Thiết kế canô kéo dù bay phục vụ du lịch, chương 2 docx

Chương 2:
VẬT LIỆU COMPOSITE
1.3.1.Định nghĩa thành phần và phân loại.
1.3.1.1. Định nghĩa.
Vật liệu Composite hay 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 của từng
vật liệu thành phần khi xét riêng rẽ. Tuy
nhiên, định nghĩa này chưa đầy đủ. Vật liệu composite được xác
định theo các ti
êu chuẩn:
- Cả hai chất thành phần phải có tỷ lệ lớn hơn 5%.
- Chỉ khi các pha thành phần có cơ tính khác nhau và cơ tính
của vật liệu Composite khác một cách đáng kể với cơ tính của vật
liệu thành phần.
- Trong vật liệu Composite, các vật liệu thành phần không hoà
tan h
ẳn vào nhau.
V
ề phương diện hoá học, Composite có hai pha (hoặc nhiều
hơn) riêng biệt, được phân ra bởi mặt phân cách ri
êng biệt. Thành
ph
ần liên tục tồn tại với khối lượng lớn trong Composite gọi là
n
ền. Composite có thể là nền gốm, kim loại hoặc polymer.
Thành phần thứ hai được gọi là cốt, có tác dụng làm tăng cơ
tính cho vật liệu nền. Cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc
vào: Cơ tính của vật liệu thành phần, luật phân bố hình học của vật
liệu cốt, tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu thành phần,….
1.3.1.2. Phân loại.

Vật liệu Composite được phân loại theo hình dáng và theo bản
chất của các vật liệu thành phần.
* Theo bản chất vật liệu nền: Tùy thuộc vào bản chất vật liệu
nền, vật liệu Composite chia th
ành ba nhóm:
- Composite nền kim loại (như hợp kim nhôm, titan…) với vật
liệu cốt dạng: Sợi kim loại (Bo); sợi khoáng (cacbon, SiC).
- Composite nền khoáng (gốm) với cốt là các dạng: sợi kim
loại (Bo); hạt gốm (cacbua,nitơ). Hạt kim loại (chất gốm
kim).
- Composite n
ền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt dạng:
sợi hữu cơ (polyamit, Kevlar ); sợi khoáng (thuỷ tinh
cacbon…); sợi kim loại (Bo, nhôm )
* Theo hình dáng vật liệu cốt:
- Vật liệu Composite cốt sợi: Khi vật liệu cốt là các sợi, ta gọi
là Composite cốt sợi, sợi được sử dụng có thể dưới dạng liên tục,
có thể dưới dạng gián đọan: Sợi ngắn, vụn….Ta có thể điều khiển
sự phân bố, phương của sợi để có vật liệu dị hướng theo ý muốn.
Và cũng có thể tạo ra các vật liệu có cơ lý tính khác nhau, khi chú
ý t
ới:
+ Bản chất của vật liệu thành phần.
+ Tỷ lệ các vật liệu tham gia.
+ Phương của sợi.
- Vật liệu Composite cốt hạt: Khi vật liệu cốt có dạng hạt, ta
gọi là Composite cốt hạt. Hạt khác sợi ở chỗ, nó không có kích
thước ưu tiên. Hạt thường được sử dụng để cải thiện mộ
t số cơ tính
của vật liệu nền, chẳng hạn tăng độ cứng, tăng khả năng chịu nhiệt,

chịu mòn, giảm khả năng co ngót…
1.3.1.3. Vật liệu Composite (FRP) chế tạo canô.
Vật liệu Compositer (FRP) trong chế tạo canô là cốt sợi thuỷ tinh
nền nhựa polyester không no.
* C
ốt là những tấm sợi thuỷ tinh băm (sau đây gọi là “tấm sợi
băm”), những tấm vải sợi thuỷ tinh thô (sau đây gọi l
à “vải sợi
thô”), và sợi thuỷ tinh thô (sau đây gọi là “sợi thô”), dùng làm cốt
cho FRP được chế tạo từ sợi d
ài.
* Mát g
ồm 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
k
ết có thể hoà tan hoặc không hoà tan trong nhựa, tuỳ thuộc vào
công ngh
ệ sử dụng. Tính phân bố hỗn loạn của các sợi làm cho
“mát” có tính đẳng hướng trong mặt phẳng của nó.
Vải (hay băng) là một tổ hợp mặt các sợi, các mớ …vv, được
thực hiện nhờ kỹ thuật dệt. Vải gồm:
- Phương cơ bản (dọc), đó là tập hợp tất cả các sợi song song,
phân bố trong mặt phẳng theo chiều dài của vải.
- Phương ngang, đó là tập hợp tất cả các sợi bắc ngang qua
các sợi dọc.
Người ta phân biệt các loại vải dựa v
ào loại sử dụng (sợi đơn giản,
mớ…), có nghĩa là dựa vào khối lượng dài của sợi, và vào kiểu
tréo sợi dọc và ngang, bao gồm 4 kiểu: Lụa trơn, xa tanh, vân chéo,
kiểu đồng phương.

* Nhựa polyester.
Nhựa polyester được sử dụng từ lâu để chế tạo các vật liệu
Composite. Dựa trên mô đun đàn hồi, người ta phân loại polyester:
Nhựa nền, nhựa cứng vừa phải và nhựa cứng. Loại nhựa cứng
thường được sử dụng để chế tạo
vật liệu composite. Chúng ta có
thể liệt kê một số cơ tính chính của loại nhựa cứng đã đóng rắn.
Khối l
ương riêng
1.200 kg/m
3
Mô đun đàn hồi kéo 2,8
đến 3,5 Gpa
Mô đun đàn hồi uấn 3
đến 4 Gpa
Ứng suất phá huỷ kéo 50
đến 80 Mpa
Ứng suất phá huỷ uấn 90
đến 130 MPa
Biến dạng phá huỷ kéo 2 đến
5 %
Bi
ến dạng phá huỷ uấn 7 đến
9 %
Độ bền nén 90 đến
200 MPa
Độ bền cắt 10 đến
20 MPa
Nhi
ệt độ uấn cong dưới tải trọng (1,8 Mpa) 60 đến

100
0
C
* Nh
ựa polyester có ưu điểm:
- Cứng.
- Ổn định kích thước.
- Khả năng thấm vào sợi và nhựa cao.
- Dễ vận hành.
- Ch
ống môi trường hoá học.
- Giá thành hạ
* Nhựa polyeste có nhược điểm sau:
- Dễ bị nứt, đặc biệt nứt do va đập.
- Độ co ngót cao (khoảng 8 – 10%).
- Kh
ả năng chịu hơi nước, nước nóng kém.
- Bị hư hại dưới tác hại của tia cực tím.
- Dễ bắt lửa.
- Chịu nhiệt trung bình (dưới 120
0
C).