CHƯƠNG 7 vật LIỆU COMPOSITE

CHƯƠNG VẬT LIỆU COMPOSITE (VẬT LIỆU TỔ HỢP) 7.1 Khái niệm tính chất 7.1.1 Khái niệm Vật liệu composite vật liệu tổ hợp từ hai nhiều loại vật liệu khác Vật liệu tạo thành có tính chất ưu việt nhiều so với loại vật liệu thành phần riêng rẽ Về mặt cấu tạo, vật liệu composite bao gồm hay nhiều pha gián đoạn phân bố pha liên tục Nếu vật liệu có nhiều pha gián đoạn ta gọi composite hổn tạp Pha gián đoạn thường có tính chất trội pha liên tục Pha liên tục gọi (matrice) Pha gián đoạn gọi cốt hay vật liệu gia cường (reenforce) Cơ tính vật liệu composite phụ thuộc vào đặc tính sau đây: - Cơ tính vật liệu thành phần Các vật liệu thành phần có tính tốt vật liệu composite có tính tốt tốt tính chất vật liệu thành phần - Luật phân bố hình học vật liệu cốt Khi vật liệu liệu cốt phân bố không đồng đều, vật liệu composite bị phá huỷ trước hết nơi cít vật liệu cốt Với composite cốt dợi, phương sợi định tính dị hướng vật liệu, điều chỉnh tính dị hướng theo ý muốn để chế tạo vật liệu phương án công nghệ phù hợp với yêu cầu - Tác dụng tương hỗ vật liệu thành phần Vật liệu cốt phải liên kết chặt chẽ với có khả tăng cường bổ sung tính chất cho Ví dụ liên kết cốt thép xi măng bê tông 7.1.2 Phân loại a) Phân loại theo hình dạng Composite sợi, composite vảy, composite hạt, composite điền đầy, composite phiến b) Phân loại theo chất vật liệu thành phần - Composite hữu cơ: nhựa hữu cơ, cốt thường sợi hữu sợi khoáng sợi kim loại - Composite kim loại: kim loại titan, nhôm, đồng, cốt thường sợi kim loại sợi khoáng B, C, SiC - Composite gốm: loại vật liệu gốm, cốt sợi hạt kim loại hạt gốm 7.2 Vật liệu thành phần composite 7.2.1 Vật liệu a) Nhựa phênolformaldehyt b) Nhựa êpoxy c) Nhựa polyeste d) Các loại nhựa khác 7.2.2 Vật liệu gia cường a) Cốt dạng sợi b) Cốt dạng vải c) Cốt dạng hạt 7.2.3 Vùng chuyển tiếp composite Vùng trung gian vùng tiếp xúc cốt và thường yếu tố có tính định đến tính chất học thuộc tính khác composite Vùng trung gian nơi chuyển tải trọng từ sang cốt nên tác động tác động đến độ bền Có nhiều yếu tố tác động đến thành phần thể tích vùng chuyển tiếp Đầu tiên, tính thấm ướt, tức pha trạng thái lỏng phải dễ dàng thấm ướt pha gia cường trước đóng rắn Nhưng thực tế khơng phải lúc có liên kết - cốt lý tưởng chất hoá lý vật liệu khác Trong trường hợp này, cần phải thêm chất thấm ướt để cải thiện khả thấm ướt cốt - 7.2.4 Các chất phụ gia Là vật liệu liệu nhằm cải thiện số tính chất composite như: - Tính dẫn điện, dẫn nhiệt: thường dùng bột, sợi vảy kim loại Fe, CU, Al,… bi tráng kim loại - Bôi trơn dỡ khuôn - Tạo màu - Chống co ngót 7.3 Composite nhựa Các loại nhựa êpoxy, phênolformaldehyt, polyeste… có tính thấm ướt tốt vật liệu gia cường dạng hữu cơ, công đoạn trộn nhựa với cốt thuận lợi đơn giản Riêng cốt vật liệu vô cơ, ví dụ loại sợi gốm, có tính thấm ướt nên trước trộn phải có công đoạn bọc thấm lên cốt Đối với dạng vải, có nhiều cách để chế tạo bán thành phẩm Ví dụ, nhúng vải vào thùng nhựa xếp thành lớp tiến hành ép, trải lớp vải vào lịng khn phun qt nhựa, lại trải vải, lại quét nhựa… Lặp lại quy trình đạt chiều dày yêu cầu 7.4 Composite kim loại Trong vật liệu composite kim loại, thường dùng nhiều kỹ thuật vật liệu tổ hợp kim loại màu tính chất ưu việt mà kim loại đen khơng có được, ví dụ nhẹ, bền nhiệt độ cao, chịu mài mịn tốt… cơng nghệ chế tạo lại đơn giản Một số loại sau 7.4.1 Composite nhôm cốt hạt 7.4.2 Composite nhôm cốt sợi 7.4.3 Composite đồng hạt thép 7.5 Composite gốm Vật liệu composite gốm (ceramic matrix composite, CMC) nghiên cứu sử dụng rộng rãi nhằm khắc phục nhược điểm vật liệu gốm nguyên khối, tính dịn cố hữu khả ứng dụng hạn chế vật liệu gốm nguyên khối Vật liệu composite gốm thường dùng để chế tạo chi tiết làm việc môi trường khắc nghiệt như: động tên lửa động phản lực, động khí nhà máy lượng, vỏ cách nhiệt tàu khơng gian, lớp lót buồng phản ứng nấu chảy, phanh máy bay, lò nhiệt luyện… mơi trường làm việc có nhiệt độ cao khó làm nguội chất lỏng thông thường Mặt khác, thay siêu hợp hợp kim vật liệu gốm composite tiết kiện nhiều khối lượng, điều vô quan trọng ngành hàng không vũ trụ Trong composite gốm, vật liệu cốt cốt dạng không liên tục kiểu hạt, sợi ngắn lát vụn Cũng dùng cốt liên tục dạng sợi Trong trường hợp cốt gián đoạn, việc tăng độ bền độ dai va đập tăng đến giới hạn đủ để sử dụng Một ví dụ composite gốm sợi vụn dùng lĩnh vực dụng cụ cắt composite SiC/Si3N4, SiC pha gia cường, cịn Si3N4 đóng vai trị vật liệu Vật liệu composite∗ Lê Văn Tám This work is produced by Thu vien Hoc Lieu Mo Viet Nam and licensed under the Creative Commons Attribution License † Tóm tắt nội dung Vật liệu composite Vật liệu composite, gọi Vật liệu compozit hay composite vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác tạo lên vật liệu có tính hẳn vật liệu ban đầu, vật liệu làm việc riêng rẽ Lịch sử Những vật liệu compozit đơn giản có từ xa xưa Khoảng 5000 năm trước công nguyên người biết trộn viên đá nhỏ vào đất trước làm gạch để tránh bị cong vênh phơi nắng Điền hình compozit hợp chất dùng để ướp xác người Ai Cập Chính thiên nhiên tạo cấu trúc composite trước tiên, thân gỗ, có cấu trúc composite, gồm nhiều sợi xenlulo dài kết nối với licnin Kết liên kết hài hoà thân vừa bền dẻo- cấu trúc composite lý tưởng Người Hy Lạp cổ biết lấy mật ong trộn với đất, đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng Và Việt Nam, truyền lại cách làm nhà bùn trộn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khô tạo lớp vật liệu cứng, mát mùa hè ấm vào mùa đông Mặc dù composite vật liệu có từ lâu, ngành khoa học vật liệu composite hình thành gắn với xuất cơng nghệ chế tạo tên lửa Mỹ từ năm 1950 Từ đến nay, khoa học cơng nghệ vật liệu composite phát triển toàn giới có thuật ngữ "vật liệu mới" đồng nghĩa với "vật liệu composite" Thành phần cấu tạo Nhìn chung, vật liệu composite gồm hay nhiều pha gián đoạn phân bố pha liên tục (Pha loại vật liệu thành phần nằm cấu trúc vật liệu composite.) Pha liên tục gọi vật liệu (matrix), thường làm nhiệm vụ liên kết pha gián đoạn lại Pha gián đoạn gọi cốt hay vật liệu tăng cường (reinforcement) trộn vào pha làm tăng tính, tính kết dính, chống mịn, chống xước 2.1 Thành phần cốt Nhóm sợi khống chất: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm; nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil Các nhóm sợi khác phổ biến hơn: sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ dừa, ; sợi gốc khoáng chất: sợi Amiăng, sợi Silic, ; sợi nhựa tổng hợp: sợi polyeste (tergal, dacron, térylène, ), sợi polyamit, ; sợi kim loại: thép, đồng, nhôm, 2.1.1 Sợi thuỷ tinh Sợi thủy tinh, kéo từ loại thủy tinh kéo sợi (thủy tinh dệt), có đường kính nhỏ vài chục micro mét Khi sợi nhược điểm thủy tinh khối, như: giòn, dễ nứt gẫy, mà trở nên có nhiều ưu điểm học Thành phần thủy tinh dệt chứa thêm khống chất như: silic, nhơm, magiê, tạo loại sợi thủy tinh khác như: sợi thủy tinh E (dẫn điện tốt), sợi thủy tinh D (cách điện tốt), sợi thủy tinh A (hàm lượng kiềm cao), sợi thủy tinh C (độ bền hóa cao), sợi thủy tinh R sợi thủy tinh S (độ bền học cao) Loại thủy tinh E loại phổ biến, loại khác thường (chiếm 1%) sử dụng ứng dụng riêng biệt 2.1.2 Sợi Bazan 2.1.3 Sợi hữu Các loại sợi hữu phổ biến: * Sợi kenvlar cấu tạo từ hợp chất hữu cao phân tử aramit, gia công phương pháp tổng hợp nhiệt độ thấp (-10 ◦C), kéo thành sợi dung dịch, cuối sử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi Sợi kenvlar tất sợi làm từ aramit khác như: Twaron, Technora, có giá thành thấp sợi thủy tinh tính lại thấp hơn: loại sợi aramit thường có độ bền nén, uốn thấp dễ biến dạng cắt lớp 2.1.4 Sợi Cacbon Sợi cacbon sợi graphit (than chì), có cấu trúc tinh thể bề mặt, tạo thành lớp liên kết với nhau, cách khoảng 3,35 A◦ Các nguyên tử cacbon liên kết với nhau, mặt phẳng, thành mạng tinh thể hình lục lăng, với khoảng cách nguyên tử lớp 1,42 A◦ Sợi cacbon có tính tương đối cao, có loại gần tương đương với sợi thủy tinh, lại có khả chịu nhiệt cực tốt 2.1.5 Sợi Bor Sợi Bor hay Bore (ký hiệu hóa học B), dạng sợi gốm thu nhờ phương pháp kết tủa Sản phẩm thương mại loại sợi dạng: dây sợi dài gồm nhiều sợi nhỏ song song, băng tẩm thấm dùng để quấn ống, vải đồng phương 2.1.6 Sợi Cacbua Silic Sợi Cacbua Silic (cơng thức hóa học là: SiC) loại sợi gốm thu nhờ kết tủa 2.1.7 Sợi kim loại 2.1.8 Sợi ngắn hạt phân tán 2.1.9 Cốt vải Cốt vải tổ hợp thành bề mặt (tấm), vật liệu cốt sợi, thực công nghệ dệt Các kỹ thuật dệt vải truyền thống thường hay dùng là: kiểu dệt lụa trơn, kiểu dệt xa tanh, kiểu dệt vân chéo, kiểu dệt vải mô đun cao, kiểu dệt đồng phương Kiểu dệt cách đan sợi, hay gọi kiểu chéo sợi Kỹ thuật dệt cao cấp cịn có kiểu dệt đa phương như: bện, tết, kiểu dệt thể tích tạo nên vải đa phương 2.2 Vật liệu 2.2.1 Chất liệu polyme nhiệt rắn Nhựa polyeste nhóm nhựa cô đặc như: nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amin, nhựa epoxy http://voer.vn/content/m44302/1.1/ Thu vien Hoc Lieu Mo Viet Nam module: m44302 2.2.2 Chất liệu polyme nhiệt dẻo Nền vật liệu nhựa nhiệt dẻo như: PVC, nhựa polyetylen, nhựa polypropylen, nhựa polyamit, 2.2.3 Chất liệu cacbon 2.2.4 Chất liệu kim loại Vật liệu compozit kim loại có modun đàn hồi cao lên tới 110 GPa Do địi hỏi chất gia cường có modun cao Các kim loại sử dụng nhiều là: nhôm, niken, đồng Phân loại vật liệu composite 3.1 Vật liệu composite polyme 3.2 Vật liệu composite cacbon-cacbon Đây vật liệu cacbon cốt sợi cacbon 3.3 Vật liệu composite gốm Vật liệu composite gốm (ceramic matrix composite, CMC) nghiên cứu sử dụng rộng rãi nhằm khắc phục nhược điểm vật liệu gốm nguyên khối, tính dịn cố hữu khả ứng dụng hạn chế vật liệu gốm nguyên khối Vật liệu composite gốm thường dùng để chế tạo chi tiết làm việc môi trường khắc nghiệt như: động tên lửa động phản lực, động khí nhà máy lượng, vỏ cách nhiệt tàu khơng gian, lớp lót buồng phản ứng nấu chảy, phanh máy bay, lò nhiệt luyện… mơi trường làm việc có nhiệt độ cao khó làm nguội chất lỏng thơng thường Mặt khác, thay siêu hợp hợp kim vật liệu gốm composite tiết kiện nhiều khối lượng, điều vô quan trọng ngành hàng không vũ trụ Trong composite gốm, vật liệu cốt cốt dạng khơng liên tục kiểu hạt, sợi ngắn lát vụn Cũng dùng cốt liên tục dạng sợi Trong trường hợp cốt gián đoạn, việc tăng độ bền độ dai va đập tăng đến giới hạn đủ để sử dụng Một ví dụ composite gốm sợi vụn dùng lĩnh vực dụng cụ cắt composite SiC/Si3N4, SiC pha gia cường, cịn Si3N4 đóng vai trị vật liệu 3.4 Vật liệu composite kim loại 3.5 Vật liệu composite tạp lai 3.6 Theo chất vật liệu cốt * Composite hữu cơ: composite giấy (cáctông), composite nhựa, nhựa đường, cao su (tấm hạt, sợi, vải bạt, vật liệu chống thấm, lốp ô tô xe máy), Loại thường kết hợp với dạng cốt liệu, như: sợi hữu (polyamit, kevlar (là sợi aramit tính cao), ), sợi khoáng (sợi thủy tinh, sợi cacbon, ), sợi kim loại (Bo, nhôm, ) Vật liệu composite hữu chịu nhiệt độ tối đa khoảng 200 ÷ 300 ◦C * Composite khống chất: bê tông, bê tông cốt thép, composite gốm, composite cacbon - cacbon Thường loại kết hợp với cốt dạng: sợi kim loại (Bo, thép, ), hạt kim loại (chất gốm kim), hạt gốm (gốm cacbua, gốm Nitơ, ) * Composite kim loại: hợp kim titan, hợp kim nhôm, Thường kết hợp với cốt liệu dạng: sợi kim loại (Bo, ), sợi khoáng (cacbon, SiC, ) Composit kim loại hay khống chất chịu nhiệt độ tối đa khoảng 600 ÷ 1.000 ◦C (nền gốm tới 1.000 ◦C) 3.7 Theo hình dạng cốt liệu 3.7.1 Vật liệu composite cốt sợi Sợi loại vật liệu có chiều kích thước (gọi chiều dài) lớn nhiều so với hai chiều kích thước khơng gian cịn lại Theo hai chiều chúng phân bố gián đoạn vật liệu composite, theo chiều dài chúng dạng liên tục hay gián đoạn Ta thường thấy loại vật liệu cốt sợi gắn liền với từ composite tên gọi Các sản phẩm composite dân dụng thường chế tạo từ loại vật liệu composite cốt sợi, nhựa chủ yếu 3.7.2 Vật liệu composite cốt hạt Hạt loại vật liệu gián đoạn, khác sợi khơng có kích thước ưu tiên Loại vật liệu composite cốt hạt phổ biến bê tông, thường lại gọi ngắn gọn bê tông, nên ta thường thấy gọi composite lại vật liệu composite cốt sợi 3.7.3 Vật liệu composite cốt hạt sợi Bê tông loại composite (hay compozit) khống chất Khi bê tơng kết hợp với cốt thép tạo nên bê tông cốt thép, đá nhân tạo tạo thành từ xi măng vật liệu nền, cốt liệu bê tông cát vàng đá dăm cốt hạt, cịn cốt thép bê tông cốt sợi la gi Công nghệ chế tạo 4.1 Công nghệ khuôn tiếp xúc * Lát tay * Phun * Lát máy 4.2 Công nghệ khuôn với diaphragm đàn hồi * Khuôn chân không * Khuôn chân không- autoclave * Khuôn ép diaphragm 4.3 Công nghệ tẩm áp lực * Tẩm áp lực điều kiện thường * Tẩm áp lực chân không 4.4 Công nghệ dập khuôn * Dập trực tiếp * Dập đúc * Dập ép nóng 4.5 Cơng nghệ quấn * Các phương pháp công nghệ * Máy quấn 4.6 Công nghệ pulltrusion Một số sản phẩm từ vật liệu composite * Vỏ động tên lửa * Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ * Bình chịu áp lực cao * Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp lớp (Sử dụng công nghệ ướt Nga tiêu chuấn sản xuất ống dẫn xăng, dầu) * Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay gọi ống nhựa cốt sợi thủy tinh); * Ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất composite; * Ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngậm mặn, nhiễm phèn; * Vỏ bọc loại bồn bể, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, trang trí nội thất, panell composite; * Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng; * Hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ cilicon, sứ epoxy loại sứ chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ thiết bị điện, chống sét, cầu chì; * Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp; http://voer.vn/content/m44302/1.1/ Thu vien Hoc Lieu Mo Viet Nam module: m44302 * Vỏ tầu thuyền composite (vỏ lãi) * Thùng rác công cộng * Mơ hình đồ chơi trẻ em CẤU TẠO CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE – Polymer Là chất kết dính, tạo mơi trường phân tán, đóng vai trị truyền ứng suất sang độn có ngoại lực tác dụng lên vật liệu Có thể tạo thành từ chất hỗn hợp nhiều chất trộn lẫn cách đồng tạo thể liên tục Trong thực tế, người ta sử dụng nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo làm polymer nền: • Nhựa nhiệt dẻo: PE, PS, ABS, PVC…độn trộn với nhựa, gia công máy ép phun trạng thái nóng chảy • Nhựa nhiệt rắn: PU, PP, UF, Epoxy, Polyester không no, gia công áp suất nhiệt độ cao, riêng với epoxy polyester khơng no tiến hành điều kiện thường, gia công tay (hand lay- up method) Nhìn chung, nhựa nhiệt rắn cho vật liệu có tính cao nhựa nhiệt dẻo • Một số loại nhựa nhiệt rắn thông thường: Polyester Nhựa polyester sử dụng rộng rãi công nghệ composite, Polyester loại thường loại không no, nhựa nhiệt rắn, có khả đóng rắn dạng lỏng dạng rắn có điều kiện thích hợp Thơng thường người ta gọi polyester không no nhựa polyester hay ngắn gọn polyester Polyester có nhiều loại, từ acid, glycol monomer khác nhau, loại có tính chất khác Chúng khác loại nhựa UPE khác nhau, phụ thuộc chủ yếu vào yếu tố : Thành phần nguyên liệu (loại tỷ lệ tác chất sử dụng) Phương pháp tổng hợp Trọng lượng phân tử Hệ đóng rắn (monomer, chất xúc tác, chất xúc tiến) Hệ chất độn Bằng cách thay đổi yếu tố trên, người ta tạo nhiều loại nhựa UPE có tính chất đặc biệt khác tùy thuộc vào u cầu sử dụng Có hai loại polyester thường sử dụng cơng nghệ composite Nhựa orthophthalic cho tính kinh tế cao, sử dụng rộng rãi Còn nhựa isophthalic lại có khả kháng nước tuyệt vời nên xem vật liệu quan trọng công nghiệp, đặc biệt hàng hải Đa số nhựa polyester có màu nhạt, thường pha loãng styrene Lượng styrene lên đến 50% để làm giảm độ nhớt nhựa, dễ dàng cho q trình gia cơng Ngồi ra, styrene cịn làm nhiệm vụ đóng rắn tạo liên kết ngang phân tử mà khơng có tạo thành sản phẩm phụ Polyester cịn có khả ép khn mà khơng cần áp suất Polyester có thời gian tồn trữ ngắn tượng tự đóng rắn sau thời gian Thơng thường, người ta thêm vào lượng nhỏ chất ức chế trình tổng hợp polyester để ngăn ngừa tượng Nhà sản xuất cung cấp nhựa dạng tự nhiên hay có dùng số phụ gia Nhựa sản xuất để cần cho xúc tác vào sử dụng Như đề cập trên, cần phải có thời gian để polyester tự đóng rắn Tốc độ trùng hợp chậm cho mục đích sử dụng, cần dùng chất xúc tác chất xúc tiến để đạt độ trùng hợp nhựa khoảng thời gian Khi đóng rắn, polyester cứng có khả kháng hố chất Q trình đóng rắn hay tạo kết ngang gọi q trình Polymer hóa Đây phản ứng hố học có chiều Cấu trúc không gian cho phép nhựa chịu tải mà khơng bị giịn Cần phải chuẩn bị hỗn hợp nhựa trước sử dụng Nhựa phụ gia khác phải phân tán trước cho xúc tác vào Phải khuấy cẩn thận để loại bỏ bọt khí nhựa ảnh hưởng q trình gia cơng Điều quan trọng bọt khí cịn nhựa ảnh hưởng tính chất lý, làm cấu trúc sản phẩm bị yếu Cần phải ý việc dùng xúc tác xúc tiến với hàm lượng vừa đủ cho vật liệu tính chất tốt Nếu nhiều xúc tác làm trình gel hố xảy nhanh hơn, ngược lại, xúc tác q trình đóng rắn bị chậm lại Vinylester Vinylester có cấu trúc tương tự polyester, điểm khác biệt chủ yếu với polyester vị trí phản ứng, thường cuối mạch phân tử vinyl ester có kết đơi C=C hai đầu mạch mà thơi Tồn chiều dài mạch phân tử sẵn chịu tải, nghĩa vinylester dai đàn hồi polyester Vinylester có nhóm ester polyester, nhóm ester dễ bị thủy phân, tức vinylester kháng nước tốt polyester khác, thường ứng dụng làm ống dẫn bồn chứa hoá chất Khi so sánh với polyester số nhóm ester vinyl ester hơn, nghĩa vinyl ester bị ảnh hưởng phản ứng thủy phân Thường dùing vật liệu lớp phủ bên cho sản phẩm ngập nước, vỏ ngồi tàu, thuyền Cấu trúc đóng rắn vinyl ester có khuynh hướng dai polyester, để đạt tính chất này, nhựa cần nhiệt độ cao sau đóng rắn Epoxy Epoxy đại diện cho số nhựa có tính tốt Nói chung, epoxy có tính lý, kháng mơi trường hẳn nhựa khác, loại nhựa sử dụng nhiều chi tiết máy bay Với tính chất kết dính khả kháng nước tuyệt vời mình, epoxy lý tưởng để sử dụng ngành đóng tàu, lớp lót cho tàu chất lượng cao lớp phủ bên vỏ tàu hay thay cho polyester dễ bị thủy phân nước gelcoat Nhựa epoxy tạo thành từ mạch phân tử dài, có cấu trúc tương tự vinylester, với nhóm epoxy phản ứng vị trí cuối mạch Nhựa epoxy khơng có nhóm ester, khả kháng nước epoxy tốt Ngoài ra, có hai vịng thơm vị trí trung tâm nên nhựa epoxy chịu ứng suất nhiệt tốt mạch thẳng, vậy, epoxy cứng, dai kháng nhiệt tốt Nhựa epoxy, ta dùng chất đóng rắn để tạo mạng khơng gian ba chiều Chất đóng rắn ưa sử dụng amine, cho vào epoxy, lúc chúng xảy phản ứng hoá học Thường nhóm epoxy phản ứng kết khối với nhóm amine, tạo cấu trúc phân tử ba chiều phức tạp Amine kết hợp với epoxy theo tỉ lệ định, yếu tố quan trọng việc trộn tỉ lệ đảm bảo cho phản ứng xảy hồn tồn Nếu tỉ lệ trộn khơng nhựa chưa phản ứng chất đóng rắn cịn dư hỗn hợp ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm sau đóng rắn Để đảm bảo tỉ lệ phối trộn xác, nhà sản xuất thường cơng thức hố thành phần đưa tỉ lệ trộn đơn giản cách đo khối lượng hay thể tích chúng Cả nhựa epoxy lỏng tác nhân đóng rắn có độ nhớt thấp thuận lợi q trình gia cơng Epoxy đóng rắn dễ dàng nhanh chóng nhiệt độ phòng từ 5-150oC, tuỳ cách lựa chọn chất đóng rắn Một ưu điểm bật epoxy co ngót thấp đóng rắn Lực kết dính, tính chất lý epoxy tăng cường tính cách điện khả kháng hố chất Ứng dụng epoxy đa dạng, dùng làm: keo dán, hỗn hợp xử lý bề mặt, hỗn hợp đổ, sealant, bột trét, sơn 2 – Chất độn( cốt) Đóng vai trị chất chịu ứng suất tập trung độn thường có tính chất lý cao nhựa Người ta đánh giá độn dựa đặc điểm sau: • Tính gia cường học • Tính kháng hố chất, mơi trường, nhiệt độ • Phân tán vào nhựa tốt • Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt • Thuận lợi cho q trình gia cơng • Giá thành hạ, nhẹ • Tuỳ thuộc vào yêu cầu cho loại sản phẩm mà người ta chọn loại vật liệu độn cho thích hợp Có hai dạng độn: • Độn dạng sợi: sợi có tính lý hố cao độn dạng hạt, nhiên, sợi có giá thành cao hơn, thường dùng để chế tạo loại vật liệu cao cấp như: sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi Bo, sợi cacbua silic, sợi amide… • Độn dạng hạt: thường sử dụng : silica, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim loại, độn khoáng, cao lanh, đất sét, bột talc, hay graphite, carbon… khả gia cường tính chất độn dạng hạt dược sử dụng với mục đích sau: - Giảm giá thành - Tăng thể tích cần thiết độn trơ, tăng độ bền lý, hoá, nhiệt, điện, khả chậm cháy độn tăng cường - Dễ đúc khn, giảm tạo bọt khí nhựa có độ nhớt cao - Cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, chống co rút đóng rắn, che khuất sợi cấu tạo tăng cường sợi, giảm toả nhiệt đóng rắn Cốt sợi sợi tự nhiên (sợi đay, sợi gai, sợi lanh, xơ dừa, xơ tre, bơng…), sợi nhân tạo (sợi thuỷ tinh, sợi vải, sợi poliamit…) Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà người ta chế tạo sợi thành nhiều dạng khác : sợi ngắn, sợi dài, sợi rối, sợi… Việc trộn thêm loại cốt sợi vào hỗn hợp có tác dụng làm tăng độ bền học độ bền hoá học vật liệu PC : khả chịu va đập ; độ giãn nở cao ; khả cách âm tốt ; tính chịu ma sát- mài mịn ; độ nén, độ uốn dẻo độ kéo đứt cao ; khả chịu mơi trường ăn mịn : muối, kiềm, axít… Những khả chứng tỏ tính ưu việt hệ thống vật liệu PC so với loại Polyme thông thường Và, tính ưu việt âý mà hệ thống vật liệu PC sử dụng rông rãi sản xuất đời sống – Chất pha lỗng Tính chất cuả polyester phụ thuộc khơng vào hàm lượng nối đơi nhóm ete, vào mạch thơm hay thẳng, mức độ đa tụ mà cịn phụ thuộc vào tính chất cuả tác nhân nối ngang – monomer Các monomer khâu mạch ngang dùng để đồng trùng hợp với nối đôi nhựa UPE, tạo kết ngang, thường chất có độ nhớt thấp (dạng lỏng) nên cịn có tác dụng làm giảm độ nhớt hỗn hợp, chúng gọi chất pha loãng Monomer pha loãng phải thỏa mãn điều kiện sau: • Đồng trùng hợp tốt với polyester, không trùng hợp riêng rẽ tạo sản phẩm khơng đồng nhất, làm ảnh hưởng đến tính chất cuả sản phẩm, cịn sót lại monomer làm sản phẩm mềm dẻo, bền • Monomer phải tạo hỗn hợp đồng với polyester, tốt dung môi cho polyester Lúc hồ tan hồn tồn vào mạch phân tử polyester, tạo thuận lợi cho phản ứng đóng rắn tạo độ nhớt thuận lợi cho q trình gia cơng • Nhiệt độ sơi cao, khó bay q trình gia cơng bảo quản • Nhiệt phản ứng đồng trùng hợp thấp, sản phẩm đồng trùng hợp co rút • Ít độ Để đóng rắn polyester, người ta dùng monomer : styrene, metyl meta acrylat (MMA), vinyl, triallil xianuarat, … styrene sử dụng nhiều có tính chất ưu việt: • Có độ nhớt thấp • •Tương hợp tốt với polyester, khả đồng trùng hợp cao, tự trùng hợp thấp • •Đóng rắn nhựa nhanh • •Sản phẩm chịu thời tiết tốt, lý tính cao, cách điện tốt • •Khả tự bốc cháy thấp – Chất tách khn, chất làm kín phụ gia khác • Chất róc khn - Chất róc khn có tác dụng ngăn cản nhựa bám dính vào bề mặt khn - Chất róc khn dùng đắp tay loại chất róc khn ngoại bơi trực tiếp lên khn - Một số chất róc khn: wax, silicon, dầu mỏ, mỡ heo… • Chất làm kín: - Với khuôn làm từ vật liệu xốp gỗ, thạch cao cần phải bơi chất làm kín trước dùng chất róc khn - Các chất làm kín xâm nhập vào lỗ xốp, ngăn chặn nhựa bám vào - Một số chất làm kín: Cellulose acetate, wax, silicon, stearic acid, nhựa furane, véc ni, sơn mài… • Chất tẩy bọt khí - Bọt khí làm sản phẩm composite bị giảm độ chịu lực, độ chịu thời tiết thẩm mỹ bề mặt - Lượng thường sử dụng: 0.2-0.5% lượng nhựa - Lưu ý: nên cho chất tẩy bọt khí vào nhựa trước dùng thành phần khác • Chất thấm ướt sợi: - Có tác dụng tăng khả thấm ướt sợi giúp sử dụng độn nhiều - Lượng dùng: 0.5-1.5% so với độn • Chất tăng độ phân tán • Chất ngăn styrene – Xúc tác – Xúc tiến Xúc tác: Các chất xúc tác cho vào nhựa trước gia cơng Vai trị chúng tạo gốc tự kích động cho q trình xúc tác phản ứng đồng trùng hợp Xúc tiến: Tác nhân kích thích cho tạo thành gốc tự chất xúc tiến, xạ ánh sáng, tia tử ngoại hay nhiệt độ Chất xúc tác gồm loại Xúc tác Peroxide • Peroxide : thơng dụng benzoil-peroxide : Nó loại bột trắng, tồn ba dạng : khô (khoảng 5% ẩm), paste nước (khoảng 25% nước), thông dụng paste tricresyl-phosphonate hay dimetyl phthalate (khoảng 70% peroxide) Nó dùng để đóng rắn nhựa polyester (ở nhiệt độ khoảng 80Oc) thường dùng với tỉ lệ 0,5-2% so với nhựa Khi cho vào nhựa thường dạng paste dạn • Ngồi chất xúc tác thuộc loại peroxide cịn có: Di-t-butyl peroxide (CH3)3-C-O-O-C-(CH3)3 Di-acetyl peroxide (CH3)3-CO-O-O-OC-(CH3)3 • Hydroperoxide : t-butyl-hydroperoxide (CH3)3-COOH Cumen-hydroperoxide C6H5-C-(CH3)2-O-OH • Hai loại MEKP HCH dùng để đóng rắn nguội cho nhựa polyester MEKP tên viết tắt cuả metyl ethyl keton peroxide, thực chất hỗn hợp số hợp chất peroxide, thành phần thay đổi tùy thuộc vào nhà sản xuất Nó chất oxi hố mạnh nên phải tránh tiếp xúc với oxi HCH sản phẩm phản ứng hydroperoxide với cyclohexanol peroxide gọi tên cyclo-hexanol peroxide Tuy nhiên hỗn hợp hai bốn chất sau (theo Criegree, Schorenberg Becke) Xúc tác azo diazo Diazo aminobenzen: C6H5-NH-N=N-C6H5 Dinitric cuả acid diizobutyric: NC(CH3)2-N=N-C(CH3)2-COO-CN Dimetyl ester cuả acid diizobutyric: C2H5-OOC-C(CH3)2-N=N-C(CH3)2-COOC2H5 Chất xúc tiến Chất xúc tiến chất đóng vai trị xúc tác cho phản ứng tạo gốc tự cuả chất xúc tác Dùng chất xúc tiến giảm nhiệt độ thời gian đóng rắn cách đáng kể đóng rắn nguội Gồm loại: Xúc tiến kim loại Xúc tiến kim loại muối cuả kim loại chuyển tiếp như: cobalt, chì, mangan, ceri, … acid như: naphthenic, linoleic, octonic,… hoà tan tốt polymer Loại xúc tác thường dùng chung với chất xúc tác dạng hydroperoxit (MEKP, HCH) Naphthenic-cobalt loại thông dụng thường dùng Ngoài xúc tiến kim loại dạng muối, người ta cịn dùng dạng phức, ví dụ: Ferrocen, dạng phức dicyclopentadienyl cuả sắt dùng để xúc tiến cho cumen peroxit cần đóng rắn nhanh nhiệt độ khoảng 80oC Amin bậc ba Loại xúc tiến thường dùng với chất xúc tác peroxide, thuộc loại thường gặp Dimetyl-aniline ( DMA ) : C6H5N(CH3)2 Dietyl-aniline ( DEA ) : C6H5N(C2H5)2 Dimetyl-p-toluidin ( DMPT ) : CH3C6H5N(CH3)2