vẬt liỆu thÀnh phẦn cỦa polyme composite

VẬT LIỆU THÀNH PHẦNCỦA POLYME COMPOSITE

CHƯƠNG 2

2.1.2. Thành phần2.1. Giới thiệu chung

PP PE PET PVAx …

Polyme composite

Nhưa nên Vât liêu gia cương

Nhiêt răn Nhiêt deo Sơipolyme

Sơicacbon

SơiThuy tinh Gôm Kim loai

EP UPE PF UF …

2.1.2. Yêu cầu đôi với vât liệu nên2.1. Giới thiệu chung

Tính chất cơ học tôt (chịu tải trọng) Tính chông ngấm ẩm, kết dính tôt (truyên hiêu quả tải

trọng) Bên deo dai tôt (chông lai sư phát triển vết nứt) Bên dưới tác dụng phá huỷ cua môi trương (nước,

các tác nhân từ môi trương, đặc biêt môi trương nước biển)

2.1.3. Phân loai vât liệu nên2.1. Giới thiệu chung

Polymer = poly (nhiều) + mer (phần, đơn vị). Vi du nhưa PVC Polyme là nhưng hợp chất mà phân tử của chúng gồm

nhưng nhóm nguyên tử được nối với nhau bằng liên kết hoá học và lặp di lặp lại nhiều lần tạo thành nhưng mạch dài và có khối lượng phân tử lớn

Polyme

Nhưa nhiêt cứng Nhưa nhiêt deo

Kết tinh Vô định hinh

Cao su

2.1.3. Phân loai vât liệu nên …2.1. Giới thiệu chung

Một vài điểm khác biệt giưa nhưa nhiệt dẻo, nhiệt rắn và cao su

Nhựa nhiệt dẻo Cao su Nhựa nhiệt rắnMach thẳng hoặc nhánh

Mach thẳng, giữa các mach có rất ít liên kết ngang

Mang lưới, mât độ nôi ngang dày đặc, từ 10 đến 1000 lần cao hơn cao su

• Có khả năng nóng chảy nhiêu lần

• Có khả năng hoà tan

nhiêu lần

- Không có khả năng nóng chảy

- Không có khả năng hoà tan - Có khả năng trương

- Không có khả năng nóng chảy

- Không có khả năng hoà tan

PP, PE, PVC,… Cao su thiên nhiên, cao su tổng hơp: BR, ABR,…

EP, UPE, PF, UF,…

2.1.3. Phân loai vât liệu nên …2.1. Giới thiệu chung

So sánh một vài tính chất cơ, nhiêt cua nhưa nhiêt deo và nhưa nhiêt răn

Tính chất Nhựa nhiệt dẻo Nhựa nhiệt rắnMôđun đàn hồi (GPa) 1-4,8 1,3-9Bên kéo (MPa) 40-190 20-180Bên va đâp Gic (kJ/m2) 0,7-6,5 0,02-0,2Nhiêt độ su dụng tôi đa (OC) 25-230 50-450

2.1.4. Cac yêu tô anh hương đên vât liệu nên2.1. Giới thiệu chung

Bản chất hoá học, sư phân bô các nhóm chức, độ phân cưc,…

Phân tử lương, độ phân nhánh, độ đa phân tán Trang thái pha: tinh thể hay vô định hinh Điêu kiên đóng răn (nhưa nhiêt răn):

Loai chất đóng răn Nhiêt độ Thơi gian …

2.1.4. Đặc điểm gia công của vât liệu nên2.1. Giới thiệu chung

So sánh một vài tính chất cơ, nhiêt cua nhưa nhiêt deo và nhưa nhiêt răn

Gia công nhựa nhiệt cứng Gia công nhựa nhiệt dẻo Trước gia công, nhưa thương ở trang thái lỏng

Trang thái răn trước gia công (do khôi lương phân tử cao)

Trong quá trinh gia công trang thái răn, với cấu trúc mang lưới không gian 3 chiêu nhơ các phản ứng hoá học

Gia công ở nhiêt độ chảy mêm (ở trang thái nóng chảy với độ nhớt cao) để tao hinh dang và sản phẩm đươc hoá răn nhơ làm nguội

Thơi gian gia công dài hơn nhưa nhiêt deo.

Các sản phẩm đúc có thể đươc gia công thay đổi hinh dang đó là ưu điểm hiêu quả kinh tế

http://www.hungvietcomposite.com/

http://www.hungvietcomposite.com/

2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE) 2.2. Nhựa nhiệt rắn

2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE) 2.2. Nhựa nhiệt rắn

Là loai nhưa phổ biến nhất, đặc biêt trong công nghiêp hàng hải (thân tàu, cánh buồm…)

Tính chất chung cua nhưa UPE Cơ lý tính cao Dễ gia công ở điêu kiên thương Giá thành thấp

Polyester có nhiêu loai (các acid, glycol và monomer), mỗi loai có những tính chất khác nhau phụ thuộc chu yếu vào các yếu tô: Thành phần nguyên liêu (loai và tỷ lê tác chất sử dụng); Phương pháp tổng hơp; Trọng lương phân tử; Hê đóng răn (monomer, chất xúc tác, chất xúc tiến) và Hê chất độn

2.2.1 Nhựa polyester không no (UPE) …2.2. Nhựa nhiệt rắn

Có 2 loai polyester chính thương sử dụng cho VLC. 1. Nhưa orthophthalic - tính kinh tế cao, đươc sử dụng rộng rãi.

2. Nhưa isophthalic có khả năng kháng nước rất cao -> là vât

liêu quan trọng trong công nghiêp, đặc biêt là hàng hải. Đa sô nhưa polyester có màu nhat, thương đươc pha

loãng trong styrene. Lương styrene có thể lên đến 50% để làm giảm độ nhớt cua nhưa, dễ dàng cho quá trinh gia công. Ngoài ra, styrene còn làm nhiêm vụ đóng răn tao liên kết ngang giữa các phân tử mà không có sư tao thành sản phẩm phụ nào.


Đóng răn nhưa UPE.

+ styren

Xúc tác thêm vào → thay đổi màu cua nhưa UPE Quá nhiêu xúc tác → thơi gian gel hoá quá nhanh Quá ít xúc tác → quá trinh đóng răn không hoàn toàn Trong quá trinh đóng răn, co ngót nhiêu (4-8%) gây biến dang, tao

những tiêm năng gây hư hỏng trong vât liêu


Polyester còn có khả năng ép khuôn mà không cần áp suất.

Polyester có thơi gian tồn trữ ngăn là do hiên tương tư đóng răn cua nó sau một thơi gian. Thông thương, ngươi ta thêm vào một lương nhỏ chất ức chế trong quá trinh tổng hơp polyester để ngăn ngừa hiên tương này.

Khi đã đóng răn, polyester rất cứng và có khả năng kháng hoá chất. Quá trinh đóng răn hay tao kết ngang đươc gọi là quá trinh Polymer hóa.

2.2.2 Nhựa Epoxy 2.2. Nhựa nhiệt rắn

Là loai nhưa đươc xem là có tính năng cao nhất Gồm 2 thành phần: nhưa lỏng và chất đóng răn (hoặc

chất xúc tác), nhiêt độ đóng răn từ 5oC đến 150oC tuỳ thuộc chất đóng răn, xúc tác.

Nhưa lỏng không màu nâu, ở nhiêt độ thương có thể tồn tai nhiêu năm trong binh chứa khô mà không phản ứng với nhau

Bên cơ học (cứng, deo dai), nhiêt tôt Bên hoá chất, cách điên tôt

2.2.2 Nhựa Epoxy 2.2. Nhựa nhiệt rắn

N,N,N’,N’,- tetraglycidyl metylendianilin

Polyglycidylete cua nhưa PF Novolac

Diglycidylete cua bisphenol F (DGEBF)

2.2.3 Nhựa Vinylester 2.2. Nhựa nhiệt rắn

Giông nhưa polyester, nhưng vị trí nhóm phản ứng nằm ở cuôi mach và ít nhóm ester hơn

Bên nước và hoá chất hơn UPE do có ít nhóm ester hơn đươc dùng nhiêu trong sản xuất đương ông và các thùng chứa hoá chất, tàu thuyên

Nhưa Vinylester đóng răn bên hơn UPE đóng răn dùng làm lớp phu cho composite nhưa UPE

So sánh tính chất ba loại nhựa 2.2. Nhựa nhiệt rắn

So sánh tính chất ba loại nhựa 2.2. Nhựa nhiệt rắn

Ưu điểm Nhược điểmUPE Dễ sử dụng Re (1-2 euro/kg)

Tính chất cơ học trung binh Styren thoát ra nhiêu trong khuôn mở Co ngót khi đóng răn cao Giới han thơi gian làm viêc

Vinylester Bên hoá chất và môi trương rất cao Tính chất cơ học cao hơn UPE

Yêu cầu đóng răn hoàn toàn (Postcure) trương hơp yêu cầu tính năng cao

Giá thành cao hơn UPE (2-4 euro/kg) Co ngót khi đóng răn cao

Epoxy Tính chất cơ lý, nhiêt cao Bên nước cao Bên nhiêt 1400C(ướt)/ 2200C(khô) Co ngót khi đóng răn thấp

Đăt hơn nhưa Vinylester (3-15 euro/kg)

2.2.4. Nhựa Phenolic – Giới thiệu2.2. Nhựa nhiệt rắn

Là một trong những nhưa nhiêt răn đươc sử dụng rộng rãi nhất, chu yếu là nhưa Phenol-formaldehyt (PF). Ngoài ra còn có nhưa: phenol-fufural, resorcinol-formaldehyt,…

Có sẵn trên thị trương ở dang dung dịch nước, dung dịch trong dung môi hữu cơ hoặc ở dang bột

Đươc đóng răn nhơ gia nhiêt và áp suất, không sử dụng xúc tác hoặc chất đóng răn

2.2.4. Nhựa Phenolic – Quá trình đóng rắn

2.2. Nhựa nhiệt rắn

Nhựa Phenolic

Resol (trang thai A)

Resitol (trang thai B)

Rezit (trang thai C)

Giai đoan 1Nhiêt

Nhưa có khả năng nóng chảy và hòa tan

Nhưa răn, nóng chảy và hòa tan kém

Nhưa răn không hoà tan, không nóng chảy, bên hoá chất

Giai đoan 2Nhiêt

Giai đoan 3Nhiêt

Dưới tac dụng nhiệt phan ứng ngưng tụ xay ra, có tao san phẩm phụ (nước, HCHO)

2.2.4. Nhựa Phenolic – ưu nhược điểm2.2. Nhựa nhiệt rắn

Ưu điểm Chông cháy tôt Duy tri tính chất ở nhiêt độ cao trong thơi gian dài Bên hoá chất tôt đặc biêt đôi với nhiêu axit Tính chất điên tôt, bên nhiêt rất tôt và độ bên cơ học Re hơn nhưa UPE

Nhươc điểm Quá trinh đóng răn ở nhiêt độ cao có thoát bay hơi (nước và

formaldehyt) nên sản phẩm có nhiêu lỗ bọt và vết hỏng bê mặt, độc hai

Giòn, dùng chất hoá deo ảnh hưởng đến quá trinh đóng răn Áp suất đóng răn cao, thơi gian đóng răn dài hơn nhưa UPE, thơi

gian sông ngăn (Khoảng 90 ngày ở dang lỏng)

2.2.5. Nhựa chịu nhiệt 2.2. Nhựa nhiệt rắn

Gồm những polyme dị vòng thơm như họ chưa polyimit thơm (phổ biến, Tg3160C), bis-maleimit và một vài nhưa nhiêt deo vòng thơm

Có độ cứng cao (Tg cao), duy tri tính chất cơ học ở nhiêt độ cao

Điển hinh: Polyimit PMR-15 (polymerization of Monomeric Reactants) Phản ứng không tao sản phẩm phụ bay hơi không tao lỗ bọt

và vât liêu lớp có tính chất tôt. Gia cương bởi sơi thuỷ tinh E hoặc sơi graphit Composite

có độ bên cao ở nhiêt độ phòng và duy tri tính chất đến giới han 288-3160C

2.3.1 Ưu điểm của composite nhựa nhiệt dẻo

2.3. Nhựa nhiệt dẻo

Gia công nhanh hơn composite nhưa nhiêt răn, gồm các công đoan: gia nhiêt, tao hinh, làm nguội, không có phản ứng đóng răn xảy ra

Độ bên tách lớp cao, độ hấp thụ ẩm thấp và bên hoá chất cua polyme kết tinh một phần rất tôt

Dưới ánh sáng cua môi trương, composite nhưa nhiêt deo cú những ưu điểm: độ độc hai rất thấp, do không chứa các tác nhân phản ứng, thơi gian sông vô han

Có thể đươc tái sinh do có khả năng nóng chảy và hoà tan trở lai

2.3.2 Ứng dụng composite nhựa nhiệt dẻo


Trong ngành hàng không, đang thay thế dần nhưa nhiêt răn do: Chi phí sản xuất composite nhưa nhiêt deo re hơn Tôc độ bay cao yêu cầu khả năng chịu nhiêt cua vât liêu cao

hơn (nhưa nhiêt răn polyimit đáp ứng yêu cầu này nhưng do nhươc điểm là giải phóng khí trong quá trinh gia công và giòn, nên composite nhưa nhiêt deo đang đươc thu hút)

Trong sản xuất ô tô, Composite nhưa nhiêt deo đang đươc sử dụng rộng rãi, chu yếu là composite nhưa polypropylen gia cương sơi thuỷ tinh (GF/PP) do Chu trinh gia công nhanh đôi với những sản phẩm khá lớn

2.3.3 Phân loại nhựa nhiệt dẻo 2.3. Nhựa nhiệt dẻo

Nhựa nhiệt dẻo

Nhưa nhiêt deokết tinh

Có chứa phần polyme có cấu trúc tinh thểVí dụ:

Polypropylen (PP) Poletylen (PE) Polyamit (PA) Axetal (POM)

Nhưa nhiêt deoVô định hinh

Polyme có cấu trúc vô định hinh Ví dụ:

Polyvinyl clorua (PVC) Polystyren (PS) Polycacbonat (PC) Acrylic (PMMA)Polyphenylen oxit (PPO) Polyamit imit, polyete imit,..

So sánh tính chất của các loại sợi cacbon


Nhựa nhiệt dẻo kêt tinh Nhựa nhiệt dẻo vô định hìnhCó điểm nóng chảy rõ rêt Có giới han chảy mêm rộng Thương mơ đục Thương trong suôt Co ngót cao Co ngót thấp Bên hoá chất tôt hơn Bên hoá chất kém Chông mài mòn tôt Chông mài mòn kém Morphology (hinh thái), mức độ KT có thể thay đổi dưa vào thay đổi chế độ (nhiêt độ/thơi gian) cua quá trinh gia công, tôc độ gia công thương thấp hơn

Dễ gia công, tôc độ gia công cao, chi phí cho gia công thấp (đặc biêt đôi với composite sơi liên tục)

Độ cứng cao hơn, ở nhiêt độ t>tg khả năng duy tri các tính chất cao hơn

Độ cứng thấp hơn, ở nhiêt độ t>tg khả năng duy tri các tính chất thấp hơn

2.3.5 Đặc điểm gia công các loại nhựa nhiệt dẻo


Hàm lương sơi thấp: Gia công dễ dàng Sản phẩm có độ cứng và độ bên thấp.

Hàm lương sơi cao Sản phẩm có độ cứng và độ bên cao Gia công châm Khó tao hinh dang với những sản phẩm có cấu trúc hinh dáng

phức tap. Nên gia công bán thành phẩm trước khi tao thành phẩm

Các phương pháp gia công: Injection molding, Extrusion, Press-moulding, Pultrusion, resin Injection,...

2.4.1 Yêu cầu đối với Vật liệu gia cường 2.4. Vât liệu gia cường

Tính gia cương cơ học tôt Tính kháng hóa chất, môi trương, nhiêt độ tôt Tỷ trọng bé Phân tán vào nhưa tôt (tính tương thích) Truyên nhiêt, giải nhiêt tôt Thuân lơi cho quá trinh gia công Giá thành ha Giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trương

Tuỳ thuộc vào yêu cầu cua từng loai sản phẩm cụ thể mà chọn lưa vât liêu gia cương thích hơp

2.4.2 Phân loại sợi 2.4. Vât liệu gia cường

Sợi

Sơi tư nhiên

Hữu cơ Vô cơ

Sơi hóa học

Động vât- Lông- Tóc- Tơ

Thưc vât- Cotton- Đay- Dứa- Gỗ

- Thuy tinh tư nhiên

- Sơi khoáng

Từ polyme thiên nhiên

Từ polyme tổng hơp

Phi polyme

- Cao su- Visco- Axetat xemlulo

- Ceramic- Thuy tinh- Baslt

- PP- PA- Teflen- Polyeste- Aramic

- Wolfram- Al- Thép

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất sợi

2.4. Vât liệu gia cường

Đương kính sơi Định hướng cua mach phân tử trong sơi Chiêu dài sơi Kiểu đan, dêt vải

Sự định hướng của mạch phân tử 2.4. Vât liệu gia cường

Các dạng vật liệu gia cường 2.4. Vât liệu gia cường

Dêt đơn(Plain weave)

Dêt đôi(Twlil weave)

Vải đơn hướng (Unidirectiona

l cloth)

Vải thô (thuỷ tinh)

Vải lụa (thuỷ tinh)

Các dạng vật liệu gia cường 2.4. Vât liệu gia cường

Hướng phân bố của sợi trong VLC2.4. Vât liệu gia cường

2.5.1 Sợi cacbon 2.5 Sơ lược một sô loai sợi

Cấu trúc tinh thể, gồm những lớp cacbon dang lục diên; Có thể đươc sản xuât từ PAN (phổ biến nhất), rayon hoặc nhưa

(Pitch), loai nguyên liêu ảnh hưởng nhiêu đến cấu trúc và tính chất cua sơi cacbon;

Nhẹ, khả năng ổn định kích thước cao, khá dòn; Duy tri tính chất trong môi trương khăc nghiêt (Nhiêt độ cao, tiếp

xúc với dung môi và các chất lỏng, môi trương ẩm ướt); Composite nên polyme có độ cứng và độ bên cao, nhẹ; Composite sơi cacbon/nên cacbon chịu nhiêt cao, dùng làm đĩa

phanh, chi tiết lò nhiêt, ông gió, VL phu chông oxy hoá, compozit nên nhưa (Epoxy) dùng trong ngành hàng không, vũ trụ;

Giá thành khá cao.

So sánh tính chất của các loại sợi cacbon

2.5 Sơ lược một sô loai sợi ...

Loai sợi Môđun kéo (Msi)

Độ bên kéo (ksi)

Khôi lượng riêng

(g/cm3)

Đường kính sợi

(m)

Cacbon

từ PAN)30 - 50 350 - 1000 1,75 - 1,9 4 - 8

Cacbon

(từ pitch) 25 - 110 200 - 450 1,9 - 2,15 8 - 11

Cacbon từ sơi Rayon 6 150 1,6 8 - 9

Sản xuất sợi cacbon 2.5 Sơ lược một sô loai sợi ...

Cacbon hoá

Oxy hoá

Graphit hoá

250-25000C

1500-30000C

200-4000C

Xử lý bê mặt Sấy khô

Kéo sơi từ cuộn (PAN )

Xử lý nhiêt nguyên liêu thô có chứa cacbon, thương là sơi polyme

Kéo sơi từ pitch nóng chảy

Cuộn sơi Cacbon/ Graphit

2.5.2 Sợi thuỷ tinh 2.5 Sơ lược một sô loai sợi

Phổ biến, đa dang, rẻ Là loai VL gia cương đươc sử dụng rộng rãi nhất Khả năng gia cương cơ lý tính cho VL nên cao Tỷ sô cơ lý tính/giá cả rất cao hơn các loai sơi khác,

tính chất va đâp tôt Biến dang phá huỷ cao hơn sơi cacbon Tương đôi nặng Có khuynh hướng hấp thụ ẩm

2.5.2 Sợi thuỷ tinh - Sơ đồ sản xuất sợi

2.5 Sơ lược một sô loai sợi

Continuous strand roving Woven roving

Chopped strands Chopped strand mat

2.5.2 Sợi thuỷ tinh - Một số loại sợi thuỷ tinh


TT E - Bên, cứng, chịu thơi tiết, dùng cho VL cách đIên (chiếm tỉ lê cao nhất)

TT A - Có hàm lương kiêm cao, kháng ẩm kém TT S - Modun và độ bên kéo cao, dùng cho mục đích

đặc biêt (hàng không, kết cấu có độ bên cơ học cao) TT C - Bên hoá chất, phu chi tiết máy, kết cấu chông

ăn mòn hoá học YM-31A- trên cơ sở sơi TT E, dùng cải thiên độ mêm

deo cho vât liêu

2.5.3. Sợi Aramic 2.5 Sơ lược một sô loai sợi

Bên kéo, bên căt cao - độ bên nén, uôn khá thấp – nhẹ

Bên hoá học cao Có khuynh hướng hấp thụ nước Ổn định kích thước tôt Giãn nở nhiêt thấp, chông cháy tôt Độ bên ở bê mặt tiếp xúc với VL

nên không cao

Dùng hỗn hợp Thuỷ tinh - kevlar, cacbon - kevlar chê tao thiêt bị chông phóng xa, chông nhiệt và dụng cụ thể thao

2.5.4. So sánh tính chất vật liệu của một số VL


Vât liệu Modun (GPa) Độ bên (MPa) KLR (g/cm3)

Thép 203 600-2000 7,8

Nhôm 75 70-80 2,6

Sơi C (modun cao) 340 2500 1,9

Sơi C (độ bên cao) 230 3200 1,8

Sơi Aramic 124 2800 1,45

Sơi thuỷ tinh 76-86 1700 2,5

2.5.4. So sánh tính chất vật liệu của một số VL


vẬt liỆu thÀnh phẦn cỦa polyme composite

Documents