3.4.3.1. Chọn vật liệu.
Do chi tiết làm việc trong môi trường hóa chất và nhiệt độ cao (khoảng 70oC), giá thành thiết bị không cao. Nên chi tiết phải đảm bảo:
- Giá thành rẻ, dễ chế tạo, dễ vận chuyển. - Phù hợp với thị trường.
- Chống bị ăn mòn khi làm việc với môi trường hoá chất và bền nhiệt. -Có độ cứng vững cao.
- Không cần độ bền cao.
Với những yêu cầu trên ta chỉ chọn vật liệu là vật liệu composite là đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và chế tạo.
Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp từ hai vật liệu có bản chất khác nhau. Vật liệu tạo thành có đặc tính trội hơn đặc tính vật liệu của từng thành phần khi xét riêng rẽ. Vật liệu composite th ường bao gồm:Vật liệu cốt ( th ường dưới dạng sợi ) và vật liệu nền ( thường là nhựa ). Dưới góc độ cơ học, vật liệu nền và vật liệu cốt là những vật liệu đồng nhất.
Vật liệu cốt giúp cho vật liệu composite có khả năng chịu lực cao hơn, vật liệu nền đóng vai trò vật liệu cốt với nhau và truyền lực cơ học tới chúng, cũng như bảo vệ vật liệu cốt chống chọi với môi tr ường xung quanh.
Nhựa dùng trong vật liệu composite là vật liệu biến dạng được và tương thích với sợi. Ngoài ra nhựa cần có tỷ trọng nhỏ để cho vật liệu composite có các đặc trưng cơ học riêng cao.
Tính chất của nhựa nhiệt cứng: cho phép tạo hình một lần. Thực vậy, sau quá trình polyme hóa, nhiệt độ chất xúc tác, nhựa cho ta một kết cấu hình học nhất định, khó phá vỡ. Nhựa nhiệt cứng có c ơ tính cao, đặc biệt có cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo. Vì vậy ta sử dụng nhựa nhiệt cứng: Nhựa polyeste không no
Nhựa polyeste: được sử dụng từ lâu để chế tạo vật liệu composite. Dựa theo môđun đàn hồi, người ta phân loại polyeste: nhựa mềm, nhựa cứng vừa phải và nhựa cứng. Loại nhựa cứng hay đ ược sử dụng để chế tạo vật liệu composite.
Nhựa polyeste có ưu điểm : Cứng;
Ổn định kích thước;
Khả năng thấm vào sợi và nhựa cao; Dễ vận hành;
Chống môi trường hóa học; Giá thành hạ.
Nhựa polyeste có nhược điểm :
Dễ bị nứt, đặc biệt là nứt do va đập; Độ co ngót cao ( Khoảng 8 – 10 % ). Khả năng chịu hơi nước, nước nóng kém; Bị hư hại dưới tác dụng của tia cực tím; Dễ bắt lửa;
Chịu nhiệt trung bình ( dưới 1200C ).
Vật liệu tăng cường ( hay cốt ) :
Cung cấp cơ tính cho vật liệu composite: độ cứng, độ bền phá hủy v.v… Các chất tăng cường cũng cho phép cải thiện một số tính chất lý học của vật liệu
composite: tính dẫn nhiệt, chịu nhiệt độ, độ bền mòn, tính dẫn điện v.v…đối với chất tăng cường ta cần quan tâm đến một số đặc tr ưng sau: cơ tính phải cao, tỷ trọng nhỏ, tương thích với nhựa, dễ vận hành khi chế tạo, giá thành hạ v.v…Tùy thuộc vào mục đích sử dụng ta có chất tăng c ường có thể có các nguồn gốc khác nhau: như sợi thực vật, khoáng chất, nhân tạo, tổng hợp…tuy nhiên chất tăng cường hay sử dụng nhất dưới dạng sợi hoặc biến thể một chút. Các sợi đ ược sử dụng để tạo vật liệu dưới dạng mặt ( hay diện tích ) theo nhiều kiểu khác nhau : “ mat ”, vải hay băng. Ta thường gặp các dạng trên với sợi thủy tinh.
Mat :
Mat gồm các lớp sợi liên tục hoặc gián đoạn, phân bố hỗn loạn trong một mặt phẳng. Các sợi được giữ với nhau nhờ chất liên kết có thể hòa tan hoặc không hòa tan trong nhựa, tùy thuộc vào công nghệ sử dụng. Tính phân bố hỗn loạn của các sợi làm cho “mat ”có tính đ ẳng hướng trong mặt phẳng của nó.
Mát sợi ngắn và mặt sợi dài chỉ khác nhau ở mức độ biến dạng. Mat sợi ngắn biến dạng nhỏ, ngược lại mát sợi dài cho phép chịu các biến dạng đặc biệt lớn theo tất cả các phương.
Sợi thủy tinh dưới dạng khối rất dòn, dễ bị nứt. ngược lại khi gia công dưới dạng sọi đường kính nhỏ ( vài chục micron ) thủy tinh sẽ mất các tính chất trên và có nhiều ưu điểm trên phương diện cơ học.
Sợi thủy tinh được chế biến từ thủy tinh kéo sợi gọi là thủy tinh dệt, trong đó chứa silic, alumin, manh ê v.v.v…ta sử dụng thủy tinh loại R, S có đặc tính chung là độ bền cơ học cao.
Cơ tính xơ của thủy tinh R lúc mới ra lò. Khối lượng riêng = 2550 [kg/m3]. Môdun Es = 86 [Gpa]
Biến dạng phá hủy su= 5,2 [%] Hệ số poisson s = 0,22. Kết cấu composite nhiều lớp :
Trong trường hợp tổng quát, vật liệu cốt ( chất tăng c ường )của mỗi lớp vật liệu có bản chất khác nhau: có thể l à xơ, sợi, “mat”, vải thủy tinh, cacbonv.v…Mỗi lớp cần phải ghi rõ bản chất của sợi sử dụng, laọi vật liệu làm cốt: sợi, “mat”, vải cùng với tỷ lệ khối lượng sợi theo phương dọc… và ngang.
Việc lựa chọn sợi, xê-căng của các lớp vật liệu phụ thuộc v ào người sử dụng sao cho thõa mãn cao nhất tính bền, tính cứng…khi chiụ tải trọng, ta cần chú ý:
- Các lớp đồng phương cho cơ tính cao theo phương c ủa sợi ; - Các lớp “mat” chịu kéo kém, do đó nên bố trí tại vùng chịu nén; - Vật liệu composite lớp vuông [0/90]n dễ bị tách lớp; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Khi tăng cường theo cả ba phương, ta có vật liệu á-đẳng hướng.
3.4.3.2. Phương pháp chế tạo phôi:
Thiết bịcó kết cấu đơn giản và sản xuất hàng loạt nhỏ nên ta sử dụng phôi đúc. Như vậy, ta có thể rút ngắn thời gian chuẩn bị phôi v à đạt hiệu quả kinh tế cao.