BÀI TIỂU LUẬN CUỐI KỲHỌC PHẦN: HÀN CHẤT DẺO VÀ VẬT LIỆU COMPOSITE

Sự phát triển của vật liệu composite đã được khẳng định và mang tính đột biến vào những năm 1930 khi mà stayer và Thomat đã nghiên cứu, ứng dụng thành công sợi thuỷ tinh; Fillis và Foste

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

Bộ môn Hàn & Công nghệ Kim loại

-o0o -BÀI TIỂU LUẬN CUỐI KỲ

HỌC PHẦN: HÀN CHẤT DẺO VÀ VẬT LIỆU COMPOSITE

Mã số: ME6413

Học Viên:Hoàng Ngọc Lâm

Lớp 12BCNH MSHV: CB120280

HÀ NỘI - 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI SME.EDU - Mẫu 6.a rev1

ĐỀ THI CUỐI KỲ HỌC PHẦN: : HÀN CHẤT DẺO VÀ VẬT LIỆU COMPOSITE

Mã HP: ME6413

Thời gian làm bài: Mã đề thi: Ngày thi:

Họ và tên sv:……….……… MSSV: ………… Mã lớp: ………… Chữ ký sv: ……….

Ngày 11/05/2013

ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔN

(ký, ghi rõ họ tên)

NGƯỜI RA ĐỀ

(ký, ghi rõ họ tên)

Câu 1

Giới thiệu phương pháp hàn điện trở trong chế tạo kết cấu bằng vật liệu composite:

Bài làm.

CÔNG NGHỆ HÀN COMPOSITE

-I Khái niệm và các đặc điểm về vật liệu composite:

Vật liệu composite, còn gọi là Vật liệu compozit hay composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo lên vật liệu mới có tính năng hơn hẳn các vật liệu ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽ

Vật liệu Composite đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống, khoảng 5.000 năm trước Công nguyên người cổ đại đã biết vận dụng vật liệu composite vào cuộc sống ( ví dụ: sử dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo sự dãn nở trong quá trình nung đồ gốm)

Người Ai Cập đã biết vận dụng vật liệu Composite từ khoảng 3.000 năm trước Công nguyên, sản phẩm điển hình là vỏ thuyền làm bằng lau, sậy tẩm pitum về sau này các thuyền đan bằng tre chát mùn cưa và nhựa thông hay các vách tường đan tre chát bùn với rơm, dạ là những sản phẩm Composite được áp dụng rộng rãi trong đời sống xã hội

Sự phát triển của vật liệu composite đã được khẳng định và mang tính đột biến vào những năm 1930 khi mà stayer và Thomat đã nghiên cứu, ứng dụng thành công sợi thuỷ tinh; Fillis và Foster dùng gia cường cho Polyeste không no và giải pháp này đã được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo máy bay, tàu chiến phục vụ cho đại chiến thế giới lần thức hai

Năm 1950 bước đột phá quan trọng trong ngành vật liệu Composite đó là sự xuất hiện nhựa Epoxy và các sợi gia cường như Polyeste, nylon,… Từ năm 1970 đến nay vật liệu composite nền chất dẻo đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp

và dân dụng, y tế, thể thao, quân sự vv…

Tính ưu việt của vật liệu Composite là khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các kết cấu sản phẩm theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn, các thành phần cốt của Composite có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật liệu nền luôn đảm bảo cho các thành phần liên kết hài hoà tạo nên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường Một trong các ứng dụng có hiệu quả nhất đó là Composite polyme, đây là vật liệu có nhiều tính ưu việt và có khả năng áp dụng rộng rãi, tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao, chịu môi trường, rễ lắp đặt, có độ bền riêng và các đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với môi trường ăn mòn hoá học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định dễ triển khả được các thủ pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất

II Cấu tạo của vật liệu composite:

Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên tục duy nhất (Pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của vật liệu composite.) Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix), thường làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước

Cấu tạo của vật liệu composite

1 Thành phần nền

- Vật liệu nền cần có độ cứng cần thiết để đảm bảo cho composite chịu

được tải, và cấu trúc đồng nhất của composite

- Vật liệu nền giữ vai trò cực kì quan trọng trong việc chế tạo vật liệu composite

- Vật liệu nền phải đáp ứng được yêu cầu khai thác và công nghệ

- Là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đóng vai trò truyền ứng suất sang độn khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu Có thể tạo thành từ một chất hoặc hỗn hợp nhiều chất được trộn lẫn một cách đồng nhất tạo thể liên tục

2 Một số nền thường gặp trong composite

2.1 Nhựa nhiệt rắn

- Nhựa nhiệt rắn: Trong thực tế, người ta có thể sử dụng nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo làm polymer nền:

- Nhựa nhiệt dẻo: PE, PS, ABS, PVC…độn được trộn với nhựa, gia công trên máy ép phun ở trạng thái nóng chảy.- Nhựa nhiệt rắn: PU, PP, UF, Epoxy, Polyester không no, gia công dưới áp suất và nhiệt độ cao, riêng với epoxy và polymer không no có thể tiến hành ở kiện thường, gia công bằng tay Nhìn chung, nhựa nhiệt rắn cho vật liệu cá cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo

- Một số l oại nhựa nhiệt rắn thông thường:

a Polyester

Nhựa polyester được sử dụng rộng rãi trong công nghệ composite, Polyester loại này thường là loại không no, đây là nhựa nhiệt rắn, có khả năng đóng rắn ở dạng lỏng hoặc ở dạng rắn nếu có điều kiện thích hợp Thông thường người ta gọi polyester không no là nhựa polyester hay ngắn gọn hơn là polyester Polyester có nhiều loại, đi từ các acid, glycol và monomer khác nhau, mỗi loại có những tính chất khác nhau Chúng có thể rất khác nhau trưng các loại nhựa UPE khác nhau, phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố: Thành phần nguyên liệu (loại và tỷ lệ các 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 các yếu tố trên, người ta sẽ tạo ra nhiều loại nhựa UPE có các tính chất đặc biệt khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng

- Có hai loại polyester chính thường sử dụng trong công nghệ composite Nhựa orthophthalic cho tính kinh tế cao, được sử dụng rộng rãi Còn nhựa isophthalic lại có khả năng kháng nước tuyệt vời nên được xem là vật liệu quan trọng trong công nghiệp, đặc biệt là hàng hải

- Đa số nhựa polyester có màu nhạt, thường được pha loãng trong styrene Lượng styrene

có thể lên đến 50% để làm giảm độ nhớt của nhựa, dễ dàng cho quá trình gia công Ngoài

ra, styrene còn làm nhiệm vụ đóng rắn tạo liên kết ngang giữa các phân tử mà không có

sự tạo thành sản phẩm phụ nào Polyester còn có khả năng ép khuôn mà không cần áp suất

- Thời gian để polyester tự đóng rắn Tốc độ trùng hợp quá chậm cho mục đích sử dụng,

vì vậy cần dùng chất xúc tác và chất xúc tiến để đạt độ trùng hợp của nhựa trong một khoảng thời gian nào đó Khi đã đóng rắn, polyester rất cứng và có khả năng kháng hóa chất Quá trình đóng rắn hay tạo kết ngang được gọi là quá trình Polymer hóa Đây là phản ứng hóa học chỉ có một chiều Cấu trúc không gian này cho phép nhựa chịu tải được

mà không bị giòn

- Este không no (UPE), hoặc hỗn hợp chung với nhau hoặc với nhiều phân tử thấp monomer

b Nhựa phenolic

- Sản xuất từ quá trình polyme hóa phenolic

- Quá trình đóng rắn 120-180oC ở nhiệt độ phòng hoặc dùng axit mạnh

- ưu điểm : nguyên liệu sẵn có, giá thành rẻ, nhược điểm là làm cho composite giòn, độ bền thấp và độ rỗng cao

- Ứng dụng: làm thân và nắp thùng rác

c Nhựa Phenol fomandehit

- Tổng hợp bằng cách đa tụ phenol và fomandehit

- Quá trình đóng rắn ở 160-200oC, áp suất 30-40Mpa

- Có tính giòn cao

- Chế tạo bán thành phẩm hoặc các chi tiết vỏ dày, như thân thùng rác

d Nhựa bitmaleimit

Công thức phân tử H795, chịu nhiệt độ cao, khoảng 180- 200oC Trên 180% các sản phẩm, chi tiết composite được khai thác ở nhiệt độ dưới 130oC, vì vậy loại nền hay sử dụng nhất là các loại nhựa epoxy Khi đòi hỏi composite polymer làm việc lớn hơn 130oC dùng Bitmaleimit, lớn hơn 180oC là polyimit

e Các nhựa cơ silic

Nhận được từ sự đa tụ các sản phẩm của sự thuỷ phân hỗn hợp các môn, đi, tri, và tetracloslen; là các chất giòn, cứng

f Polyimit

Được trùng hợp từ oligome và hỗn hợp của imit-monme Thường dùng dung dịch 40% của chúng trát lên cốt sợi

g Vinylester

- Có cấu trúc tương tự như polyester, nhưng điểm khác biệt chủ yếu của nó với polyester

là vị trí phản ứng, thường là ở cuối mạch phân tử do vinyl ester chỉ có kết đôi C=C ở hai đầu mạch mà thôi Toàn bộ chiều dài mạch phân tử đều sẵn chịu tải, nghĩa là vinylester dài và đàn hồi hơn polyester Vinylester có ít nhóm ester hơn polyester, nhóm ester rất dễ

bị thủy phân, tức là vinylester kháng nước tốt hơn các polyester khác

- Ứng dụng: làm ống dẫn và bồn chứa hoa chất

h epoxy

có tính năng cơ lý, kháng môi trường hơn hẳn các nhựa khác, là loại nhựa được sử dụng nhiều nhất Với tính chất kết dính và khả năng kháng nước tuyệt vời của mình, epoxy rất

lý tưởng để sử dụng trong ngành đóng tàu

- Cả nhựa epoxy lỏng và tác nhân đóng rắn đều có độ nhớt thấp thuận lợi qua

trình gia công Epoxy đóng rắn dễ dàng và nhanh chóng ở nhiệt độ phòng từ

5-150oC, tuỳ cach lựa chọn chất đóng rắn

- Ưu điểm nổi bật của epoxy cơ tính cao, độ bám dính cao với nhiều loại cốt, có thể

khai thác sử dụng đến 150-200oC Epoxy là co ngót thấp trong khi đóng rắn Lực kết dính, tính chất cơ lý của epoxy được tăng cường bởi tính cách điện và khả năng kháng hóa chất

- Ứng dụng keo dán, hỗn hợp xử lý bề mặt, hỗn hợp đổ, sealant, bột tret, sơn

2.2 Chất nền Polyme dẻo

- Không có công đoạn đông rắn, khả năng thi công tạo dáng sản phẩm dễ thực hiện

- Công nghệ chế tạo: dập, đùn, uốn, hàn gia thanh thấp

- Nhược điểm là không chịu được nhiệt độ cao, xử lý độ nhớt của dung dịch khó khăn

- Vật liệu dẻo: nylon, poly-phenylin, rolivxan, polysonphon và polyester nhiệt dẻo

2.3 Chất nền Cacbon

- Nền các bon có tính chất cơ lý tương tự như sợi các bon, đảm bảo tính chịu nhiệt độ cao

và khai thác triệt để ưu điểm của cốt sợi cacbon trong vật liệu composite

- Nền các bon có 3 loại: pirocacbon: thu được do kết lắng từ luồng khí ga, thuỷ tinh cacbon thu được do xử lý ở nhiệt độ cao các xenlulozo hoặc các polymer nhiệt rắn, nền cacbon - cốc của pec than đa hoặc dầu mỏ

2.4.Chất nền kim loại

- Thường là kim loại nhẹ: nhôm, magie, berrili, hoặc các kim loại chịu nhiệt độ cao (titan, niken, niobi) hoặc là dạng hợp kim

- Phổ biến hiện nay dùng nền lưới dạng hợp kim nhôm, chúng có khả năng kết hợp hài hòa với cốt bảo đảm tốt những đòi hỏi cơ lý cũng như công nghệ

3 Thành phần cốt:

- Đóng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung vì độn thường có tính chất cơ lý cao hơn nhựa Đánh giá đặc điểm chất độn

- Tính gia cường cơ học

- Tính kháng hóa chất, môi trường, nhiệt độ

- Phân tán vào nhựa tốt

- Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt

- Thuận lợi cho quá trình gia công

- Giá thành hạ, nhẹ Phân loại độn

a Độn dạng sợi

- Sợi có tính năng cơ lý hóa cao hơn độn dạng hạt, tuy nhiên, sợi có giá thành cao hơn, thường dùng để chế tạo các loại vật liệu cao cấp như: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi Bo, sợi cacbua silic, sợi amide…

b Độn dạng hạt

Thường được sử dụng là : silica, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim loại, độn khoáng, cao lanh, đất sét, hay graphite, cacbon…

- Giảm giá thành

- Tăng thể tích cần thiết đối với độn trơ, tăng độ bền cơ lý, hóa, nhiệt, điện

- Dễ đúc khuôn, giảm sự tạo bọt khí trong nhựa có độ nhớt cao

- Cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, chống co rút khi đông rắn, che khuất sợi trong cấu tạo tăng cường sợi, giảm toả nhiệt khi đông rắn

- Độ bền cơ học và độ bền hóa học của vật liệu PC như : khả năng chịu được va đập ; độ gian nở cao ; khả năng cach âm tốt ; tính chịu ma sát- mài mòn ; độ nén, độ uốn dẻo và

độ kéo đứt cao ; khả năng chịu được trong môi trường ăn mòn như : muối, kiềm, axit -Vì những tính năng ưu việt này mà hệ thống vật liệu PC được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cũng như trong đời sống

- Vật liệu composite có pha nền là nhựa tổng hợp, cốt thường là sợi thuỷ tinh, sợi cacbon, sợi bor Các vật liệu composite nền kim loại sử dụng cốt là

sợi thép, vonfram, berili, neobi…

3.1 Sợi thủy tinh

a Cấu tạo

- Sợi thuỷ tinh có 2 dạng: sợi dài (dạng chỉ) và sợi ngắn, có dạng hình trụ tròn, nhiệt độ làm việc của composite sử dụng sợi thuỷ tinh từ 500 - 700oC

b Chế tạo

- Được chế tạo từ quá trình nhiệt phân một chất hữư cơ thích hợp để phân hóa thành Polyme và cacbon, bằng nung nóng rất lâu hàng tuần để pha khí (polyme) khuyếch tán khỏi vật liệu Sau khi xử lý như vậy thể tích khối giảm 50% và tinh thể nhỏ mịn, độ bền cao đạt 70-200 Mpa

c Đặc điểm

-Nhẹ, chịu nhiệt khá, ổn định với tác động hóa sinh, có độ bền cơ lý cao và độ dẫn nhiệt thấp, và giá thành rẻ

d Ứng dụng

- Sản xuất composite polymer, chế tạo vỏ tàu thuyền, ôtô, vỏ xe máy, cánh quạt trong tua bin nước…

3.2 Sợi hữu cơ

a Cấu tạo

- Gồm 2 loại sợi phổ biến: Sợi hữu cơ aramid và sợi polyetylen, nhiệt độ làm việc của composite sử dụng sợi hữu cơ thường dưới 200oC

b Chế tạo

- Phụ thuộc vào thành phần polymer và phương pháp kéo sợi mà ta thu được sợi hữu cơ

có khối lượng riêng từ 1410-1450 kg/cm3, độ bền kéo 70-150 Pa, nhiệt độ than hóa dưới 180oC

c Đặc điểm

Có mođun đàn hồi cao, độ bền cao khi kéo, ổn định cao về nhiệt độ, bền va đập, không chảy, tính cách điện cao

d Ứng dụng

-Sử dụng rộng rãi để sản xuất chế tạo thân, vỏ tên lửa, động cơ nhiên liệu rắn, bình, ống chịu lực, găng tay cách nhiệt, mũ, áo giáp, thiết bị thể thao

- Mac vật liệu: Kevlar-29, Kevlar-129 do Mỹ sản xuất

Armoc, CVM, Terlon do Nga sản xuất

3.3 Sợi cacbon

a Cấu tạo

- Là loại vật liệu quan trọng nhất, có vai trò ngày càng lớn trong kỹ thuật do khối lượng riêng nhỏ (khoảng 2g/cm3) Độ bền rất cao 2000-3000 Mpa, nhiệt độ làm việc composite

sử dụng sợi cacbon lên đến 2000oC

b Chế tạo

- Sợi cacbon chủ yếu được chế tạo từ 3 nguồn nhiên liệu chính: Polyacrilonitril (pan), thứ

2 từ pec dầu mỏ và than đá, nguồn thứ 3 từ xenlulohidrat

c Ưu điểm

- Rất nhẹ, chịu được nhiệt độ cao, hệ số ma sát, giãn nở nhiệt thấp, rất bền vững với khi hậu, có độ cứng cao Độ bền từ 2000-4000 Mpa, mođun đàn hồi 200-700 Mpa, composite polymer sợi cacbon cứng hơn cả sắt

d Ứng dụng

-Composite sợi cacbon sản xuất các tấm chịu lực cảu máy bay, thân vỏ ôtô, máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ, thân vỏ các động cơ tên lửa, cánh tua bin, khuôn dập…chi tiết đòi hỏi có

độ bền cao và siêu bền khi chịu nhiệt

- Mac sợi cac bon: BMH-3, Culon, LY (Nga) ; Tornel, Khitecx-46H của Mỹ

3.4 Sợi bor

a Cấu tạo

Sợi Bor (B) cho phép tăng độ bền, tăng mođun đàn hồi của vật liệu, nhiệt độ trong khoảng làm việc nhỏ hơn 500oC

b Chế tạo

- Công nghệ sản xuất sợi cacbon trên cơ sở thu được Bor kết tủa từ luồng khi thường sử dụng H2 và BCl3 (2BCl3 + 3H2 => 2B + 6 HCl) Được sản xuất trong các lò phản ứng

c Đặc điểm

- Sợi bor dùng sản xuất composite trên nền vật liệu nhôm hoặc polyme, làm giảm độ dẫn nhiệt, dẫn điện của vật liệu, có độ bền cao hơn hẳn sợi cacbon từ 300-3500 Mpa, nhưng nhiệt độ làm việc thấp và giá thành rất cao

d Ứng dụng

- Composite bor ứng dụng sản xuất các chi tiết cho hàng không, kỹ thuật tên lửa và vũ trụ, đòi hỏi chỉ tiêu về độ bền và độ cứng cao Sử dụng để chế tạo các thanh dầm, khung, tấm, cũng như các chi tiết khác của vật thể bay

- Mac sợi : Avco(B/W) – Mỹ, SMPE-Pháp

3.5 Sợi kim loại

- Sợi kim loại dùng làm cốt : Làm việc ở miền nhiệt độ cao dùng vonfram hoặc molipđen, nhiệt độ thấp, sợi thép hoặc berilic

- Sử dụng sợi kim loại trong nhiều trường hợp để có hiệu quả và kinh tế hơn

4 Chất pha loãng:

- Đồng trùng hợp tốt với polyester, không trùng hợp riêng rẽ tạo sản phẩm không đồng nhất, làm ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm, hoặc còn sót lại monomer làm sản phẩm mềm dẻo, kém bền

- Monomer phải tạo hỗn hợp đồng nhất với polyester, tốt nhất là dung môi cho polyester Lúc đó nó hòa tan hoàn toàn vào giữa các mạch phân tử polyester, tạo thuận lợi cho phản ứng đông rắn và tạo độ nhớt thuận lợi cho quá trình gia công

- Nhiệt độ sôi cao, khó bay hơi trong quá trình gia công và bảo quản

- Nhiệt phản ứng đồng trung hợp thấp, sản phẩm đồng trùng hợp ít co rút

- Ít độc

- Để đóng rắn polyester, người ta dùng các monomer : styrene, metyl meta acrylat (MMA), vinyl, triallil xianuarat,… trong đó styrene được sử dụng nhiều do có những tính chất ưu việt

- Có độ nhớt thấp

- Trùng hợp tốt với polyester, khả năng đồng trùng hợp cao, tự trùng hợp thấp

- Đông rắn nhựa nhanh

- Sản phẩm chịu thời tiết tốt, cơ lý tính cao, cách điện tốt

- Khả năng tự bốc cháy thấp

5 Chất tách khuôn, chất làm kín và các phụ gia khác:

a Chất róc khuôn: Có tác dụng ngăn cản nhựa bám dính vào bề mặt khuôn Như wax, silicon, dầu mỏ, mỡ heo…

b Chất làm kín: Với khuôn làm từ các vật liệu xốp như gỗ, thạch cao thì cần phải bôi chất

làm kín trước khi dùng chất róc khuôn Như là Cellulose acetate, wax, silicon, stearic acid, nhựa furane, véc ni, sơn mài…

c Chất tẩy bọt khí: Bọt khí làm sản phẩm composite bị giảm độ chịu lực, độ chịu thời tiết

và thẩm mỹ bề mặt Lượng sử dụng: 0.2-0.5% lượng nhựa

d Chất thấm ướt sợi: Có tác dụng tăng khả năng thấm ướt sợi giúp sử dụng độn nhiều hơn Lượng dung: 0.5-1.5% so với độn Cùng với chất tăng độ phân tán và chất thoát hơi styrene

6 Xúc tác – Xúc tiến:

a Xúc tác: Chỉ được cho vào nhựa trước khi gia công Vai trò của chúng tạo gốc tự do kích động cho quá trình xúc tác phản ứng đồng trùng hợp Tác nhân kích thích cho sự tạo thành gốc tự do có thể là chất xúc tiến, bức xạ ánh sáng, tia tử ngoại hay nhiệt độ Chất xúc tác gồm các loại: Xúc tác Peroxide, xúc tác azo và diazo

b Chất xúc tiến: Là chất đóng vai trò xúc tác cho phản ứng tạo gốc tự do của chất xúc tác Dùng chất xúc tiến sẽ giảm được nhiệt độ và thời gian đông rắn một cách đáng kể và

có thể đông rắn nguội Gồm cac loại:

- Xúc tiến kim loại: Là muối cuả kim loại chuyển tiếp như: cobalt, chì, mangan, ceri, …

và các acid như: naphthenic, linoleic, octonic,… hòa tan tốt trong polymer

-Amin bậc ba: Thường được dùng với các chất xúc tác peroxide, thuộc loại này thường gặp

+ Dimetyl-aniline: C6H5N(CH3)2

+ Dietyl-aniline: C6H5N(C2H5)2

+ Dimetyl-p-toluidin: CH3C6H5N(CH3)2

III Phân loại vật liệu composite:

Vật liệu composite được phân loại theo hình dạng và theo bản chất của vật liệu thành phần

1 - Phân loại theo hình dạng:

a Vật liệu composite độn dạng sợi:

Khi vật liệu tăng cường có dạng sợi, ta gọi đó là composite độn dạng sợi, chất độn dạng sợi gia cường tăng cơ lý tính cho polymer nền

b Vật liệu composite độn dạng hạt :

Khi vật liệu tăng cường có dạng hạt, các tiểu phân hạt độn phân tán vào polymer nền Hạt khác sợi ở chỗ nó không có kích thước ưu tiên

2 - Phân loại theo bản chất, thành phần:

Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt có dạng: sợi hữu cơ (polyamide, kevlar…), Sợi khoáng (thủy tinh, carbon…), sợi kim loại (Bo, nhôm…)

Composite nền kim loại: nền kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al,…) cùng với độn dạng hạt: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng (Si, C)…

Composite nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim loại (chất gốm), hạt gốm (cacbua, Nitơ)…

IV Ứng dụng của vật liệu composite:

+ Vỏ động cơ tên lửa

+ Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ

+ Bình chịu áp lực cao

+ Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp 3 lớp (Sử dụng công nghệ cuốn ướt của Nga và các tiêu chuấn sản xuất ống dẫn xăng, dầu)

+ Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay còn gọi là 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 các loại bồn bể, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, trang trí nội thất, tấm panell composite;

+ Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng;

+ Hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ cilicon, sứ epoxy các loại sứ chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ trong các bộ thiết bị điện, chống sét, cầu chì;

+ Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp;

+ Vỏ tàu thuyền composite (vỏ lãi)

+ Thùng rác công cộng

+ Mô hình đồ chơi trẻ em

V Tính hàn của vật liệu composite:

Tính hàn là khả năng tạo thành liên kết hàn mà không kém kim loại cơ bản các vật liệu composite nền kim loại, đặc biệt là các composite sợi, có thể liên quan tới … [69]

Khi hàn vật liệu composite nền kim loại: kim loại mối hàn có thể …[70] dẫn tới làm xáo trộn tính liên tục và phương pháp sợi hoặc giảm tỷ lệ thể tích chất tăng cường và đường hàn trở thành … Để khắc phục hiện tượng này người ta sẽ sử dụng các mối hàn độc lập các thành phần của vật liệu composite

Mối hàn độc lập yêu cầu chuẩn bị đặc biệt các cạnh và quan sát chặt chẽ khoảng cách sợi tăng cường và chỉ phù hợp với các vật liệu composite sợi kim loại

Dưới các điều kiện nung nóng các vật liệu khi hàn, vấn đề tương thích về lý hóa và cơ nhiệt của các chi tiết không được khác nhau nhiều so với vật liệu cơ bản

Do có sự khác nhau về quá trình lan truyền nhiệt giữa vật liệu nền à vật liệu tăng cường dẫn tới ứng suất đàn nhiệt phụ xuất hiện và các khuyết tật như: nứt, pha shuyr giòn của pha tăng cường ở nơi nóng nhất của liên kết

Sự tách các bề mặt tiếp xúc trong vùng giới hạn bởi nhiệt độ kết tinh lại và nhiệt độ chảy của kim loại nền

Sự tăng cường của nền kim loại với một pha tăng cường giảm tính dẫn nhiệt và dẫn điện dẫn tới làm giảm khả năng tạo thành liên kết bằng hàn điện trở (hàn điểm, hàn đường) Hàn các vật liệu composite với các vật liệu kim loại đồng nhất, yêu cầu không chỉ tính đến sự khác nhau về tính dẫn điện, các hệ số truyền nhiệt mà cả các tính chất lý nhiệt Khi hàn các liên kết giáp mối cách tốt nhất để thực hiện là:

- Dịch chuyển nguồn nhiệt từ … [71]

- Sử dụng các bể nhiệt …

- Dùng các thiết bị gá kẹp cứng để …

VI Các phương pháp hàn vật liệu composite:

Các phương pháp hàn vật liệu composite thường được sử dụng: hàn khuếch tán, hàn ép, hàn nổ, phun phủ hay phối hợp các phương pháp này

Việc nghiên cứu các phương pháp hàn để hàn vật liệu composite là tương đối phức tạp bởi:

- Đây là liên kết giữa các … [72]

- Nhiệt độ nóng chảy các vật liệu khác nhau (nền 600 – 10000C, tăng cường 1500 –

25000C)

Như vậy:

Để đảm bảo các tính chất tốt của các liên kết hàn các vật liệu composite thì các phương pháp hàn cần phải giải quyết được vấn đề tương thích của các thành phần trong chế tạo chúng

Do đó ưu tiên sử dụng các phương pháp hàn hai pha rắn: do năng lượng cung cấp ít dẫn tới ít hư hại các tính chất của các thành phần trong vùng liên kết

Đối với các phương pháp hàn áp lực, với phương pháp này sẽ loại trừ được chuyển vị hoặc làm hư hại thành phần pha tăng cứng

Đối với các phương pháp hàn nóng chảy các vật liệu composite chọn phương pháp và các điều kiện sao cho đảm bảo nhiệt cấp vào liên kết là ít nhất

Phương pháp hàn nóng chảy phù hợp để hàn các vật liệu:

- Có thành phần tương thích về nhiệt động học Ví dụ: đồng – vofram; đồng – molypden,

…