Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến quá trình lưu biến của vật liệu compozit BMC (bulk molding compounds)

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu luận văn khoa học Các kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình nghiên cứu trước Tác giả luận văn Vũ Văn Thông LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi Viện Đào tạo sau đại học, Thầy cô giáo Viện Khoa học Kỹ thuật vật liệu cán giảng viên Bộ môn Cơ học vật liệu Cán kim loại, trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Thái Hùng tận tình hướng dẫn chuyên môn để thực hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Viện công nghệ - Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, Ban Giám đốc Trung tâm Đo lường, đồng nghiệp tạo điều kiện thời gian, sở vật chất động viên suốt trình học tập nghiên cứu Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè người động viên khuyến khích suốt thời gian tham gia nghiên cứu thực công trình Hà Nội, ngày 27 tháng 09 năm 2015 Tác giả luận văn Vũ Văn Thông MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI NÓI ĐẦU 11 CHƢƠNG 13 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .13 1.1 Vật liệu compozit 13 1.1.1 1.1.2 Khái niệm 13 Đặc điểm vật liệu compozit - 13 1.1.3 Phân loại vật liệu compozit 14 1.2 Vật liệu compozit polyme 15 1.2.1 1.2.2 Khái niệm 15 Đặc điểm - 16 1.2.3 1.2.4 1.2.5 Phân loại vật liệu compozit polyme - 18 Ưu nhược điểm vật liệu compozit polyme 20 Vật liệu compozit BMC 20 1.3 1.2.5.1 Khái niệm - 20 1.2.5.2 Đặc điểm, tính chất vật liệu compozit BMC - 20 1.2.5.3 Sản phẩm ứng dụng vật liệu compozit BMC 21 Tình hình nghiên cứu vật liệu compozit BMC 23 1.3.1 1.3.2 1.4 Tình hình nghiên cứu compozit BMC giới 23 Tình hình nghiên cứu compozit BMC nước 24 Kết luận 25 CHƢƠNG 26 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT BMC 26 2.1 Tính chất, yêu cầu kỹ thuật sản phẩm từ vật liệu compozit BMC 26 2.1.1 Tính chất sản phẩm từ vật liệu compozit BMC 26 2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật sản phẩm từ vật liệu compozit BMC - 28 2.2 Thành phần chế t o vật liệu compozit BMC 30 2.2.1 Nhựa - 30 2.2.2 2.2.3 Sợi thủy tinh - 31 Chất độn 32 2.2.4 Xúc tác 32 2.2.5 Chất ức chế 33 2.2.6 2.2.7 2.2.8 Chất róc khuôn nội 33 Chất làm dày - 34 Phụ gia giảm co ngót - 35 2.2.9 Các phụ gia khác 36 2.3 Thiết bị dùng trình chế t o vật liệu compozit BMC mẫu đo lƣu biến 36 2.3.1 2.3.2 Cân điện tử - 36 Máy khuấy - 37 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 Máy trộn 37 Máy ép thủy lực tay 39 Máy ép thủy lực - 39 Máy ép thủy lực lắp thiết bị đo lưu biến - 40 2.4 Quy trình chế t o vật liệu compozit BMC 40 2.4.1 Lưu đồ chế tạo vật liệu compozit BMC 40 2.4.2 Giải thích lưu đồ chế tạo vật liệu compozit BMC 41 2.5 Kết luận 42 CHƢƠNG 43 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH THUỘC TÍNH LƢU BIẾN VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 43 3.1 Phƣơng pháp đo lƣu biến .43 3.2 Mô hình lƣu biến 44 3.3 Nhận d ng mô hình thuộc tính lƣu biến .46 3.4 Phân tích, đánh giá kết 49 3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ sợi 49 3.4.1.1 Dạng đường cong lực chuyển vị 49 3.4.1.2 Quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 18 – 82 % - 50 3.4.1.3 Quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23 – 77 % - 50 3.4.1.4 Quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi - 51 28 – 72 % - 51 3.4.1.5 Ảnh hưởng tỷ lệ sợi đến trình lưu biến vật liệu BMC 51 3.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ biến dạng 52 3.4.2.1 Dạng đường cong lực chuyển vị 52 3.4.2.2 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.1 s-1 - 53 3.4.2.3 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.01 s-1 53 3.4.2.4 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.001 s-1 54 3.4.2.5 Ảnh hưởng tốc độ biến dạng đến trình lưu biến vật liệu BMC 54 3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ 56 3.4.3.1 Dạng đường cong lực chuyển vị 56 3.4.3.2 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 57 23 - 77 % nhiệt độ T = 20 oC 57 3.4.3.3 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 57 23 - 77 % nhiệt độ T = 40 oC 57 3.4.3.4 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23-77 % nhiệt độ T = 60 oC 58 3.4.3.5 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 58 23 -77 % nhiệt độ T = 80 oC - 58 3.4.3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình lưu biến vật liệu BMC 59 3.5 Kết nhận d ng thuộc tính lƣu biến vật liệu compozit BMC .60 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.6 Nhận dạng hệ số mô hình thay đổi tỷ lệ sợi - 60 Nhận dạng hệ số mô hình thay đổi tốc độ biến dạng 61 Nhận dạng hệ số mô hình thay đổi nhiệt độ - 62 Kết luận 63 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải Đơn vị  Ứng suất tương đương  Biến dạng  Tốc độ biến dạng s-1 F Lực nén N E Mô đun đàn hồi K Hệ số nhớt vật liệu k Thông số hóa bền biến dạng n Hệ số nhạy cảm ứng suất với tốc độ biến dạng e Tốc độ biến dạng đàn hồi s-1 v Tốc độ biến dạng dẻo nhớt s-1 BMC Độ nhớt vật liệu BMC f Tỷ lệ sợi v Tốc độ dịch chuyển dụng cụ ép mm/s h Chiều cao hành mẫu mm ho Chiều cao ban đầu mẫu mm Do Đường kính ban đầu mẫu mm  Khối lượng riêng T Nhiệt độ BMC Bulk Molding Compounds SMC Sheet Molding Compounds PC Polyme composite PE Polystyrene PVC Polyvinylclorua PP Polypropylene UF Ure – Focmaldehyde MPa MPa MPa s MPa s % g/cm3 K TBPB T – butyl perbenzoate UPE Polyester không no PU Poly Urethane PS Polystyren ABS Acrylonitrin butadien styren GFRP Glass fiber reinforced polyme DCP Dicumyl Peroxide TBPO Benzoyl Peroxide DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 So sánh khác biệt nhựa nhiệt rắn, nhựa nhiệt dẻo cao su 18 Bảng 1.2 Một số tính chất vật liệu BMC [2] .21 Bảng 1.3 So sánh tính chất vật liệu BMC với vật liệu kim loại 21 ản Mộ ố n ấ ủ ản p m ản 2 Bảng thành phần chế tạo ậ Bản Mộ ố n Bản Đặ n ản Đặ n ậ ệ ệ ompo ompo M M 26 ủ đề tài nghiên cứu 30 ất polyeste không no 31 oại sợi thủy tinh 31 ề ản n ố ậ ủ ản n ố ậ ủ m ợ ủy tinh nghiên cứu .32 ộ on ộn O3) .32 .38 Bản Đ ều kiện thử nghiệm đổi tỷ lệ sợi 48 Bản Đ ều kiện thử nghiệm đổi tố độ biến dạng 48 Bảng 3.3 Đ ều kiện thử nghiệm đổi nhiệ độ 48 Bảng 3.4 Thông số đặ ưn vật liệu compozit BMC 56 Bảng 3.5 Giá trị thông số nhận dạng với tỷ lệ sợi khác 60 Bảng 3.6 Giá trị thông số nhận dạng với tố độ biến dạng khác 61 Bảng 3.7 Giá trị thông số nhận dạng nhiệ độ khác 62 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Vật liệu compozit .13 Hình 1.2 Nhu cầ ĩn ực sử d ng vật liệu compozit giới 14 Hình 1.3 Nhu cầ ĩn ực sử d ng vật liệu compozit Việt Nam 14 n 14 đ p n oạ ậ Hình 1.5 Một số loại sợ ệ ompo o n p ần 15 ùn để chế tạo vật liệu compozit 17 Hình 1.6 Chấ độn (bột CaCO3) ùn để chế tạo vật liệu compozit 17 n 17 đ p n oạ ậ ệ po m 18 n 18 đ p n oạ ố 19 n 19 n M ấ ậ ệ ompo M 19 Hình 1.10 Một số chi tiết ứng d n on ĩn ự đ ện 22 Hình 1.11 Một số chi tiết ứng d ng ô tô 22 Hình 1.12 So sánh số tính chất chi tiết làm nhôm BMC 22 n 21 o n ệ ố n n n ệ ủ vật liệu M ậ ệ .27 n 22 o n n ) ệ ấ ) ủ ật liệ ompo M ậ ệ 27 n 23 o n ổ n n ật liệ M ậ ệ 28 n 24 n đ ện 36 n 25 M ấ ) n ấ ạn đĩ ắ ) .37 Hình 2.6 Máy trộn 38 Hình 2.7 Máy ép thủy lực tay 39 Hình 2.8 Máy ép thủy lực MTS 39 Hình 2.9 Hệ thống gia nhiệt bàn ép 40 Hình 2.10 Lư đ chế tạo vật liệu compozit BMC 40 Hình 2.11 Hỗn hợp cốt sau trộn máy trộn tr c Z 42 Hình 2.12 Khuôn ép mẫu BMC Hình 2.13 Mẫ đo ến BMC 42 n 31 đ n ép nén đ n .43 Hình 3.2 Mô hình tính toán 47 Hình 3.3 Mối quan hệ lực nén chuyển vị mẫu BMC 49 Hình 3.4 Mối quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 18 - 82 % .50 Hình 3.5 Mối quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23 – 77 % 50 Hình 3.6 Mối quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 28 – 72 % 51 Hình 3.8 Mối quan hệ ứng suất tỷ lệ sợi  = 0.01 s-1 mứ độ biến dạng  = 0.5 52 Hình 3.9 Mối quan hệ lực ép chuyển vị mẫu BMC 52 Hình 3.10 Mối quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.1 s-1 53 Hình 3.11 Mối quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.01 s-1 .53 Hình 3.12 Mối quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.001 s-1 54 Hình 3.13 Mối quan hệ ứng suất biến dạn đổi  = (0.1, 0.01, -1 0.001) s 54 Hình 3.14 Mối quan hệ tố độ biến dạng ứng suất 55 Hình 3.15 Mối quan hệ lực ép chuyển vị mẫu BMC 56 Hình 3.16 Mối quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23 - 77 % nhiệ độ T =20 oC .57 Hình 3.17 Mối quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23 - 77 % nhiệ độ T = 40 oC 57 Hình 3.18 Mối quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23 - 77 % nhiệ độ T = 60 oC 58 Hình 3.19 Mối quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23 - 77 % nhiệ độ T = 80 oC 58 Hình 3.20 Mối quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 đổi nhiệ độ ép mẫu 59 Hình 3.21 Mối quan hệ ứng suất nhiệ độ  = 0.01 s-1 mứ độ biến dạng  = 0.6 60 Hình 3.22 So sánh kết mô hình thực nghiệm  = 0.01 s-1 đổi tỷ lệ sợi 61 Hình 3.24 So sánh kết mô hình thực nghiệm với  = (0.1 – 0.01 – 0.001) khác tỷ lệ sợi 23 % .62 Hình 3.25 So sánh kết mô hình thực nghiệm với nhiệ độ khác 63 10 Hình 3.8 biểu diễn mối quan hệ ứng suất với tỷ lệ sợi khác từ 18, 23 28 % mức độ biến dạng  = 0.5 Nghĩa tăng tỷ lệ sợi vật liệu compozit BMC làm tăng độ bền sản phẩm 0.45 0.4 Ứng suất, MPa 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 18 23 28 Tỷ lệ sợi, % Hình 3.8 Mối quan hệ ứng suất tỷ lệ sợi  = 0.01 s-1 mứ độ biến dạng  = 0.5 3.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ biến dạng 3.4.2.1 Dạng đường cong lực chuyển vị 4000 3500 BMC = 0.1 - 23 - 77 - Lực nén, N 3000 BMC = 0.1 - 23 - 77 - 2500 BMC = 0.1 - 23 - 77 - 2000 1500 1000 500 0 10 15 20 Chuyển vị, mm Hình 3.9 Mối quan hệ lực ép chuyển vị mẫu BMC Trên hình 3.9 biễu diễn mối quan hệ lực ép chuyển vị ép mẫu BMC với 03 lần ép khác chế độ công nghệ Tốc độ biến dạng 52 số  = 0.1 s-1, tỷ lệ sợi – 23 – 77 % khối lượng Nhận thấy phép đo đồng nhất, sai số nhỏ % mức độ biến dạng > 50 % Kết sử dụng để tính toán trạng thái ứng suất biến dạng sau lấy trung bình chế độ công nghệ 3.4.2.2 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.1 s-1 0.6 Ứng suất, MPa 0.5 BMC - 23 - 77 - 0.1 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Biến dạng Hình 3.10 Mối quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.1 s-1 3.4.2.3 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.01 s-1 0.35 0.3 Ứng suất, MPa BMC - 23 - 77 - 0.01 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Biến dạng Hình 3.11 Mối quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.01 s-1 53 3.4.2.4 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.001 s-1 0.14 0.12 Ứng suất, MPa BMC - 23 - 77 - 0.001 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Biến dạng Hình 3.12 Mối quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.001 s-1 3.4.2.5 Ảnh hưởng tốc độ biến dạng đến trình lưu biến vật liệu BMC 0.6 BMC - 23 - 77 - 0.1 0.5 Ứng suất, MPa BMC - 23 - 77 - 0.01 BMC - 23 - 77 - 0.001 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Biến dạng Hình 3.13 Mối quan hệ ứng suất biến dạn đổi  = (0.1, 0.01, 0.001) s-1 Trên hình 3.13 nhận thấy nhiệt độ phòng, ứng xử vật liệu compozit BMC ảnh hưởng lớn tốc độ biến dạng Cụ thể tăng tốc độ biến dạng từ (0.001 đến 0.01) s-1 ứng suất tăng lên gấp lần 54 Có thể xem vật liệu BMC trạng thái nguội vật liệu dẻo nhớt Khi ứng xử vật liệu tuân thủ theo mô hình thuộc tính mô tả mối quan hệ ứng suất tốc độ biến dạng sau:   K n (11) Trong đó: K- hệ số nhớt vật liệu BMC, (MPa s) n – hệ số nhạy cảm ứng suất với tốc độ biến dạng Để xác định 02 hệ số mô hình này, ta xem xét ảnh hưởng tốc độ biến dạng mức độ biến dạng định Chọn mức độ biến dạng 30 % 50 % tương ứng biến dạng  = 0.3;  = 0.5 Ta xây dựng đồ thị mối quan hệ tốc độ biến dạng ứng suất hình 3.14 y = 0.3236x0.2439 0.1 y = 0.0681x0.193 0.01 epsilon = 0.5 epsilon = 0.3 0.001 0.001 0.01 0.1 -1 Tốc độ biến dạng, s Hình 3.14 Mối quan hệ tố độ biến dạng ứng suất Sau kết hợp với thí nghiệm khớp đường cong mô hình với thí nghiệm ta nhận mô hình quan hệ ứng suất biến dạng sau:   0.3236. 0.2439 mức độ biến dạng 0.5   0.0681. 0.193 mức độ biến dạng 0.3 Từ phương trình ta xác định độ nhớt vật liệu K hệ số nhạy cảm ứng suất với tốc độ biến dạng n bảng 3.4 55 Bảng 3.4 Thông số đặ ưn vật liệu compozit BMC Nén đơn  n K (MPa s) 0.3 0.193 0.0681 0.5 0.2439 0.3236 3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ 3.4.3.1 Dạng đường cong lực chuyển vị 2500 BMC - 0.01 - 23 - 77; BMC - 0.01 - 23 - 77; BMC - 0.01 - 23 - 77; BMC - 0.01 - 23 - 77; Lực ép, N 2000 T= T= T= T= 20 40 60 80 1500 1000 500 0 10 15 20 Chuyển vị, mm Hình 3.15 Mối quan hệ lực ép chuyển vị mẫu BMC Trên hình 3.15 biễu diễn mối quan hệ lực ép chuyển vị ép mẫu BMC với nhiệt độ khác với chế độ công nghệ tốc độ biến dạng  = 0.01 s-1, tỷ lệ sợi – 23-77 % khối lượng Nhận thấy thay đổi nhiệt độ mẫu ảnh hưởng rõ nét đến khả chảy vật liệu, hay nói cách khác khả điền đầy vật liệu vào lòng khuôn tốt Tuy nhiên thí nghiệm khảo sát tăng lên nhiệt độ cao 100oC bị chảy loãng không liên kết với sợi, làm cho vật liệu ép không kéo theo vào lòng khuôn Ở khảo sát vùng nhiệt độ từ (20 – 40 – 60 – 80) oC cho thấy nhiệt độ tăng lên lực ép giảm xuống Kết sử dụng để tính toán trạng 56 thái ứng suất - biến dạng Mỗi đường cong lực chuyển vị lấy trung bình phép đo có chế độ công nghệ 3.4.3.2 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23 - 77 % nhiệt độ T = 20 oC 0.4 Ứng suất, MPa 0.35 0.3 BMC - 0.01 - 23 - 77; T = 20 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Biến dạng Hình 3.16 Mối quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23 - 77 % nhiệ độ T =20 oC 3.4.3.3 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23 - 77 % nhiệt độ T = 40 oC 0.2 0.18 Ứng suất, MPa 0.16 BMC - 0.01 - 23 - 77; T = 40 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Biến dạng Hình 3.17 Mối quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23 - 77 % nhiệ độ T = 40 oC 57 3.4.3.4 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23-77 % nhiệt độ T = 60 oC 0.14 0.12 Ứng suất, MPa BMC - 0.01 - 23 - 77; T= 60 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Biến dạng Hình 3.18 Mối quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23 - 77 % nhiệ độ T = 60 oC 3.4.3.5 Quan hệ ứng suất biến dạng với  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23 -77 % nhiệt độ T = 80 oC 0.07 0.06 Ứng suất, MPa BMC- 0.01- 23 - 77; T = 80 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Biến dạng Hình 3.19 Mối quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 tỷ lệ sợi 23 - 77 % nhiệ độ T = 80 oC 58 3.4.3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình lưu biến vật liệu BMC 0.4 BMC - 0.01 - 23 - 77; T= 20 0.35 BMC - 0.01 - 23 - 77; T= 40 Ứng suất, MPa 0.3 BMC - 0.01 - 23 - 77; T= 60 BMC - 0.01 - 23 - 77; T= 80 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Biến dạng Hình 3.20 Mối quan hệ ứng suất biến dạng  = 0.01 s-1 đổi nhiệ độ ép mẫu Hình 3.20 biễu diễn mối quan hệ ứng suất biến dạng với 04 nhiệt độ mẫu khác Trên hình 3.20 nhận thấy, vật liệu BMC ảnh hưởng nhạy cảm thay đổi nhiệt độ Khi thay đổi nhiệt độ từ T = 20oC lên T = 40oC ứng suất giảm lần Xu hướng chung nhiệt độ mẫu tăng lên làm cho khả chảy vật liệu tốt nên ứng suất có xu hướng giảm với nhiệt độ tăng Hình 3.21 biểu diễn mối quan hệ ứng suất với nhiệt độ mẫu khác mức độ biến dạng  = 0.6 Kết cho thấy ứng suất hàm nhiệt độ tuân thủ theo định luật Arrhenius,     1     T T0    T    T0  exp b    (12) Từ số liệu thực nghiệm cách fit đường cong thực nghiệm tuân theo qui luật hàm mũ phương trình Arhenius ta xác định thông số vật liệu b = 2822 K (T0) = 0.266 MPa  = 0.6 ứng suất nén nhiệt độ tham chiếu T0 = 293 K Tương tự b’ xác định xây dựng mối quan hệ E thay đổi nhiệt độ ta b’ = 4500 K 59 Hình 3.21 Mối quan hệ ứng suất nhiệ độ  = 0.01 s-1 mứ độ biến dạng  = 0.6 3.5 Kết nhận d ng thuộc tính lƣu biến vật liệu compozit BMC 3.5.1 Nhận dạng hệ số mô hình thay đổi tỷ lệ sợi Dựa kết thực nghiệm ta nhận dạng thuộc tính lưu biến vật liệu compozit BMC theo mô hình [11] với thông số nhận dạng: BMC - Độ nhớt tương đương BMC k – Thông số hóa bền biến dạng n – Hệ số nhạy cảm ứng suất với tốc độ biến dạng  - hệ số vật liệu phụ thuộc vào tỷ lệ sợi E- Mô đun đàn hồi vật liệu Các hệ số BMC, k, n, E xác định thí nghiệm nén đơn thay đổi tỷ lệ sợi có giá trị bảng 3.5 Bảng 3.5 Giá trị thông số nhận dạng với tỷ lệ sợi khác n  BMC, MPas E, MPa k  0,3 30 0,0017 0,87 11 0,1 60 0.8 Model f = 18 % f = 23 % f = 28 % 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 Hình 3.22 So sánh kết mô hình thực nghiệm  = 0.01 s-1 đổi tỷ lệ sợi Hình 3.23 so sánh kết dự báo mô hình thực nghiệm nhận tốc độ biến dạng  = 0.01s-1 thay đổi tỷ lệ sợi từ (18 – 23 – 28) Đường nét liền biểu diễn kết nhận dạng mô hình, đường nối tròn, vuông tam giác kết thí nghiệm tương ứng với thí nghiệm nén đơn Đường cong mô tả quan hệ ứng suất biến dạng tương đương thay đổi thành phần tỷ lệ sợi Từ hình 3.23 cho ta thấy tương hợp tốt đường cong thực nghiệm mô hình Điều chứng tỏ tính hợp lý giả thiết thuộc tính vật liệu độ tin cậy phương pháp kết nhận dạng 3.5.2 Nhận dạng hệ số mô hình thay đổi tốc độ biến dạng Các thông số nhận dạng mô hình thay đổi tốc độ biến dạng đưa bảng 3.6 Bảng 3.6 Giá trị thông số nhận dạng với tố độ biến dạng khác n  BMC, MPa s E, MPa k  0,5 30 0,005 0,6 11 61 0.6 Mô hình = 0.1 = 0.01 = 0.001    0.4 0.2 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 Hình 3.24 So sánh kết mô hình thực nghiệm với  = (0.1 – 0.01 – 0.001) khác tỷ lệ sợi 23 % Hình 3.24 so sánh kết dự báo mô hình thực nghiệm nhận tốc độ biến dạng khác Đường nét liền biểu diễn kết nhận dạng mô hình, đường nối tròn, vuông tam giác kết thí nghiệm tương ứng với thí nghiệm nén đơn Đường cong mô tả quan hệ ứng suất biến dạng tương đương thay đổi tốc độ biến dạng Từ hình 3.24 cho ta thấy tương hợp đường cong thực nghiệm mô hình tốc độ biến dạng  = 0.01 s-1,  = 0.001 s-1 Điều chứng tỏ tính hợp lý giả thiết thuộc tính vật liệu độ tin cậy phương pháp kết nhận dạng Ở tốc độ biến dạng  = 0.1 s-1 tương hợp mô hình thực nghiệm chấp nhận biến dạng   0.5 3.5.3 Nhận dạng hệ số mô hình thay đổi nhiệt độ Các thông số nhận dạng mô hình thay đổi nhiệt độ đưa bảng 3.7 Bảng 3.7 Giá trị thông số nhận dạng nhiệ độ khác T, K n  BMC, MPa s E, MPa k  293 0,2 20 0,00163 1,55 10,0 0,5 313 0,25 30 0,00165 1,49 10,9 0,8 333 0,16 30 0,00178 1,37 5,6 1,0 353 0,1 30 0,0018 1,17 11,3 1,0 62 0.4 0.3 Mô hình T = 20 T = 40 T = 60 T = 80 0.2 0.1 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 Hình 3.25 So sánh kết mô hình thực nghiệm với nhiệ độ khác Hình 3.25 so sánh kết dự báo mô hình thực nghiệm nhận nhiệt độ khác Đường nét liền biểu diễn kết nhận dạng mô hình, đường nối tròn, vuông, tam giác hình kết thí nghiệm tương ứng với thí nghiệm nén đơn Đường cong mô tả quan hệ ứng suất biến dạng tương đương thay đổi nhiệt độ Từ hình 3.25 cho ta thấy tương hợp đường cong thực nghiệm mô hình nhiệt độ 20 – 40 – 60 – 80 oC Điều chứng tỏ tính hợp lý giả thiết thuộc tính vật liệu độ tin cậy phương pháp kết nhận dạng 3.6 Kết luận Từ kết thí nghiệm cho thấy vật liệu compozit BMC chế tạo vật liệu dẻo nhớt, thuộc tính vật liệu ảnh hưởng mạnh thay đổi tốc độ biến dạng, nhiệt độ tỷ lệ sợi Từ kết nhận dạng tỷ lệ sợi, tốc độ biến dạng nhiệt độ ta nhận thấy mô hình sử dụng cho độ tương hợp cao với kết thí nghiệm mà luận văn thực Trong đó, nhiệt độ cho độ tương hợp cao tốc độ biến dạng miền biến dạng nhỏ độ tương hợp cao với mức biến dạng đến 0.5 63 KẾT LUẬN Từ kết thí nghiệm nhận thấy vật liệu compozit BMC vật liệu dẻo nhớt Ảnh hưởng thông số công nghệ đến trình lưu biến vật liệu compozit BMC cụ thể sau:  Ảnh hƣởng tỷ lệ sợi: - Tỷ lệ sợi ảnh hưởng mạnh đến thuộc tính ứng xử vật liệu BMC - Tỷ lệ sợi tăng ứng suất tăng Tỷ lệ sợi tăng từ 23 % lên 28 % giá trị ứng suất tăng gần lần  Ảnh hƣởng tốc độ biến d ng: - Tốc độ biến dạng ảnh hưởng mạnh đến thuộc tính ứng xử vật liệu BMC Điều cho thấy thuộc tính ứng xử vật liệu BMC nhiệt độ phòng vật liệu có thuộc tính dẻo nhớt - Tốc độ biến dạng tăng ứng suất tăng, cụ thể từ tốc độ biến dạng 0.001 s-1 tăng lên 0.01 s-1 giá trị ứng suất tăng lên lần, từ tốc độ biến dạng 0.01s-1 tăng lên 0.1 s-1 giá trị ứng suất tăng lên gần 1,5 lần - Từ mối quan hệ ứng suất tốc độ biến dạng ta xác định hệ số nhớt vật liệu khoảng 0.07 - 0.33 MPa s mức độ biến dạng từ 0.3 - 0.5 hệ số nhạy cảm ứng suất với tốc độ biến dạng từ 0.2 - 0.25  Ảnh hƣởng nhiệt độ: - Nhiệt độ mẫu ảnh hưởng mạnh đến thuộc tính ứng xử vật liệu BMC - Nhiệt độ tăng ứng suất giảm liên kết sợi giảm, nhiệt độ tăng 20 đơn vị ứng suất nhận giảm lần - Quy luật quan hệ ứng suất biến dạng biểu diễn mô hình Arrhenius Từ kết nhận dạng mô hình thuộc tính yếu tổ ảnh hưởng tỷ lệ sợi, tốc độ biến dạng nhiệt độ cho thấy độ tương hợp cao 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Thanh Liêm, Trần Thị Mai, Nguyễn Huy Tùng “Study on fabrication of BMC laminates based on unsaturated polyester n nfo m oo/ f ” Series A, Vol.47, No.4, 2004 www.bulkmolding.com Lafranche E, Menio S, Guegan M-L, Krawczak P, “ É mé n m ’é o m n n mo p nj Rev Compos Mater Av., Vol 12, pp 461–475, 2002 Blanc R., Agassant J.F., Vincent M., “Inj on mo n of n po ompo n ”, Polym Eng Sci., Vol 32, No 19, pp 1440-1450, 1992 Kenny J., Opalicki M., “P o n of o f / mo n o ompo ”, Composite Part A, Vol.27A, N 3, pp.229-240, 1996 Dumont P., Orgéas L., Le Corre S., Favier D., “Anisotropic viscous behavior of Sheet Molding Compounds (SMC) during compression molding”, International Journal of Plasticity, Vol 19, No 5, pp 625-646, 2003 Hitoshi TAKAGI, Yohei ICHIHARA, “ ff of f n on m n p op of “G n” ompo n – based resin and short bamboo f ” Series A, Vol.47, No.4, pp 551-555, 2004 Lê Thái Hùng, “Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite BMC (Bulk Molding Compounds) ứng d ng chế tạo chi tiết k thuậ đ ện” Đề tài cấp thành phố Hà Nội, 2014 Lê Thái Hùng, Vũ Văn Thông, Nguyễn Thị Lan, “ ế tạo đ n tính chấ c vật liệu compozit polyme sợi thủy tinh dạng khối M )” Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ XII Đại học Duy Tân, TP Đà Nẵng, 7/8/2015 10 Lê Thái Hùng, Nguyễn Trọng Giảng, “Mô hình hóa thuộ n ến vật liệu compozit polymer nhiệt rắn dạng khối (BMC)”, Tạp chí khoa học & công nghệ trường đại học kỹ thuật, số 68, 2008, trang 63 - 68 65 xpé imentale on M ” m x 11 Le T.H., Orgéas L., Favier D, “Reseach on the thermal-mechanical behaviour of thermoset polymer composites reinforced with glass fiber”, Journal of science & technology, No 217, pp 95 – 100, 2011 12 Lê Thái Hùng, Nguyễn Trọng Giảng, “Nhận dạn đ n m hình ứng xử ến vật liệu compozit polymer nhiệt rắn dạng khối”, Tạp chí khoa học & công nghệ Trường đại học kỹ thuật, số 71, 2009, trang 64 - 68 13 Nguyễn Trọng Giảng, “ ộ n c vật rắn” NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2004 14 Orgéas L., Dumont P.J.J., Le T.H., Favier D., “Lubricated compression of BMC, a concentrated and fibre-reinforced granular polymer suspension”, Rheol Acta, No47, pp.677-688, 2008 15 Pierre J.J Dumont, Olivier Guiraud, Laurent Orgéas, Thai-Hung Le, Denis Favier, “Mo n n m compounds (BMC) du n mo on of f oo of mo n n ” ECCM 13 Conference, Jun 2008, Stockholm, Sweden Paper n° 1611, 2008 16 M Jawaid, HPS Abdul Khalil, A Abu Bakar, Azman Hassan and Rudi Dungani “ ff of j f o n on m n n m properties of oil palm – epoxy compo ” Universiti Teknologi Malaysia on June 16, 2012 17 Raymond W.Meyer “ andbook of Polyester Molding Compounds and Technology” Published in Great Britain by Chapman and Hall Ltd, 1987 18 N Boyard, A Millischer, V Sobotka, J.-L.Bailleul, D.Delaunay “ viour of a moulded composite part: Modelling of dilatometric curve (constant pressure) or pressure (constant volume) with temperature and on on n ” Composites Science and Technology 67 (2007) 943 – 954 66 ... tài Ảnh hưởng thông số công nghệ đến trình lưu biến vật liệu compozit BMC (Bulk Molding Compounds)” đưa thông số công nghệ ảnh hưởng đến ứng xử lưu biến nhiệt độ, tốc độ biến dạng, tỷ lệ sợi đến. .. compozit BMC, mục tiêu đưa nghiên cứu chế tạo vật liệu BMC xem xét thông số công nghệ ảnh hưởng đến lưu biến vật liệu compozit polyme trình tạo hình 25 CHƢƠNG CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT BMC. .. yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến lưu biến vật liệu BMC kết nhận dạng mô hình lưu biến Cuối kết luận 12 CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Vật liệu compozit 1.1.1 Khái niệm Compozit vật liệu cấu