Ưu nhược điểm của vật liệu compozit nền polymea.. Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm từ vật liệu compozit BMCa.
Trang 11
công trình nghiên c u lu c c a tôi Các k t qu nêu trong lu c ai công b trong các công trình nghiên c
Trang 22
Tôi xin chân thành c s t u ki n thu n l i c a Vi o
i h c, các Th y cô giáo Vi n Khoa h c và K u th t v t li u và các cán b
gi ng viên B c à v t li u v Cán kim lo i ng i h c Bách khoa Hà
Nu ki n thu n l i nht tôi hoàn thành lu
Tôi xin chân thành c TS ng d n tôi v chuyên môn tôi có th thc hin và hoàn thành lu
Tôi xin chân thành cn công ngh - T ng c Công nghi p Qu c phòng, c
ng nghiu ki n v th
s v t chng viên tôi trong su t quá trình h c tp và nghiên c u
Cui cùng tôi xin g i l i c , b n bè nh
ng viên khuy n khích tôi trong su t th i gian tôi tham gia nghiên c u và th c
hi n công trình này
Hà N i, ngày tháng 09 27 5
Tác gi lu
Trang 33
L 1
L I C 2
M C L C 3
DANH M C KÝ HI U, CÁC CH VI T T T 6
DANH M C CÁC B NG 8
DANH M C CÁC HÌNH V TH 9
L U 11
13
T NG QUAN V NGHIÊN C U 13
1.1 V t li u compozit 13
1.1.1 Khái ni -m 13 1.1.2 m ca vt liu compozit - 13
1.1.3 Phân loi vt liu compozit - 14
1.2 V t li u compozit n n polyme 15
1.2.1 Khái ni -m 15 1.2.2 m - 16
1.2.3 Phân loi vt liu compozit n n polyme - 18
1.2.4 m ca v t li u compozit n n polyme - 20
1.2.5 Vt liu compozit BMC - 20
1.2.5.1 Khái ni -m - 20 1.2.5.2 m, tính ch t v t li u compozit BMC - 20
1.2.5.3 S n ph m ng d ng c a vt liu compozit BMC - 21
1.3 Tình hình ngh iên c t li u v u compozit BMC 23
1.3.1 Tình hình nghiên cu compozit BMC trên th gi i - 23
1.3.2 Tình hình nghiên cu compozit c - 24
1.4 K t lu n 25
26
CÔNG NGH CH T O V T LI U COMPOZIT BMC 26
2.1 Tính ch t, yêu c u k thu t c a s n ph m t v t liu compozit BMC 26
Trang 44
2.1.1 Tính cht ca sn ph m t v t liu compozit BMC - 26
2.1.2 Yêu c u k thut ca sn ph m t v t li u compozit BMC - 28
2.2 Thành ph t li u compozit BMC 30
2.2.1 Nha n - 30 n 2.2.2 Si thy tinh - 31
2.2.3 Ch n - 32
2.2.4 Xúc tác - 32
2.2.5 Cht c ch - 33
2.2.6 Cht róc khuôn n - 33 i 2.2.7 Cht làm dày - 34
2.2.8 Ph gia gi m co ngót - 35
2.2.9 Các ph gia khác - 36
2.3 Thi t b dùng trong quá trình ch t o v t li u compozit BMC và m u n 36
2.3.1 n t - 36
2.3.2 Máy khu y - 37
2.3.3 Máy tr n - 37
2.3.4 Máy ép th y l c bng tay - 39
2.3.5 Máy ép th y l c - 39
2.3.6 Máy ép th y l c lp thit b - 40 n 2.4 Quy trình ch t o v t li u compozit BMC 40
2.4.1 L t o vch t liu compozit BMC - 40
2.4.2 Gi t o vch t liu compozit BMC - 41
2.5 K t lu n 42
43
TH C NGHI NH THU N VÀ PHÂN TÍCH T QU 43
3.1 n 43
3.2 n 44
3.3 Nhn d ng mô hình thu n 46
3.4 t qu 49
3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng c a t l s iủ ỷ ệ ợ 49
Trang 55
3.4.1.1 Dng cong gi a l c và chuy -n v 49
3.4.1.2 Quan h gi a ng su t và bi n d ng t i = 0.01 s-1 và t l s i n n là 18 82 % - 50
3.4.1.3 Quan h gi a ng su t và bi n d ng t i = 0.01 s-1 và t l s i n n là
23 77 % - 50
3.4.1.4 Quan h a gi ng su t và bi n d ng t i = 0.01 s-1 và t l s i nn là - 51 28 72 % - 51
3.4.1.5 ng ca t l s n ca vt liu BMC - 51
3.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng c a tủ ố c đ ộ bi n dế ạng 52
3.4.2.1 Dng cong gi a l c và chuy -n v 52
3.4.2.2 Quan h a gi ng su t và bi n d ng v i = 0.1 s-1 - 53
3.4.2.3 Quan h a gi ng su t và bi n d ng v i = 0.01 s-1 - 53
3.4.2.4 Quan h a gi ng su t và bi n d ng v i = 0.001 s-1 - 54
3.4.2.5 ng c a t bi n d n c a v t liu BMC 54 3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng c a nhiủ ệ ộ t đ 56
3.4.3.1 Dng cong gi a l c và chuy n v - 56
3.4.3.2 Quan h a gi ng su t và bi n d ng v i = 0.01 s-1 và t l s i nn là 57 23 - 77 % ti nhi T = 20 oC - 57
3.4.3.3 Quan h a gi ng su t và bi n d ng v i = 0.01 s-1 và t l s i nn là 57 23 - 77 % ti nhi T = 40 oC - 57
3.4.3.4 Quan h gi a ng su t và bi n d ng v i = 0.01 s-1 và t l s i n n là 23-77 % t i nhi T = 60 oC - 58
3.4.3.5 Quan h a gi ng su t và bi n d ng v i = 0.01 s-1 và t l s i nn là 58 23 -77 % ti nhi T = 80 oC - 58
3.4.3.6 ng ca nhi a vt lin c u BMC - 59
3.5 K t qu nh n d ng thu n c t liu a v compo BMC 60 zit 3.5.1 Nh n d ng các h s c i t l s i - 60
3.5.2 Nh n d ng các h s c i t bi n d ng - 61
3.5.3 Nh n d ng các h s c i nhi - 62
3.6 K t lu n 63
K T LU N 64
TÀI LI U THAM KH O 65
Trang 6BMC Bulk Molding Compounds
Trang 7ABS Acrylonitrin butadien styren
GFRP Glass fiber reinforced polyme
Trang 88
B ng 1.1 So sánh s khác bi t gi a nh a nhi t r n, nh a nhi t d o và cao su 18
B ng 1.2 M t s tính ch t c a v t li u BMC [2] 21
B ng 1.3 So sánh tính ch t c a v t li u BMC v i vt li u kim lo i 21
26
B ng thành ph n ch t tài nghiên c u 30 B t c a polyeste không no 31
B i si th y tinh 31
y tinh nghiên c u 32
3 ) 32
38
B u ki n th nghi i t l s i 48
B u ki n th nghi i t bi n d ng 48
B ng 3.3 u ki n th nghi i nhi 48
B ng 3.4 Thông s a v t li u compozit BMC 56
B ng 3.5 Giá tr c a các thông s nh n d ng v i các t l s i khác nhau 60
B ng 3.6 Giá tr c a các thông s nh n d ng v i t bi n d ng khác nhau 61
B ng 3.7 Giá tr c a các thông s nh n d ng t i nhi khác nhau 62
Trang 99
Hình 1.1 V t li u compozit 13
Hình 1.2 Nhu cc s d ng v t li u compozit trên th gi i 14
Hình 1.3 Nhu cc s d ng v t li u compozit t i Vit Nam 14
15
Hình 1.5 Mt s lo i s ch t o v t li u compozit 17
Hình 1.6 Ch n (b t CaCO 3 ch t o v t li u compozit 17
18
19
19
Hình 1.10 M t s chi ti t ng d n 22
Hình 1.11 Mt s chi ti t ng d ng trong ô tô 22
Hình 1.12 So sánh m t s tính ch t c a chi ti t làm b ng nhôm và BMC 22
v t li u 27
t li 27
t li 28 36
37
Hình 2.6 Máy tr 38
Hình 2.7 Máy ép th y l c bng tay 39
Hình 2.8 Máy ép th y l c MTS 39
Hình 2.9 H th ng gia nhi t và bàn ép 40
Hình 2.10 L t o v ch t li u compozit BMC 40
Hình 2.11 H n h p n n và c t sau khi tr n trên máy tr n tr c Z 42
Hình 2.12 Khuôn ép m u BMC Hình 2.13 M n BMC 42
43
Hình 3.2 Mô hình tính toán 47
Hình 3.3 M i quan h gi a l c nén và chuy n v c a m u BMC 49
Hình 3.4 M i quan h gi a ng su t và bi n d ng t i = 0.01 s -1 và t l s i n n là 18 - 82 % 50
Trang 1010
Hình 3.5 M i quan h gi a ng su t và bi n d ng t i = 0.01 s -1 và t l s i n n
là 23 77 % 50
Hình 3.6 M i quan h gi a ng su t và bi n d ng t i = 0.01 s -1 và t l s i n n là 28 72 % 51
Hình 3.8 M i quan h gi a ng su t và t l s i t i = 0.01 s -1 t i m bi n d ng = 0.5 52
Hình 3.9 M i quan h gi a l c ép và chuy n v c a m u BMC 52
Hình 3.10 M i quan h gi a ng su t và bi n d ng v i = 0.1 s -1 53
Hình 3.11 M i quan h gi a ng su t và bi n d ng v i = 0.01 s -1 53
Hình 3.12 M i quan h gi a ng su t và bi n d ng v i = 0.001 s -1 54
Hình 3.13 M i quan h gi a ng su t và bi n d i = (0.1, 0.01, 0.001) s -1 54
Hình 3.14 M i quan h gi a t bi n d ng và ng su t 55
Hình 3.15 M i quan h gi a l c ép và chuy n v c a m u BMC 56
Hình 3.16 M i quan h gi a ng su t và bi n d ng t i = 0.01 s -1 và t l s i n n là 23 - 77 % nhi T =20 o C 57
Hình 3.17 M i quan h gi a ng su t và bi n d ng t i = 0.01 s -1 và t l s i n n là 23 - 77 % nhi T = 40 o C 57
Hình 3.18 M i quan h gi a ng su t và bi n d ng t i = 0.01 s -1 và t l s i n n là 23 - 77 % nhi T = 60 o C 58
Hình 3.19 M i quan h gi a ng su t và bi n d ng t i = 0.01 s -1 và t l s i n n là 23 - 77 % nhi T = 80 o C 58
Hình 3.20 M i quan h gi a ng su t và bi n d ng t i = 0.01 s -1 i nhi ép c a m u 59
Hình 3.21 M i quan h gi a ng su t và nhi t i = 0.01 s -1 và t i m bi n d ng = 0.6 60
Hình 3 So sánh k t qu gi a mô hình và th c nghi m t 22 i = 0.01 s -1 khi i t l s i 61
Hình 3.24 So sánh k t qu gi a mô hình và th c nghi m v i các = (0.1 0.01 0.001) khác nhau t i t l s i 23 % 62
Hình 3.25 So sánh k t qu gi a mô hình và th c nghi m v i các nhi khác nhau 63
Trang 11v t li u ph phm ho c các v t li u có s n và ph bi n trong t nhiên V t li u compozit có th chia ra là v t li u compozit n n polyme, n n kim lo i, n n ceramic và n n cacbon t li u compozit n n polyme chi m t ng l n tr
nh có quá trình ch t o không quá ph c tn
Công ngh gia công v t li u polyme compozit (PC) là m t trong ba nhánh chính c a công ngh gia công polyme (ch t d o, cao su, polyme compozit) M c
dù phát tri n mu u so v i hai nhánh kia, công ngh gia công v t
li phát tri t b c trong th i gian g nên không th thiu trong nhi u ngành k thu t o ô tô, tàu th y, công nghi n, dân d v.v Các k thu t ch t cao v t
ng hóa, cho phép ch t o ra các s n ph m ch ng cao và s ng l n
Compozit n n polyme t n t i ch y i 02 i lo chính: v t li u compozit
t m SMC (Sheet Molding Compounds) và v t li u compozit kh i BMC (Bulk Molding Compounds) BMC và SMC c ch t o t h n h p v t li u polyme nhi t r ng b i s i th y tinh Trong nghiên c u này t p trung vào
t o và xem xét ng c a các y u t công ngh n ng x
n c a v t li u compozit BMC
Nghiên c u v c ch t o v t li u compozit n n polyme c ta
hi n nay ch y u t o ra các chi ti t v i nh m chính là thi
và nhi - 180) 0C so v i v t li u BMC Nh a phenolic d b hút c khi gia công Trên th ng, các s n ph m t nh a phenolic hi n nay ch y u nh p kh u t Trung qu c, Hàn qu c, Nh t
Trang 12Chính vì v y, m c tiêu c a lu v tài “Ảnh hưởng c a thông s ủ ố
công ngh n ệ đế quá trình lưu biến của ậv t li u compoệ zit BMC (Bulk Molding
Compounds)” là c các thông s công ngh ng n ng x
bi n , t bi n d ng, t l s i n quá trình n c a v t li u compozit BMC
Lu c k t c u thành 3 i thi u t ng quan v
v t li u compozit, qua cho th y vai trò c a v t li u compozit n n polyme và s
Trang 13ng riêng r mà ch l a ch n nh ng tính ch t t t và phát huy thêm
Ưu điểm của vật liệu compozit
compo zit phân ong
(
Trang 14Hình 1.2 Nhu c u c s d ng v t li u compo trên th gi i zit
Hình 1.3 Nhu cu c s d ng v t li u compo t zit i Vi t Nam
1.1.3. Phân loại vật liệu compozit
i ta hay gcompozit theo tên các c t s compo c t s i th y tinh, s i bazan, szit n nay có rt nhi u lo i c compo c t s i th y tinh ho c bazan trên zit
n n epoxy V n công ngh ch t o gi ng nhau ho c c t lai t p s i th y tinh
l n s i cacbon l n s n c t m b o cho v t li u compozit có
c b c cao Thành ph n n n không nh m b o cho các thành
Trang 15V t li compo u zit (hi p kim Titan, hn d ng
V t li compozit u (PC) là v t li u k t h p c a hai hay nhi u c u
t ng r t khác nhau v b n ch c phân cách nhau b i b m t phân chia pha Pha liên t c trong toàn kh compozit c g i là pha n n, pha phân
b c nn bao bc gng
Trang 1818
1.2.3. Phân loại vật liệu compozit nền polyme
a Phân loi vt li u n n
7
7 t
M t s m khác bi t gi a nh a nhi t r n, nh nhi t d a
B ng 1.1 So sánh s khác bi t gi a nh a nhi t r n, nh a nhi t d o và cao su
Mch thng, gich
có rt ít liên kt ngang
Mch thng hoc nhánh
Mi, m ni
c, t n
1000 lKhông có kh g
tan Cao su thiên nhiên, BR, SBR PP, PE U
Các y u t ng n v t li u n n:
B n ch t hóa h c, s phân b các nhóm ch phân cc,
Phân t
Trng thái pha: tinh th nh hình
u kin (nh a nhi t r n): lo i ch n, nhi , th i gian
Trang 20V t li u compo BMC (Bulk Moulding Compounds là v t li u zit ) compozit
n n polyme nhi t r n ng b i s i th y tinh ng n c s d ng r ng rãi trong ngành công nghi p ô tô và công nghi n s n xu t các chi ti t có b
m t nh n bóng và hình dáng ph c t p
1.2.5.2 zit BMC
n nay, v t li u compo n zit n polymer nói chung và v t li u BMC nói
c s d ng r ng rãi ch t o r t nhi u chi ti t ph c v i s ng xã
hng d ng trong các nghành công nghi p ô tô, công nghi n da trên nhm chính c a BMC :
Trang 2121
Trong ngành công nghi n t c s d s n xu t các b ng m ch linh ,
ki n n t Ngành công nghi ng, canô Các ngành dân d
y t (h thng chân, tay gi , ghép s dùng th thao và các ngành dân d ng, qu c t dân sinh khác B ng 1.2 mô t m t s tích ch t c a v t lin hình B ng 1.3 so sánh tính ch t c a v t li u compozit BMC v i
h i, GPa
H s giãn n nhi t, m/ m/ 0C
t , h p ch
Trang 2323
1.3 compozit BMC
1.3.1. Tình hình nghiên cứu compozit BMC trên thế giới
V i l ch s phát tri n phong phú c a mình, v t li c nhiu nhà nghiên c u khoa h c trên th gi i bi n Vi c nghiên c u và ng d ng thành công v t li c nhi c trên th gi i áp d ng Trong chi n tranh th gi i th 2, nhi n xu t máy bay, tàu chic v cho cu c chi n này
Hin nay trên th gi i, cùng v i vi c ch t o v t li u BMC truy n th ng Nhi u t n vi c ch t o v t li u BMC thân thi n v i môi
ng (green BMC) ch t o t k t h p v i vi ng v i các lo i s i t i cacbon hoa các ht nano s d ng thêm cho các s i truy n th ng V t li u compozit BMC
c s d ch t o nhi u chi ti t, linh ki n ôtô d a trên nh c
bi m tr ng, ti t ki m nhiên li chrung, ti ng n và ti t ki m nhiên li s
d ng v t li u này vào vi c ch t t s linh ki n, máy
n nay, có r t ít nghiên c n c a BMC trong
y khuôn Nghiên c u [3] y BMC trong khuôn là k t h p bi n d ng hình d ng và bi n d ng t Nghiên c u [4,5] cho
r ng BMC ph thuc vào quan h ng x gi a nhi -l p bi n d ng c t Ngoài
c c a thi t b a m l n so vc chi u dài
c a s i cha trong BMC s không nh c a k t qu c nghi m và th không nh n bi t hc ng x c a v t li u [6 ]
Bên c nh các nghiên c ch t o thành ph n v t li u h gim
kh b n, thân thi n v ng, các tính ch t s d ng và các
Trang 2424
công ngh ch t o t v t li c quan tâm nghiên c
c u c a Hitoshi Takagi [7] ng c a chi u dài s n tính ch
hc ca v t li u compo n n nhzit ng b s i tre ng i n
Tuy nhiên, sau khi ch t c v t li u công trình nghiên c u v kh n c a v t li u này khi y trong khuôn khi gia
Vi t Nam, các thuy c ch t o t r t lâu t
lic ch t làm các ng d n d u và s a các ch ng trong th
h th i u v t li
h c Bách khoa Hà N t c các xu ng th d c th thao cho nhà thuy n
H Tây b ng v t li - 1999, 53 nhà vòm che máy bay b ng v t li nh a UPE s i th
d ng
Hin nay, v t li u compozit là m t trong nh ng lo i v t li u m i r c chú ý nghiên c d ng cho các m i khoa
a b nh vi n T d ng v t li u compozit vào trong công nghi t b giáo d c, bàn gh , các gi i
ng giao thông, h th ng tàu xu ng, h th t, máng
h ng, gh ng i, mái che c u, các sân vng và các trung tâm
ng d ng v t li n dân dn, sàc bi t là s n phm chuyên d ng cho ngành qu c phòng an ninh, xây d
Trang 25v t li u compozit BMC (Bulk Molding Compounds) ng d ng ch t o các chi ậ ệ ứ ụ ế ạ
ti t k thuế ỹ ậ t đi n ệ ” do [8] trì
1.4
nghiên c u tài li u t ng quan và vai trò c a v t li u compozit BMC, m c tiêu c a nghiên c u này là ch t o ra v t li u BMC và xem xét các thông s công ngh n c a v t li u compozit n n polyme trong quá trình to hình
Trang 28 Có kh t hoàn toàn lên b m t ph gia
Có kh nh t hoàn toàn lên b m t ph gia
Có kh nh t ho c hóa r n trong quá trình k t dính
Trang 29 b n nhi t, truy n nhi t t t
Thu n l i cho quá trình gia công
Trang 30Polyeste không no là s n ph m c a ph n ng trùng ng chc hay các anhydrite c a chúng v i các polyol Liên k a anhydrit không
no tu ki n cho nh UPE có kh a ch tinhi t r n Nh UPE t o thành d ng r a c s d ng d ng dung d ch v i styrene (30 - 40) % Styren v a là dung môi v a là tác nhân khâu
m ch Nh UPE có th gia công nhi a ng không c n áp su
mm l n trong công nghi p
Tính cht chung c a nh a U PE
D gia công u ki ng
Giá thành thp
Trang 31 cao Tuy nhiên, giá thành nó r các gia khác
Do E-glass trong công BMC
Trang 32 styren polyester làm phá và liên carbon-carbon, do
Trang 3333
xúc tác trong ng tiêu này ngâm trong
82 oC, lên trong theo dõi
trong cong theo gian, ta
gian gel sinh ra ng
gian
o
cách dùng là tr xúc tác TBPO xúc tác cao
xúc tác kép làm gian gel và gian
2.2.5. Chất ức chế
yêu hay có
ra trong quá trình và này làm gian
BMC khi vào ép Khi BMC vào trong khuôn nóng, t iên do là
nó trong gian là do sinh