ĐỀ tài ỨNG DỤNG vật LIỆU COMPOSITE TRONG HÀNG KHÔNG vũ TRỤ

EBOOKBKMT.COM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC Bộ mơn: Máy thiết bị cơng nghiệp hóa chất - dầu khí ********************* ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG HÀNG KHÔNG- VŨ TRỤ Sinh viên hướng dẫn: Trương Thị Yến Thi Sinh viên thực : Vũ Duy Khương Lớp : Máy Hóa K50 Hà Nội 11- 2009 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com EBOOKBKMT.COM MỤC LỤC  Lời nói đầu…………………………………………………………………3  Phần I: Lịch sử phát triển ứng dụng………………………………  Phần II: Thành phần cấu tạo composite dùng ngành hàng không- vũ trụ 9……………………………………9  Phần III: Công nghệ chế tạo số chi tiết cho vật thể bay… 18   Phần IV: Ứng dụng vật liệu composite Việt Nam…………………….21 Tài liệu tham khảo……………………………………………………… 23 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI Lời nói đầu Vật liệu composite sủ dụng rộng rãi lĩnh vực khác ngành chế tạo máy kinh tế quốc dân.Ngày vật liệu composite sủ dụng ngày nhiều thiết kế chế tạo kết cấu hàng không, tên lửa, vũ trụ đại… Việc nghiên cứu, chế tạo vật liệu kết cấu sản phẩm từ thành tựu quan trọng tiến khoa học kĩ thuật nhiệm vụ có tính cấp bách chiến lược đất nước Việt Nam phát triển, có đầy đủ tay nguyên liệu lượng Nhờ ứng dụng vật liệu composite, người nâng tầm cao, tầm xa thời gian bay vật thể bay Năm 1987, máy bay thử nghiệm Voyager nặng có 450 kg, chế tạo từ 100% từ vật liệu composite thực thành công chuyến bay liên tục vòng quanh trái đất Ngày chế tạo máy bay siêu tốc, chủ yếu từ composite, bay tầng khí với vận tốc gấp 25 lần vận tốc truyền âm khơng khí.Nhờ ứng dụng vật liệu mới, có chuyến bay dài ngày vệ tinh, tàu vũ trụ người khơng gian Cũng nhờ ứng dụng vật liệu composite, người ngày chinh phục mạnh mẽ khoảng khơng vũ trụ.Có nhiều điều trước dám mơ ước,nay trở thành thực Sở dĩ composite ứng dụng phát triển rộng rãi chúng bền nhẹ Rất nhiều địi hỏi khắt khe kĩ thuật cơng nghệ đại, có vật liệu composite đáp ứng Vì ngành khoa học- cơng nghệ vật liệu mũi nhọn then chốt nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa Vật liệu composite vật liệu tương lai.Ngày việc nghiên cứu, sản xuất ứng dụng ngày lan rộng với quy mô ngày lớn sang tất nước, đặc biệt nước phát triển Thế kỉ XXI kỉ công nghệ cao vật liệu composite SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50 Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI Nếu vật liệu khác, phải từ vật liệu sau chế tạo kết cấu- sản phẩm, vật liệu composite nhiều hình thành trình chế tạo kết cấu- sản phẩm( trình quấn thân vỏ động cơ, quấn ống kĩ thuật…khi sản phẩm hình thành đồng thời tạo vật liệu composite) Khả đặc tính composite phụ thuộc vào ba yếu tố: vật liệu thành phần composite, cấu trúc phân bố chúng, công nghệ chế tạo Chỉ cần thay đổi ba yếu tố đủ dẫn đến thay đổi composite Nội dung tài liệu gồm phần chính: “Phần I :Lịch sử phát triển ứng dụng vật liệu composite ngành hàng không- vũ trụ Phần II: Thành phần cấu tạo composite dùng ngành hàng không- vũ trụ Phần III: Cơng nghệ chế tạo số chi tiết cho vật thể bay Phần IV: Ứng dụng vật liệu composite Việt Nam.” Vì tài liệu copy- paste lần đầu tiên, ah không, lần chép sách với hướng dẫn bạn Thi ngố( xác VN ko có đủ vốn từ để miêu tả tớ yêu cô nào!) chưa biết tý mơn vật liệu composite này, nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót DK mong nhận góp ý bạn đọc Mọi chi tiết xin liên hệ theo: Email: khuongvuduy87@yahoo.com Iphone: +841697478822 Tác giả Duy Khuong! SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50 Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI PHẦN I :LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG NGÀNH HÀNG KHÔNG_ VŨ TRỤ Lịch sử phát triển  Composite ứng dụng ngành hàng không kĩ thuật tên lửa lần Mỹ vào khoảng năm 50 Hãng Boeing Mỹ dùng vật liệu composite cốt sợi thủy tinh chế tạo máy bay từ năm 1958 Ở Liên Xo cũ, việc ứng dụng composite hàng không kĩ thuật tên lửa muộn Mỹ chút ít, vào khoảng đầu năm 60 Kể từ xuất nhiều vật liệu khác như: composite sợi cacbon, sợi hữu cơ, sợi bor,…với tính kì diệu mà khơng vật liệu tự nhiên cạnh tranh được, điều mở khả vơ rộng lớn để nâng cao tầm cao, tầm xa vật thể bay Chỉ thời gian ngắn áp dụng, nghiên cứu phát triển công nghệ vật liệu mới, công nghệ chế tạo vật thể bay phát triển cách vượt bậc: có chuyến bay dài, trí du lịch vũ trụ người  Năm 1987, máy bay thử nghiệm Voyager Mỹ Hercules Aerospace Company sản xuất thực thành cơng chuyến bay khơng nghỉ vịng quanh trái đất với trọng lượng có 450 kg từ composite carbon. Mỹ thực chế tạo máy bay chở khách bay cao tầng khí quyển, có tên “ Tốc hành Phương Đơng”  Trong năm 2008 sợi carbon DuPont Kevlar (mạnh thép lần) kết hợp với nhựa thermoset nâng cao để chế tạo cho máy bay vận chuyển quân ECS Composites giảm 30% trọng lượng chịu cường độ cao  Hiện Boeing 747 767 sử dụng vật liệu composite để giảm trọng lượng bay đường dài,còn boeing 787 phần cánh thân máy bay kết cấu gồm phần lớn vật liệu composite SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50 Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đề tài: Composite với ngành hàng khơng- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI Như không công nghiệp chế tạo vật thể bay, mà tất ngành công ngiệp khác, nhu cầu sử dụng composite giới ngày tăng Vì composite vật liệu chủ lực tương lai kỷ XXI kỷ vật liệu composite Ứng dụng vật liệu composite ngành hàng khơng -vũ trụ SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50 Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI  “Voyager”, máy bay thử nghiệm Mỹ với 100% composite.  “Tàu tốc hành Phương Đông”, máy bay chở khách làm từ 100% composite  “Ruslan”, máy bay khổng lồ Nga, có tổng vật liệu composite sử dụng lên tới 5500kg, giảm 1500kg trọng lượng  “ IL-96, TU-204” cỡ lớn, máy bay chở khách chiếm 55% trọng lượng composite, giảm 1/3 tải trọng  Tên lửa chiến lược nguyên liệu rắn, composite chiếm 75÷90% trọng lượng  Trực thăng chiến đấu, composite chiếm 45÷60% trọng lượng  MiG 29, MiG 31, MIG-X, máy bay chiến đấu sử dụng 100÷790 kg vật liệu composite   AN-124, tầu lượn Mỹ, sử dụng tới 2200kg vật liệu composite Tên lửa vũ trụ có động nhiên liệu rắn, phóng lên vũ trụ năm 1987 chế tạo từ composite Như composite sử dụng rộng rãi trong: Airplanes, rockets and missiles SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50 Trang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI - Thành phần: cacbon, cốt: sợi cacbon - Ưu điểm trội: chịu nhiệt độ cao, lại nhẹ, bền với ứng suất nhiệt độ với chiếu sáng Khả làm việc lâu dài 773oK môi trường oxi hóa, đạt đến 3273K mơi trường chân không trơ - Sản xuất theo phương pháp: phương pháp lắng, kết tủa cacbon từ luồng khí nóng sợi cốt.Phương pháp tẩm sợi cốt nhựa nền( phenol, furan, epoxy, polyeste…hoặc pec) sau tiến hành q trình cacbon hóa.phương pháp tổ hợp phương pháp trên: vừa tẩm sợi vừa lắng kết tủa - Ứng dụng: dựa vào độ bền nhiệt độ dai va đập cao  Hãng Danlop chế tạo đĩa phanh dùng cho máy bay Concord( dừng bay) dựa pec, cốt vải sợi cacbon Thơng số hình học: đường kính 0.6 mm, chiều dài 1.2 mm, độ dày 25mm Thông số tính: độ bền uốn 103Mpa, độ bền nén 138 Mpa, bền nhiệt 2500oC  Các hộp Pirocard-400 mà chương trình Apollo sử dụng để bảo vệ an toàn trang thiết bị nguồn đồng vị đưa trái đất  Thiết bị cách nhiệt tàu vũ trụ vận tải Shutle, hãng Vout Mỹ  Loa phụt,thân vỏ, xylanh, côn nạp nguyên liệu tên lửa nhiên liệu rắn, chóp khí động tên lửa đạn đạo Vật liệu composite gốm - Thành phần: gốm,thủy tinh ( ceramic,borsilicat, nhôm silicat), cốt sợi kim loại phi kim loại( vonfram, molipden, thép, niobi) - Chế tạo: phương pháp dập nóng nhiều lần dải sợi cốt bột thủy tinh mơi trường agon - Ưu điểm: có nhiều triển vọng, đùng để chế tạo chi tiết làm việc nhiệt đọ lên tới 2073K - Ứng dụng: cấu ăngten mũi vật thể bay vũ trụ cần phải thu hồi trở trái đất, mũi nắn dòng tên lửa SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50 Trang 16 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI Vật liệu composite kim loại - Thành phần nền: kim loại hợp kim( hợp kim nhôm, titan, megie), cốt: sợi kim loại phi kim loại - Chế tạo:sử dụng phương pháp có cường đọ lực nhiệt độ cao bao gồm:  Phương pháp pha rắn: ép dẻo, hàn nổ, khuếch tán…  Phương pháp pha lỏng: tẩm sợi cốt dung dịch nóng chảy  - Kết dẻo phun( khí ga+ hóa học + điện hóa) Ưu điểm: ứng dụng rộng rãi đòi hỏi vật liệu làm việc miền nhiệt độ khắc nhiệt, nơi mà điều kiền sử dụng không cho phép dùng kim loại truyền thống - Ứng dụng: Vật liệu composite bor sợi nhôm: máy bay tàu lượn F- 106A (Mỹ), giảm 30% trọng lượng  IL-62 (Nga), giảm 17% trọng lượng  Vật thể bay vũ trụ: chi tiết khung cứng, vỏ, vòng đai chịu lực bao quanh động tên lửa, bậc ngăn nối tên lửa đạn đạo  Vật liệu composite nhôm sợi cacbon: độ cứng cao, độ bền mỏi cao, dùng cho chi tiết chị tải cao, thân vỏ cách tua bin, ống xả động máy bay-tên lửa SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50 Trang 17 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI PHẦN III: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA VẬT THỂ BAY Công nghệ chế tạo thân,vỏ động tên lửa nguyên liệu rắn - Thành phần:  Vật liệu nền: chủ yếu dùng epoxy  Vật liệu cốt: sợi cacbon, sợi hữu dùng sợi thủy tinh, vật liệu cốt chuẩn bị trước dạng băng vải cốt đồng phương, dải sợi tết - Chế tạo: theo công nghệ quấn vỏ: công nghệ quấn xoắn quấn theo quỹ đạo SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50 Trang 18 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đề tài: Composite với ngành hàng khơng- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI Công nghệ chế tạo số chi tiết loa động - Nguyên liệu: composite polyme sợi cacbon đặc biệt composite cacboncacbon - Phương pháp: quấn ngang lên băng vải cốt bán thành phẩm xếp dọc theo trục khuôn lắp với nhũng dầm cốt theo chiều hướng tâm Việc quấn thực máy quấn vạn thông thường - Mác vật liệu: KIMFMB, KUP-BM-PU( Nga), Sepcard-570 (Mỹ) Chế tạo cánh máy bay - Công đoạn: gồm phần chính:thiết kế- chế tạo- thử nghiệm :chế tạo cánh tàu lượn T-2B( hải quân Mỹ), với cốt thủy tinh S-994 nhựa Sell 58-68R - Công nghệ: sử dụng công nghệ quấn, công việc thực tự động - Kết cấu nhận có cấu trúc composite lớp - Lớp ngồi lót lớp màng polyvinyl florua(tedlar), bảo vệ cánh với tác động khí quyển, tia hồng ngoại độ ẩm…các màng tedlar khơng chứa hóa chất dư, giữ bền, khơng bị hóa giịn khoảng nhiệt độ rộng SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50 Trang 19 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đề tài: Composite với ngành hàng khơng- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI Chế tạo bình khí N2,O2 dùng cho nhà du hành vũ trụ - Mỗi trạm có 12 bình, dung tích 27 lít, chịu áp 30Mpa - Lớp vỏ chế tạo từ màng polyetylen terephtalat polyimit PMF352 Lớp vỏ chế tạo theo quấn sợi cacbon, sợi cacbon YKH epoxy EDT10P SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50 Trang 20 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI Phần VI: ỨNG DỤNG VẬT LIỆU COMPOSITE Ở VIỆT  Ở nước phát triển vật liệu composite phát triển từ lâu, với nước ta composite coi vật liệu mới, thời gian đưa vào chưa lâu  Vật liệu composite bắt đầu nhiên cứu áp dụng thử nước ta từ 1988 Đến thập kỉ 90 kỉ 20, cài đơn vị sản xuất composite hình thành với sản phẩm ghe thuyền, bồn chứa với khối lượng không lớn Tuy nhiên composite bắt đầu phát triển từ 1995 đến nay, tăng kể số lượng chủng loại sản phẩm  Hiện có khoảng 40 đơn vị lớn nhỏ có số đơn vị sản xuất mặt hàng composite, lại kết hợp với sản phẩm nhựa khác Các mặt hàng mở rộng, đa dạng phong phú với chất lượng cao hơn: thiết bị giáo dục, bàn ghế, giải phân cách đường giao thông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống máng trượt, máng hứng ghế ngồi, mái che nhà thi đấu, sân vận động trung tâm văn hoá…Việt Nam ứng dụng vật liều Composite vào lĩnh vực điện dân dụng, hộp công tơ điện, sào cách điện, đặc biệt sứ cách điện  Mỗi năm Việt Nam tiêu thụ khoảng 5.000 nguyên liệu, chủ yếu nhập liệu  Lĩnh vực hạn chế do: tất nguyên liệu ngoại nhập, người tiêu dùng, nhà quản lý, kĩ sư trưởng chưa am hiểu rõ vật liệu Các nhà sản xuất chưa mạnh dạn đầu tư dây truyền sản xuất tiên tiến, chất lượng , chủng loại mặt hàng chưa đáp ứng yêu cầu…Tất yếu tố làm composite phát triển chưa mong muốn  Về công nghệ, nước ta chủ yếu sử dụng công nghệ thủ công: trải tay ( Hand lay up), công nghệ phun(spray up) công nghệ tiên tiến khác cịn áp dụng Tuy nhiên sản phẩm composite có xu phát triển nước ta SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50 Trang 21 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI  Hầu khu vực có nhà máy chế tạo cốt sợi vật liệu chuyên dùng cho composite phục vụ nước xuất Nước ta có cát, mỏ dầu, tiên đề cho đời nhà máy sản xuất composite  Nếu quan tâm cấp vĩ mô, nhà sản xuất mạnh dạn đầu tư công n ghệ tiên tiến, với nguyên liệu nước chắn vật liệu composite nước ta phát triển mạnh trở thành nguồn vật liệu có ý nghĩa, đóng góp cho phát triển kinh tế xã hội SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50 Trang 22 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI Tài liệu tham khảo: Gs.Nguyễn Hoa Thịnh- Gs.Nguyễn Đình Đức, “Vật liệu composite: Cơ học công nghệ”,Nhà xuất khoa học kĩ thuật2002 Ths.Nguyễn Đăng Cường,”Compozit: Sợi thủy tinh ứng dụng”, Nhà xuất khoa học kĩ thuật-2005 Ngiêm Hùng, “ Vật liệu học sở”, Nhà xuất khoa học kĩ thuật-2007 B.A.Sanders,editor; “Short fiber reinforced composite materials”, American Society for Testiny and Materials- 1982 Sanjay K.Mazundar,Ph.D; “Composites manufacturing: Materials, Product, and Process Engineering”, CRC Press LLC- 2002 SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50 Trang 23 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... skknchat@gmail.com Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI PHẦN II: THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO COMPOSITE DÙNG TRONG HÀNG KHÔNG- VŨ TRỤ Vật liệu composite vật liệu chế tạo tổng... composite Nội dung tài liệu gồm phần chính: “Phần I :Lịch sử phát triển ứng dụng vật liệu composite ngành hàng không- vũ trụ Phần II: Thành phần cấu tạo composite dùng ngành hàng không- vũ trụ Phần III:... tạo vật thể bay, mà tất ngành công ngiệp khác, nhu cầu sử dụng composite giới ngày tăng Vì composite vật liệu chủ lực tương lai kỷ XXI kỷ vật liệu composite Ứng dụng vật liệu composite ngành hàng