NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOZIT CÓ KHẢ NĂNG HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ VÀ CHỐNG ĐẠN .TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KH&CN VIỆT NAM VIỆN HỐ HỌC  Ngơ Cao Long NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOZIT CÓ KHẢ NĂNG HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ VÀ CHỐNG ĐẠN Chuyên ngành : Hóa lý thuyết Hố lý Mã số : 62.44.01.19 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI – 2015 Cơng trình hồn thành tại: Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam  Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Đức Nghĩa PGS TS Ngô Trịnh Tùng Phản biện 1: GS TS Thái Hoàng Phản biện 2: GS TS Lâm Ngọc Thiềm Phản biện 3: GS TS Phan Hồng Khôi Luận án đư ợc bảo vệ trư ớc Hội đồng chấm luận án cấp nhà nư ớc họp tại: Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Viện học A GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Tính cấp thiết mục đích nghiên cứu luận án - Tính cấp thiết luận án: Trong lĩnh vực an ninh, quốc phòng, việc phát triển vật liệu n nocompozit sở sợi siêu bền gi cường vật liệu nano nhằm tạo sản phẩm chống đạn cấp c o quan tâm nghiên cứu Tuy nhiên, lúc chế tạo giáp chống lại vũ khí sát thương c sức công phá lớn đạn pháo, tên lử o đ phương pháp ng tr ng quan tâm, dẫn tới r đời phát triển vật liệu hấp th s ng điện từ Thực tế, khả chống đạn khả hấp th s ng điện từ vật liệu compozit tăng theo độ dầy, cho thấy tiềm kết hợp hai tính chất hệ compozit ưu việt - Mục đích: Chế tạo thành cơng hệ vật liệu nanocompozit có khả chống đạn tốt, hấp th s ng điện từ tối ưu sở vật liệu nanocompozit, polyme dẫn vải sợi c độ bền cao nhằm ứng d ng có hiệu ngành kỹ thuật cao ph c v an ninh quốc phòng với đề tài “ h c chế ậ c c h hấ hụ đ ch đ Nội dung nghiên cứu luận án - Chế tạo n nocompozit sở nanocompozit củ gr phen ống nano cacbon với pol me ẫn (polyanilin, Polypyrol) lự chọn hệ vật liệu c khả hấp th s ng điện từ tối ưu tốt - Tối ưu điều kiện công nghệ chế tạo vật liệu chống đạn sở vải sợi evl r vải sợi c c on nhự epo gi cường vật liệu nanocompozit hấp th s ng điện từ - Tính tốn đư r kết cấu chống đạn tối ưu sở mô số bắn thử nghiệm thực tế, khảo sát khả hấp th s ng điện từ vật liệu chế tạo Ý nghĩa khoa học, thực tiễn đóng góp luận án - Đ chế tạo thành công hệ vật liệu chống đạn sở nanocompozit vải sợi c c on epo gi cường graphen/ n nocompozit vải sợi evl r epo gi cường graphen/PPy với c ng chế độ công nghệ tối ưu khảo sát khả chống đạn củ chúng, từ lựa chọn kết cấu chống đạn tối ưu - Chế tạo hệ vật liệu nanocompozit sở vải sợi evl r vải sợi c c on nhự epo gi cường graphen-PPy có khả hấp th s ng điện từ tốt - Vật liệu n nocompozit t hợp vải sợi cacbon/Kevlar/epoxy/ gr phenc khả hấp th s ng điện từ chống đạn súng súng tốt ết uả luận án mở r hướng nghiên cứu vật liệu ứng ng chế tạo giáp chống đạn bền nhẹ đồng thời c khả ng tr ng hiệu uả cho phương tiện cá nhân khí tài u n tránh bị phát r đ ăng X nhằm nâng cao hiệu tác chiến chiến đấu, ph c v thiết thực cho công tác đảm bảo an ninh quốc phòng Bố cục luận án Luận án gồm 129 tr ng trình bày phần: Mở đầu trang; Chương T ng quan 36 tr ng; Chương Đối tượng phương pháp nghiên cứu 13 tr ng; Chương Nghiên cứu, khảo sát tính chất hệ vật liệu sử d ng làm giáp chống đạn 64 trang; Kết luận chung trang tài liệu tham khảo 11 trang B NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Chương Tổng quan Đ tập hợp 105 tài liệu tham khảo nội ung đối tượng nghiên cứu luận án gồm: vật liệu nanocompozit, vật liệu hấp th sóng điện từ, vật liệu compozit chống đạn; t ng quan nghiên cứu vật liệu chống đạn hấp th s ng điện từ, rút kết luận s u: - Vải sợi evl r sợi c c on compozit củ chúng sử ng ph iến chế tạo giáp chống đạn cá nh n phương tiện chiến đấu - Vật liệu nanocompozit CNT graphen với polyme dẫn (polypyrol, polyanilin) có tính chất điện mơi tốt độ dẫn điện cao, có tiềm ứng d ng chế tạo vật liệu hấp th s ng điện từ - Luận án sử d ng phương pháp thử nghiệm vật liệu chống đạn theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.06 Hoa Kỳ phương pháp mô số sử d ng phần mềm Autodyn Ansys 12 Chương Thực nghiệm phương pháp nghiên cứu 2.1 Hóa chấ hiế ị 2.1.1 Hóa chấ - Ống n noc c on đ tường Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ chế tạo phương pháp CV ; Graphen N008N, Angstron material, Hoa Kỳ; Vải sợi cacbon loại CF3327, Hankuk Carbon, Hàn Quốc; Vải sợi Kevlar A802F, Dupont, Hoa Kỳ; Nhựa epoxy loại Epikote 815, Shell Chemical, Mĩ; Pyrol (98%), erck Đức; Anilin (98%) erck Đức; Sắt (III) clorua hexahydrat (>99%) erck Đức số hóa chất khác 2.1.2 Thiế ị ụng cụ Thiết bị chế tạo: máy ép thủy lực có gia nhiệt loại 30 tấn, Carver, Hoa Kỳ loại 150 nch ng Đài Lo n; Tủ sấy tủ sấy hút chân không emert Đức; Máy khuấ má khuấy từ gia nhiệt, bể rung siêu âm SW60H; Khuôn chế tạo pha nền; khuôn ép thủy lực Thiết bị nghiên cứu: đo ph hồng ngoại FT-IR IMPACT- 410; đo ph raman LabRAM HR, Horiba, Nhật; Máy kéo nén uốn đ Tinius Olsen H100 KT, Hounfield, Anh, Máy phân tích nhiệt DSC, TGA Labsys, Stearam, Pháp; Kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hitachi S4800, Nhật Bản; đo độ dẫn eithle picometer Đức ; đo độ bền va đập Radmana ITR 2000, Úc Thiết bị xác định khả chống đạn: Súng ngắn K54, súng tiểu liên AK47 sử d ng đạn lõi thép tương ứng 7,62 x 25 7,62 x 39 mm Nga sản xuất; thiết bị đo sơ tốc đầu đạn Prochrono Digital Chronograph, vật liệu đo độ lún theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.06, Hoa Kỳ; Hệ máy tính phần mềm mơ số Autodyn Ansys 12.0, Hoa Kỳ 2.2 hương pháp chế o Chế tạo nanocompozit PANi/CNT, graphen/PANi, polypyrol/CNT, graphen/PPy phương pháp tr ng hợp in-situ dung dịch với chất doping DBSA Chế tạo compozit vải sợi c c on epo , compozit vải sợi evl r epoxy, nanocompozit cacbon/epoxy/graphen-PPy (CEGPY), Kevlar/ epoxy/graphen-PPy (KEGPY), nanocompozit t hợp cacbon/Kevlar/ epoxy/graphen-PPy phương pháp h i gi i đoạn Gi i đoạn gel hoá phần nhựa nền, phân bố nhựa vào sợi c c on ép đu i khí, giai đoạn ép áp lực cao, nhiệt độ cao để định hình đ ng rắn hồn toàn vật liệu 2.3 Các phương pháp nghiên Xác định độ dẫn vật liệu, Xác định khả hấp th s ng điện từ, Hiển vi điện tử quét (SEM), Ph hồng ngoại FT-IR, Ph Raman, Xác định tính chất học, Phân tích nhiệt, Xác định hàm lượng phần gel, Mô khả chống đạn vật liệu, Bắn thử nghiệm thực tế theo tiêu chuẩn Chương Kết thảo luận 3.1 Chế t o nanocompozit MWCNT graphen với PPy, PANi 3.1.1 Khảo sát vật liệu MWCNT graphen (c) (b) (a) (d) Hình 3.1 Ảnh FESEM mẫu MWCNT mẫu CNT ban đầu (a), mẫu CNT sau rung siêu âm (b) graphen độ phóng đại 10.000 lần (c), 60.000 lần (d) D G G D 2D 2D Hình 3.2 Phổ Raman graphen MWCNT Độ ẫn (S/cm) 35 30 25 20 15 10 Độ ẫn (S/cm) 3.1.2 Khảo điều kiện chế t o PPy PANi 10 15 20 25 30 Hàm lượng DBSA (%) Hình 3.3 Ảnh hưởng hàm lượng DBSA đến độ dẫn PANi PPy 35 30 25 20 15 10 PPy 10 12 Thời gian phản ứng (giờ) Hình 3.4 Ảnh hưởng Hình 3.5 Ảnh hưởng hàm thời gian phản ứng đến lượng MWCNT graphen đến độ dẫn AN độ dẫn PANi PPy Khảo sát điều kiện tối ưu chế tạo nanocompozit PANi, PPy với graphen MWCNT hàm lượng DBSA 15% với PANi, 20% với PPy, thời gian phản ứng hàm lượng MWCNT graphen 4% với PANi, 5% với PPy 3.1.2.4 Khảo sát tính chấ n n c g h n ới PPy (b) (a) (c) Hình 3.6 Phổ FTIR PPY (a), nanocompozit MWCNT/PPy (b) graphen/PPy (c) (a) (b) Hình 3.7 Ảnh SEM nanocompozit MWCNT/PPy (a), graphen/PPy (b) 3.1.3 Khả hấp thụ óng điện từ nanocompozit Tần ố (GHz) 10 11 12 Tổn hao hấp hụ (dB) -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 MWCNT/PPy Graphen/PPy MWCNT/PANi Graphen/PANi Hình 3.8 Tổn hấp thụ sóng đ ện từ nanocompozit Kết khảo sát cho thấy mẫu n nocompozit cho độ hấp th tốt dải tần số từ 8-12 GHz Qua so sánh thấy mẫu nanocompozit graphen/PPy có khả hấp th s ng điện từ tốt độ ẫn điện c o o luận án sử d ng nanocompozit graphen/PPy nghiên cứu với điều kiện công nghệ chế tạo tối ưu hàm lượng DBSA 20%, thời gian phản ứng hàm lượng gr phen % cho độ dẫn đạt 48 S/cm khả hấp th s ng điện từ cao 10 GHz với 32 dB 3.2 Chế t o nanocompozit vải sợi cacbon/epoxy/graphen/PPy (CEGPY) 3.2.1 Khảo sát nhựa epoxy Ảnh hưởng củ h lượng chấ đóng ắn DDM Hình 3.9 Ảnh hưởng hàm lượng DDM đến hàm lượng phần gel nhựa epoxy Epikote 815 80oC Hình 3.10 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng phần gel hệ nhựa Epikote 815/DDM nh T nh hất học ep x đóng rắn DDM hàm lượng khác Từ kết trình bày hình 3.9, 3.10, 3.11 cho thấ điều kiện công nghệ chế tạo nhựa epo hàm lượng chất đ ng rắn DDM 22% (PKL), nhiệt độ đ ng rắn 150oC chế tạo compozit 3.2.1.1 Ảnh hưởng củ h lượng nhự PPy đến ính chấ học củ CEGPY nh Ảnh hưởng hàm lượng nhựa epoxy đến tính chất học CEGPY xy, h lượng graphen- nh Ảnh hưởng hàm lượng GPY đến tính chất học CEGPY Kết trình bày hình 3.12, 3.13 cho thấy tính chất học CEG Y đạt giá trị tối ưu hàm lượng nhự 30% hàm lượng GPY nhựa epoxy 3% (PKL) 3.2.1.2 Ảnh hưởng củ đ ều kiện g CEGPY cơng đến tính chấ học Kết trình bày hình 3.14, 3.15, 3.16 cho thấ điều kiện công nghệ chế tạo n nocompozit CEGPY tối ưu hàm lượng nhự epo 30% L hàm lượng G Y nhựa epo 3% L Tăng nhiệt độ áp lực ép để định hình đ ng rắn hoàn toàn vật liệu áp lực ép 150 kg/cm2, thời gian ép 90 phút, nhiệt độ ép 150oC Kết khảo nghiệm cho thấ tính chất l vật liệu CEG Y đạt điều kiện tối ưu là: độ ền kéo đứt 3 độ ền uốn độ ền v đập 182 kJ/m mơ đun kéo đứt 36 GPa Hình 3.14 Ảnh hưởng nhiệt độ ép đến tính chất học CEGPY Hình 3.15 Ảnh hưởng thời gian p đến tính chất học CEGPY Hình 3.16 Ảnh hưởng áp suất ép đến tính chất học CEGPY Tính chất CEGPY Kết phân tích nhiệt cho thấ N nocompozit CEG Y c nhiệt độ ph n hủ c o compozit c c on epo nh 17 Giản đồ phân tích nhiệt khố lượng compozit ca b n ep x CEGPY (a) nh 18 Ảnh FESEM (b) mp t a b n ep x 3.3 Chế t o nanocompo i vải ợi K vla / po Hình 3.19 Ảnh hưởng hàm lượng nhựa đến tính chất học vật liệu KEGPY /G a C (K G b ) Hình 3.20 Ảnh hưởng hàm lượng đến tính chất học vật liệu KEGPY Kết cho thấy, vật liệu EG Y đạt tính chất học tốt hàm lượng nhự epo đạt 30% hàm lượng graphen-PPy nhựa epoxy 30% Công nghệ chế tạo EG Y luận án đ khảo sát kết uả tương tự củ EG Y Điều kiện công nghệ nh u tạo điều kiện thuận lợi cho chế tạo compozit t hợp hai loại vải cacbon vải Kevlar Tính chất l tối ưu củ vật liệu n nocompozit EG Y là: độ ền kéo đứt 33 độ ền v đập k m2 độ ền uốn mô đun đàn hồi G độ n ài đứt % 3.3.3 Tính chất KEGPY 3.3.3.1 Phân tích nhiệt Kết cho thấy, n nocompozit compozit evl r epo EG Y c nhiệt độ ph n hủ c o 3.5 Khảo sát khả chống đ n 3.5.1 Xác định khả chống đ n vải sợi xếp lớp 5.1.1 Mô số a Khả chống đạn vải Kevlar - Thiết lập thông số mô củ đầu đạn: đầu đạn 7,62x25 mm sử d ng cho súng K54 có khối lượng củ đầu đạn 5,50g thiết đặt tốc độ đạn va chạm 420 m/giây Mô hình thiết kế mơ viên đạn mơ tả hình 3.30 Đầu đạn thực b Thiết kế viên đạn c Nửa mẫu d Mẫu đầ đủ Hình 3.30 Đầu đạn 7,62x25 mm súng K54 Đầu đạn 7,62x39 mm sử d ng cho súng AK47 có kết cấu gồm lớp: phần lõi thép cứng có tác d ng xuyên, lớp bọc bên đồng tạo thành mũi đạn; lõi vỏ lớp chì mỏng Khối lượng đầu đạn 7,97g thiết đặt tốc độ đạn va chạm 715m/giây Mơ hình thiết kế mơ viên đạn mơ tả hình 3.31 Đầu đạn thực tế b Thiết kế đầu đạn c Nửa mẫu Hình 3.31 Đầu đạn 7,62x39 mm s ng A - Nhập liệ đưa a kết mô * Xây dựng thông s vật li u 11 d Mẫu đầ đủ Mơ hình vật liệu vải Kevlar phương trình trạng thái trực hướng (orthotropic), mơ hình bền tuyến tính, mơ hình phá hủy ứng suất/biến dạng m teri l stress str in phương pháp chi lưới Lagrange cho mẫu vật liệu Hình 3.32 Mơ hình mơ hình họ h a lưới đầu đạn súng K54 AK47 va chạm vào chắn vải Kevlar Tấm vải chống đạn vuông 100 100 mm Luận án lự chọn g c v chạm giữ đầu đạn chắn 90o hình chi lưới hình học vật liệu n đầu loại đạn va chạm vào chắn trình bày hình 3.32 Bảng 3.1 Mơ hình thơng số vật liệu vải Kevlar 129 Nội dung nhập liệu hương trình trạng thái Mơ hình bền Độ ền kéo đứt k ô đun kéo đứt k Độ dãn dài, % Khối lượng riêng, g/cm3 Mơ hình phá hủy hương pháp chi lưới Nhiệt độ phá huỷ, K Chu kỳ giới hạn, vòng lặp Thời gian va chạm tối đ gi Bước thời gian nhỏ nhất, giây Bước thời gian lớn nhất, giây Hệ số an toàn Số liệu nhập Trực hướng Tuyến tính 4,15.105 11,3.107 4,7 1,4 Ứng suất/biến dạng Lagrange 800 106 0,2 10-15 108 0,67 - Kết mô Kết mô cho thấ viên đạn xuyên thủng phá hủy hoàn toàn 63 lớp vải Kevlar, vải c u hướng bị hỏng phần kết cấu, tạo 12 giãn tách lớp lớp vải hình thành hình nón cao phía sau mặt vải Kevlar Hình 3.33 Mơ q trình va chạm đầu đạn súng K54 theo thời gian va chạm với vải Kevlar nh nh ảnh m n ng hống đạn s ng A g p ải Kevlar xếp lớp b Khả chống đạn vải sợi cacbon xếp lớp - Thông số mô giáp vải cacbon X ựng mơ hình chi lưới chống đạn m c Thông số mô giáp vải cacbon xếp lớp, thiết lập điều kiện chạ ảng 3.2 Bảng 3.2 Thông số mô giáp vải cacbon Nội dung nhập liệu hương trình trạng thái Mơ hình bền Độ ền kéo đứt k ô đun kéo đứt k Độ dãn dài, % Khối lượng riêng, g/cm3 Mơ hình phá hủy hương pháp chi lưới Nhiệt độ phá huỷ, K Chu kỳ giới hạn, vòng lặp Thời gian va chạm tối đ gi Bước thời gian nhỏ nhất, giây Bước thời gian lớn nhất, giây Hệ số an toàn Số liệu nhập Trực hướng Đ hướng 4,8x105 22,7x107 0,8 1,83 Ứng suất/biến dạng Lagrange 900 106 0,2 10-15 108 0,67 - Mô số va ch m đầ đ n súng K54 AK với giáp vải cacbon xếp lớp Động củ đầu đạn giá trị chứng tỏ n đ ị ừng lại hoàn toàn Vận tốc củ đầu đạn đạt giá trị -12 m/giây chứng tỏ n đ ị bật trở lại c o so với vải evl r s u đ ừng hẳn lực ma sát lỗ ết uả 13 cho thấ vải sợi c c on c khả chống đạn xun thủng lớp Hình 3.35 Mơ trình va chạm đầu đạn súng K54 the thờ g an vải cacbon xếp lớp với số lớp ị nh M trình va chạm đồ thị động n ng a hạm với giáp vải cacbon xếp lớp Kết cho thấy giáp vải c c on c khả chống đạn súng AK47 với số lớp ị u ên thủng 200 lớp vải 3.5.1.2 Khảo sát khả chống đạn vải xếp lớp bắn thử nghiệm thực tế (a) (b) Hình 3.37 Súng K54 (a), súng AK47 (b) sử dụng bắn thử nghiệm thực tế Mẫu thử nghiệm chế tạo từ lớp vải Kevlar, cacbon có kích thước 25x30 cm Tiến hành thử nghiệm khả chống đạn lõi thép có kích thước 7,62x25 mm củ súng mm củ súng hương pháp thử nghiệm theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04 Hoa Kỳ với thiết bị đo sơ tốc đạn i đo độ lún tiêu chuẩn ột số thông số mẫu thử, điều kiện thử kết thu trình bày bảng 3.3, bảng 3.4 với vải sợi Kevlar; bảng 3.5, bảng 3.6 với vải sợi cacbon Hình 3.38 Mẫu giáp vải cacbon Kevlar xếp lớp 14 Bảng 3.3 Thông số giáp vải Kevlar xếp lớp đ ều kiện thử nghiệm Mẫu số 1K 2K Số lớp vải 80 200 Kích hước (cm) 25x30 25x30 Điều kiện thử nghiệm Trọng lượng Lo i Lo i đ n Số lần bắn Cự ly bắn (g) súng (mm) (lần) (m) 1140 K54 7,62x25 06 2850 AK47 7,62x39 06 15 Bảng 3.4 Kết bắn thử nghiệm giáp vải Kevlar Mẫu số 1K 2K Điểm bắn TB TB Sơ ốc đ n (m/giây) 430 404 408 420 425 416 417,2 700 718 705 721 716 722 713,7 Số lớp xuyên qua 65 63 67 62 65 63 64,2 200 200 200 200 200 200 200 Độ lún (mm) 58,2 52,4 54,5 55,7 56,1 53,2 55 Thủng Thủng Thủng Thủng Thủng Thủng Thủng Hình 3.39 Kết bắn thử nghiệm vải Kevlar xếp lớp Đối với đạn lõi thép kích thước 7,62x25 mm bắn súng K54 với sơ tốc đầu đạn trung bình 417,49 m/giây mẫu số vải ếp lớp thủng lớp mẫu không thủng độ lún cao 54,7 mm > 44 mm (theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04) nên chư đạt tiêu chuẩn Đối với 15 đạn lõi thép kích thước 7,62x39 mm bắn súng c sơ tốc đầu đạn trung bình 714,16 m/giây mẫu số 2K mẫu bị xuyên thủng 100% kết cấu vải bị phá hủ hoàn tồn Như vậy, với kết cấu có vải Kevlar không đáp ứng yêu cầu chống đạn với loại súng có sơ tốc đầu đạn lớn súng súng Bảng 3.5 Thông số giáp vải cacbon xếp lớp đ ều kiện thử nghiệm Mẫu Số lớp số vải 1C 2C 80 200 Kích hước (cm) 25x30 25x30 Trọng lượng (g) 1254 3135 Điều kiện thử nghiệm Lo i Lo i đ n Số lần bắn Cự ly bắn súng (mm) (lần) (m) K54 7,62x25 06 AK47 7,62x39 06 15 Bảng 3.6 Kết bắn thử nghiệm giáp vải cacbon xếp lớp Mẫu số 1C 2C Điểm bắn TB TB Sơ ốc đ n (m/giây) 416 419 410 420 421 415 416,8 709 718 712 719 715 720 715,5 Số lớp xuyên qua 66 68 65 67 64 65 65,8 173 176 175 183 184 185 179,3 Độ lún (mm) 51,1 53,3 48,2 50,1 47,6 46,5 49,5 50,5 52,6 56,2 57,3 52,1 55,4 54 Đối với đạn 7,62x25 mm súng K54 với sơ tốc đầu đạn trung bình 416,8 m/giây mẫu số 1C vải ếp lớp thủng lớp mẫu không thủng độ lún 49,5 mm (> 44 mm) nên chư đạt tiêu chuẩn Đối với đạn lõi thép 7,62x39 mm súng AK47 với sơ tốc đầu đạn trung bình 715,5 m/giây mẫu số 2C số lớp bị xuyên thủng độ lún 54 mm (> 44 mm Như vậy, với kết cấu vải cacbon xếp lớp có khả chống đạn súng khơng đáp ứng tiêu 16 chuẩn cho phép ết uả ắn thử nghiệm cho thấ ph hợp với kết uả mô số 3.5.2 Khảo sát khả chống đ n nanocompozit Thông số mô mẫu n nocompozit trình bày bảng 3.7 Bảng 3.7 Mơ hình thơng số vật liệu nanocompozit Nội dung nhập liệu KEGPY CEGPY hương trình trạng thái hương trình trạng thái kép Khối lượng riêng (g/cm3) ơđun Young k Hệ số dãn dài Nhiệt độ phân hủy Mô hình bền Mơ hình phá hủy Độ bền kéo đứt (kPa) Độ bền uốn (kPa) hương pháp chi lưới Bước thời gi n nhỏ Bước thời gi n lớn Trực hướng Đ hướng 1,53 2,6.107 0,0712 750K dẻo đàn hồi ứng suất/biến dạng 3,39 105 2,4 105 lagrange 10-15 106 ức độ phá hủ củ vật liệu 1000000 0,01 s 1000 chu kì Trực hướng Đ hướng 1,65 3,6.107 0,01 750K Jonson Holmquist Jonson-cook 3,43.105 2,7 105 lagrange 10-15 106 ức độ phá hủ củ vật liệu 1000000 0,01 s 1000 chu kì Tình trạng hiển thị ố chu kì tối đ Thời gi n tối đ Lưu kết uả 3.5.2.1 Kết mô vớ đạn súng K54 a Tấm KEGPY Hình 3.40 Mơ n ng hống đạn đầu đạn súng K54 theo thờ g an a hạm KEGPY Hình 3.41 Mơ n ng hống đạn đầu đạn súng K54 theo thờ g an a hạm CEGPY 17 Kết mơ trình v chạm củ đầu đạn súng K54 vào KEGPY trình bày hình 3.40 Kết mô khả chống đạn súng củ KEGPY cho thấ vật liệu c khả chống đạn súng với lớp vải evl r ị u ên thủng b Tấm CEGPY Kết mô trình va chạm đầu đạn súng K54 với CEGPY cho thấ vật liệu nà c khả chống đạn súng với lớp vải ị u ên thủng c n c hợ ả ợ c c n l xy Hình 3.42 M n ng hống đạn đồ thị ận tố n ng lượng đầu đạn s ng the thờ g an a hạm CKEGPY ết uả mô CKEGPY với tỉ lệ vải cacbon/kevlar khác nh u trình bày bảng 3.8 Kết khảo sát cho thấ C EG Y 20 lớp vải c c on lớp vải evl r cho khả chống đạn súng tốt c số lớp u ên Bảng STT n ng hống đạn s ng nan cacbon/Kevlar Số lớp vải cac on/K vla nanocompozit 0/60 10/50 20/40 30/30 60/0 ong mp t the t lệ ả Số lớp hủng 43 42 39 45 47 3.5.2 Kết mô vớ đạn súng AK47 Kết mơ q trình va chạm đầu đạn súng AK47 với KEGPY cho thấ viên đạn xuyên thủng phá hủy 120/140 lớp vải 18 evl r số lớp vải ị phá hủ lớn CEGPY c khả chống đạn súng vải c c on thời gi n 10-5 s Hình 3.43 Mô n ng hống đạn súng AK47 theo thờ g an a hạm KEGPY ết uả mô cho thấ : đầu đạn xuyên thủng 12 lớp Hình 3.44 Quá trình va chạm đầu đạn súng AK47 theo thời gian a hạm CKEGPY ết uả mô khả chống đạn súng AK47 ứng với tỉ lệ số lớp vải c c on evl r khác nh u C EG Y trình ảng Kết khảo sát cho thấ C EG Y 30 lớp vải c c on 110 lớp vải evl r cho khả chống đạn súng tốt c số lớp u ên thủng Bảng STT n ng hống đạn ật l ệu C Số lớp vải cac on/K vla nanocompozit 0/140 20/120 30/110 50/90 70/70 140/0 ong the t lệ số lớp ả Số lớp hủng Hình 3.45 Thử nghiệm thực tế khả n ng hống đạn 19 120 118 115 120 125 128 3.5.3 Khảo sát khả chống đ n chuẩn ng nghiệm hực ế h o iê Tiến hành ắn thử nghiệm thực tế chống đạn theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04, Hoa Kỳ trường bắn, kết trình bày bảng 3.11 3.12 Bảng Đ ều kiện chế tạo, bắn thử nghiệm chống đạn Th ng ố ấm chống đ n Số lớp Lo i o i vải vải súng K01 Kevlar/epoxy 60 K54 K1 KEGPY 60 K54 C1 CEGPY 60 K54 CKEGPY CK1 20 lớp c c on 60 K54 lớp evl r K02 Kevlar/epoxy 140 AK47 K2 KEGPY 140 AK47 C2 CEGPY 140 AK47 CKEGPY CK2 30 lớp c c on 140 AK47 110 lớp evl r Mẫu số Điều kiện thử Lo i đ n, Số lần Cự ly bắn mm bắn m 7,62x25 06 7,62x25 06 7,62x25 06 7,62x25 06 7,62x39 7,62x39 7,62x39 06 06 06 15 15 15 7,62x39 06 15 Bảng 3.11 Kết bắn thử nghiệm vớ đạn 7,62x25 mm súng K54 Mẫu số K01 K1 Điểm bắn TB Vận tốc đ n, m/giây 419 416 425 421 419 417 419,5 416 421 418 422 Số lớp vải xuyên thủng, lớp 47 46 49 51 52 51 49,3 40 42 42 43 20 Độ lún, mm 35,6 34,4 33,2 34,2 36,3 35,1 34,8 25,2 25,4 25,1 26,3 C1 CK1 TB TB TB 415 420 418,7 417 421 422 416 418 423 419,5 421 417 418 415 419 422 418,7 43 44 42,3 45 46 46 47 48 49 46,8 37 36 38 40 42 43 39,3 26,5 27,1 25,9 22,5 22,8 23,4 23,7 24,1 24,4 23,5 25,2 24,4 24,1 25,3 26,6 27,4 25,5 ết uả ắn thử nghiệm thực tế chống đạn súng cho thấy: mẫu compozit n nocompozit có khả chống đạn súng K54 với đầu đạn lõi thép 7,62x25 mm Tấm CKEGPY (CK1) có hiệu chống đạn c o % so với compozit Kevlar/epoxy Hình 3.46 Kết bắn thực tế compozit vải Kevlar/epoxy vớ đạn súng K54 Kết bắn thử nghiệm cho thấy mẫu CKEGPY (CK1) bị xuyên thủng trung bình 39,3/60 lớp, cịn KEGPY (K1) bị xuyên thủng trung bình 42,3/60 lớp CEGPY (C1) bị xuyên thủng trung bình 46,8/60 lớp Kết bắn thử nghiệm thực tế phù hợp với kết mô 21 Bảng 3.12 Kết bắn thử nghiệm vớ đạn 7,62x39 mm súng AK47 Mẫu số K02 K2 C2 CK2 Điểm bắn TB TB TB TB Vận tốc đ n, m/giây 722 714 720 721 716 719 718,7 715 724 721 714 720 723 719,5 723 719 716 724 722 721 720,8 717 714 715 720 718 716 716,7 Số lớp vải xuyên thủng, lớp 137 136 138 139 Thủng Thủng Thủng 117 118 118 120 122 124 119,8 128 127 127 129 130 132 128,8 115 114 115 118 118 119 116,5 Độ lún, mm 34,5 34,1 35,7 36,8 Thủng Thủng Thủng 27,6 27,2 28,4 30,2 31,7 32,9 29,7 21,1 22,7 22,1 24,6 25,5 27,4 23,9 23,6 24,2 24,7 25,2 26,7 27,9 25,4 Kết bắn thử nghiệm thực tế với đạn 7,62x39 mm súng AK cho thấy: Mẫu compozit Kevlar/epoxy 140 lớp khơng có khả chống đạn, CEG Y EG Y C EG Y có khả chống đạn Kết bắn thử nghiệm thực tế KEGPY, CEGPY, CKEPGY với đạn 7,62x39 mm súng AK cho thấy phù hợp với kết mô số 22 Hình 3.47 Kết bắn thử nghiệm compozit vải Kevlar/epoxy vớ đạn súng AK47 Tấm CKEGPY c kết cấu chống đạn tối ưu cho khả chống đạn súng K54 AK47 tốt thích hợp chế tạo sản phẩm giáp chống đạn mũ chống đạn, áo giáp chống đạn, chắn chống đạn 3.5.6 Đánh giá khả hấp thụ óng điện từ CKEGPY (a) (b) Hình 3.48 Tổn hao hấp thụ phản xạ mẫu vật liệu CKEGPY CK1 (a) (b) Hình 3.49 Tổn hao hấp thụ phản xạ mẫu CKEGPY CK2 Kết cho thấy mẫu nanocompozit CK1 có khả hấp th sóng điện từ tốt với t n hao hấp th tốt 10 G z đạt -36 dB t n hao phản xạ tốt nhât 11 G z đạt -48,2 dB Mẫu CK2 có t n hao hấp th tốt 10 G z đạt -37,3 dB t n hao phản xạ tốt nhât 10 G z đạt 49,2 dB 23 KẾT ẬN Luận án đ chế tạo thành công hệ vật liệu n nocompozit CNT gr phen CNT Ni gr phen Ni khảo sát tính chất điện khả chịu nhiệt hình thái học củ chúng u khảo sát đ lự chọn vật liệu tối ưu n nocompozit gr phen với tính chất điện nhiệt khả hấp th s ng điện từ tốt hàm lượng gr phen % Đ chế tạo hệ vật liệu chống đạn sở CEGPY EG Y sử ng hệ keo đ ng rắn n ng epo Epikote tỉ lệ 100 22 L với c ng chế độ công nghệ tối ưu hàm lượng nhự 30% nhiệt độ gi công 0oC áp suất ép 0kg cm2 thời gi n ép phút àm lượng G Y tối ưu % với CEGPY 3% với EG Y hảo sát khả chống đạn củ hệ vật liệu CEGPY EG Y C EG Y đạn súng loại 2 mm lõi thép đạn súng loại mm lõi thép ằng mô số sở phần mềm uto n ns s 12 cho thấ vật liệu C EG Y c khả chống đạn tốt ết uả ắn thử nghiệm cho thấ tương đồng giữ mô thực tế Tấm chống đạn C EG Y 20 lớp vải c c on lớp vải evl r cho khả chống đạn súng tốt với số lớp ị u ên thủng trung ình 3 lớp; chống đạn C EG Y 30 lớp vải c c on 110 lớp vải evl r cho khả chống đạn súng tốt với số lớp ị u ên thủng trung ình 11 lớp hấp th s ng điện từ củ vật liệu EG Y CEG Y tần số 10 G z với hàm lượng G Y % 3% cho kết uả hấp th tốt hấp th s ng điện từ củ C EG Y tốt so với CEGPY EG Y Luận án đ sử d ng vật liệu n nocompozit gi cường cho compozit vải sợi tăng tính chất học, khả chống đạn tăng độ dẫn tăng khả hấp th s ng điện từ vật liệu Chế tạo vật liệu C EG Y c khả hấp th s ng điện từ chống đạn súng súng tốt ết uả luận án mở r hướng nghiên cứu vật liệu ứng ng chế tạo giáp chống đạn c khả ng tr ng hiệu uả cho phương tiện khí tài u n tránh ị phát r đ ăng X nhằm nâng cao hiệu tác chiến chiến đấu 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Vũ Đình hiêm Ngu ễn Đức Nghĩ Ngơ Trịnh Tùng, Ngô Cao Long, Lê Văn Th (2012), Nghiên c u kh chị ác động va ch m t c độ cao h vật li r phần mềm mô s Autodyn Ansys 11.0 kiểm nghi m thực tế kh ch đ n vật li u compozit v i sợi, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Tập 50, số 1A, tr 309-317 Ngô C o Long Lê Văn Th , Nguyễn Đức Nghĩ Ngô Trịnh Tùng, (2012), Nghiên c u chế t o kh o sát tính chất vật li u lai polypyrol (PPy) sợi nanocacbon, Tuyển tập báo cáo hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 7, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, tr 108-111 Van Thu Le, Cao Long Ngo, Quoc Trung Le, Trinh Tung Ngo, Duc Nghia Nguyen and Minh Thanh Vu, (2013), Surface modification and functionalization of carbon nanotube with some organic compounds, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, Vol.4 (3) 035017 (5pp) Ngo Cao Long, Le Van Thu, Nguyen Duc Nghia, (2013), Fabrication and electromagnetic wave absorption of polypyrrole/clay nanocomposites, Vietnam Journal of Chemistry Vol.51 (5A), pp 200204 Ngo Cao Long, Le Van Thu, Ngo Trinh Tung (2013), Influence of carbon nanotubes content on the structure and properties of Kevlar/epoxy composite, Vietnam Journal of Chemistry, Vol.51 (5A), pp 205-210 Ngô C o Long Lê Văn Th , Ngô Trịnh Tùng, Nguyễn Đức Nghĩ Vũ Minh Thành (2015), Nghiên c u chế t o kh o sát kh hấp thụ đ n t vật li u compozit Kevlar/epoxy/PANi-MWCNT, Tạp chí Hóa học, T.53 (5e1), tr 168-172, ISSN 0866-7144 Ngo Cao Long, Bui Thi Thu Thuy, Le Van Thu, Nguyen Van Thao, Vu Minh Thanh (2015), Fabrication conditions of the optimal carbon fabric/epoxy composite using heat-curing epoxy resin, Vietnam Journal of Chemistry, Vol.53 (5e1), pp 177-181, ISSN 0866-7144 Ngô C o Long Lê Văn Th , Ngô Trịnh Tùng, Nguyễn Đức Nghĩ Chế t o kh o sát tính chất nanocompozit graphen/polypyrol, Tạp chí Khoa học công nghệ, T.53, ISSN 0866-708X 25