Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Phân tích ảnh hưởng của công nghệ chế tạo đến cấu trúc và tính chất cơ học củavật liệu
3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian ép mẫu
Tiến hành chế tạo các tấm vật liệu polyme compozit trên cơ sở vải cacbon, nhựa phenolic kích thước 165×110×5 mm với hàm lượng nhựa là45%,nhiệt độ ép 165ºC, áp lực ép 50 kg/cm2.Thời gian ép mẫu sẽ ảnh hưởng đến mức độ đóng rắn hoàn toàn của nhựa novolac, sự thoát khí của phản ứng khâu mạch polyme, do đó sẽ ảnh hưởng đến độ đặc chắc và tỷ trọng của mẫu.
Cố định thời gian đẳng nhiệt tại 100oC và 120oC và áp lực ép 50 kg/cm2, thay đổi thời gian đóng rắn ở 165oC,thời gian ép đóng rắn thay đổi trong khoảng
40÷80 phút.
Mẫu vật liệu ép trong 60 phútđược thể hiện trên hình 3.10, bề mặt mẫu không có hiện tượng bị phồng rộp, nhựa phủ đều mẫu, màu vàng nâu, bề mặt mẫu nhẵn mịn và có một vài vết lõm do khuôn ép không phẳng tuy nhiên cũng không ảnh hưởng đến chất lượng mẫu.
Hình 3.9. Mẫu vật liệu được chế tạo với thời gian ép 60 phút
Tiến hành phân tích một số mẫu compozit sau chế tạo bằng phương pháp chụp ảnh SEM để khảo sát cấu trúc bề mặt vật liệu. Kết quả phân tích ảnh SEM thể hiện trong hình 3.10.
Hình 3.10. Ảnh SEM các mẫu compozit cacbon - phenolic sau chế tạo theo
các khoảng thời gian tăng dần
(a - 40 phút; b - 50 phút; c - 60 phút; d - 70 phút; e - 80 phút)
Các dữ liệu về ảnh hưởng của thời gian ép đến tính chất mẫu được trình bày trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian ép mẫu đến tính chất mẫu ép
Tên mẫu
Khối lượng sau ép
[g]
Thời gian ép
đóng rắn [phút]
Độ dày [mm]
Tỷ
trọng [g/cm3]
Hàm lượng
nhựa nền [%wt]
Hiện tượng mẫu sau ép
M1 156,8 40 6,00 1,34 43,57
Còn nhiều bọt khí trong nhựa, khí mùi khai thoát ra nhiều
M2 152,1 50 5,82 1,34 42,05 Nhựa vàng sẫm, còn khí mùi khai thoát ra
M3 156,79 60 5,82 1,35 40,72 Nhựa vàng nâu, hầu như hết khí thoát ra M4 155,5 70 5,78 1,43 40,28 Nhựa vàng nâu, không
có khí thoát ra
M5 155,4 80 5,70 1,47 39,88 Nhựa vàng nâu, không có khí thoát ra
Kết quả bảng 3.3 cho thấy mẫuM1ép đóng rắn trong 40 phút chưa đủ để đóng rắn hoàn toàn nhựa nền, trong nhựa còn nhiều bọt khí đãn đến cấu trúc mẫu kém đặc chắc, độ dày lớn. Các mẫu M3 đến M5 nhựa đã đóng rắn tương đối hoàn toàn. Tuy nhiên so sánh giữa mẫu M3 và M5 không có sự khác nhau nhiều về hình thái mẫu sau ép nên thời gian ép đóng rắn ở 60 phút là hợp lý cho loại vật liệu này.
Hình 3.11làgiản đồ thể hiện sự ảnh hưởng của tỷ trọng và độ dầy mẫu theo thời gian ép đóng rắn. Theo hình 3.11ta thấy tỷ trọng mẫu có xu hướng tăng và độ dầy mẫu giảm khi thời gian ép tăng lên. Điều này có thể giải thích do khi tăng thời gian ép thì bọt khí thoát ra khỏi mẫu trong quá trình đóng rắn nhựa triệt để hơn, do đó tỷ trọng mẫu tăng và độ dầy mẫu giảm xuống, đồng
thời độ đặc chắc của mẫu sẽ được cải thiện tốt hơn.
Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian ép đến tỷ trọng và độ dày của mẫu vật liệu compozit cacbon - phenolic
Kết quả khảo sát tính chất cơ học của các mẫu vật liệu compozit được trình bày tại bảng 3.4,hình 3.12.
Bảng 3.4. Cơ tính của các mẫu vật liệu với thời gian ép khác nhau
Mẫu M1 M2 M3 M4 M5
Thời gian ép [phút] 40 50 60 70 80
Độ dầy mẫu [mm] 6,00 5,82 5,82 5,78 5,70 Độ bền kéo đứt [MPa] 303 305 308 306 302
Mô đun đàn hồi [GPa] 46 49 50 49 45
Độ bền uốn [MPa] 244 247 249 247 243
Ta thấy khi tăng thời ép sẽ dẫn đến làm tăng khả năng liên kết, khả năng bám dính của nhựa và sợi nên tính chất cơ học của vật liệu tăng. Tuy nhiên, khi tăng thời gian ép quá lâu sẽ gây hiện tượng ủ nhiệt và đứt mạch đại phân tử dẫn đến tính chất cơ lý của vật liệu giảm xuống. Kết quả khảo sát cũng cho thấy
40 50 60 70 80
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
6 5.82 5.82 5.78 5.7
1.34 1.34 1.35 1.43 1.47
Độ dầy (mm)
Độ dày Tỷ trọng
Tỷ trọng (g/cm3 )
Thời gian ép (phút)
thời gian ép 60 phút thì tính chất cơ học của compozit đạt giá trị cao nhất.
Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian ép đến cơ tính của vật liệu