1. TỔNG QUAN
1.2.Nâng cao tính dai và độ bền va đập cho vật liệu compozit
Tính dai và khả năng chịu phá hủy là những yêu cầu quan trọng đối với vật liệu compozit. Có rất nhiều công trình tập trung nghiên cứu nhằm cải thiện tính dai cho vật liệu compozit thông qua việc cải thiện tính dai cho nhựa nền. Tuy nhiên việc cải thiện mạnh tính dai cho nhựa nền không tỉ lệ với việc tăng tính dai trong vật liệu compozit. Cải thiện tính dai cho vật liệu compozit có thể được thực hiện thông qua nhiều kỹ thuật khác nhau, điển hình như: biến tính nhựa nền, phủ lớp màng bên ngoài sợi gia cường và chen vào giữa các lớp vật liệu compozit một lớp mỏng của vật liệu mềm dẻo. Các phương pháp này được thực hiện nhằm kết hợp độ cứng và khả năng dễ gia công của nhựa nền với khả năng chịu va đập của các loại cao su hoặc nhựa nhiệt dẻo.
Yêu cầu thiết yếu để nâng cao độ bền dai của các nhựa nền nhiệt rắn là các cấu tử dai hoá phải có khả năng hoà tan trong nhựa nền và quá trình tách pha phải diễn ra sau khi đóng rắn. Nhựa epoxy biến tính bằng cao su butadien có nhóm cacboxyl ở cuối mạch (CTBN) là những hệ thống được nghiên cứu rộng rãi nhất.
Một kỹ thuật khác được áp dụng nhằm làm tăng tính dai cho vật liệu compozit là sử dụng một lớp phủ nhựa nhiệt dẻo hoặc nhựa nhiệt rắn lên bề mặt các sợi. Lớp này có thể nhận được bằng phương pháp điện hóa từ dung dịch xử lí. Độ bám dính giữa lớp phủ và sợi có ảnh hưởng quan trọng tới độ bền dai của vật liệu. Phương pháp điện hóa này tạo ra các liên kết hoá học giữa bề mặt sợi và cao su biến tính. Sử dụng lớp phủ cao su lên bề mặt sợi giúp cải thiện năng lượng phá huỷ giữa các lớp và khả năng chịu va đập của vật liệu compozit.
Cơ chế dai hoá trong vật liệu compozit nền nhựa epoxy gia cường bằng sợi được đặc trưng bởi hai quá trình khác nhau. Tại đầu vết nứt các quá trình bao gồm phát triển vết rạn, các vết nứt tế vi của nền, biến dạng nền, phá vỡ liên kết của các sợi hoặc các hạt và các quá trình biến đổi pha. Trong quá trình phát triển vết nứt một vài cơ chế khác được tìm thấy như hình thành cầu nối giữa các sợi hoặc các hạt gia cường, hình thành cầu nối giữa nền, sự rút sợi trên bề mặt nhựa nền. Sự kết hợp của hai hay nhiều hơn các quá trình này sẽ tạo nên ảnh hưởng cải thiện tính dai đáng kể bên trong vật liệu.
S. Shkolnik và C. Barash [98] sử dụng phương pháp điện hóa để phủ lớp màng mỏng metyl metacrylat lên bề mặt sợi cacbon, kết quả là làm tăng độ bền dai phá huỷ giữa các lớp của vật liệu compozit lên 60-100% so với mẫu compozit chứa sợi cácbon không xử lí metyl metacrylat. M.R. Dadfar và đồng nghiệp [70] đã sử dụng cao su butadien acrylonitril có nhóm cácboxyl ở cuối mạch để nâng cao tính dai cho nhựa nền epoxy và vật liệu compozit nền nhựa epoxy gia cường bằng sợi thuỷ tinh. Kết quả chỉ ra rằng độ bền dai phá huỷ tăng khi tăng hàm lượng CTBN.
J.L. Tsai và đồng nghiệp [56] đã nghiên cứu ảnh hưởng của silica và hai loại cao su khác nhau tới tính chất của vật liệu compozit nền nhựa epoxy gia cường bằng sợi thuỷ tinh. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng sự có mặt của 10% khối lượng silica và 10% khối lượng cao su có cấu trúc vỏ cốt trong nền nhựa epoxy làm tăng độ bền dai phá huỷ giữa các lớp lên tới 82%. Bên cạnh đó nhựa epoxy biến tính với 10% khối lượng silica và 10% khối lượng cao su CTBN có độ bền dai phá huỷ giữa các lớp tăng 48% so với mẫu compozit epoxy không biến tính.
Mohamed H. Gabra và đồng nghiệp [69] đã nghiên cứu tính chất cơ học của nhựa epoxy bổ sung vi sợi xenlulo gia cường bằng sợi cacbon biến tính bằng cao su lỏng CTBN. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng ở hàm lượng 0,5% vi sợi xenlulo độ bền dai phá huỷ tách lớp ở thời điểm bắt đầu xuất hiện vết nứt GIC và trong quá trình phát triển vết nứt GIP tăng tương ứng khoảng 84% và 72% so với mẫu compozit epoxy không biến tính. Sự có mặt của 0,5% khối lượng vi sợi xenlulo và 10% khối lượng cao su lỏng CTBN làm tăng mô đun dự trữ lên 13% ở 400C và 28% ở 2000C cho thấy sự kết hợp của vi sợi xenlulo và cao su CTBN giúp cải thiện khả năng chịu nhiệt của vật liệu compozit.