- Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp hiện đại dẫn đến các nhu cầu to lớn về loại vật liệu đồng thời có nhiều tính chất mà các vật liệu như kim loại, ceramic, polymer khi đứng riêng lẽ không có được mà nổi bật là loại vừa bền, vừa nhẹ, rẻ lại có tính chống ăn mòn cao. Composite (hay còn gọi là vật liệu kết hợp) ra đời mấy chục năm gần đây đã đáp ứng được các yêu cầu đó, đã đáp ứng, ứng dụng và phát triển tới trình độ cao trong quy luật kết hợp – một quy luật phổ biến trong tự nhiên. Ngành khoa học và công nghệ về composite đã có nhiều sản phẩm dùng trong mọi lĩnh vực: từ ô tô máy bay cho đến các vật liệu chỉnh hình và hiện phát triển đến mức nhiều người cho rằng thế kỉ 21 sẽ là văn minh của composite.
-Vật liệu composite 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, cứng vững, chịu va đập, uốn kéo tốt.
Chịu hóa chất, không sét rỉ, chống ăn mòn. Đặc tính này đặc biết thích hợp cho biển và khí hậu vùng biển.
Chịu thời tiết, chóng tia UV, chống lão hóa nên rất bền. Dễ lắp đặt, có độ bền riêng và các đặc trưng đàn hồi cao. Chịu nhiệt chịu lạnh chống cháy.
Chịu ma sát, cường độ lực, nhiệt độ cao (thể hiện ở composite sợi carbon). Cách điện, cách nhiệt tốt.
Chi phí bảo quản thấp, màu sắc đa dạng, thiết kế tạo dáng dễ dàng, đầu tư thiết bị và tổ chức sản xuất không phức tạp, chi phí vận chuyển và sản xuất không cao… Không thấm nước, không độc hại.
Bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, chi phí thấp.
Màu sắc đa dạng, đẹp bền vì được pha ngay trong nguyên liệu.
Thiết kế, tạo dáng thuận lợi, đa dạng, có nhiều công nghệ để lựa chọn.
Ưu điểm:
-Nhẹ hơn các báng súng làm từ các vật liệu khác. - Chi phí sản suất rẻ hơn báng súng làm từ gỗ.
1.7. Mục đích nghiên cứu
-Tổng hợp, phân tích, đánh giá những đề tài đã công bố (trong nước và quốc tế) về áp dụng rung động trong ép phun sản phẩm nhựa từ đó nắm bắt nội dung và đưa ra mục tiêu nghiên cứa của đề tài.
-Tìm kiếm, chọn lọc ghi chép lại các tài liệu tham khảo, website, phần mềm… từ nhiều nguồn có liên quan để so sánh tổng hợp lại nội dung.
-Nêu ra một số phương án và lựa chọn phương án phù hợp nhất.
-Tiến hành thí nghiệm, so sánh đánh giá kết quả thu được từ đó đưa ra hướng phát triển đề tài
1.8. Phương pháp nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu
Cách tiếp cận: Sử dụng phương pháp định lượng trong quá trình tính toán, phân tích mô phỏng kết hợp với thực nghiệm nhằm kiểm chứng kết quả. Phương pháp nghiên cứu:
a. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu:
Thu thập, phân tích và biên dịch tài liệu liên quan tới kỹ thuật làm khuôn phun ép nhựa: đảm bảo tính đa dạng, đa chiều và tận dụng được các kết quả của các nghiên cứu mới nhất, phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài
b. Phương pháp phân tích thực nghiệm:
- Dựa trên các kết quả và thất bại trong thực nghiệm, lựa chọn được cấu hình thiết bị phù hợp, tối ưu hóa được quy trình thu thập kết quả thí nghiệm.
- Áp dụng quy trình thí nghiệm trên các thiết kế khác nhau (thiết kế 2D và 3D) c. Phương pháp phân tích so sánh:
Dựa trên các kết quả về mô phỏng và thực nghiệm so sánh giữa 2 thiết kế (2D và 3D) về các yếu tố:
- Phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn - Giá trị nhiệt độ cao nhất của quá trình ép. - Quá trình ép nhựa, dòng chảy nhựa
Từ đó làm sáng tỏ lý thuyết và kết quả có tính thuyết phục cao.
1.9. Phạm vi nghiên cứu đề tài
Đối tượng nghiên cứu: Thiết kế chế tạo khuôn báng súng Cụ thể:
CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu vật liệu composite
- Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp hiện đại dẫn đến các nhu cầu to lớn về loại vật liệu đồng thời có nhiều tính chất mà các vật liệu như kim loại, ceramic, polymer khi đứng riêng lẽ không có đựợc mà nổi bật là loại vừa bền, vừa nhẹ, rẻ lại có tính chống ăn mòn cao. Composite (hay còn gọi là vật liệu kết hợp) ra đời mấy chục năm gần đây đã đáp ứng được các yêu cầu đó, đã đáp ứng, ứng dụng và phát triển tới trình độ cao trong quy luật kết hợp – một quy luật phổ biến trong tự nhiên. Ngành khoa học và công nghệ về composite đã có nhiều sản phẩm dùng trong mọi lĩnh vực: từ ô tô máy bay cho đến các vật liệu chỉnh hình và hiện phát triển đến mức nhiều người cho rằng thế kỉ 21 sẽ là văn minh của composite.
2.1.1. Khái niệm
-Composite bao gồm Com từ Complexvà -posite từ position nghĩa là thành phần. Vật liệu Composite là vật liệu được chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có đặt tính sức bền cơ lý hơn hẳn các vật liệu ban đầu, khi mà những vật liệu này làm việc riêng lẻ. Nói cách khác vật liệu composite là vật liệu đa thành phần.
Hình 2.1: Cấu trúc Polymer
Vật liệu composite được cấu tạo từ các thành phần cốt nhằm đảm bảo cho composite có được các đặc tính cơ học, độ cứng cần thiết và vật liệu nền đảm bảo cho các thành phần của composite liên kết, làm việc hài hoà với nhau, tạo nên các kết cấu có khả năng chịu sự ăn mòn, chịu nhiệt trong môi trường khắc nghiệt.
2.1.2. Đặc điểm
- Vật liệu composite là vật liệu nhiều pha: trong đó các pha rắn khác nhau về bản chất, không hòa tan lẫn nhau và phân cách với nhau bằng ranh giới pha. Phổ biến nhất là loại composite 2 pha:
Pha liên tục trong toàn khối gọi là nền.
Pha phân bố gián đoạn được nền bao quanh gọi là cốt. Trong vật liệu composite tỷ lệ hình dáng, kích thước, sự phân bố của nền và cốt tuân theo quy luật đã thiết kế. -Trong vật liệu composite tỷ lệ hình dáng, kích thước, sự phân bố của nền và cốt tuân theo quy luật đã thiết kế. Tuy nhiên, tính chất của các pha thành phần được kết hợp lại để tạo nên tính chất chung của composite.
2.1.3. Ưu điểm, nhược điểm
a. Ưu điểm:
- Có nhiều loại chất làm nền và cốt được sử dụng để chế tạo composite. Mỗi loại composite cụ thể có tính ưu việt riêng. Do đó, cần có sự lựa chọn đúng tiêu chuẩn kỹ thuật để áp dụng phù hợp với mục đích sử dụng.
- Vật liệu composite 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, cứng vững, chịu va đập, uốn kéo tốt.
Chịu hóa chất, không sét rỉ, chống ăn mòn. Đặc tính này đặc biết thích hợp cho biển và khí hậu vùng biển.
Chịu thời tiết, chóng tia UV, chống lão hóa nên rất bền. Dễ lắp đặt, có độ bền riêng và các đặc trưng đàn hồi cao. Chịu nhiệt chịu lạnh chống cháy.
Cách điện, cách nhiệt tốt.
Chi phí bảo quản thấp, màu sắc đa dạng, thiết kế tạo dáng dễ dàng, đầu tư thiết bị và tổ chức sản xuất không phức tạp, chi phí vận chuyển và sản xuất không cao… Không thấm nước, không độc hại.
- Sau đây là một bảng so sánh ngắn thể hiện tính ưu việt vật liệu composite của Công ty cổ phần đầu tư và phát triển vật liệu composite Sao Đỏ, khi giới thiệu sản phẩm bể chứa composite.
BỂ THÉP
- Bể thép thường xuyên bị rỉ sét, hoặc bông tróc lớp sơn bảo vệ.
- Chất lượng mối hàn không bảo, hệ số an toàn thấp.
- Thời gian gia công lâu, khó khăn. - Trọng lượng nặng, hình thức xấu.. - Thường không có rốn bể, dẫn đến cặn bẩn có thể bị quấn vào hệ thống sử dụng.
19
- Tuổi thọ kém, chịu áp suất, chịu hoá chất kém, sớm lão hóa dưới ánh mặt trời, cơ tính kém, kích thước giới hạn
- Bể composite hoàn toàn ngược lại
b. Nhược điểm:
Vật liệu composite khó có thể tái chế khi không sử dụng hay là phế phẩm trong quá trình sản xuất.
Giá thành nguyên liệu thô làm nên vật liệu composite khá cao. Phương pháp gia công vật liệu composite đòi hỏi mất thời gian.
Việc phân tích mẫu vật liệu composite và cơ, lý hóa tính rất phức tạp.
2.2. Thành phần vật liệu composite
- Dựa vào các đặc trưng cơ lý hoá, người ta phân vật liệu ra thành 4 nhóm chính: kim loại và các hợp kim, vật liệu vô cơ-ceramic, vật liệu polyme và gần đây nhất là vật liệu tổ hợp compsite.
2.2.1. Vật liệu kim loại (và hợp kim)
- Là những vật liệu dẫn điện tốt, phản xạ ánh sáng với màu sắc đặc trưng, có khả năng biến dạng dẻo cao. Đặc điểm cấu trúc kim loại là sự sắp xếp có trật tự của các nguyên tử, tạo thành mạng tinh thể, trong những điều kiện nhất định có thể chuyển hoàn toàn sang trạng thái không trật tự ( vô định hình ). Kim loại thông dụng có thể kể ra như thép, đồng, nhôm, tin tan, niken,…và các hợp kim của chúng.
Ưu điểm của kim loại là dẫn điện, dẫn nhiệt, mô đun đàn hồi cao, độ bền cơ học cao.
Nhược điểm lớn nhất của kim loại là không bền với môi trường kiềm và axit, dễ bị oxi hóa, và nhiều kim loại độ bền nhiệt không cao. Khối lượng riêng của nhiều kim loại rất lớn nên bị hạn chế khi sử dụng để thiết kế chế tạo các khí cụ bay.
2.2.2. Vật liệu vô cơ-ceramic
- Là hợp chất giữa kim loại ( Mg, Al, Si,…) và các phi kim loại dưới dạng các oxyt, cacbit, nitrit,… với các liên kết bền vững kiểu ion hoặc đồng hoá trị, tạo thành mạng tinh thể ( có trật tự), hoặc trạng thái vô định hình. Các ceramic truyền thống là thuỷ tinh, gốm, sứ, gạch,…Ceramic có ưu điểm chung là cách điện, cách nhiệt, bền vững với môi trường kiềm và axít, tuy nhiên gốm lại giòn, không biến dạng dẻo.
2.2.3. Vật liệu polyme có hai loại
Nhiệt rắn ( đông rắn ở nhiệt độ cao, quá trình polyme hoá không có tính thuận nghịch) và
Nhiệt dẻo ( quá trình thuận nghịch, chảy dẻo ra ở nhiệt độ cao, đông rắn khi nguội và lại có thể chảy dẻo lại được ở nhiệt độ cao).
- Polyme có thể có nguốn gốc từ thực vật hoặc động vật như xenlulo,caosu,protein, enzym,…hoặc được tổng hợp từ các monome bằng các phản ứng trùng hợp như nhựa phenolphomalđehit, polyamit, polyephin,…Polyme có cấu trúc mạch thẳng ( polyetylen, polystyren,…), mạch nhánh, polyme mạng lưới và các polyme cấu trúc không gian
(epoxy, phenolphomanđehit,…) và được cấu thành nên bởi hai nguyên tố chủ yếu là cacbon và hyđrô, có chứa thêm oxy, clo, nitơ,…. Polyme có ưu điểm là nhẹ, cách điện, bền vững với các môi trường hoá học, tuy nhiên lại có mô đun đàn hồi thấp và khả năng chịu nhiệt không cao.
- Trong các vật liệu kể trên, trước đây người ta thường đánh giá cao vai trò của vật liệu nhóm kim loại và cho rằng chúng giữ vị trí quyết định đến sự phát triển xã hội và kỹ thuật. Tuy nhiên như đã phân tích trên đây, chúng ta có thể thấy vật liệu kim loại (hay hợp kim), gốm và polyme, mặc dù mỗi loại vật liệu có những ưu điểm riêng, nhưng cũng có những yếu điểm. Trong khi công nghiệp hiện đại, nhất là công nghiệp quốc phòng yêu cầu những vật liệu mới, đáp ứng được các đòi hỏi khắt khe của kỹ thuật, như vật liệu chế tạo khí cụ bay phải vừa nhẹ, lại vừa bền nhiệt, …là những tính chất lý tưởng mà không vật liệu tự nhiên nào có được. Từ đó con người đã nảy sinh ý tưởng, và sau đó đã trở thành hiện thực là chế tạo những vật liệu mới, tổ hợp được các ưu điểm của các loại vật liệu nói trên. Vật liệu mới composite, có thể có các chỉ tiêu cơ lý cao hơn kim loại và hợp kim, lại bền với cả môi trường hoá học và rất nhẹ.
-Ngày nay, composite ngày càng chiếm ưu thế, đã thay thế kim loại và hợp kim trong chế tạo máy, trong việc chế tạo các vật thể bay, và đã có mặt trong tất cả mọi ngành, mọi lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân.
-Để thấy được quy mô phát triển của ngành vật liệu composite, hình 1 là biểu đồ sử dụng vật liệu composite trong máy bay tàu lượn: năm 1991 composite chiếm có 3% khối lượng, được dùng thay thế dần kim loại và hợp kim, và đến năm 2000 đã chiếm đến 65% khối lượng máy bay. Ngày nay, một số thiết bị bay đã được chế tạo hoàn toàn bằng composite.
Hình 2.2: Tỷ lệ composite trong máy bay tàu lượn
- Thực tế cho thấy tất cả các vật liệu mới xuất hiện trong các năm gần đây, đều thuộc vào khái niệm vật liệu composite. Điều này lý giải vì sao trong nhiều tài liệu khoa học, thuật ngữ ” vật liệu mới” được dùng đồng nghĩa với vật liệu composite.
CHƯƠNG 3
ỨNG DỤNG CỦA COMPOSITE TRONG QUÂN ĐỘI 1.Ứng dụng của Composite trong quân đội
- Bởi đặc tính đa dạng nên composite được ứng dụng rộng rãi vào các lĩnh vực của quân đội.
Composite dùng để chế tạo tàu thuyền, vật liệu chống do thám,….
Hình 3.1. Tàu tuần tra Ocean Eagle 43 (2015).
- Đáp ứng nhu cầu thay đổi của hải quân hiện đại với ngân sách hoạt động và mua lại giảm đáng kể, Ocean Eagle 43 là tàu tuần tra đại dương nhẹ (OPV) sử dụng các thiết bị điện tử hiện đại cho nhiều nhiệm vụ - nhập khẩu nhiều cường độ thấp nhưng kinh tế cao, như chống cướp biển và giám sát nghề cá, dầu khí và các tài nguyên hàng hải khác. Được xây dựng bởi các vật liệu tổng hợp của Chantier Naval H2X (La Ciotat, Pháp) cho công ty đóng tàu CMN (Paris và Cherbourg, Pháp), OPV 43,6m mới được hưởng lợi từ 68 năm kinh nghiệm chế tạo tàu chiến đấu của CMN và xây dựng hàng trăm thiết kế tàu tiên tiến cho 38N hải quân trên khắp thế giới. Một phần của Ocean Eagle là tính linh hoạt của nó đến từ thân tàu có kiểu dáng đẹp và nhanh, nó cũng cung cấp một chùm (chiều rộng) có thể chứa một bệ hạ cánh cho máy bay không người lái.
- Ocean Eagle 43 có thể đi được 238 hải lý với tốc độ 15 hải lý/h chỉ với 1 tấn nhiên liệu, được gọi là tàu tuần tra rất tiết kiệm so với tàu tuần dương tiêu thụ nhiên liệu gấp 4 đến 5 lần với cùng tốc độ. Sự ổn định của trimaran trong thao tác zig zag cũng được nhấn mạnh. Cấu trúc composite nhẹ của thuyền giúp trong tất cả các lĩnh vực hoạt động này.(2)
Hình 3.2.Destroyer deckhouse roof (Mái nhà tàu khu trục).
- Mặc dù Hải quân Mỹ hiện đại, tốn gần 4 tỷ $ (USD) loại Zumwalt tàu khu trục có một thân tàu thép, nó đứng đầu với một cấu trúc thượng tầng chất tổng hợp giúp giảm trọng lượng chóp đỉnh và đưa ra khả năng các tàu tàng hình bằng cách giảm tín hiệu radar của nó. Được xây dựng bởi Huntington Ingalls Industries (Gulfport, Miss.), Cấu trúc thượng tầng có các tấm bánh sandwich phẳng của lõi balsa (Alcan Baltek Corp , Northvale, NJ ) giữa các mặt của sợi carbonT700 ( Toray Composite Vật liệu Mỹ ,Inc., Flower Mound, Texas) được dệt bởi Sigmatex (Benecia, Calif.) và được truyền nhựa vinyl ester từ Ashland, LLC (Dublin, Ohio).
- Các tấm balsa có hiệu suất cháy tốt, so với các vật liệu thay thế bằng foam hoặc honeycomb-cored, trong phần lớn cấu trúc thượng tầng, nhưng khi Hải quân bày tỏ lo ngại về khả năng chống cháy của mái nhà, các tấm chống cháy mạnh hơn đã được phát triển bởi chuyên gia về phenol DuraSip LLC (Union, Miss.), nhà thầu phụ của nhà thầu Hải quân Temeku Technologies Inc. (Herndon, Va.), để đáp ứng mã lửa của Navy. Giám đốc điều hành và kỹ sư tổng hợp của DuraSip, Max Ware cho biết các tấm dày 2 ft x 2 ft x 1,5 inch (0,62m x 0,62m x 34 mm) được sản xuất với lớp da phenolic được gia cố nhiều