng suất sang độn khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu

Có thể tạo thành từ một chất hoặc hỗn hợp nhiều chất được trộn lẫn một cách đồng nhất tạo thể liên tục

Trong thực tế, người ta có thể sử dụng nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo làm polymer nền:

 Nhựa nhiệt dẻo: PE, PS, ABS, PVC…độn được trộn với nhựa, gia công trên máy

ép phun ở trạng thái nóng chảy

 Nhựa nhiệt rắn: PU, PP, UF, Epoxy, Polyester không no, gia công dưới áp suất

và nhiệt độ cao, riêng với epoxy và polyester không no có thể tiến hành ở điều kiện thường, gia công bằng tay (hand lay- up method) Nhìn chung, nhựa nhiệt rắn cho vật liệu có cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo

 Một số loại nhựa nhiệt rắn thông thường:

Polyester

Nhựa polyester được sử dụng rộng rãi trong công nghệ composite, Polyester loại này thường là loại không no, đây là nhựa nhiệt rắn, 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

Polyester có nhiều loại, đi từ các acid, glycol và monomer khác nhau, mỗi loại có những tính chất khác nhau Chúng có thể rất khác nhau trong các loại nhựa UPE 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)

Hệ chất độn

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

Vinylester

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

Epoxy

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

2 – Chất độn( cốt)

Đóng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung vì độn thường có tính chất cơ lý cao hơn nhựa Người ta đánh giá độn dựa trên các đặc điểm sau:

 Tính gia cường cơ học

 Tính kháng hoá chất, môi trường, nhiệt độ

 Phân tán vào nhựa tốt

 Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt

 Thuận lợi cho quá trình gia công

 Giá thành hạ, nhẹ

 Tuỳ thuộc vào từng yêu cầu cho từng loại sản phẩm mà người ta có thể chọn loại vật liệu độn cho thích hợp Có hai dạng độn:

 Độn dạng sợi: sợi có tính năng cơ lý hoá cao hơn độn dạng hạt, tuy nhiên, sợi

có giá thành cao hơn, thường dùng để chế tạo các loại vật liệu cao cấp như: sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi Bo, sợi cacbua silic, sợi amide…

 Độn dạng hạt: thường được sử dụng là : silica, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim loại, độn khoáng, cao lanh, đất sét, bột talc, hay graphite, carbon… khả năng gia cường cơ tính của chất độn dạng hạt dược sử dụng với mục đích sau:

- Giảm giá thành

- Tăng thể tích cần thiết đối với độn trơ, tăng độ bền cơ lý, hoá, nhiệt, điện, khả năng chậm cháy đối với độn tăng cường

- Dễ đúc khuôn, giảm sự tạo bọt khí trong nhựa có độ nhớt cao

- Cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, chống co rút khi đóng rắn, che khuất sợi trong cấu tạo tăng cường sợi, giảm toả nhiệt khi đóng rắn

Cốt sợi cũng có thể là sợi tự nhiên (sợi đay, sợi gai, sợi lanh, xơ dừa, xơ tre, bông…),

có thể là sợi nhân tạo (sợi thuỷ tinh, sợi vải, sợi poliamit…) Tuỳ theo yêu cầu sử dụng

mà người ta chế tạo sợi thành nhiều dạng khác nhau : sợi ngắn, sợi dài, sợi rối, tấm sợi…

Việc trộn thêm các loại cốt sợi này vào hỗn hợp có tác dụng làm tăng độ bền cơ học cũng như độ bền hoá học của vật liệu PC như : khả năng chịu được va đập ; độ giãn

nở cao ; khả năng cách âm tốt ; tính chịu ma sát- mài mòn ; độ nén, độ uốn dẻo và độ kéo đứt cao ; khả năng chịu được trong môi trường ăn mòn như : muối, kiềm, axít… Những khả năng đó đã chứng tỏ tính ưu việt của hệ thống vật liệu PC mới so với các loại Polyme thông thường Và, cũng chính vì những tính năng ưu việt âý mà hệ thống vật liệu PC đã được sử dụng rông rãi trong sản xuất cũng như trong đời sống

3 – Chất pha loãng

Tính chất cuả polyester phụ thuộc không những vào hàm lượng nối đôi và nhóm ete, vào mạch thơm hay thẳng, mức độ đa tụ mà còn phụ thuộc vào tính chất cuả tác nhân nối ngang – monomer

Các monomer khâu mạch ngang được dùng để đồng trùng hợp với các nối đôi trong nhựa UPE, tạo kết ngang, thường là chất có độ nhớt thấp (dạng lỏng) nên còn có tác

dụng làm giảm độ nhớt của hỗn hợp, do vậy chúng còn được gọi là chất pha loãng Monomer pha loãng phải thỏa mãn các điều kiện sau:

 Đồng trùng hợp tốt với polyester, không trùng hợp riêng rẽ tạo sản phẩm không đồng nhất, làm ảnh hưởng đến tính chất cuả sản phẩm, hoặc còn sót lại

monomer làm sản phẩm mềm dẻo, kém bền

 Monomer phải tạo hỗn hợp đồng nhất với polyester, tốt nhất là dung môi cho polyester Lúc đó nó hoà tan hoàn toàn vào giữa các mạch phân tử polyester, tạo thuận lợi cho phản ứng đóng rắn và tạo độ nhớt thuận lợi cho quá trình gia công

 Nhiệt độ sôi cao, khó bay hơi trong quá trình gia công và bảo quản

 Nhiệt phản ứng đồng trùng hợp thấp, sản phẩm đồng trùng hợp ít co rút

 Ít độ

Để đóng rắn polyester, người ta dùng các monomer : styrene, metyl meta acrylat (MMA), vinyl, triallil xianuarat, … trong đó styrene được sử dụng nhiều nhất do có những tính chất ưu việt:

 Có độ nhớt thấp

 •Tương hợp tốt với polyester, khả năng đồng trùng hợp cao, tự trùng hợp thấp

 •Đóng rắn nhựa nhanh

 •Sản phẩm chịu thời tiết tốt, cơ lý tính cao, cách điện tốt

 •Khả năng tự bốc cháy thấp

4 – Chất tách khuôn, chất làm kín và các phụ gia khác

 Chất róc khuôn

- Chất róc khuôn có tác dụng ngăn cản nhựa bám dính vào bề mặt khuôn

- Chất róc khuôn dùng trong đắp tay là loại chất róc khuôn ngoại được bôi trực tiếp lên khuôn

- Một số chất róc khuôn: wax, silicon, dầu mỏ, mỡ heo…

 Chất làm kín:

- Với khuôn làm từ các vật liệu xốp như gỗ, thạch cao thì cần phải bôi chất làm kín trước khi dùng chất róc khuôn