Bài tiểu luận một số vấn đề chất độn và nền polymer trong composite

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KĨ THUẬT HÓA HỌC TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU POLYME Bài tiểu luận Một số vấn đề chất độn polymer composite Nhóm sinh viên thực hiện: Họ & Tên SHSV Lớp Nguyễn Văn Dũng 20103611 Polyme-k55 Nguyễn Đình Hiếu 20103216 Polyme-k55 Mai Đức Hiếu 20103124 Polyme-k55 Nguyễn Tuấn Phương 20092060 Polyme-k54 Hoàng Quang Hưng 20091360 Polyme-k54 HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 4/2014 I Năm chế phá hủy vật liệu composite Độ bền phá hủy vật liệu phụ thuộc vào tính chất vật liệu, tính chất bao gồm: bền kéo, ứng suất chảy, mô đun đàn hồi, độ bền uốn độ bền phá hủy Các tính chất lại phụ thuộc vào tỉ lệ loại chất độn có vật liệu Do đó, chất độn có vai trị quan trọng, định đến độ bền phá hủy Chỉ có tượng liên quan đến va đập, uốn, ứng suất kéo gây phá hủy vật liệu Tất tượng liên quan tới độ mỏi vật liệu chịu tải trọng động thảo luận phần sau  Các cách phá hủy  Các chế phá hủy  Cấu trúc vi mô hạt chất độn  Những thay đổi tác động  Làm bền vật liệu  Dự đốn mơ phương thức phá hủy vật liệu Năm kiểu phá hủy quan sát thí nghiệm kéo Phần lớn vật liệu mềm, dễ uốn bị phá hủy lúc biến dạng cứng dẻo( kiểu A) phát triển cổ chai ( kiểu B) Kiểu C kiểu D hai kiểu điển hình kiểu phá hủy tương tự phá hủy giòn Kiểu C, vùng mỏng tạo trình hình thành cổ eo Trong trường hợp này, ứng suất giảm đến ứng suất kéo Trong kiểu D, phá hủy mẫu thơng q hình thành dải băng Các dải băng cắt ngang qua mẫu phá hủy xuất vượt giới hạn đàn hồi Kiểu E phá hủy giòn, phát triển vng góc với phương tác động lực Sự phá hủy xuất trước biến dạng đàn hồi H Sơ đồ biểu diễn năm kiểu phá hủy vật liệu kéo Từ sơ đồ ta nhận thấy hàm lượng chất độn tăng phát triển cổ eo mẫu chịu tác động lực giảm, phá hủy tiến dần tới phá hủy giịn Các mơ tả chế phá hủy quan sát SEM nhựa polyeste nhiệt dẻo với chất độn sử dụng Canxi terephalat, Canxi cacbonat 1.Cơ chế 1( chế A) Vật liệu: có tỉ lệ chất độn thấp so với Hình số mơ tả chế phá hủy kiểu A H.1 Sơ đồ mơ tả q trình phá hủy theo chế A Dưới tác dụng lực kéo, vết nứt phát triển tạo nên vùng thô ráp bề mặt mẫu Biến dạng cứng dẻo giúp mẫu không bị phá hủy tác động tải trọng Tỉ lệ chất độn thấp, điều giúp có đủ polyme để mẫu khơng bị phá hủy tác động tải trọng bên Bề mặt có vùng rời (vị trí phá hủy ban đầu) vùng hình hoa tách rời (nơi mở rộng vết xé xảy ra) Các đặc điểm hình thái học bao gồm : kết dính hạt kéo dài khoảng trống Sự phá hủy xuất ứng suất cục mạch phân tử polyme đạt tới ứng suất phá hủy Trong vật liệu cần có tỉ lệ chất độn thấp, “ hoa thị” hình thành Hiện tượng giải thích sau, ta tác động lực lên hai đầu mẫu, mẫu biến dạng, khác độ cứng nên dẫn tới khác biến dạng hạt độn Chính khác biến dạng mẫu nền, khoảng trống bắt đầu xuất ( vết nứt tế vi) Tuy nhiên tỉ lệ chất độn so với thấp nên khoảng trống lúc không tập hợp lại vớ nhau, độ bền mẫu lúc phụ thuộc chủ yếu vào độ bền nhựa Giả sử hạt chất độn lấp đầy hết khuyết tật mẫu, lực tác động, nơi yếu mẫu hai bên bề mặt mẫu với phân tử bên lòng mẫu lực tác động phân tử hai phân tử hai bền gánh bớt lực, cịn với bên bề mặt ngồi mẫu phân tử có trợ lực phân tử bên cạnh, phá hủy mẫu xảy từ bề mặt mẫu Cơ chế phá hủy B Vật liệu: tỉ lệ chất độn cao A Hình mơ tả chế phá hủy kiểu B Sự hình thành phát triển khoảng trống tương tự kiểu phá hủy A Chỉ khác kiểu khoảng trống tập trung lại với phá hủy xảy tập hợp hạt độn tập kết tụ lại với tạo khoảng trống lớn tối đa Phá hủy bắt đầu xảy vị trí bên ( bề mặt ngoài) kiểu A , phá hủy từ bên mẫu khơng có vùng hoa thị Các bó sợi ngắn nhỏ theo đường kính H.2 Sơ đồ mơ tả q trình phá hủy vật liệu theo chế B Hiện tượng giải thích sau: ta kéo mẫu khoảng trống dài ra, hàm lượng chất độn lớn nên khoảng trống tập hợp lại với theo chiều dọc Ta kéo, chiều rộng mẫu giảm, khoảng trông lớn tiến lại gần nhau, chúng đủ gần, tập hợp lại với lúc vết phá hủy phát triển hướng bên bề mặt mẫu Kết thúc trình phá hủy mẫu Cơ chế phá hủy C Vật liệu : tỉ lệ chất độn cao B Hình số mơ tả chế phá hủy kiểu C Khơng có hình thành khoảng trống kết tụ hạt độn xảy bên mẫu mà hướng bề mặt ngồi mẫu Phá hủy bắt đầu lịng mẫu có nhiều vết nứt thứ cấp Kiểu phá hủy điển hình phá hủy thể tích, hạt chất độn đủ gần để kết tụ lại dẫn tới làm giảm thể tích, hình thành chút nhỏ cổ eo dẫn tới phá hủy vật liệu Đây kiểu phá hủy tương tự phá hủy giịn H.3 Sơ đồ mơ tả q trình phá hủy vật liệu kiểu C Phá hủy kiểu D Vật liệu: tỉ lệ chất độn cao C Trường hợp D, hàm lượng chất độn lớn, tác động lực vào hai đầu mẫu, mẫu chưa kịp biến dạng mẫu xuất vết nứt, vết nứt xuất hiện, cộng với hàm lượng polyme ít, vết nứt phát triển nhanh kết thúc phá hủy mẫu Hình H.4 mơ tả chế phá hủy kiểu D Phá hủy bên khối mẫu phát triển theo góc sang phía cạnh bên Khi tốc độ phát triển vết nứt tăng, phá hủy không phát triển theo hướng cũ mà phát triển theo hướng vng góc với phương chịu lực tác động Kiểu D không xuất hiện tượng Stress-whitening ( stress-whitening tượng ta tác động lực đủ lớn vào vật liệu polyme, nơi chịu ứng suất lớn ta quan sát thấy chỗ có màu trắng, xuất phát triển vết nứt tế vi) mà phá hủy giòn Các hạt chất độn mẫu không kết tụ lại với số hạt bị vỡ H.4 Sơ đồ mô tả trình phá hủy vật liệu theo chế D Khi hình thành dải băng hình hình thành theo phương ngang với phương lực ( chéo chéo), dải băng nơi mà mẫu chịu ứng suất lớn đại phân tử bị dãn kéo căng ra, kết thúc dãn kéo căng mạch polymer bị đứt, lực tác động vượt lượng liên kết Khi vết nứt ( phá hủy) xuất cạnh bên mẫu, nhanh chóng phát triển theo hướng góc mở sang cạnh đối diện, mà vết nứt phát triển tới giới hạn đủ lớn phát triển theo phương vng góc với phương tác động lực Các vết nứt phát triển với tốc độ rát nhanh kết thúc phá hủy mẫu Kiểu phá hủy kiểu phá hủy tương tự phá hủy giòn Cơ chế phá hủy E Cơ chế phá hủy E Trong chế phá hủy E khơng có kết tụ hạt chất độn, mẫu khơng có biến dạng mà thay vào chất độn polyme bị phá hủy nhau, phá hủy giòn Trong trường hợp E, hàm lượng chất độn lớn, nên polyme không thấm ướt thấm ướt lớp mỏng lên hạt chất độn, nên liên kết chất độn yếu dẫn tới mẫu yếu Khi có lực tác động, vệt nứt xuất phát triển nhanh, nhanh trường hợp D II.Sự ảnh hưởng số yếu tố đến độ bền compozit Các sản phẩm polymer trình gia cơng, hay q trình tổng hợp ln có khuyết tật Khi mẫu polymer chịu tác động lực, đại phân tử mép khuyết tật chịu ứng suất lớn đại phân tử khác, chịu ứng xuất tập chung gây phá hủy mạch đại phân tử gần mép khuyết tật, cho dù lực tác động chưa cần vượt lực thực tế để phá hủy vật liệu Sự phá hủy đó, khuyết tật bắt đầu phát triển rộng kết thúc phá hủy mẫu Bởi vậy, người ta đưa hạt chất độn vào, nhằm lấp đầy tối đa chỗ trống Khi chất độn đưa vào, lực tương tác chất độn xảy ra, tương tác giúp vật liệu bền nhờ chất độn gánh bớt phần lượng vật liệu chịu lực tác động chất độn giảm bớt nhiều tập chung ứng suất vào hay số đại phân tử đó.Việc chất độn đưa vào polymer có ảnh hưởng tới thay đổi tính chất, mà rõ tính chất học polymer phụ thuộc vào nhiều yếu tố Sau vài yếu tố đó: chất hóa học chất độn polymer, kích thước hạt chất độn, đồng phân tán, tỉ lệ chất độn polymer, tương hợp chất độn polymer Bảng cho ta thấy ảnh hưởng số loại chất độn ( kích cỡ, loại, tỉ tệ so với ) đến chế phá hủy vật liệu Bảng 1.1 Filler CaT-1 Vol % 2,4 4,5 7,0 14,0 18,0 24,0 27,0 45,0 54,0 CaT-2 CaCO3-1 CaCO3-2 CaCO3-3 Mode A B C D E Biểu đồ ảnh hưởng của loại chất độn tỉ lệ chất độn đến chế phá hủy A, B, C, D Từ bảng ta thấy rằng, ví dụ ta xét trường hợp CaT-1, CaT-2 ( calcium terephthalate) chất độn lại có kích thước khác kích thước có tỉ lệ so với khác chế phá hủy mẫu khác CaT-1 có kích thước nhỏ CaT-2, tỉ lệ chất độn-polymer 14% thể tích chế phá hủy mẫu nền-CaT1 chế A, khí với mẫu nền-CaT2 chế B Giờ ta lại xét cặp nền-CaT1 với CaCO3-3, ta nhận thấy điều tương tự, CaT-1 có tính chất khác so với CaCO3-3, tương tác với tốt hơn, có kích thước nhỏ có hiệu tăng cường tính chất tốt hơn, cịn với CaCO 3-3 có hiệu tăng cường tính chất hơn, chí khơng có có d=6,1μm, tỉ lệ độn 14,0 với CaCO3-3 phá hủy theo chế tươn tự phá hủy giòn Với CaCO3, mẫu phá hủy theo chế phá hủy giòn do, mức độ tương tác chất độn tỉ lệ thuận với diện tích tiếp xúc pha, hạt chất độn to diện tích tiếp xúc pha nhỏ, mà hạt chất độn to dần tới mẫu yếu chịu lực tác động, phá hủy mẫu xảy theo chế phá hủy giòn Độ tương hợp chất độn có ảnh hưởng lớn đến độ bền phá hủy vật liệu Độ tương hợp tăng lên tính chất vật liệu tăng lên Nếu độ tương hợp kém, có lực tác động chất độn dễ tách khỏi làm giảm tính chất vật liệu Mức độ tương hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như, hình dạng hạt chất độn ( hình cầu, hình kim ), chất hóa học chất độn, bề mặt chất độn Hình dạng hạt chất độn, ví dụ bột tacl có cấu trúc hình kim( cấu trúc bất đẳng hướng) gây giảm độ bền xé rách- độ bền theo chiều dọc hạt độn lớn nhiều so với chiều ngang( định hướng hạt q trình gia cơng), với chất độn aramid lại làm tăng độ bền vật liệu đặc biệt độ bền kéo lên nhiều Bề mặt hạt chất độn, ví dụ chất độn CaCO3 chưa biến tính bề mặt PE làm giảm độ bền kéo, nhiên biến tính photphate lại làm tăng độ bền kéo nhiều Hay với chất độn silica với cao su, khơng biến tính bề mặt silica ( sử dụng silan) độ tương hợp với kém, đưa vào làm giảm tính chất ( độ chịu mài mòn, bền kéo, xé ) Hay chất chất độn nền, chất độn mà khơng phân cực, hay khơng có nhóm chức, nhóm hoạt động bề mặt đưa vào polymer phân cực Epoxy làm giảm tính chất lí vật liệu độ tương hợp thấp Tuy nhiên độn tương hợp cao tốt, ta chần độ tương hợp phù hợp với tính chất mà ta cần cải thiện, ví dụ trường hợp chất độn Alumino-silicate với PVAc ( polyvinyl axetat) tương tác mạnh dẫn tới độ cứng vật liệu tăng làm giảm độ bền kéo – chọn cặp –độn phù hợp Tỉ lệ chất độn với nền, độ bền, cụ thể bền kéo khơng tăng tuyến tính với tỉ lệ chất độn, mà có tỉ lệ gọi tỉ lệ tối ưu.Đó tỉ lệ mà cho ta độ bền lí giá thành sản phấm phù hợp Tỉ lệ chất độn cao dẫn tới tập hợp hạt chất độn lại tương tac độn-độn cao độnnền, làm bất đồng tính chất lí, chí xảy đảo pha Với tỉ lệ chất độn thấp độ bền vật liệu lại cải thiện ít, không đạt yêu cầu Sự biến dạng hạt chất độn theo chiều lực tác động, điều quan trọng Nếu có lực tác động vào vật liệu, làm polymer biến dạng, mà hạt chất độn không phần biến dạng theo, dần tới khác sức căng, liên kết độn-nền bị phá vỡ suy giảm, tạo điều kiện cho vết nứt tế vi xuất Nhưng phần lớn khả biến dạng chất độn vô kém, điều ngược lại hoàn toàn với khả biến dạng chất độn polymer.Với chất độn polymer biến dạng có lực tác động khơng thành vấn đề, cịn với chất độn vơ ta phải tìm cách khắc phục khả biến dạng nó.Với chất độn vơ ta sử dụng polymer liên kết, polymer tạo vỏ bọc bền ngồi hạt chất độn, tương hợp tốt với Dưới vài ví dụ sử dụng chất độn polymer khác biệt polymer có sử dụng cao su liên kết polymer khơng có 10 carbon đen Đồ thị cho ta thấy mức độ mài mịn khác cho carbon đen Từ ta thấy khoảng cách liên hợp giảm độ mài mịn giảm Một đồ thị khác cho thấy việc tăng chất độn vật liệu làm giảm độ mài mịn Do tương tác hóa học gốc hydroxyl đất sét liên kết ion EPDM, đất sét giúp giảm mài mòn tốt carbon đen H.8 Abrasion loss of SBR containing different types of carbone balck Vs interaggregate distance H.9 Abrasion loss EPDM vs filler content 19 Carbon black tạo tương tác yếu với mạch chính, tăng độ bám dính chất độn góp phần làm tăng khả chống mài mịn Dựa vào nghiên cứu cao su thiên nhiên với chất độn silica, ta cải thiện khả kết dính chất độn chất độn đa chức Như nồng độ chất độn tăng, mát mài mòn giảm Vật liệu ma sát điển hình sử dụng ngành cơng nghiệp ô tô má phanh Trong khứ, amiăng chất độn sử dụng nhiều sau năm 1983, việc sử dụng amiăng giảm bớt thay vào vật liệu thay (đã tìm thấy sau thử nghiệm rộng rãi 1200 vật liệu khác nhau) Có ba cơng nghệ sử dụng để sản xuất má phanh: lót kim loại, phanh carbon - carbon composite, vật liệu ma sát từ cao su Chúng ta nói vật liệu ma sát từ cao su Các vật liệu ma sát lựa chọn qua trình phức tạp với số yêu cầu định Ngoài hệ số ma sát, hệ thống phanh cần tính tốn để không bị ảnh hưởng lớn ma sát chu kỳ lặp lặp lại từ nhiệt trở nhiệt độ bình thường Phanh nên có khả phục hồi nhanh chóng tổn thất ma sát tiếp xúc với nước, chúng cần có khả chống chịu với cao độ lớn khác tải ma sát Chất độn sử dụng mà thường kết hợp với chất khác Có thể bao gồm dây dẫn để tạo điều kiện tản nhiệt (bột kim loại, thường xuyên đồng đồng thau), chất độn hạt cho bề mặt (điển hình barytes, canxi cacbonat, đất sét) gia cố (sợi mà chịu nhiệt độ trì tính khả ma sát aramid, thủy tinh, carbon… ) Tuy tất sợi sử dụng ngày amiăng với ổn định nhiệt, tính chất học cao, độ đàn hồi đủ để ngăn chặn đứt gãy cấu trúc (thủy tinh thông thường sợi carbon) IV Độ bền trầy xước Trong thực tế, chống trầy xước yêu cầu quan trọng, sản phẩm có bề mặt trầy xước khơng ổn định, làm hỏng sản phẩm( có khuyết tật bề mặt dẫn đến phá hủy sản phẩm sử dụng) nhiên lại có nghiên cứu tin cậy thực khó để thực xác Gần đây, kĩ thuật phân tích hình ảnh trợ giúp q trình khắc phục lỗi kĩ thuật xảy trình thực nghiệm Ngồi thiệt hại nơi bị trầy xước, khu vực xung quanh vết xước bị ảnh hưởng Sử dụng nhựa công nghiệp sản xuất oto, đặc biệt việc nghiên cứu sử dụng polypropylene để phát triển sản phẩm có chất lượng cao hơn, độ bền trầy xước cao 20 Phương pháp việc nghiên cứu phân tích hình ảnh gồm bước sau:  Sử dụng thiết bị kiểm sốt bề mặt bị trầy xước,  Phân tích khu vực bị trầy xước ánh sáng phân cực kính hiển vi quang học  Sao chép phân tích hình ảnh thu Ví dụ chất độn chống trầy xước Bột talc chất độn làm giảm độ bền trầy xước vật liệu polyme compozit: Đồ thị thể liệu thu phân tích bề mặt trầy xước có phụ gia propylene: H.10 Average scattering difference vs talc load in polypropylene Như lượng bột talc tăng khả chống trầy xước giảm Độ bám dính chất độn tăng cường bột talc có độ cứng kém, hồn tồn thêm chất độn vào để cải thiện Dưới chất độn nano có tác dụng tăng khả chống trầy xước vật liệu 21 Hình.11 cấu trúc chuỗi nano composite phản ứng hình thành Nanocomposite có khả chống trầy xước tốt Nó thường phủ thêm lớp màng kính, nhờ khả chống xước tăng gấp lần so với vật liệu thường cắt kim cương, gấp lần vật liệu khác với màng phủ Vậy ta nhận thấy rằng, kích thước hạt chất độn nhỏ, với diện tích bề mặt mật độ hạt chất độn có lớp bề mặt đơi với chất độn kích thước nhỏ cao nhiều so với hạt độn có kích thước lớn, tương tác chất độn-nền tăng, vật liệu có khả chống chày xước cao hơn, nhiên vấn đề phân bố chất độn đồng khối hỗn hợp khó khăn kích thước hạt chất độn nhỏ kết tụ lại với lớn V Độ bền mỏi Chất độn ảnh hưởng đến tính đàn hồi vật liệu, ảnh hưởng đến độ bền mỏi Chúng ta đề cập đến vấn đề sau : • Yếu tố ảnh hưởng kháng mỏi • Cơ chế suy giảm độ bền mỏi chất độn • Ảnh hưởng chất độn việc tăng cường độ bền mỏi Định luật Paris quan hệ tốc độ phát triển vết phá hủy mức độ mỏi: a: độ dài vết phá hủy 22 N: Số chu kỳ C,m: Hằng số phụ thuộc vật liệu ∆K= Kmax - Kmin, khoảng hệ số độ mỏi Giá trị số C m không kèm theo ý nghĩa vật lý riêng ∆K tăng lên lượng chất độn tăng Điều chất độn tăng độ bền mỏi.Dữ liệu phát triển vết phá hủy thu với máy kiểm tra độ bền kéo hoạt động chế độ tuần hoàn với kết hợp phần mềm/phần cứng có khả xác định chiều dài vết phá hủy khoảng chu kỳ Phương trình sau dùng để tính tốn: n: số lần lặp Hình H.12 kết vài nghiên cứu Việc cộng thêm vào bề mặt hạt thủy tinh xử lý đòi hỏi ứng suất thực tế cao để hỗ trợ tốc độ phát triển giống vết nứt so với epoxy nguyên chất Độ kết dính tốt khả phân phối lực đóng vai trị quan trọn việc cải thiện tính chất H.12 Crack growth rate of epoxy with and without glass beads vs stress intensity factor Nhân tố khác quan trọng việc nghiên cứu kháng mỏi liên quan đến việc phân tán lượng Nội vật liệu phải phân tán Năng lượng phân tán tính phương trình : 23 Hình 13 cho thấy khác biệt tác động vật liệu có chất độn khơng có chất độn Đó khác biệt lớn lượng hai hệ gia cường cacbon đen Các hệ độn khác phản ứng chúng trước lực liên tục tác động vào Ở hệ chất độn, Tính chất khơng tuyến tính theo dõi với mức lượng liên quan đến chu kỳ Cái ảnh hưởng đến hiệu phân tán lượng hình thành liên kết ngang Hiệu ứng làm mềm tượng liên quan đến chất độn gia cường Khi vật liệu biến dạng đến mức căng định, trở ban đầu bị kéo căng lần thứ hai đường cong biến dạng lần nằm đường cong thứ Có vài lí cho tượng này,bao gồm hồi phục đàn hồi khơng hồn tồn,sự đảo pha từ cứng sang mềm, phá vỡ mạng lưới, trượt cửa chuỗi từ điểm tách rời Hình 13.Modun cao su nitril có khơng có than đen Phương trình biểu diễn mát lượng biến dạng ∆W : lượng biến dạng mát σ : giá trị ứng suất chu kỳ ( biến dạng) 24 Ɛ : biến dạng tối đa σ0 : giá trị ứng suất chu kỳ đầu Phương trình Mooney-Rivlin thường sử dụng để giải thích kết thí nghiệm liên quan đến Hiệu ứng làm mềm: g(Ɛ) = +(C2/C1)*(1/ƛ) Trong đó: g(Ɛ) Hàm tắt dần ( dựa thực tế phản ứng vật liệu khơng cịn tỉ lệ thuận với biến dạng ) C1 số đàn hồi (thước đo độ kết nối thành phần mạng lưới) C2 số hồi phục ứng suất (đóng góp tập trung đến modun cân bằng) ƛ tỉ lệ giãn nở Quá trình phá hủy diễn theo bước: xuất vết phá hủy phát triển vết phá hủy Những ví dụ vài ví dụ đưa thêm chất độn vào giúp can thiệp vào bước phát triển vết phá hủy Những chất độn không đồng với góp phần tạo phát triển vết phá hủy Trong phương diện này, tính chất quan trọng Nếu có đặc tính giòn, độ bền mỏi phụ thuộc vào việc xuất vết phá hủy Một xuất vết phá hủy q trình phát triển nhanh Trong có tính mềm dẻo, có sức kháng mỏi lớn để phát triển vết phá hủy, xuất vị trí có vết nứt khơng gây bất lợi cho toàn kháng mỏi Sự bám dính chất độn đặc tính định ảnh hưởng chất độn xuất vết phá hủy Sự phát triển vết phá hủy bị ảnh hưởng chất chất độn tương tác với Hình.14 cho thấy chế hạt chất độn làm chậm trình phát triển vết phá hủy Mặt trước vết phá hủy tiến đến hạt chất độn có độ kết dính tốt tới Mặt trước vết phá hủy phát triển chậm lại hạt chất độn tương tác chúng tới vùng ứng suất đỉnh Sự hình thành tập trung khoảng trống thường kèm với phá hủy từ hạt độn mặt trước vết phá hủy phát triển tiếp tục [H.14] 25 H.14 Crack front propagation slowed down by a pinning mechanism Hình.16 cho thấy số liệu thực nghiệm từ nguồn khác xác nhận chế ghim Trong vật liệu có chất độn bám dính tố với nền, để phát triển vết phá hủy cần có ứng suất tác động vào mẫu cao nhiều so với vật liệu có hạt chất độn bám dính với ( từ Eq) Hình 16.Ảnh hưởng gắn kết lên tốc độ phát triển vết nứt HDPE độn cao lanh Hình.17 cho thấy ảnh hưởng phát triển vết phá hủy toàn hạt chất độn Vết nứt phát triển bị cản trở chế ghim ứng suất nhỏ độ bám dính ngoại độ bám dính nội hạt chất độn Nếu ứng suất cao độ bám dính nội hạt chất độn hạt bị vỡ Các chứng thực nghiệm hoạt động chế đưa hình [7.31] 26 H.17 Crack growth mechanism Cơ chế kết dính sợi đưa hình 8.47 Có nhiều giai đoạn, bao gồm kết dính, hình thành khoảng trống, tập hợp, cuối hình thành vết phá hủy Bởi có ứng suất lớn xung quanh điểm cuối sợi, Mất kết dính có nhiều khả xảy chỗ Có chứng thực từ nghiên cứu SEM xác nhận chế xảy composites H.18 Failure mechanism in fiber reinforce system Một vài ví dụ minh họa ảnh hưởng chất độn lên kháng mỏi Hình.19 cho thấy chiều dài vết phá hủy phụ thuộc vào số chu kỳ Bột Talc tăng thời gian phá hủy lên khoảng 50% Quá trình hình thành phát triển vết phá hủy cải thiện cách thêm vào bột Talc 27 Hình.19 Độ dài vết phá hủy số chu kỳ PC/ABS độn talc Hình.20 ảnh hưởng mật độ chất độn tới độ bền mỏi Sự mát trọng lượng suốt trình tác dụng lực theo chu kỳ gây phản ứng lại mảnh ion với mạch polyme Kết phản ứng mẫu bay biến Trong thí nghiệm này, mẫu thực đến 60 lần H.20 Weight loss vs filler amount in PDMS HÌnh.20 kết nghiên cứu tương tự cho chất độn khác PDMS Trong phần lớn trường hợp, Modun Young tăng lên composite có độn làm giảm mát khối lượng Điều lần ảnh hưởng tương tác khả chịu phá hủy 28 H.20 Weight loss vs filler type VI Sự phá hủy bên vật liệu composite Các nhận xét sau đánh giá dựa ảnh ảnh hưởng tương (hiệu ứng) liên quan đến chất độn đến phá hủy vật liệu Có vài lí cho phá hủy chất dẻo liên quan đến chất độn Bao gồm tượng tách lớp của vật liệu composites dạng phiến mỏng, kết dính vật liệu đc độn dạng hạt Phân tích phá hủy ống composite cho thấy phần lớn vấn đề có liên quan đến bó sợi - ngăn cản thấm ướt sợi, độ xốp nhựa cho phép thâm nhập vào composite chất lỏng ăn mòn, thiếu kết dính ngoại chất độn Tất phá hủy giảm đáng kể thời gian sử dụng kéo dài sử dụng kỹ thuật thích hợp Độ xốp cao lớp kết dính tăng tốc độ ăn mịn, làm giảm độ bền ban đầu sợi 1/3 khoảng 10 năm Với bảo vệ sợi tốt, độ bền học giảm 30% Hình.21 22 khác biệt tính chất PP độn hạt thủy tinh nhiệt độ khác Trong tất trường hợp, kết dính chất độn địi hỏi mức lượng thấp có thể,cái mà gần kiểu phá hủy Phần thể tích chất độn có ảnh hưởng việc kết dính, tạo khoảng 29 trống, đàn hồi 0oC Ở -60oC, Đàn hồi cải thiện việc tăng mật độ chất độn, kết dính bắt đầu điểm cực bắt đầu đàn hồi chất dẻo mà cuối dẫn đến phá hủy Sức căng đòi hỏi phá hủy ban đầu bị cắt giảm mà mật độ độn tăng lên H.21 Global stress vs volume fraction of glass beads in polypropylene at -600V 30 H.22 Global stress vs volume fraction of glass beads in polypropylene at 00C Sự kết dính ngoại chất độn có ảnh hưởng vô quan trọng với chế phá hủy Trong Polyeste độn hạt quartz, hạt quarz khơng kết hợp (kết dính ngoại thấp) bị tách từ hạt quartz hướng phát triển cũ vết phá hủy Các hạt Quartz kết hợp Silane đưa nhiều ví dụ vết phá hủy hạt theo hướng phát triển cũ vết phá hủy Rõ ràng , lực kết dính ngoại cao lực kết dính nội thân vật liệu độn Trong polymer blend, phân bố chất độn hai hay nhiều polyme gây ảnh hưởng đến phá hủy kéo, phá hủy xé, phá hủy mỏi Ví dụ, than đen phân bố hai pha tuổi thọ lớn 30% so với than đen phân tán pha Đồng thời, phân bố than đen làm tăng độ kháng mỏi VII Độ bám dính Phần trình bày liệu có sẵn dựa độ bám dính nhựa với loại bề mặt liên quan đến mật độ chất độn Độ bám dính chất độn bàn luận mục khác Hình.23 cho thấy ảnh hưởng silica hóa độ bám dính silicone silant Cái ứng dụng đặc biệt độ bám dính silicone silant cải thiện silanes Việc tăng diện tích bề mặt 31 silica hóa có liên quan đến việc tăng mật độ nhóm chức bề mặt, cải thiện liên quan đến ảnh hưởng silane chất độn H.23 Effect of fumed silica surface area on peel adhesion of silicone sealant Trong ứng dụng cụ thể chất kết dính nóng chảy, lựa chọn chất độn có ảnh hưởng đến độ bám dính (Hình 8.54) dạng hình cầu tăng kết dính so sánh với kết dính khơng độn (K-20, S-22, Z-light, ML 3050) Loại ( K-20, S-22) vi cầu rỗng có tỉ trọng thấp Hai loại có tỷ trọng( mật độ) thấp thủy tinh có thành dày Ba loại chất độn ( CaCO 3, Zeospheres, aluminum) sản phẩm rắn Các chất độn làm giảm độ bám dính có độ dẫn nhiệt cao đáng kể so với chất độn làm tăng tính bám dính Từ nghiên cứu cấu hình tinh thể, rõ ràng thời gian kết tinh lâu cho phép mạng để định hướng bề mặt, kết bám dính tốt 32 MỤC LỤc Trang I Năm chế phá hủy vật liệu composite…………………………………… 1 Cơ chế 1……………………………………………………………….….1 Cơ chế B……………………………………………………………… Cơ chế C……………………………………………………………….…3 Cơ chế D………………………………………………………………….4 Cơ chế E……………………………………………………………… II Sự ảnh hưởng số yếu tố đến độ bền compozit……………… III Độ bền ma sát bền mài mòn vật liệu polymer…………… … 10 Độ bền ma sát………………………………………………………… 10 Độ bền mài mòn……………………….…………………………….….12 IV Bền chày xước…………………………………… ………………….… 16 V Độ bền mỏi…………………………………………………………….… 18 VI Sự phá hủy bên bật liệu composite……………………………… 25 VII Độ bám dính……………………………………………………….…… 27 33 ... thuộc vào tỉ lệ chất độn, loại chất độn vật liệu Bảng cung cấp số ví dụ tỉ lệ chất độn ảnh hưởng tới hệ số ma sát vật liệu ( hệ số ma sát động) Bảng Hệ số ma sát số chất dẻo 14 Polyme Chất độn. .. suất vào hay số đại phân tử đó.Việc chất độn đưa vào polymer có ảnh hưởng tới thay đổi tính chất, mà rõ tính chất học polymer phụ thuộc vào nhiều yếu tố Sau vài yếu tố đó: chất hóa học chất độn polymer, ... chất độn vào, nhằm lấp đầy tối đa chỗ trống Khi chất độn đưa vào, lực tương tác chất độn xảy ra, tương tác giúp vật liệu bền nhờ chất độn gánh bớt phần lượng vật liệu chịu lực tác động chất độn