3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2.4.Ảnh hưởng của adduct tới tính chất cơ học của vật liệu compozit epoxy
epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh.
Nhựa epoxy biến tính với 10 PKL adduct TH.EP0,7 được sử dụng làm nhựa nền cho vật liệu compozit gia cường bằng sợi thủy tinh đóng rắn bằng DETA chế tạo theo phương pháp lăn ép bằng tay với tỉ lệ nhựa/vải là 45/55. Kết quả xác định độ bền kéo; độ bền uốn; độ bền va đập IZOD của vật liệu compozit được trình bày trên bảng 3.9. Va đ ập IZO D ( kJ /m 2 ) KIC (MPa.m 1 /2 )
Bảng 3.9: Tính chất cơ học của vật liệu compozit epoxy (PC-EP) và vật liệu compozit epoxy biến tính với 10 PKL adduct TH.EP0,7 (PC-EP-TH.EP0,7)
Tên mẫu PC-EP PC-EP-TH.EP0,7
Độ bền kéo (MPa) 187,94 188,30
Mô đun kéo (GPa) 6,79 6,73
Độ bền uốn ( MPa) 323,40 314,90
Mô đun uốn (GPa) 12,34 12,21
Độ bền va đập IZOD (kJ/m2
) 58,36 150,70
Bảng 3.9 cho thấy sự có mặt của 10 PKL adduct TH.EP0,7 không làm thay đổi đáng kể độ bền kéo; mô đun kéo; độ bền uốn; mô đun uốn khi so sánh với vật liệu compozit epoxy không biến tính mặc dù xu hướng giảm được chỉ ra. Tuy nhiên sự có mặt của 10 PKL adduct TH.EP0,7 làm tăng độ bền va đập tới 158% từ 58,36 kJ/m2 lên 150,7 kJ/m2.
Đồ thị lực-độ dịch chuyển của vật liệu compozit epoxy không biến tính (1-PC- EP) và vật liệu compozit epoxy biến tính với 10 PKL adduct TH.EP0,7 (2-PC-EP- TH.EP0,7) thể hiện trên hình 3.46. Kết quả trên hình 3.46 chỉ ra rằng cả giá trị lực và độ dịch chuyển của mẫu compozit epoxy biến tính với 10 PKL adduct TH.EP0,7 (2- PC-EP-TH.EP0,7) đều cao hơn so với mẫu vật liệu compozit epoxy không biến tính (1-PC-EP). Quan sát ảnh SEM bề mặt phá hủy (Hình 3.47) nhận thấy mẫu compozit epoxy biến tính có bề mặt phá hủy thô ráp với nhiều nhựa bám dính trên bề mặt sợi thủy tinh, do đó cần nhiều năng lượng để tách lớp hơn trong khi đó mẫu compozit epoxy không biến tính có bề mặt phá hủy phẳng nhẵn do đó cần ít năng lượng phá hủy hơn.
Hình 3.46: Đồ thị lực-độ dịch chuyển của vật liệu compozit epoxy không biến tính PC-EP (1) và vật liệu compozit epoxy biến tính với 10 PKL adduct TH.EP0,7 PC-EP-TH.EP0,7 (2)
Độ dịch chuyển (mm) L ực ( N )
Hình 3.47: Ảnh SEM bề mặt phá hủy của vật liệu compozit epoxy (PC-EP) và compozit epoxy biến tính với 10 PKL adduct TH.EP0,7 (PC-EP-TH.EP0,7)
Hình 3.48: Độ bền dai phá hủy GIC (A); GIP (B) của vật liệu compozit epoxy (PC-EP) và vật liệu compozit epoxy biến tính với 10 PKL adduct TH.EP0,7 (PC-EP-TH.EP0,7)
GIC (kJ /m 2 ) GIP (J /m 2 )
Giá trị độ bền dai phá hủy tại thời điểm xuất hiện vết nứt GIC và trong quá trình phát triển vết nứt GIP của vật liệu compozit epoxy biến tính và không biến tính gia cường bằng sợi thủy tinh đóng rắn với DETA xác định theo phương pháp MBT được thể hiện trên hình 3.48. Theo phương pháp MBT giá trị độ bền dai phá hủy GIC và GIP của vật liệu compozit epoxy biến tính với 10 PKL adduct TH.EP0,7 tăng 62,82% và 75,5% khi so sánh với vật liệu compozit epoxy không biến tính.
Như vậy việc sử dụng adduct TH.EP0,7 ở hàm lượng 10 PKL có ảnh hưởng tích cực đến độ bền va đập; độ bền dai phá hủy khi tách lớp của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh.
3.3. Ảnh hưởng của các loại chất biến tính nhựa epoxy: ENR, ELO, thiokol và adduct tới các tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Trong thiết kết chế tạo hệ thống bay không người lái sử dụng vật liệu compozit ngoài các yêu cầu về độ bền thì vật liệu phải có tính trong suốt điện từ nhằm đảm bảo việc thu nhận tín hiệu của bộ điều khiển từ mặt đất tới máy bay. Đã tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới độ trong suốt điện từ T%; hằng số điện môi ε; tổn hao điện môi tanδ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh bao gồm: ảnh hưởng của độ dầy tấm compozit và ảnh hưởng của hàm lượng của các loại chất biến tính: ENR, ELO và thiokol.
3.3.1. Ảnh hưởng của chiều dầy tới các tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Đã tiến hành so sánh đường đặc trưng hệ số truyền qua S21 của các mẫu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh đóng rắn bằng DETA có chiều dầy khác nhau: 0,49 mm; 2,52 mm; 3,4 mm với hệ số truyền qua S21 của không khí trong dải tần số 4-8 GHz, kết quả được thể hiện trên hình 3.49, 3.50, 3.51, 3.52.
Hình 3.49: Hệ số truyền qua S21 của không khí trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.50: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy: 0,49 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.51: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy: 2,52 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.52: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy: 3,4 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Kết quả trên các hình 3.49, 3.50, 3.51, 3.52 cho thấy trên mỗi biểu đồ đều có hai đường biểu diễn:
Đường phía trên (TR1-màu vàng nhạt) có dạng uốn cong bất kì biểu thị cho tổn hao phản hồi.
Đường phía dưới (TR2-màu tím) biểu thị cho tổn hao truyền qua hay hệ số truyền qua. Đường đặc trưng tổn hao truyền qua S21 của compozit nền DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với các chiều dầy khác nhau 0,49 mm (Hình 3.50); 2,52 mm (Hình 3.51); 3,4 mm (Hình 3.52) hầu như nằm trên một đường thẳng gần với gốc tọa độ 0 nên tổn hao truyền qua hết sức nhỏ, tương tự truyền qua trong không khí (Hình 3.49). Như vậy vật liệu compozit DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh có chiều dầy trong khoảng 0,49- 3,4 mm khi xét trong dải tần nghiên cứu 4-8 GHz là vật liệu trong suốt sóng điện từ [5].
Việc tăng số lượng lớp gia cường của vật liệu compozit hay tăng chiều dầy tấm compozit có ảnh hưởng trực tiếp tới độ trong suốt điện từ. Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các độ dầy khác nhau tới độ trong suốt điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh. Kết quả xác định độ trong suốt điện từ hay cường độ truyền qua (T%) và hệ số truyền qua S21 được trình bày trên hình 3.50, 3.51. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.53, 3.54 cho thấy đường đặc trưng cường độ truyền qua (T%) và hệ số truyền qua S21 của mẫu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy khác nhau có biểu hiện tăng giảm giống nhau khi xét trong cùng dải tần số 4-8 GHz. Cường độ truyền qua (T%) và hệ số truyền qua S21 giảm dần khi tăng chiều dầy tấm compozit.
Trong dải tần 4-8 GHz ban đầu cường độ truyền qua (T%) và hệ số truyền qua S21 tăng dần và đạt giá trị cực đại tại tần số 4,68 GHz. Gía trị cường độ truyền qua (T%) tại tần số 4,68 GHz của vật liệu compozit có độ dầy 0,49 mm; 1,01 mm; 2,52 mm và 3,4 mm tương ứng là 99,23%; 97,52%; 86,75% và 82,27%. Sau đó cường độ truyền qua T% và hệ số truyền qua S21 có xu hướng giảm dần đến giá trị cực tiểu thứ nhất tại tần số 4,98 GHz. Giá trị cường độ truyền qua của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh với độ dầy 0,49 mm; 1,01 mm; 2,52 mm và 3,4 mm tại tần số 4,98 GHz tương ứng là 90,05%; 78,74%; 74,79%; 69,76%. Giá trị cường độ truyền qua T% sau đó lại tăng dần và gần như không đổi trong khoảng tần số 5,22- 7,4 GHz với giá trị cường độ truyền qua T% đạt khoảng 93%; 85%; 83% và 78%
tương ứng với vật liệu compozit có độ dầy 0,49 mm; 1,01 mm; 2,52 mm và 3,4 mm . Trong dải tần số 7,4-7,7 GHz cường độ truyền qua T% giảm dần đến giá trị cực tiểu thứ hai và sau đó lại tăng dần lên trong khoảng tần số 7,7-8 GHz.
Hình 3.53: Đồ thị sự phụ thuộc của hệ số truyền qua S21 vào tần số của vật liệu compozit DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với độ dầy khác nhau: 0,49 mm (1); 1,01 mm
(2); 2,52 mm (3); 3,4 mm (4)
Hình 3.54: Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ truyền qua T% vào tần số của vật liệu compozit DER331/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với độ dầy khác nhau: 0,49 mm (1);
1,01 mm (2); 2,52 mm (3); 3,4 mm (4) Cư ờng đ ộ tru y ền qu a, T % H ệ số tru y ền qua , S 21 (dB )
Như vậy ở dải tần số khác nhau cường độ truyền qua T% sẽ có giá trị khác nhau. Cường độ truyền qua T% và hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit epoxy không biến tính gia cường bằng sợi thủy tinh đóng rắn bằng DETA có các chiều dày khác nhau có đường đặc trưng tăng giảm theo qui luật gần như nhau khi xét trong cùng một dải tần số là do bản chất vật liệu giống nhau.
Giá trị trung bình của cường độ truyền qua của các mẫu compozit có độ dầy khác nhau trong dải tần 4-8 GHz được thể hiện trên bảng 3.10.
Bảng 3.10: Ảnh hưởng của chiều dầy tới cường độ truyền qua của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh trong dải tần số 4-8 GHz
Chiều dầy d (mm) 0,49 1,01 2,52 3,4
Cường độ truyền qua T (%) 94,76 91,72 89,16 87,59 3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng các chất biến tính tới các tính chất điện từ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Đã tiến xác định đặc trưng hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh có bổ sung 5-20 PKL ELO, 5-20 PKL ENR, 3-9 PKL thiokol. Kết quả được thể hiện trên hình 3.55, 3.56, 3.57, 3.58, 3.59, 3.60.
Hình 3.55, 3.56, 3.57, 3.58, 3.59, 3.60 cho đường biểu thị cho tổn hao truyền qua S21 (đường màu tím) của vật liệu compozit DER331/5ELO/DETA (Hình 55); DER331/20ELO/DETA (Hình 56); DER331/5ENR/DETA (Hình 57); DER331/20ENR/DETA (Hình 58); DER331/3thiokol/DETA (Hình 59); DER331/9thiokol/DETA (Hình 60) gia cường bằng sợi thủy tinh có chiều dầy ~0,5 mm có dạng đường thẳng gần với gốc tọa độ 0 nên tổn hao truyền qua hết sức nhỏ, tương tự như truyền qua trong không khí (Hình 49). Như vậy vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh có bổ sung 5-20 PKL ELO; 5-20 PKL ENR; 3-9 PKL thiokol đều là những vật liệu trong suốt điện từ [5].
Hình 3.55: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/5ELO/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy~ 0,5 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.56: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/20ELO/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy~ 0,5 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.57: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/5ENR/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy~ 0,5 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.58: Hệ số truyền qua S21 của vật liệu compozit DER331/20ENR/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh với chiều dầy~ 0,5 mm trong dải tần số 4-8 GHz
Hình 3.59: Hệ số truyền qua S21 vật liệu compozit DER331/3thiokol/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh dầy ~0,5 mm trong dải tần 4-8 GHz
Hình 3.60: Hệ số truyền qua S21 vật liệu compozit DER331/9thiokol/DETA gia cường bằng sợi thủy tinh dầy ~0,5 mm trong dải tần 4-8 GHz
Ảnh hưởng của hàm lượng chất biến tính khác nhau: 5-20 PKL ENR, 5-20 PKL ELO, 3-9 PKL thiokol đến hệ số truyền qua S21 và cường độ truyền qua T% của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh đóng rắn bằng DETA với chiều dầy ~0,5 mm được trình trên hình 3.61, 3.62, 3.63, 3.64, 3.65, 3.66.
Hình 3.61: Đồ thị sự phụ thuộc của hệ số truyền qua S21 vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 5 PKL ELO (1); 10 PKL ELO (2); 15 PKL ELO (3); 20 PKL ELO (4)
Hình 3.62: Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ truyền qua T% vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 5 PKL ELO (1); 10 PKL ELO (2); 15 PKL ELO (3); 20 PKL ELO
(4) H ệ số tru y ền qua , S 21 (dB ) Cư ờng đ ộ tru y ền qu a, T %
Hình 3.63: Đồ thị sự phụ thuộc của hệ số truyền qua S21 vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 5 PKL ENR (1); 10 PKL ENR (2); 15 PKL ENR (3); 20 PKL ENR (4)
Hình 3.64: Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ truyền qua T% vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 5 PKL ENR (1); 10 PKL ENR (2); 15 PKL ENR (3); 20 PKL ENR
(4) H ệ số t ru y ền qua , S 21 (dB ) Cư ờng đ ộ tru y ền qu a, T %
Hình 3.65: Đồ thị sự phụ thuộc của hệ số truyền qua S21 vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 3 PKL thiokol (1); 5 PKL thiokol (2); 7 PKL thiokol (3); 9 PKL thiokol (4)
Hình 3.66: Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ truyền qua T% vào tần số của vật liệu compozit epoxy bổ sung: 3 PKL thiokol (1); 5 PKL thiokol (2); 7 PKL thiokol (3); 9 PKL
thiokol (4) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả trên các hình 3.61, 3.62, 3.63, 3.64, 3.65, 3.66 cho thấy đường đặc trưng hệ số truyền qua S21 và cường độ truyền qua T% phụ thuộc vào tần số và vật liệu biến tính. Vật liệu compozit epoxy biến tính với cùng một loại chất biến tính ở
H ệ số tru y ền qua , S 21 (dB ) Cư ờng đ ộ tru y ền qu a, T %
các hàm lượng biến tính khác nhau cho đường đặc trưng tương tự nhau trong dải tần số 4-8 GHz, chỉ có mẫu compozit biến tính với 5 PKL thiokol có đường đặc trưng hệ số truyền qua S21 và cường độ truyền qua T% giảm xuống trong dải tần 7,8-8 GHz trong khi đó cũng trong dải tần số này đường đặc trưng hệ số truyền qua và cường độ truyền qua của các mẫu compozit epoxy biến tính với 3 PKL; 7 PKL; 9 PKL thiokol có xu hướng tăng, điều này có thể là do hiện tượng cộng hưởng. Các loại chất biến tính khác nhau có đường đặc trưng hệ số truyền qua S21 và cường độ truyền qua T% khác nhau trong dải tần số 4-8 GHz. Với cùng chất biến tính khi hàm lượng chất biến tính tăng lên thì hệ số truyền qua S21 và cường độ truyền qua T% giảm dần. Giá trị trung bình cường độ truyền qua T% của vật liệu compozit epoxy biến tính với hàm lượng các chất biến tính khác nhau được thể hiện trên bảng 3.11, 3.12, 3.13.
Bảng 3.11: Ảnh hưởng của hàm lượng ENR tới cường độ truyền qua T% của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Tên mẫu PC-ENR5 PC-ENR10 PC-ENR15 PC-ENR20
Chiều dày mẫu, mm 0,51 0,49 0,50 0,50
Cường độ truyền qua T% 91,00 89,27 88,90 86,93
Bảng 3.12: Ảnh hưởng của hàm lượng ELO tới cường độ truyền qua T% của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Tên mẫu PC-ELO5 PC-ELO10 PC-ELO15 PC-ELO20
Chiều dày mẫu, mm 0,50 0,49 0,50 0,49
Cường độ truyền qua T% 92,62 90,03 88,14 85,10
Bảng 3.13: Ảnh hưởng của hàm lượng thiokol tới cường độ truyền qua T% của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Tên mẫu PC-T3 PC-T5 PC-T7 PC-T9
Chiều dày mẫu, mm 0,51 0,49 0,50 0,52
Cường độ truyền qua T% 92,02 87,00 85,92 82,80
Ảnh hưởng của hàm lượng chất biến tính ENR, ELO và thiokol tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ xác định bằng phương pháp điện dung được thể hiện trên bảng 3.14, 3.15, 3.16.
Bảng 3.14: Ảnh hưởng của hàm lượng ENR tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Tên mẫu PC-EP PC-ENR5 PC-ENR10 PC-ENR15 PC-ENR20
Chiều dày mẫu, mm 0,96 0,97 1 0,98 0,96
Hằng số điện môi, ε 2,23 2,31 2,37 2,42 2,60
tanδ 0,018 0,023 0,025 0,031 0,035
Bảng 3.15: Ảnh hưởng của hàm lượng ELO tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Tên mẫu PC-EP PC-ELO5 PC-ELO10 PC-ELO15 PC-ELO20
Chiều dày mẫu, mm 0,96 0,98 1 0,97 0,96
Hằng số điện môi, ε 2,23 2,28 2,33 2,39 2,54
tanδ 0,018 0,02 0,022 0,027 0,028
Bảng 3.16: Ảnh hưởng của hàm lượng thiokol tới hằng số điện môi ε và tổn hao điện môi tanδ của vật liệu compozit epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
Tên mẫu PC-EP PC-T3 PC-T5 PC-T7 PC-T9