Bài thuyết trình vật liệu compozit Trường Đại học Sư Phạm Kĩ Thuật TPHCM 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 ưu việt hơn hẳn các vật liệu ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽ..........
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY FME-HCMUTE BÀI THUYẾT TRÌNH MƠN VẬT LIỆU HỌC GVHD: ThS Nguyễn Nhựt Phi Long VẬT LIỆU COMPOSITE Nhóm sinh viên thực Nguyễn Thành Đạt 18143217 Nguyễn Đăng Thìn 18143324 Nguyễn Mạnh Đức 18143222 Phạm Huỳnh Dương 18143211 Ứng dụng hướng phast triển Vật liệu composite Khái niệm đặc điểm Công nghệ chế tạo KHÁI NIỆM Vật liệu composite (còn gọi Vật liệu compozit hay composite) vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác tạo lên vật liệu có tính ưu việt hẳn vật liệu ban đầu, vật liệu làm việc riêng rẽ THÀNH PHẦN CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE Thành phần phân bố liên tục tồn thể tích vật liệu gọi nền(matrix) Thành phần phân bố ngẫu nhiên vật liệu gọi cốt(reinforcement) Sợi thủy tinh Sợi cacbon Cốt LIÊN KẾT NỀN -CỐT • Cốt pha khơng liên tục, đóng vai trò tạo nên độ bền cao, môđun đàn hồi (độ cứng vững) cao cho composite, cốt phải loại có đặc tính đó, đồng thời phải nhẹ để tạo nên độ bền riêng cao Cốt làm tất loại vật liệu học: kim loại, ceramic polyme Tỉ mỉ chúng trình bày loại composite Như thấy rõ sau này, hình dạng, kích thước, mật độ phân bố sợi yếu tố có ảnh hưởng mạnh đến tính composite Nền LIÊN KẾT NỀN -CỐT Nền pha liên tục, đóng vai trò chủ yếu mặt sau Liên kết toàn phần tử cốt thành khối composite thống Tạo khả để tiến hành phương pháp gia công composite thành chi tiết theo thiết kế Che phủ, bảo vệ cốt tránh hư hỏng tác động hóa học, học môi trường Yêu cầu chủ yếu phải nhẹ có độ dẻo cao Phụ thuộc vào tính chất composite cần chế tạo, người ta chọn loại phù hợp bốn nhóm: kim loại, ceramic, polyme hỗn hợp LIÊN KẾT NỀN CỐT Liên kết tốt cốt vùng ranh giới pha yếu tố quan trọng bảo đảm cho kết hợp đặc tính tốt hai pha Để tăng cường độ gắn - cốt, người ta áp dụng biện pháp sau - Liên kết học, thực nhờ khớp nối thông qua độ mấp mô bề mặt lực ma sát kiểu bêtơng cốt thép có gân (đốt) - Liên kết nhờ thấm ướt lượng sức căng bề mặt pha bị nung chảy dính ướt với cốt nên có khuếch tán nhỏ, tạo nên sức căng bề mặt - Liên kết phản ứng, xuất ranh giới pha xảy phản ứng tạo hợp chất hóa học, lớp keo dính chặt cốt với Đây loại liên kết tốt - Liên kết ôxyt, loại liên kết phản ứng đặc trưng cho kim loại với cốt ơxyt kim loại Kim loại Cacbon Vật liệu Polime nhiệt dẻo Polime nhiệt rắn Tính chất số loại cốt sợi b Vật liệu làm sợi •Thủy tinh:Thành phần hóa học thủy tinh gồm ôxyt SiO2, Al2O3, BO3 CaO, MgO Sở dĩ sợi thủy tinh sử dụng rộng rãi làm cốt dễ chế tạo từ trạng thái mềm lỏng có độ bền cao Trong q trình kéo, bề mặt sợi bị cọ sát với bề mặt cứng khác nhờ làm vết nứt bọc lớp áo mới, bám dính tốt với •Cacbon: Chính nhờ định hướng chủ yếu mặt đáy lục giác (chỉ với liên kết đồng hóa trị) song song với trục sợi nên có độ bền cao Trong q trình chế tạo sợi cacbon, grafit hóa xảy khơng hồn tồn nên vùng vơ định hình (chỉ râu grafit đạt mức độ tinh thể hồn tồn) nên độ bền thay đổi giới hạn •Polyme: Nói chung polyme có mơđun đàn hồi nhỏ Hiện dùng loại polyamit thơm Ở dạng thương phẩm vật liệu có hai loại kelva 49 kelva 29 Nhược điểm chất nhiệt độ làm việc thấp (< 200oC) Vật liệu làm • Vật liệu làm cho composite cốt sợi thường polyme kim loại chúng có tính dẻo tốt • Kim loại dùng làm pha thường nhơm đồng • Tuy nhiên polyme pha dùng phổ biến với đủ chủng loại nhiệt rắn lẫn nhiệt dẻo: polyeste, nylon, epoxy, nhựa fenol, polyamit, melamin • Hiện dùng ceramic trừ bêtông cốt thép loại phổ biến Composite cacbon Composite polyme Composite kim loại Các loại composite cốt sợi phổ biến Composite cốt sợi pha a Composite polyme - sợi thủy tinh • Là loại sản xuất với khối lượng nhiều chúng rẻ, nhẹ, có độ bền riêng cao gắn kết tốt hai pha - cốt, với hai loại cốt sợi liên tục gián đoạn • Loại phổ biến polyeste - sợi thủy tinh, tiếp đến nylon - sợi thủy tinh • Tuy nhiên loại có nhược điểm không đủ độ cứng vững số trường hợp yêu cầu (như làm kết cấu máy bay, cầu ), nhiệt độ làm việc thấp.Hiện composite polyme - sợi thủy tinh dùng ngày nhiều phương tiện vận tải đặc biệt vỏ (thân) xe hơi, tàu biển, ống dẫn, container chứa hàng, lát sàn cơng nghiệp • Đặc biệt cơng nghiệp ôtô có sức cạnh tranh cao nhờ giảm khối lượng tiêu hao nhiên liệu b Composite polyme - sợi khác • Composite polyme - sợi cacbon có mơđun đàn hồi riêng cao hơn, tính chịu nhiệt độ bền hóa học cao đắt có loại sợi gián đoạn • Loại composite có sức cạnh tranh lớn máy bay giảm nhẹ khối lượng (giảm 20 30% so với dùng kim loại) Composite epoxy - sợi bo dùng máy bay lên thẳng (làm cánh rơto), loại polyme sợi aramit bắt đầu dùng hàng không, tàu biển đồ dùng thể thao c Composite kim loại - sợi • Trong loại kim loại là: nhơm, đồng (phổ biến nhất), magiê, titan với cốt sợi: cacbon, bo, cacbit silic, dây kim loại • Tỷ lệ thể tích sợi khoảng 20 - 50% Một composite có triển vọng loại nhơm sợi bo có phủ cacbit silic để làm chậm phản ứng không mong muốn nhơm bo • Composite kim loại có nhiệt độ làm việc cao polyme • Chịu nhiệt độ cao loại hợp kim sở Ni Co với cốt sợi dây vonfram dùng tuabin d Composite cacbon cacbon • Trong loại tất cacbon: cốt sợi cacbon bao quanh hạt (tinh thể) cacbon nhiệt phân phân hóa tạo thành trạng thái nóng sợi cacbon • Nền cacbon tạo thành nguyên lý dùng để chế tạo sợi cacbon: cacbon hóa chất hữu nhiệt độ cao (trong chất lỏng áp suất trung bình cao, chất khí áp suất nhỏ áp suất khí quyển), điều kiện tinh thể grafit hình thành phát triển e Composite cốt sợi pha • Đây loại composite người ta dùng hai (hay nhiều hơn) loại sợi nền, có kết hợp tính chất tốt loại có loại cốt sợi • Trong loại phổ biến dùng hai loại cốt sợi cacbon thủy tinh polyme (trong sợi cacbon bền, cứng vững, nhẹ song đắt sợi thủy tinh) • Khi composite sợi pha bị ứng suất kéo, phá hủy xảy không tức thời: sợi cacbon bị đứt trước sau tải trọng truyền sang sợi thủy tinh, cuối composite bị phá hủy hoàn toàn bị hỏng tải trọng tác dụng vào COMPOSITE CẤU TRÚC KHÁI NIỆM • Composite cấu trúc loại bán thành phẩm dạng nhiều lớp tạo cách kết hợp vật liệu đồng với composite theo phương pháp cấu trúc khác • Tính chất Composite cấu trúc phụ thuộc vào tính chất vật liệu thành phần thiết kế hình học chúng kết cấu Composite cấu trúc dạng lớp Phân loại đặc điểm Text Text Text Panel sandwich Composite cấu trúc dạng lớp • Chúng gồm lớp có độ bền dị hướng cao (gỗ, composite cốt sợi liên tục thẳng hang), xếp cho phương độ bền cao lớp, kề đổi hướng liên tục ép kết dính với • Đặc điểm: Độ bền cao theo phương song song với mặt tấm, theo phương vng góc với Panel sandwich • Gồm lớp lớp mặt chế tạo từ vật liệu có độ bền hay độ cứng vững cao (hợp kim nhôm, titan, thép, composite dạng lớp) lớp (polyme xốp, caosu nhân tạo, chất dính vơ cơ, gỗ nhẹ) • Đặc điểm: lớp mặt chịu toàn tải trọng tac dụng thoe phương song song với mặt Lớp vừa ngăn cách lớp mặt vừa chống biến dạng theo phương vng góc tạo độ cứng vững tránh cong vênh ỨNG DỤNG CỦA COMPOSITE CẤU TRÚC • Việc sử dụng cấu trúc compozit xây dựng ngày tăng • Sự kết hợp tối ưu nhiều loại vật liệu khác tạo cấu trúc đặc biệt bền tiết kiệm nhiều chi phí ... KHÁI NIỆM Vật liệu composite (còn gọi Vật liệu compozit hay composite) vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác tạo lên vật liệu có tính ưu việt hẳn vật liệu ban đầu, vật liệu làm việc... liệu làm việc riêng rẽ THÀNH PHẦN CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE Thành phần phân bố liên tục tồn thể tích vật liệu gọi nền(matrix) Thành phần phân bố ngẫu nhiên vật liệu gọi cốt(reinforcement) Sợi thủy...VẬT LIỆU COMPOSITE Nhóm sinh viên thực Nguyễn Thành Đạt 18143217 Nguyễn Đăng Thìn 18143324 Nguyễn Mạnh Đức 18143222 Phạm Huỳnh Dương 18143211 Ứng dụng hướng phast triển Vật liệu composite