THUYET TRINH VAT LIEU COMPOSITE

Thành phần và cấu tạo vật liệu compositeNhóm 9 Long An University of Economics and Industry Long An 2015 Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố

Trang 1

LONG AN

NHÓM 9

ĐỀ TÀI : VẬT LIỆU COMPOSITE

NHÓM 9

ĐỀ TÀI : VẬT LIỆU COMPOSITE

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

PGS TS TRƯƠNG TÍCH THIỆN

NHÓM HỌC VIÊN THỰC HIỆN

CHÂU THÀNH TRUNG BÙI CÔNG PHÚC

Trang 2

I MỞ ĐẦU

Nhóm 9 Long An University of Economics and Industry

Long An 2015

Trang 3

I MỞ ĐẦU

Trang 4

I MỞ ĐẦU

Long An 2015

Những vật liệu composite đơn giản có từ xa xưa Khoảng

5000 năm trước công nguyên con người đã trộn đá nhỏ

vào đất để tránh bị cong vênh khi phơi nắng

Người Hy Lạp cổ đã biết trộn mật ong với đất, cát, đá sỏi làm vật liệu xây dựng

Trang 5

I MỞ ĐẦU

Ở Việt Nam, ngày xưa truyền cách dạy làm nhà từ bùn

đất trộn với rơm khô băm nhỏ để trát vách nhà, mát vào

mùa hè, ấm vào mùa đông,…

Trang 7

I MỞ ĐẦU

Đối với hàng tiêu dùng, có

sự gia tăng đáng kể trong

hàng tiêu dùng hàng ngày

cũng như giải trí cụ thể là

các thiết bị thể thao

Giao thông là lĩnh vực ứng

dụng sâu rộng nhất đối với

loại vật liệu này

Trang 8

II TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE

Trang 9

1 Khái niệm vật liệu composite

Vật liệu composite 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

Vật liệu composite được cấu tạo từ

các thành phần cốt nhằm đảm bảo cho

composite có được các đặc tính cơ học

cần thiết và vật liệu nền đảm bảo cho

các thành phần của composite liên kết,

Trang 10

2 Thành phần và cấu tạo vật liệu composite

Long An 2015

Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay

nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên

tục duy nhất

Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrice), thường làm

nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại Pha gián đoạn

được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường (renfot) được

trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống

mòn, chống xước

Nền cácbon

Trang 11

PHA NỀN

CẤU TẠO

PHA CỐT

Trang 12

Nhiệt dẻo:

PVCPolyetylenPolyamit

Trang 13

PHA CỐT

SỢI TỰ NHIÊN

SỢI TỔNG HỢP

SỢI KHOÁNG

CHẤT

SỢI KHOÁNG

CHẤTGốc thực

vật:

Sợi gaiSợi đay

Sơ dừaSợi dứa

Thủy tinhCacbonGốmKermelNomex

PolyestePolyamitSợi thépSợi đồngSợi nhôm

Trang 14

Long An 2015

Trang 15

3 Phân loại vật liệu composite

Hình dạng

Bản chất PHÂN LOẠI

Trang 16

Vật liệu Composite nền Ceramic

Vật liệu Composite

HH nhiều pha

Bản chất

Trang 17

Hạt thô Hạt mịn

Hình dạng

Trang 18

4 Loại composite với sợi không liên tục

Long An 2015

Loại composite có sợi không liên tục khá đắt tiền, đó

là tập hợp của mảng tinh thể với các sợi ngắn

Trang 19

 Sợi bây giờ ngắn hơn chiều dài của mảng Sợi có đường kính d, chiều dài l Dưới tác dụng của lực P, mảng sẽ

chịu lực trước tiên Tác dụng lực sẽ được chuyển qua

sợi từ mảng Sự chuyển qua này là bằng các ứng suất

trượt lên sợi (sợi không bị tác dụng trực tiếp của lực P ở các đầu sợi)

Trang 20

Long An 2015

0

) 4

)(

(

4

2

= +

−

π σ

d

x d

Trang 21

Phân bố ứng suất trong mảng và sợi

Hình biểu diển sự chuyển lực từ mảng qua sợi qua cách chuyển các ứng suất trượt

Trang 22

Khi tới đầu sợi x=0, lực chuyển qua sợi dưới ứng suất

trượt Từ x=0 thì ứng suất trên giảm dần, đến =0

ở vị trí x trên sợi Đoạn là đoạn chuyển nhượng lực từ mảng Ứng suất pháp trên sợi sẽ tăng dần từ đầu sợi x=0 đến ở đoạn

Trang 23

Composite chỉ xứng đáng là composite khi sợi chịu được

σ

τ σ

2 2

2 )

( 4

f c

c f

d

l d

l

d

l x

d x

l là chiều dài tới hạn (tối thiểu) mà sợi phải có thể đạt

được composite với sức bền cao

Trang 24

Trang 25

Trường hợp : phân bố trên cả chiều dài sợi, nghĩa là sợi chịu được trên toàn sợi composite đạt được độ bền mong muốn

Nếu x<<l thì phí, vì chỉ có một đoạn nhỏ x chịu ứng suất

Trang 26

5 Phương án dùng ứng suất bình quân trên sợi

d

x l

dx l

τ σ

0

2 /

0

4

2 2

/ 1

f

σ

Trang 27

Hình nói lên tác dụng của chiều dài sợi lên cách chuyển

ứng suất trượt trong phương pháp dùng ứng suất bình

quân

f

c c

d

l l

Trang 28

Long An 2015

f c

l

2

1 2

Trang 29

σ σ

σ

τ

σ τ

1 ( /

)]

(

) 2

2

1 ( 2 [

4 2

/ 2

l

l l

l l l

d

l d

l

c f

f c

f

c c

Trang 30

Long An 2015

2

f c

C c

m m f

c f

m m f

C c

v

v d

l l

l

v

v l

l v

v l

l

σ

τ σ

σ σ

=

⇒

≥

2 1

d

l l

l < c ⇒ σ = τ

2

f c

Trang 31

Ví dụ: Composite gồm những sợi theo chiều của lực Sợi

l l

l < c ⇒ σ max = 2 τ = 1 , 6

GPa

l

8 , 0

=

= τ σ

Trang 32

Nếu sợi liên tục hay không liên tục nằm xéo với hướng lực

không đẳng hướng về độ bền khó tính độ bền

Composite sẽ có độ bền cao do sợi giúp sức nên cấu tạo composite theo hướng song song với lực

Đan sợi song song nhau thành những

phiến vải

Trang 33

6 Nhận xét tổng quát

Vật liệu composite sẽ có tính đẳng hướng nếu các sợi nằm bất kì

Vật liệu composite càng có độ bền cao thì càng có khả

năng chống nứt thấp Muốn có composite không dễ bị nứt

Các sợi thủy tinh đan theo hướng

bất kỳ

Trang 35

6.2 Các phương pháp tăng tính chống nứt

a/ Phương pháp Cook và Gordon:

Vết nứt chưa kịp phát triển đến sợi thì ở sợi (giữa sợi

và mảng) đã có vết bong

Khi có tác dụng, ứng suất căng theo chiều của lực và vuông góc với sợi ở gần vết nứt Ứng suất này sẽ làm mảng bong ra khỏi sợi ở vị trí đó Độ bám của sợi và mảng sẽ bị phá cho ta vết bong

Trang 36

có vết nứt nối với vết bong

Trang 37

Mặc dù độ bền bị giảm nhưng ta tăng được tính chống nứt của vật liệu Chấp nhận vết bong thì sẽ tăng được tính

chống nứt

Cách thức: giảm độ bám giữa sợi và mảng thì tránh được

sự rạn nứt của vật liệu composite

Trang 38

Long An 2015

b/ Phương pháp Marston:

Composite gồm mảng và sợi, trong đó sợi không có độ

bền đồng nhất mà có đoạn có độ bền cao hoặc thấp sẽ

có sức chịu ứng suất trượt thấp hoặc cao Vết nứt sẽ nối với vết bong của sợi thứ nhất trước, sau đó phát triển nối với vết bong của sợi thứ hai…

Qua quá trình này thì độ

bền của composite sẽ giảm

chừng 26%, trong khi đó

tính chống nứt tăng 3 lần

Trang 39

c/ Phương pháp của Outwater và Murphy:

Dùng sợi bằng kính Độ biến dạng nứt của sợi kính cao

hơn của mạng tinh thể của composite

Tăng lực P, vết nứt sẽ phát triển đến sợi Lúc đó, mặc dù nứt ở mảng, sợi 1 vẫn tiếp tục giãn cho tới khi có vết bong

ở sợi 1, và sau đó sợi bị đứt

Trang 40

Long An 2015

Trong quá trình đó, năng lượng biến dạng sẽ bị tiêu thụ

một phần để phát triển vết bong Chú ý vết bong chỉ có khi vết nứt đạt đến sợi

Trang 41

Sợi 1 bị đứt trong khi vết nứt có thể phát triển đến sợi 2

và sợi 2 giãn ra cho tới khi bị bong, vết nứt lại có thể phát triển đến sợi 3

Càng bỏ năng lượng biến dạng vào vết bong và đứt của

sợi thì càng giảm năng lượng cho vào vết nứt vết nứt

Trang 42

Vết nứt

sẽ đạt tới sợi trước khi vết bong hình thành

Cook & Gordon

Outwater & Murphy

Trang 43

7 Công nghệ chế tạo vật liệu composite

Công nghệ chế tạo vật liệu composite rất phong phú đa

dạng Tùy theo yêu cầu, tính chất sản phẩm mà có thể

thay đổi cho phù hợp

Trang 44

với diaphragm đàn hồi

Khuôn chân không

Khuôn chân khônAg -

 Máy quấn

Trang 45

8 Một số sản phẩm được chế tạo từ vât liệu composite

Vỏ động cơ tên lửa

Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ

Bình chịu áp lực cao

Bộ quần áo cho nhà du hành vũ

trụ…

Vỏ động cơ tên lửa

Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ

Bình chịu áp lực cao

Bộ quần áo cho nhà du hành vũ

trụ…

Trang 46

Long An 2015

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;

Trang 47

epoxy các loại sứ chuỗi, sứ

đỡ, sứ cầu giao, sứ trong

các bộ thiết bị điện, chống

sét, cầu chì

Trang 48

Trang 49

Trang 50

Long An 2015

Trang 51

Máy phát điện nano

Máy biến nước biển thành nước ngọt được làm

từ vật liệu compozite

Trang 52

Long An 2015

Trang 53

Phụ lục

Trang 54

Long An 2015

7.4/ Gia công ở áp suất thường

a/ Gia công bằng tay (hand lay up)

Dùng cọ hay con lăn quét nhựa lên bề mặt khuôn đã được chống dính, đặt sợi lên rồi quét nhựa sau đó đặt con lăn

lên đuổi bọt khí và nén chặt liên tục như vậy cho đến khi

đạt bề mặt yêu cầu

Trang 55

Cốt sợi được kéo qua bể thấm nhựa cho ướt nhựa trước,

sau đó được cuộn phủ lên bề mặt khuôn Phương pháp

này dùng để sản xuất ống và thùng chứa

b/ Cuộn sợi ( filament winding)

Trang 56

Long An 2015

Quấn lên trục khuôn bán thành thẩm tức là quá trình tẩm

nhựa lên sợi đã được thực hiện trước đó

 Cuộn khô

Trang 57

Quá trình tẩm nhựa được diễn ra đồng thời với quá trình

quấn lên khuôn Tức sợi thô qua bể được quấn lên trục

ngay

 Cuộn ướt

Trang 58

Long An 2015

Xếp sợi đã tẩm vào khuôn tròn sau đó quay để dùng lực li tâm ép chặt các lớp và đẩy bọt khí Lực li tâm sẽ định hình sản phẩm

 Ly tâm

Trang 59

a/ Đúc ép nóng ( hot moulding)

7.2/ Gia công dưới áp suất

Nhựa cốt được phân bố đề mặt khuôn đúc dưới áp suất

và nhiệt độ cao, sản phẩm được định hình theo ba chiều,

kỹ thuật đúc ép dùng để tạo sản phẩm lớn Sản phẩm

được định hình sau khi làm nguội

Trang 60

Long An 2015

b/ Đúc ép nguội ( cool press moulding)

Tương tự đúc ép nóng nhưng ở nhiệt độ thường

Trang 61

c/ Ép phun ( injecting moulding)

Nhựa nhiệt dẻo: tạo hạt compound nhựa và sợi cắt hoặc

nghiền, sau đó đưa vào máy ép phun để tạo thành sản

phẩm

Trang 62

Long An 2015

c/ Ép phun ( injecting moulding)

Nhựa nhiệt rắn: sợi ngắn được định hình trước nếu cần, được đặt vào khuôn, sau đó đóng lại, kẹp chặt và nhựa được phun vào từ đầu trộn có độ khuấy cao

Trang 63

c/ Phương pháp đùn kéo

Phương pháp này là phương pháp gia công liên tục để

sản xuất ra composite dang profile với bất cứ độ dài nào

yêu cầu Sợi tẩm sẵn được kéo qua một lỗ ( có lõi gia

nhiệt, với hình dạng theo chiều cắt ngang bề mặt sản

phẩm Sản phẩm được định hình khi nhựa khô

Trang 64

Long An 2015

c/ Phương pháp đùn kéo

Ưu điểm phương pháp này là sản xuất thành mỏng với đa dạng độ dài, bề mặt cắt ngang dễ dàng tự động hóa

Nhược điểm là hạn chế sự thay đổi hình dạng của sản

phẩm theo chiều dài của sản phẩm là không thể

Định dạng
Số trang	64
Dung lượng	7,26 MB