(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ sợi đến độ bền kéo và uốn của vật liệu composite trong công nghệ ép phun

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 10 năm 2017 Nguyễn Tiến Khang xi LỜI CẢM ƠN Lời tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Đỗ Thành Trung – Giảng viên Khoa Cơ khí Chế tạo máy, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Thầy nhiệt tình đóng góp ý kiến, giúp đỡ nhiều để tác giả hoàn thành luận văn cách tốt Đồng thời, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô giảng dạy, hướng dẫn giúp đỡ tác giả tồn khóa học Một lần nữa, tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè quan tâm, lo lắng đến sức khỏe, giúp đỡ vật chất tinh thần suốt trình học tập nghiên cứu để tác giả hoàn thành tốt luận văn Trân trọng cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 10 năm 2017 Học viên Nguyễn Tiến Khang xii TÓM TẮT Hiện vật liệu polymer composite ứng dụng nhiều lĩnh vực kỹ thuật nhằm thay cho vật liệu truyền thống ưu điểm tính cao, trọng lượng riêng thấp, chịu ăn mòn, Vật liệu composite gia cường sợi thủy tinh đóng vai trị quan trọng việc cải thiện tính Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng tỷ lệ sợi thủy tinh đến tính vật liệu composite polyamide (PA6) sợi thủy tinh ngắn nghiên cứu Các mẫu thử kéo uốn với tỷ lệ sợi 0, 5, 10, 15, 20, 25 30% chế tạo phương pháp ép phun theo tiêu chuẩn ISO Mô đun đàn hồi kéo, độ bền kéo nghiên cứu đánh giá theo tiêu chuẩn ISO 527 Mô đun đàn hồi uốn, độ bền uốn nghiên cứu đánh giá theo tiêu chuẩn ISO 178 Các kết thực nghiệm cho thấy tính vật liệu composite gia cường có xu hướng tăng theo tỷ lệ sợi Độ bền kéo vật liệu composite gia cường tăng tỷ lệ sợi tăng từ 0% đến 10% Với 10% sợi thủy tinh ngắn gia cường (PA6-10%GF), vật liệu composite có độ bền kéo lớn 26,91% so với polyamide nguyên chất Tuy nhiên, độ bền kéo giảm tỷ lệ sợi thủy tinh tăng từ 10% đến 30% Kết thực nghiệm cho thấy độ bền uốn vật liệu composite gia cường tăng tỷ lệ sợi tăng từ 0% đến 15% Với 15% sợi thủy tinh ngắn gia cường (PA6-15%GF), vật liệu composite có độ bền uốn lớn 49,79% so với polyamide nguyên chất Độ bền uốn giảm tỷ lệ sợi tăng từ 15% đến 30% Hơn nữa, mô đun đàn hồi kéo mô đun đàn hồi uốn vật liệu composite tăng tỷ lệ sợi tăng Các bề mặt bị đứt gãy sau kiểm tra tính nghiên cứu thông qua ảnh SEM Khi tỷ lệ sợi thủy tinh nhỏ (< 10%) mẫu bị phá hủy chủ yếu sợi bị trượt khoảng trống chất Khi tỷ lệ sợi thủy tinh tăng lên (> 10%) mẫu bị phá hủy chủ yếu đứt gãy sợi xiii ABSTRACT Nowadays, the polymer and composite materials are used in many engineering fields to replace traditional materials due to its many advantages such as high mechanical properties, low specific weight, useful in corrosive environments,… The composite reinforced glass fibers play a very important role in effective improvement of mechanical properties In this study, the effect of glass fiber content on the mechanical properties of composite with polyamide (PA6) matrix and short glass fiber (GF) were reported The tensile and bending specimens of composites with the fiber content of 0, 5, 10, 15, 20, 25 and 30%, were made by injection molding process according to the ISO standard The tensile modulus, tensile strength were studied and evaluated according to ISO 527 The bending modulus, bending strength were studied and evaluated according to ISO 178 The experimental results showed that the mechanical properties of composites reinforced fibers tend to increase with increasing the fiber volume fraction The tensile strength of composites increased with increasing the fiber content from 0% to 10% The tensile strength of composite material with fiber content of 10% (PA6-10%GF) was larger 26.91% than that of polyamide material (PA6) However, tensile strength decreased with increasing the fiber content from 10% to 30% Also, the bending strength of composites increased with increasing the fiber content from 0% to 15% The bending strength of composite material with fiber content of 15% (PA6-15%GF) was larger 49.79% than that of polyamide material (PA6) The bending strength decreased with increasing the fiber content from 15% to 30% Moreover, tensile modulus and bending modulus of the composite increased when the fiber content increased The fractured surfaces after mechanical tests were studied via Scanned electron microscope photographs (SEM) When the glass fiber content is small ( 10%), the specimens are damaged mainly due to the breakage fiber xiv MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i BIÊN BẢN HỘI ĐỒNG ii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN iii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN v NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN vii XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN viii LÝ LỊCH KHOA HỌC ix LỜI CAM ĐOAN xi LỜI CẢM ƠN xii TÓM TẮT xiii MỤC LỤC xv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xx DANH SÁCH CÁC HÌNH xxii DANH SÁCH CÁC BẢNG xxv Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu 1.1.1 Các cơng trình nghiên cứu nước 1.1.2 Các công trình nghiên cứu ngồi nước 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu nhiệm vụ nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu xv 1.3.2 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Giới hạn đề tài nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Kết cấu đề tài Chƣơng GIỚI THIỆU 2.1 Vật liệu composite 2.1.1 Khái niệm tính chất 2.1.2 Phân loại vật liệu composite 10 2.1.3 Vật liệu thành phần composite 11 2.1.4 Composite nhựa 12 2.1.5 Composite kim loại 13 2.1.6 Composite gốm 13 2.1.7 Ứng dụng vật liệu composite 14 2.2 Công nghệ ép phun 14 2.3 Sợi thủy tinh 16 2.3.1 Tìm hiểu chung 16 2.3.2 Phân loại sợi thủy tinh 17 2.3.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất sợi gia cường 18 2.3.4 So sánh tính chất số loại vật liệu gia cường 18 2.4 Nhựa Polyamide (PA6) 19 xvi 2.4.1 Khái niệm 19 2.4.2 Tính chất 19 2.4.3 Ứng dụng nhựa PA6 20 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 22 3.1 Quy trình nghiên cứu 22 3.2 Các phương pháp xác định tính mẫu thử 22 3.2.1 Độ bền kéo 22 3.2.2 Độ bền uốn 23 3.2.3 Mô đun đàn hồi kéo 25 3.2.4 Mô đun đàn hồi uốn 25 3.3 Tỷ lệ cốt vật liệu composite 26 Chƣơng MÔ TẢ THÍ NGHIỆM 28 4.1 Tỷ lệ pha trộn PA6 B30S (PA6-0%GF) PA6 BKV (PA6-30%GF) 28 4.2 Thông số ép phun 31 4.3 Bộ khuôn mẫu thử 33 4.4 Sản phẩm mẫu thử 34 4.5 Mẫu thử uốn tiêu chuẩn ISO 178 34 4.6 Mẫu thử kéo tiêu chuẩn ISO 527 36 4.7 Điều kiện thí nghiệm 37 Chƣơng ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ SỢI THỦY TINH ĐẾN CƠ TÍNH CỦA MẪU THỬ 39 5.1 Ảnh hưởng tỷ lệ sợi thủy tinh đến độ bền kéo vật liệu composite theo tiêu chuẩn ISO 527 39 xvii 5.1.1 Quan hệ tỷ lệ sợi thủy tinh độ bền kéo vật liệu composite 39 5.1.2 Xử lí số liệu thực nghiệm 41 5.1.3 Giải thích kết thực nghiệm 42 5.2 Ảnh hưởng tỷ lệ sợi thủy tinh đến mô đun đàn hồi E vật liệu composite đánh giá độ bền kéo theo tiêu chuẩn ISO 527 48 5.2.1 Quan hệ tỷ lệ sợi thủy tinh mô đun đàn hồi kéo E vật liệu composite 48 5.2.2 Xử lí số liệu thực nghiệm 50 5.2.3 Giải thích kết thực nghiệm 51 5.3 Ảnh hưởng tỷ lệ sợi thủy tinh đến độ bền uốn vật liệu composite theo tiêu chuẩn ISO 178 51 5.3.1 Quan hệ tỷ lệ sợi thủy tinh độ bền uốn vật liệu composite 51 5.3.2 Xử lí số liệu thực nghiệm 53 5.3.3 Giải thích kết thực nghiệm 54 5.4 Ảnh hưởng tỷ lệ sợi thủy tinh đến mô đun đàn hồi E vật liệu composite đánh giá độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO 178 58 5.4.1 Quan hệ tỷ lệ sợi thủy tinh mô đun đàn hồi uốn E vật liệu composite 58 5.4.2 Xử lí số liệu thực nghiệm 61 5.4.3 Giải thích kết thực nghiệm 62 5.5 So sánh thay đổi độ bền kéo độ bền uốn 62 5.6 So sánh thay đổi mô đun đàn hồi kéo mô đun đàn hồi uốn 64 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 66 6.1 Kết luận 66 xviii 6.2 Hạn chế nghiên cứu 67 6.3 Đề xuất 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 1: BỘ KHUÔN ÉP 71 PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM KÉO VÀ UỐN 78 PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI E 86 PHỤ LỤC 4: THỐNG KÊ CHI TIẾT SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 94 xix DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT t : Độ bền kéo composite b : Độ bền uốn composite 0 : Độ bền uốn nhựa PA6 nguyên chất : Mô đun đàn hồi kéo composite : Mô đun đàn hồi uốn composite Mc : Khối lượng mẫu thử composite Mf : Khối lượng sợi Mm : Khối lượng vật liệu c : Tỷ trọng mẫu thử composite f : Tỷ trọng sợi m : Tỷ trọng vật liệu Vc : Thể tích mẫu thử composite Vf : Thể tích sợi Vm : Thể tích vật liệu Vv : Thể tích khoảng trống vf : Tỷ lệ sợi vm : Tỷ lệ vật liệu vv : Tỷ lệ khoảng trống ABS: Acrylonitrile Butadiene Styrene xx PA6 + 15% GF PA6 + 20% GF PA6 + 25% GF PA6 + 30% GF 617,165g 411,077g 164,819g 0g TB 235,54 12,87 216,30 13,93 207,50 13,65 211,00 13,59 204,90 13,75 204,40 14,30 TB 208,82 13,84 165,90 13,84 170,50 13,53 166,80 14,04 171,40 13,50 168,20 13,80 TB 168,56 13,74 155,60 13,90 162,90 13,78 158,00 13,52 156,20 13,40 163,20 13,32 TB 159,18 13,58 156,80 13,24 160,10 13,32 158,40 13,42 750g 1000g 1000g 1000g 95 157,10 13,81 155,90 13,22 TB 157,66 13,40 Kết đo chi tiết độ bền kéo mẫu thử STT Tỷ lệ Mẫu thử Lực kéo (kgf) (MPa) 182,6 43,43 184,7 43,93 187,5 44,59 186,4 44,33 186,7 44,40 TB 185,58 44,14 226,6 53,89 225,6 53,66 219,3 52,16 221,4 52,66 221,0 52,56 TB 222,78 52,98 234,9 55,87 235,6 56,03 234,2 55,70 238,3 56,68 234,7 55,82 PA6 + 0% GF PA6 + 5% GF PA6 + 10% GF 96 TB 235,54 56,02 216,3 51,44 207,5 49,35 211,0 50,18 204,9 48,73 204,4 48,61 TB 208,82 49,66 165,9 39,46 170,5 40,55 166,8 39,67 171,4 40,76 168,2 40,00 TB 168,56 40,09 155,6 37,01 162,9 38,74 158,0 37,58 156,2 37,15 163,2 38,81 TB 159,18 37,86 156,8 37,29 160,1 38,08 158,4 37,67 PA6 + 15% GF PA6 + 20% GF PA6 + 25% GF PA6 + 30% GF 97 157,1 37,36 155,9 37,08 TB 157,66 37,50 Kết đo chi tiết tƣơng ứng lực kéo biến dạng mẫu thử STT Tỷ lệ Mẫu thử (mm) F (kgf) 70,6 74,9 74,9 4 70,5 77,1 TB 73,60 84,3 86,5 75,0 4 84,3 83,3 TB 82,68 96,3 94,5 93,7 4 85,9 94,4 PA6 + 0% GF PA6 + 5% GF PA6 + 10% GF 98 TB 92,96 104,3 113,4 104,5 4 104,4 104,3 TB 106,18 116,7 123,9 125,1 4 122,2 122,2 TB 122,02 131,6 132,4 128,6 4 125,0 128,7 TB 129,26 139,4 142,9 139,2 PA6 + 15% GF PA6 + 20% GF PA6 + 25% GF PA6 + 30% GF 99 4 133,4 139,4 TB 138,86 Kết đo chi tiết mô đun đàn hồi kéo E mẫu thử STT Tỷ lệ Mẫu thử (mm) (MPa) (MPa) 16,8 335,82 17,8 356,28 17,8 356,28 4 16,8 335,35 18,3 366,74 TB 17,5 350,09 20,0 400,99 20,6 411,45 17,8 356,75 4 20,0 400,99 19,8 396,23 TB 19,7 393,28 22,9 458,07 22,5 449,51 22,3 445,70 4 20,4 408,60 22,5 449,03 PA6 + 0% GF PA6 + 5% GF PA6 + 10% GF 100 TB 22,1 442,18 24,8 496,12 27,0 539,41 24,9 497,08 4 24,8 496,60 24,8 496,12 TB 25,3 505,07 27,8 555,11 29,5 589,36 29,8 595,06 4 29,1 581,27 29,1 581,27 TB 29,0 580,41 31,3 625,98 31,5 629,79 30,6 611,71 4 29,7 594,59 30,6 612,19 TB 30,7 614,85 33,2 663,08 34,0 679,73 33,1 662,13 PA6 + 15% GF PA6 + 20% GF PA6 + 25% GF PA6 + 30% GF 101 4 31,7 634,54 33,2 663,08 TB 33,0 660,52 Kết đo chi tiết độ bền uốn mẫu thử STT Tỷ lệ Mẫu thử Lực uốn (kgf) (MPa) 9,040 57,45 9,257 58,83 9,193 58,42 9,265 58,88 9,453 60,07 TB 9,24 58,73 11,27 71,62 11,61 73,78 11,39 72,38 10,93 69,46 10,9 69,27 TB 11,22 71,30 13,27 84,33 12,83 81,53 12,73 80,90 12,57 79,88 12,97 82,42 PA6 + 0% GF PA6 + 5% GF PA6 + 10% GF 102 TB 12,87 81,81 13,93 88,52 13,65 86,74 13,59 86,36 13,75 87,38 14,3 90,87 TB 13,84 87,97 13,84 87,95 13,53 85,98 14,04 89,22 13,5 85,79 13,8 87,69 TB 13,74 87,33 13,9 88,33 13,78 87,57 13,52 85,92 13,4 85,15 13,32 84,64 TB 13,58 86,32 13,24 84,14 13,32 84,64 13,42 85,28 PA6 + 15% GF PA6 + 20% GF PA6 + 25% GF PA6 + 30% GF 103 13,81 87,76 13,22 84,01 TB 13,40 85,17 Kết đo chi tiết tƣơng ứng lực uốn độ võng mẫu thử STT Tỷ lệ Mẫu thử (mm) F (kgf) 2,2 2,4 2,3 2,3 5 2,1 TB 2,26 2,8 2,8 2,8 2,7 5 2,6 TB 2,74 3,3 3,0 3,0 3,0 5 3,1 PA6 + 0% GF PA6 + 5% GF PA6 + 10% GF 104 TB 3,08 4,3 4,4 4,0 3,8 5 3,6 TB 4,02 4,5 4,5 4,5 4,3 5 4,1 TB 4,38 4,8 4,9 4,8 5,2 5 5,3 TB 5,00 5,7 5,9 5,7 PA6 + 15% GF PA6 + 20% GF PA6 + 25% GF PA6 + 30% GF 105 5,2 5 5,7 TB 5,64 Kết đo chi tiết mô đun đàn hồi uốn E mẫu thử STT Tỷ lệ Mẫu thử (mm) F (kgf) (MPa) 2,2 568,02 2,4 619,66 2,3 593,84 2,3 593,84 5 2,1 542,21 TB 2,26 583,52 2,8 722,94 2,8 722,94 2,8 722,94 2,7 697,12 5 2,6 671,30 TB 2,74 707,45 3,3 852,04 3,0 774,58 3,0 774,58 3,0 774,58 5 3,1 800,40 PA6 + 0% GF PA6 + 5% GF PA6 + 10% GF 106 TB 3,08 795,23 4,3 1110,23 4,4 1136,05 4,0 1032,77 3,8 981,13 5 3,6 929,49 TB 4,02 1037,94 4,5 1161,87 4,5 1161,87 4,5 1161,87 4,3 1110,23 5 4,1 1058,59 TB 4,38 1130,88 4,8 1239,33 4,9 1265,15 4,8 1239,33 5,2 1342,60 5 5,3 1368,42 TB 5,00 1290,96 5,7 1471,70 5,9 1523,34 5,7 1471,70 PA6 + 15% GF PA6 + 20% GF PA6 + 25% GF PA6 + 30% GF 107 5,2 1342,60 5 5,7 1471,70 TB 5,64 1456,21 108 S K L 0 ... trọng ảnh hưởng đến độ bền kéo, độ bền uốn độ dai va đập vật liệu Cụ thể, độ bền kéo, độ bền uốn độ dai va đập vật liệu tăng lên tăng tỷ lệ chiều dài sợi thủy tinh Ngoài ra, điều kiện ép phun yếu... Chương 5: Ảnh hưởng tỷ lệ sợi thủy tinh đến tính mẫu thử Nghiên cứu trình bày ảnh hưởng tỷ lệ sợi thủy tinh đến độ bền kéo, độ bền uốn, mô đun đàn hồi kéo mô đun đàn hồi uốn vật liệu composite. .. thực nghiên cứu “Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ vật liệu gia cường đến tính chất vật liệu composite lai nhựa polymer” Tác giả nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ vật liệu gia cường sợi thủy tinh đến tính vật liệu