Epoxy là đại diện cho một số nhựa có tính năng tốt nhất hiện nay. Nói chung, epoxy có tính năng cơ lý, kháng môi trường hơn hẳn các nhựa khác, là loại nhựa
được sử dụng nhiều nhất trong các chi tiết máy bay, chế tạo cánh turbine gió. Với tính chất kết dính, có cơ tính và độ bền hóa học rất cao, epoxy rất lý tưởng để sử dụng chế tạo cánh turbine gió, cánh máy bay, tên lửa,…
Một số đặc trưng cơ bản của nhựa epoxy: - Khối lượng riêng: 1100 đến 1500 kg/m3 - Modul đàn hồi uốn: 3 đến 5 GPa
- Ứng suất phá hủy kéo: 60 đến 80 MPa - Ứng suất phá hủy uốn: 100 đến 150 MPa - Biến dạng phá hủy kéo: 2 đến 5%
- Độ bền cắt : 30 đến 50 MPa
- Nhiệt độ uốn cong dưới tải trọng: 2900C Nhựa epoxy có ưu điểm:
- Cơ tính cao (kéo, nén, uốn, va đập và từ biến, …) hơn polyeste. - Chịu được nhiệt độ cao đến 1500C hoặc 1900C liên tục
- Độ bền hoá học rất cao
- Độ co ngót thấp (0,5 đến 1%) - Thẩm thấu vào sợi, vải rất tốt - Độ bám dính với kim loại cao.
Nhược điểm:
- Thời gian polymer hoá dài - Giá thành cao
- Cần tôn trọng các hướng dẫn khi sử dụng
Nhựa epoxy được tạo thành từ những mạch phân tử dài, có cấu trúc tương tự vinylester, với nhóm epoxy phản ứng ở vị trí cuối mạch. Nhựa epoxy không có nhóm ester, do đó khả năng kháng nước và chống lão hóa của epoxy rất tốt. Ngoài ra, do có hai vòng thơm ở vị trí trung tâm nên nhựa epoxy chịu ứng suất cơ và nhiệt nó tốt hơn mạch thẳng, do vậy, epoxy rất cứng, dai và kháng nhiệt tốt.
• Các loại nhựa epoxy:
- Nhựa Epoxy nền Bisphenol – A - Nhựa Epoxy nền Bisphenol – F - Nhựa Epoxy nền Novolac
Tuy nhiên, tùy vào mục đích riêng mà ta dùng loại nhựa Epoxy nào. Ngày này , người ta thường sử dụng Epoxy đi từ nền Bisphenol A làm vật liệu nền trong công nghệ chế tạo cánh turbine gió, do nó có nhiều tính chất ưu việt thỏa mãn nhiều yêu cầu khi sử dụng:
- Cấu trúc hóa học của epoxy resins cho chúng có tính kháng hóa chất cao,
chống lại một số điều kiện ăn mòn, lão hóa tính chất này có được từ tính chất vòng
thơm của các backbone và bền hóa học tốt của các liên kết ether phenolic.
Epoxy resins có tính bám dính tốt cho một loạt các nguyên vật liệu, bao gồm các kim loại, gỗ, bê tông, thuỷ tinh, gốm và nhiều chất dẻo. Điều này là do sự hiện diện của polar hydroxyl và nhóm ethertrong resin.
Độ co rút thấp trong quá trình đóng rắn cho kết quả tốt trong tính chính xác kích
thước trong kết cấu sản phẩm. • Khảo sát thị trường
Tham khảo trên thị trường có rất nhiều loại nhựa epoxy đi từ nền Bisphenol A, qua nghiên cứu học viên đã lựa chọn được 2 loại nhựa Epoxy: EP-3 và EP-4 trong số 5 loại epoxy có trên thị trường Việt Nam, có khối lượng phân tử trung bình, độ nhớt và các chỉ tiêu số hóa học thích hợp cho mục tiêu đề tài. Hai loại nhựa epoxy trên được bày bán khá phổ biến trên thị trường với giá thành dao động trong khoảng từ (70 – 100) nghìn/1kg, tại một số nơi như: phố Hàng Hòm và một số công ty TNHH ở Hà Nội
Nhận xét:
Dựa vào bảng 2.1, cho ta thấy vật liệu epoxy có cơ tính cao hơn hẳn so với vật liệu nền nhiệt rắn khác. Mặt khác, với những ưu điểm nổi bật của vật liệu nền epoxy so với các loại vật liệu nền khác, luận văn dự kiến chọn vật liệu nền để chế tạo cánh turbine gió là epoxy
2.2.2. Cốt.
Đóng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung vì cốt thường có tính chất cơ lý cao hơn nhựa. Người ta đánh giá cốt dựa trên các đặc điểm sau:
- Tính gia cường cơ học.
- Tính kháng hoá chất, môi trường, nhiệt độ. - Phân tán vào nhựa tốt.
- Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt. - Thuận lợi cho quá trình gia công. - Giá thành hạ, nhẹ.
Tuỳ thuộc vào từng yêu cầu cho từng loại sản phẩm và sự tương thích liên kết với vật liệu nền mà người ta có thể chọn loại cốt cho thích hợp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
a. Cốt sợi
Sợi có tính năng cơ lý hoá cao hơn cốt hạt, tuy nhiên, sợi có giá thành cao hơn, thường dùng để chế tạo các loại vật liệu cao cấp như: sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi Bo, sợi cacbua silic, sợi amide…Cốt sợi cũng có thể là sợi tự nhiên (sợi đay, sợi gai, sợi lanh, xơ dừa, xơ tre, bông…), có thể là sợi nhân tạo (sợi thuỷ tinh, sợi vải, sợi poliamit…). Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà người ta chế tạo sợi thành nhiều dạng khác nhau: sợi ngắn, sợi dài, sợi rối, tấm sợi.
(d) Hình2.4. Một số composite cốt sợi (a)sợi dài, (b) sợi ngắn, (c) sợi rối, (d)tấm sợi
Một số sợi thông dụng
Sợi thuỷ tinh:
Ưu điểm: Nhẹ, chịu nhiệt khá, ổn định với các tác động hóa sinh. Tính chất
cơ học cao (kéo, nén, uốn, va đập...); chịu được nhiệt độ đến 120 0C; độ bền hóa học cao; độ co ngót thấp (0,5÷1%); thẩm thấu vào vải và sợi rất tốt và khả năng bám dính với kim loại cao.
Sợi thủy tinh, được kéo ra từ các loại thủy tinh kéo sợi được (thủy tinh dệt), có đường kính nhỏ vài chục micro mét. Khi đó các sợi này sẽ mất những nhược điểm của thủy tinh khối, như: giòn, dễ nứt gẫy, mà trở nên có nhiều ưu điểm của thủy tinh dệt có thể chứa thêm những khoáng chất như: silic, nhôm, magiê, ... cơ học hơn. Thành phần tạo ra các loại sợi thủy tinh khác nhau như: sợi thủy tinh E (dẫn điện tốt), sợi thủy tinh D (cách điện tốt), sợi thủy tinh A (hàm lượng kiềm cao), sợi thủy tinh C (độ bền hóa cao), sợi thủy tinh R và sợi thủy tinh S (độ bền cơ học cao). Loại thủy tinh E là loại phổ biến, các loại khác thường ít (chiếm 1%) được sử dụng trong các ứng dụng riêng biệt.
Hình 2.5. Sợi thủy tinh
Sợi hữu cơ: Sợi kevlar cấu tạo từ hợp chất hữu cơ cao phân tử aramit, được gia
công bằng phương pháp tổng hợp ở nhiệt độ thấp (-10 °C), tiếp theo được kéo ra thành sợi trong dung dịch, cuối cùng được sử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi. Sợi kevlar và tất cả các sợi làm từ aramit khác như: Twaron, Technora,... có giá thành thấp hơn sợi thủy tinh như cơ tính lại thấp hơn: các loại sợi aramit thường có độ bền nén, uốn thấp và dễ biến dạng cắt giữa các lớp.
Sợi Cacbon: Sợi cacbon chính là sợi graphit (than chì), có cấu trúc tinh thể bề mặt,
tạo thành các lớp liên kết với nhau, nhưng cách nhau khoảng 3,35 A°. Các nguyên tử cacbon liên kết với nhau, trong một mặt phẳng, thành mạng tinh thể hình lục lăng, với khoảng cách giữa các nguyên tử trong mỗi lớp là 1,42 A°. Sợi cacbon có cơ tính tương đối cao, có loại gần tương đương với sợi thủy tinh, lại có khả năng chịu nhiệt cực tốt.
Sợi Bor: Sợi Bor hay Bore (ký hiệu hóa học là B), là một dạng sợi gốm thu được
nhờ phương pháp kết tủa. Sản phẩm thương mại của loại sợi này có thể ở các dạng: dây sợi dài gồm nhiều sợi nhỏ song song, băng đã tẩm thấm dùng để quấn ống, vải đồng phương
b. Cốt vải
Cốt vải là tổ hợp thành bề mặt (tấm), của vật liệu cốt sợi, được thực hiện bằng công nghệ dệt. Các kỹ thuật dệt vải truyền thống thường hay dùng là: kiểu dệt lụa trơn, kiểu dệt xa tanh, kiểu dệt vân chéo, kiểu dệt vải mô đun cao, kiểu dệt đồng phương. Kiểu dệt là cách đan sợi, hay còn gọi là kiểu chéo sợi. Kỹ thuật dệt cao cấp còn có các kiểu dệt đa phương như: bện, tết, và kiểu dệt thể tích tạo nên vải đa phương.
Việc trộn thêm các loại cốt sợi này vào hỗn hợp có tác dụng làm tăng độ bền cơ học cũng như độ bền hoá học của vật liệu như: khả năng chịu được va đập; độ giãn nở cao; khả năng cách âm tốt ; tính chịu ma sát- mài mòn; độ nén, độ uốn dẻo và độ kéo đứt cao; khả năng chịu được trong môi trường ăn mòn như: muối, kiềm, axít… Những khả năng đó đã chứng tỏ tính ưu việt của hệ thống vật liệu mới so với các loại Polyme thông thường. Và cũng chính vì những tính năng ưu việt âý mà hệ thống vật liệu composite đã được sử dụng rông rãi trong sản xuất cũng như trong đời sống.
c. Cốt hạt
Người ta có thể dùng hạt làm cốt để cải thiện cơ tính của nhựa. Theo đặc trưng hình học, hạt được phân loại thành: hạt cầu và hạt không phải cầu
Theo đánh giá thực tế trên thị trường thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, hiện nay vật liệu composite cốt sợi, được dùng phổ biến trong các ngành công nghiệp đóng tàu, chế tạo máy bay, chế tạo turbine gió, thể thao,… Vì vật liệu composite cốt sợi, cho cơ tính cao hơn vật liệu composite cốt hạt
Vấn đề quan trọng là phải tìm được những vật liệu cốt sợi vừa cho mô đun cao, lại vừa có khối lượng nhỏ, giá thành hợp lý [1]
Bảng 2.3. Cơ tính riêng của một số vật liệu dạng sợi
Cơ tính Sợi