Thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực cánh bơm nước chuyên dụng trong nuôi trông thủy sản thâm canh bằng vật liệu composite

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ H ƯỚNG DẪN
Họ và tên SV: Thái Đức Tài Lớp : 47CT
Nghành : Cơ Khí Chế Tạo Máy MSSV : 47132203
Tên đề tài : “Thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực cánh b ơm nước chuyên dụng
trong nuôi trông thủy sản thâm canh bằng vật liệu Composite.”
Số trang : 90 Số chương : 6 Số tài liệu tham khảo : 20
Hiện vật: Báo cáo Đồ Án Tốt Nghiệp, 1 đĩa CD, 1 Bộ khuôn đúc cánh b ơm hướng
trục và cánh bơm nước chuyên dụng bằng vật liệu composite
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ H ƯỚNG DẪN





Kết luận:


Nha trang, ngày…tháng…năm 200 9
Cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
KS. Lê Ngọc Sơn
ĐIỂM CHUNG
Bằng số
Bằng chữ
-2-
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT L ƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Họ và tên SV: Thái Đức Tài Lớp : 47CT
Nghành : Cơ Khí Chế Tạo Máy MSSV : 47132203
Tên đề tài : “Thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực cánh b ơm nước chuyên dụng
trong nuôi trông thủy sản thâm canh bằng vật liệu Composite. ”
Số trang : 90 Số chương : 6 Số tài liệu tham khảo: 20

Hiện vật: Báo cáo Đồ Án Tốt Nghiệp, 1 đĩa CD, 1 Bộ khuôn đúc cánh b ơm hướng
trục và cánh bơm nước chuyên dụng bằng vật liệu composite
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN





Kết luận:


Nha trang, ngày…tháng…năm 200 9
Cán bộ phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)
ĐIỂM CHUNG
Bằng số
Bằng chữ
-3-
LỜI CẢM ƠN!
Đồ án tốt nghiệp là sự khởi đẩu cho sự nghiệp nghi ên cứu khoa học của thế hệ
kỹ sư trẻ chúng em, và cũng là điểm nhấn kết thúc cuộc đời sinh vi ên ngồi trên ghế
nhà trường. Đó là một điều thiêng liêng mà em cảm nhận được sau hơn bốn năm
học tập và nghiên cứu tại trường đại học Nha Trang. Sau một thời gian nghi ên cứu
nghiêm túc, với tất cả khả năng của bản thân, với những gì đã học hỏi được ở các
thầy cô, ở sách vở và đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của các thầy hướng dẫn. Đến
nay em đã hoàn thành xong nhi ệm vụ quan trọng của m ình. Để đạt được kết quả này
không thể không kể đến những g ì mà các thầy đã dành cho em. Em xin chân thành
được bày tỏ lời biết ơn sâu sắc đến thầy KS. Lê Ngọc Sơn, thầy đã có những ý kiến
chỉ bảo có ý nghĩa góp phần làm hoàn thiện đề tài và sự hướng dẫn tận tình của thầy
trong việc chế tạo thành công sản phẩm khuôn đúc áp lực, v à cánh bơm nước

chuyên dụng phục vụ nuôi trồng thủy sản bằng vật liệu Composite. B ên cạnh đó em
xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô đã dìu dắt em đi trên con đường mà em đã
chọn, xin gửi tới các bạn đồng nghiệp trong t ương lai lời cảm ơn chân thành, cảm
ơn các bạn đã có những góp ý chân thành trong quá trình th ực hiện đề tài của tôi.
Xin chân thành cảm ơn!!!
Nha Trang, tháng 1 2 năm 2009
Sinh viên thực hiện
Thái Đức Tài
-4-
Mục Lục
LỜI NÓI ĐẦU 6
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGHỆ ĐÚC ÁP L ỰC VẬT LIỆU COMPOSITE
VÀ CÁNH BƠM NƯ ỚC 8
I.1 Tổng quan về công nghệ đúc áp lực vật liệu Composite 8
I.1.1 Định nghĩa vật liệu Co mposite 8
I.1.2 Đặc tính chung. 8
I.1.3 Phân loại vật liệu Composite: 9
I.1.4 Kết cấu của vật liệu composite 12
I.1.5 Công nghệ chế tạo vật liệu Composite 20
I.1.6 Cơ chế đông đặc, đông rắn tr ong Composite 24
I.1.7 Cơ tính của vật liệu Composite 24
I.1.8 Xác định thời gian đông, rỡ khuôn, đóng rắn 34
I.2 Tổng quan về cánh b ơm nước 37
I.2.1 Xây dựng bản vẽ kết cấu cánh b ơm 37
I.2.2 Yêu cầu kỹ thuật chế tạo cánh b ơm nước chuyên dụng 52
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ KỸ THUẬT KHUÔN ĐÚC CÁNH B ƠM NƯỚC
CHUYÊN DỤNG TỪ VẬT LIỆU COMPOSITE 55
II.1 Yêu cầu kỹ thuật bộ khuôn đúc. 55
II.2 Kết cấu bộ khuôn đúc 56
II.2.1 Nửa khuôn trên 56

II.2.2 Nửa khuôn dưới. 56
II.2.3 Chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng 58
II.2.4 Lõi, tấm đỡ hai mảnh khuôn 59
II.3.1 Các kích thư ớc cơ bản của bộ khuôn đúc 60
II.3.2 Kiểm tra độ bền của khuôn trong quá tr ình làm việc 64
CHƯƠNG III. CH Ế TẠO KHUÔN ĐÚC CÁNH B ƠM 68
III.1 Thiết kế quy trình chế tạo khuôn đúc cánh b ơm 68
III.1.1 Xây dựng kết cấu hai nửa khuôn .69
-5-
III.2 Chế tạo thử nghiệm khuôn đúc 71
III.2.1 Lập trình gia công khuôn v ới sự trợ giúp của máy tính 71
III.2.2 Chuẩn bị phôi, máy, dụng cụ cắt gọt, đồ gá 74
III.2.3 Lập quy trình gia công khuôn 75
III.2.4 Kiểm tra khuôn lần cuối 77
CHƯƠNG IV. XÂY D ỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐÚC CÁNH BƠM 78
IV. 1 Chuẩn bị khuôn và vật liệu 78
IV. 2 .Quy trình đúc cánh bơm 79
IV. 3 Quy trình tháo rỡ và làm sạch sản phẩm 85
CHƯƠNG V. ĐÚC TH Ử NGHIỆM, HOÀN CHỈNH VÀ HOẠCH TOÁN GIÁ
THÀNH SẢN PHẨM 86
V. 1 Đúc thử nghiệm 86
V. 2 Hoàn chỉnh công nghệ và khuôn đúc 86
V. 3 Hoạch toán giá thành sản phẩm 87
CHƯƠNG VI. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 89
VI.1 Kết luận 89
VI.2 Đề xuất ý kiến. 89
-6-
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành nuôi trồng thuỷ sản ở nước ta được xác định là một ngành kinh tế mũi
nhọn, có giá trị xuất khẩu cao, mang lại ngoại tệ lớn cho đất n ước, trong đó nuôi

tôm đóng góp một phần không nhỏ, nuôi tôm l à nghề đem lại lợi nhuận cao nh ưng
mang tính rủi ro lớn, nếu không được áp dụng khoa học kỹ thuật v à thiết bị máy
móc chuyên nghiệp.
Trong ngành nuôi tôm thì b ơm nước sục khí là thiết bị không thể thiếu, nó
mang lại nhiều lợi ích thiết thực nh ư: Bổ sung lượng thiếu hụt ôxy trong n ước; góp
phần làm tăng mật độ nuôi ít nhất từ 5 10 lần, tạo dòng chảy lưu động trong ao
thường xuyên để gom chất bẩn, thức ăn thừa, duy tr ì điều kiện thích hợp nhất đối
với tôm. Nhưng một vấn đề hết sức quan trọng đặt ra ở đây m à mọi người rất quan
tâm là công nghệ chế tạo cánh bơm. Cánh bơm hiện đang được sử dụng là cánh
bơm được chế tạo bằng kim loại ( hợp kim đồng, v à thép không gỉ), nên giá thành
cao, nặng nề và kém bền với thời gian trong môi tr ường nước biển. Vậy việc chế tạo
thành công cánh bơm nư ớc chuyên dụng bằng vật liệu phi kim loại m à ở đây là vật
liệu Composite sẽ góp phần khắc phục các hạn chế nói tr ên.
Trên cơ sở đó em được Bộ môn Chế Tạo Máy Khoa C ơ Khí trường Đại Học
Nha Trang giao cho đ ề tài: “Thiết kế chế tạo khuôn đúc áp lực cánh
bơm nước chuyên dụng trong nuôi trông thủy sản thâm canh
bằng vật liệu Composite .”
Sau một thời gian nghiên cứu, tiến hành chế tạo khuôn và đúc thử nghiệm
cánh bơm dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy KS. Lê Ngọc Sơn, em đã hoàn thành
đề tài với đầy đủ nội dung sau:
Chương I: Tổng quan về cánh bơm nước và công nghệ đúc áp lực vật liệu
composite.
Chương II: Thiết kế kỹ thuật khu ôn đúc cánh bơm nư ớc chuyên dụng từ vật liệu
composite.
Chương III: Chế tạo khuôn đúc cánh bơm .
-7-
Chương IV: Xây dựng quy trình công nghệ đúc cánh bơm.
Chương V: Đúc thử nghiệm, hoàn chỉnh và hoạch toán giá thành sản phẩm.
Chương VI: Kết luận và đề xuất.
Vì thời gian và trình độ bản thân còn hạn chế và đây cũng là lần đầu tiên làm

quen với công tác nghiên cứu khoa học nên em không thể tránh khỏi những t hiếu
sót trong quá trình th ực hiện đề tài. Vì vậy, em rất mong được sự đóng góp ý kiến
của các thầy trong khoa v à sự đóng góp ý kiến của những ng ười quan tâm đến lĩnh
vực này để đề tài có hiệu quả ứng dụng cao h ơn nữa.
Nhân đây, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy KS. Lê Ngọc Sơn đã
quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn em thực hiện đề tài.
Nha Trang, ngày 25 tháng 12 năm 2009
Sinh viên thực hiện
Thái Đức Tài
-8-
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGHỆ ĐÚC ÁP LỰC VẬT LIỆU
COMPOSITE VÀ CÁNH BƠM NƯ ỚC
I.1 Tổng quan về công nghệ đúc áp lực vật liệu Composite
I.1.1 Định nghĩa vật liệu Composite
Vật liệu Composite hay Composite l à vật liệu tổ hợp từ hai vật liệu có bản
chất khác nhau. Vật liệu tạo th ành có bản chất trội hơn đặc tính của từng vật liệu
thành phần khi xét riêng rẽ.
I.1.2 Đặc tính chung.
Trong trường hợp tổng quát nhất, một vật liệu Composite gồm một hay nhiều
pha gián đoạn được phân bố trong một pha li ên tục. Khi vật liệu gồm nhiều pha gián
đoạn, ta gọi đó là Composite hỗn tạp. Pha gián đoạn thường có cơ tính trội hơn pha
liên tục
Pha liên tục được gọi là nền ( matrice ).
Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng c ường (renfort).
Cơ tính của vật liệu Composite phụ thuộc v ào:
 Cơ tính của các vật liệu thành phần.
 Luật phân bố hình học của vật liệu cốt.
 Tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu th ành phần, v.v…
Để có thể mô tả một vật liệu Composite, ta cần biết r õ:
 Nguồn gốc và tính chất của các vật liệu th ành phần.

 Dạng hình học của vật liệu cốt v à luật phân bố của nó
 Đặc điểm giữa mặt tiếp xúc giữa vậ t liệu cốt và vật liệu kết dính
-9-
Hình 1. Vật liệu Composite
I.1.3 Phân loại vật liệu Composite:
I.1.3.1 Phân loại theo hình dạng.
Theo hình dạng của vật liệu thành phần, vật liệu Composite đ ược phân chia thành
hai họ lớn: vật liệu Composite cốt sợi v à vật liệu Composite cốt hạt (hay bột).
 Vật liệu Composite cốt sợi
Khi vật liệu cốt là các sợi, ta gọi đó là Composite cốt sợi. Sợi được sử dụng có thể
dưới dạng liên tục có thể dưới dạng gián đoạn: sợi ngắn, vụn v.v…Ta có thể điều
khiển sự phân bố, phương của sợi để có vật liệu dị h ướng theo ý muốn. V à cũng có
thể tạo ra vật liệu có c ơ - lý tính khác nhau, khi chú ý t ới:
- bản chất của vật liệu th ành phần.
- tỷ lệ của các vật liệu tham gia.
- phương của sợi
Vật liệu Composite cốt sợi có vai tr ò rất quan trọng trong công nghiệp, vì vậy việc
nghiên cứu kỹ lưỡng về ứng sử cơ học của loại vật liệu n ày là rất cần thiết.
 Vật liệu Composite cốt hạt
Khi vật liệu cốt có dạng hạt, ta gọi đó l à Composite cốt hạt. Hạt khác sợi ở chỗ, nó
không có kích thước ưu tiên.
Hạt thường được dùng để cải thiện một số c ơ tính của vật liệu hoặc của vật liệu nền,
chẳng hạn tăng độ cứng, tăng khả năng chịu nhiệt, chịu m òn, giảm độ co ngót
-10-
v.v…Trong nhiều trường hợp, hạt được sử dụng với mục đích l àm giảm giá thành
sản phẩm mà vẫn không làm thay đổi cơ tính của vật liệu
Việc lựa chọn phương án kết hợp hạt – nền (nhựa) phụ thuộc v ào cơ lý tính mà ta
muốn có. Chẳng hạn, ng ười ta thêm chì vào trong h ợp kim đồng để loại bớt khó
khăn khi gia công. Ch ất gốm kim ( xécme) cũng l à một ví dụ về Composi te kim loại
– gốm hạt, hay được sử dụng chế tạo các chi tiết, kết cấu chịu nhiệt độ cao.

I.1.3.2 Phân loại theo bản chất vật liệu th ành phần
Tùy thuộc vào bản chất của vật liệu nền, vật liệu Composite đ ược chia làm ba
nhóm:
 Composite nền hữu cơ ( nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt dạng :
- sợi hữu cơ: polyamit, kevlar v.v.
- sợi khoáng: thủy tinh, cacbon v.v…
- sợi kim loại : bo, nhôm v.v…
 Composite nền kim loại ( hợp kim titan, hợp kim nhôm…) với vật liệu cốt dạng :
- sợi kim loại: bo
- sợi khoáng: cacbon, SiC
 Composite nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng:
- sợi kim loại: Bo
- hạt kim loại: chất gốm kim
- hạt gốm: cacbua, nito v.v…
Vật liệu Composite nền hữu c ơ chỉ chịu được nhiệt độ từ 200
0
C đến 300
0
C, trong
khi đó Composite nền kim loại hay nền gốm có thể chịu đ ược nhiệt độ từ 600
0
C (
nền kim loại) hoặc tr ên 1000
0
C ( nền gốm).
-11-
I.1.3.3 Theo cấu trúc vật liệu cốt
Loại cốt hạt và loại cốt sợi khác nhau ở kích th ước hình học của cốt: Cốt sợi
có tỷ lệ chiều dài trên đường kính khá lớn, cốt hạt l à các phần tử đẳng trục.
Compozite cấu trúc là khái niệm để chỉ các bán th ành phẩm dạng tấm, lớp, dạng tổ

ong.
Cốt hạt
Cốt sợi
Compozite cấu trúc
Hạt
mịn
Liên
tục
Tổ
ong
Gián
đoạn
Tấm ba
lớp
Có
hướng
Lớp
Ngẫu
nhiên
Hạt
thô
Composite
-12-
Một số vật liệu Composite
Vật liệu thành phần
Lĩnh vực ứng dụng
1. Composite nền hữu cơ
Giấy, carton
Tấm hạt
Tấm sợi

Vải bạt
Vật liệu chống thấm
Lốp
Tấm nhiều lớp
Chất dẻo tăng cường
Nhựa/hạt/sợi xelulo
Nhựa/mạt cưa
Nhựa/sợi gỗ
Nhựa mềm/vải
Elastome/bitum/vải dệt
Cao su/vải/sắt, thép
Nhựa/hạt/sợi thủy
tinh,cacbon
Nhựa/vibi
Nghành in/bao bì
Ngành mộc
Nhà cửa
Thể thao, nhà cửa
Mái che
Ngành oto
Các ngành công nghi ệp
khác nhau
2. Composite nền khoáng
chất
Bê tông
Composite cacbon –
cacbon
Composite gốm
Cacbon/ sợi cacbon
Gốm sợi gốm

Máy bay, vũ trụ, thể thao,
y học
Chi tiết máy chịu nhiệt độ
cao
3. Composite nền kim loại
Nhôm/sợi bo
Nhôm/sợi cácbon
Vũ trụ
4. Composite ba lớp
Vỏ
Lõi
Kim loại tấm nhiều lớp
Nhiều lĩnh vực
I.1.4 Kết cấu của vật liệu composite
Composite có nhiều loại, được tạo ra tùy vật liệu thành phần và mục đích sử dụng.
Composite được cấu tạo bởi hai thành phần chủ yếu là: cốt – nhựa nền, từ hai thành
phần này tạo ra rất nhiều dạng kết cấu của composite, kết cấu của composite lại phụ
thuộc vào trọng lượng giữa cốt – nhựa nền và sự phân bố hình học của vật liệu cốt
theo mục đích sử dụng
Ngoài ra còn có các ch ất khác ( xúc tác, xúc tiến, phụ gia khác), với tỷ lệ trọng
lượng rất nhỏ khoảng v ài % nhưng không th ể thiếu
-13-
a. Thành phần cốt
Cốt là thành phần chịu lực chủ yếu ( gia c ường), là pha gián đoạn, cốt cũng
được chia thành hai loại chính: cốt hạt và cốt sợi
 Cốt hạt: Vật liệu compozite cốt hạt, hạt khác sợi l à không có kích thư ớc ưu
tiên, được dùng để tăng cơ tính vật liệu hoặc của vật liệu nền.
Theo đặc trưng hình học hạt được phân thành: hạt cầu và hạt không phải cầu
 Hạt cầu (vibi): Có thể đặc, có thể rỗng, đ ường kính trung bình khoảng 10-
150 micromét, vi bi đư ợc chế tạo từ thuỷ tinh, cácbon, phenol,…Trong thực tế

lượng vi bi rỗng chiếm 99% tổng số vi bi sử dụng, do dễ bị vỡ nên chỉ được dùng ở
chế độ gia công với áp lực thấp, vi bi đặc th ì khối lượng riêng nặng hơn
(2500kg/m
3
), nhưng giá thành th ấp hơn, chịu được áp lực cao hơn khi gia công cùng
với nhựa.
 Hạt không phải cầu : hay đ ược dùng nhất là hạt mica
Ngoài ra còn có h ạt không dùng gia cường mà dùng với mục đích giảm giá
thành, tăng độ cứng, ổn định kích thước, nhưng làm giảm giá thành, độ bền kéo, độ
bền nén.
 Cốt sợi: Vật liệu compozite cốt sợi, sợi cũng có rất nhiều loại: sợi thuỷ tinh,
sợi cácbon, sợi armid, sợi polyeste, sợi bor, sợi gốc thực vật, sợi gốc khoáng, sợi
kim loại, sợi tổng hợp,… Trong mỗi loại lại chia ra nhiều dạng khác nhau, tuỳ theo
mục đích sử dụng và cơ tính đạt được mà ta sử dụng loại nào cho phù hợp.
Cấu tạo và cơ tính một số loại sợi thông dụng hay đ ược dùng:
 Sợi thuỷ tinh:
là loại sợi được sử dụng phổ biến nhất trong công nghệ compozite. Cấu tạo
phân ra các loại sợi sau: sợi đơn, tao sợi, sợi roving, chỉ…S ợi đơn có thể liên tục
hoặc cắt ngắn, cấu tạo từ nhiều sợi đ ơn liên tục cho ta tao sợi li ên tục và roving liên
tục, cấu tạo từ sợi đ ơn ngắn cho ta tao sợi ngắn và roving ngắn, từ các tao sợi,
roving, chỉ người ta dệt thành các sẩn phẩn gia cường (vải: vải dệt, vải ngẫu nhi ên
không dệt là Mat cắt ngắn hay Mat li ên tục).
-14-
* Sợi đơn là loại nhỏ nhất có đường kính d = (5-13) μm, sợi đơn có thể liên
tục hoặc cắt ngắn l = (5-8) cm trước khi kết dính th ành tao sợi hoặc roving, dệt
thành vải gia cường tuỳ mục đích sử dụng.
* Tao sợi được tạo ra từ nhiều sợi đ ơn bằng cách kết dính lại, có tao sợi li ên
tục, tao sợi cắt ngắn
* Roving do nhiều tao sợi dính kết lại loại sợi t o hơn gọi là roving tương tự
ta cũng có roving liên tục và roving cắt ngắn, roving còn được chia ra roving mềm

và roving cứng tuỳ mục đích sử dụng v à công nghệ mà ta chọn loại nào.
* Chỉ tạo ra bằng cách xe xoắn nhiều sợi đ ơn (102, 204, 408) đ ều đặn và liên
tục (20-40) vòng/1m chiều dài, được cuộn thành các cuộn rồi đem đi dệt.
Trong sợi thuỷ tinh lại chia ra rất nhiều loại sợi t ùy theo thành phần hoá học:
thuỷ tinh , E, A, C, R, S, D, thuỷ tinh E là loại được sử dụng nhiều nhất trong công
nghệ compozit do có ưu điểm: sức bền cơ tính và tuổi thọ cao, nó là loại sợi thuỷ
tinh rẻ nhất.
 Sợi cacbon: là sợi tạo thành nhờ sự grafit hoá sợi cacbon có c ường độ chịu
kéo và mô đun đàn h ồi rất cao ( E= 650.000MPa, R= 4.000MPa) cũng có rất nhiều
loại: LM, HR, HM, THM sợ i cácbon tương đối nhẹ có độ bền cao, rất cao đây l à
loại sợi ưu việt, nhưng giá thành rất cao do công nghệ chế tạo phức tạp n ên được
dùng chủ yếu cho ngành vũ trụ, hàng không.
 Sợi armid: còn có tên là kevlar, lo ại được ứng dụng chủ yếu mang t ên là k29
và k49 là loại sợi nhẹ hơn sợi thuỷ tinh, có cơ tính cao, chịu kéo, chịu va đập nh ư
sợi thuỷ tinh, uốn kén h ơn, nhược điểm của loại này là: khó cắt, khó gia công cắt
gọt, kén chọn nhựa, có m àu đục nên chủ yếu ứng dụng làm vỏ máy bay.
 Sợi polyete (tergal, orc on, terylen…) có đ ặc tính cơ học cao, sức bền kéo
R>1.000 MPa, môđun E= 14.000 MPa, nh ẹ, chịu va đập tốt nh ưng kém cứng vững
không phù hợp cho sản xuất đúc.
 Sợi Bor: có độ bền uốn, nén, bền cắt cao, độ cứng v à mô đun đàn hồi cao,
dẫn điện, dẫn nhiệt, sợi b or là vật liệu bán dẫn dùng chủ yếu trong vi mạch, giá
thanh cũng rất cao.
-15-
 Sợi kim loại: sắt, đồng, nhôm…có mô đun v à ứng suất phá huỷ thấp chủ yếu
dùng làm vật liệu cách âm, cách nhiệt.
Ngoài ra còn một số loại sợi khác đ ược sử dụng vào những lĩnh vực đặc thù
riêng.
b. Thành phần nhựa nền
Nhựa nền cũng có khá nhiều loại, có nhiều cách phân loại, theo chất dẻo ta có
nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn, theo khả năng phản ứng ta có loại no (b ão hoà) và

loại chưa no (chưa bão hoà).
Nhựa nhiệt dẻo là nhựa có thể tái sinh nhiều lần mà chỉ thay đổi đặc tính vật
lý, sản phẩn được hình thành và tạo dáng bằng cách gia nhiệt.
Nhựa nhiệt rắn được hình thành và tạo dáng thông qua phản ứng hóa học,
nhiệt năng (từ bên ngoài hoặc ngay trong phản ứng hóa học ) v à lực nén, chất dẻo
nhiệt rắn không tái sinh đ ược vì thay đổi đặc tính hóa học.
Yêu cầu với nhựa làm nền phải là vật liệu biến dạng đ ược và tương thích với
vật liệu cốt, ngoài ra còn phải có tỷ trọng nhỏ để vật liệu compozite có đặc tr ưng cơ
học cao, vì vậy trong công nghệ chế tạo compozite chủ yếu d ùng loại nhựa nhiệt rắn
(hay loại nhựa chưa no) hầu như không dùng nhựa nhiệt dẻo.
Một số loại nhựa nhiệt rắn thông dụng d ùng làm nhựa nền trong sản xuất vật
liệu composite:
 Nhựa polyeste chưa no được tạo thành từ trưng cất glycol và axít chưa no
hoặc andehit sản phẩn tạo ra ở nhiệt độ ph òng tồn tại ở dạng thể rắn từ nhựa gốc rắn
này cho hoà tan vào dung môi monome styren, nh ựa gốc rắn này trở thành dạng
lỏng cung ứng trên thị trường.
Cơ tính của loại nhựa polyeste ch ưa no đã đóng rắn là:
Khối lượng riêng 1.200kg/m
3
Mô đun đàn hồi kéo 2,8- 3,5 Gpa
Mô đun đàn hồi 3- 4 Gpa
Ứng suất phá huỷ kéo 50 -80 Gpa
Ứng suất phá huỷ uốn 90 -130 MPa
-16-
Độ bền nén 90- 120 MPa
Độ bền cắt 10-20 MPa
Biến dạng phá huỷ kéo 2 -5%
Nhiệt độ uốn cong dưới tải trọng(1,8 MPa) 60-100
0
C

Nhựa polyeste chưa no có ưu điểm là:
Cứng, ổn định kích th ước.
Khả năng thấm vào sợi, hạt cao.
Dễ vận hành.
Giá thành hạ.
Chịu được môi trường hoá học.
+ Nhược điểm:
Dễ nứt do va dập.
Độ co ngót cao khoảng (0,5 -2) %.
Bị hư dưới tác dụng của tia cực tím.
Chịu nhiệt độ dưới 120
0
C.
Nhựa polyeste chưa no được ứng dụng rộng r ãi nhất trong công nghiệp chế tạo
composite.
 Nhựa phenol (bakelit).
Cơ tính chính của nhựa phenol:
Khối lượng riêng 1.200 kg/m
3
.
Mô đun đàn hồi uốn 3 Gpa.
Ứng suất phá huỷ kéo 40 Mpa.
Ứng suất phá huỷ uốn 90 Mpa.
Độ bền nén 250 Mpa.
Nhiệt độ uốn cong dưới tải trọng 120
0
C.
Biến dạng phá huỷ kéo 2,5%.
Ưu điểm của nhựa phenol:
Ổn định kích thước cao.

Chịu nhiệt tốt và khả năng chống từ biến cao.
-17-
Độ co ngót thấp.
Độ bền cơ học cao.
Giá thành hạ.
Nhược điểm của nhựa phenol:
Gia công phải có áp lực, do đó ảnh h ưởng đến nhịp độ chế tạo.
Không dùng trong thi ết bị thực phẩm do có m àu đậm.
 Nhựa epoxy được sử dụng nhiều sau nhựa polyeste ch ưa no trong công
nghiệp composite.
Cơ tính của nhựa epoxy:
Khối lượng riêng 1.100- 1.500kg/m
3
.
Môđun đàn hồi kéo 3- 5 Gpa.
Ứng suất phá huỷ kéo 60 - 80 Mpa.
Ứng suất phá huỷ uốn 100 - 150 Mpa.
Độ bền cắt 30- 50 Mpa.
Biến dạng phá huỷ kéo 2 -5%.
Nhiệt độ uốn cong dưới tải trong 290
0
C.
Ưu điểm của nhựa epoxy:
Cơ tính cao hơn nhựa polyeste không no.
Chịu nhiệt liên tục cao hơn 150- 190
0
C.
Độ bền hoá học cao.
Độ co ngót thấp 0,1- 1%.
Thẩm thấu vào vải, sợi, hạt rất tốt.

Độ bám dính vào kim loại cao.
Nhược điểm của nhựa epoxy:
Thời gian polyme hoá dài tốn thời gian chế tạo.
Dễ bị nứt.
Giá thành cao.
Nhựa epoxy chủ yếu d ùng trong chế tạo máy bay, vũ trụ, t ên lửa…
-18-
Ngoài ra còn có một số loại nhựa khác nh ư: furan, amin, polyimit, polystyryl
pyrdin, vinyl este…nh ưng chúng được ứng dụng không nhiều.
Một số loại nhựa nhiệt dẻo:
Nhựa nhiệt dẻo cũng đ ược chia làm hai loại: nhựa nhiệt dẻo đại tr à và nhựa
nhiệt dẻo kỹ thuật, các loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến l à polyclorua vinyl (PVC),
polyetylen (PE), polypropylen (PP), polyamit (PA)…
 Ưu điểm là giá thành hạ:
 Nhược điểm là cơ tính và khả năng chịu nhiệt kém
 Cơ tính của một số loại nhựa nhiệt dẻo.
Nhựa polypropylen (PP).
Khối lượng riêng 900 kg/m
3
.
Ứng suất phá huỷ 20 -35 Mpa.
Mô đun đàn hồi thấp 1,1- 1,4 Gpa.
Nhiệt độ uốn cong dưới tải trọng 50- 60
0
C.
Nhựa polyamit (PA).
Khối lượng riêng 1140 kg/m
3
.
Ứng suất phá huỷ 60 -80 Mpa.

Mô đun đàn hồi thấp 1,2- 2,5 Gpa.
Nhiệt độ uốn cong dưới tải trọng 65-100
0
C.
Vì cơ tính thấp nên trong công nghiệp composite, người ta rất ít sử dụng
nhựa nhiệt dẻo.
c. Thành phần chất phụ gia, chất xúc tác
 Chất phụ gia chỉ chiếm v ài % có vai trò:
Bôi trơn làm tác nhân khi d ỡ khuôn.
Tạo màu.
Tác nhân chống co ngót.
Tác nhân chống tia cựu tím.
 Chất xúc tác: chiếm (1 -2,5)% nhưng không thể thiếu, nếu không có chất xúc
tác thì ở nhiệt độ bình thường (nhiệt độ phòng) nhựa không thể đóng rắn đ ược
-19-
trong khuôn để tạo sản phẩm vì thiếu nhiệt không đủ cho phản ứng kết nối ngang
xảy ra do đó phải cần chất xúc tác để kích hoạt phản ứng kết nối ngang.
Phản ứng kết nối ngang: Nhựa gốc tạo ra ở thể rắn đ ược hoà tan vào dung môi
styren để duy trì ở thể lỏng nhưng trong nhựa gốc và styren đều có các gốc tự do
các gốc này phản ứng qua lại với nhau tạo ra các cầu nối ngang để các chuỗi
polyeste gắn bó lại với nhau ngày càng dài, càng nhi ều nếu không được kiểm soát,
sẽ trở thành một khối rắn chắc đó chính l à diễn biến của phản ứng kết nối ngang.
Nhà sản xuất đã cho thêm vào chất phụ gia (chất kìm hãm) với lượng vừa đủ để
khống chế phản ứng không cho phản ứng kết nối ngang, nghĩa l à không cho đóng
rắn, giữ ở thể lỏng để đưa vào sử dụng trong công nghệ chế tạo composite, phản
ứng kết nối ngang đóng vai tr ò quan trọng trong công nghệ composite v à được gọi
là cơ cấu gốc tự do. Khi đưa nhựa vào chế tạo sản phẩm là lúc chúng ta muốn phản
ứng kết nối ngang diễn ra to àn phần để nhựa lỏng li ên kết với hạt, sợi gia c ường
đóng rắn hoàn toàn trong khuô n, muốn vậy phải có sự hỗ trợ của chất xúc tá c, xúc
tiến.

Chất xúc tác hay được sử dụng: MEKP, BPO.
 Xúc tác MEKP (methyl ethyl peroxid) s ử dụng ở nhiệt độ ph òng, cung cấp
trên thị trường ở dạng dung dịch lỏng oxy hoạt tính 9% với dung môi không hoạt
tính như dimethylphthalic. MEKP t ạo thành bằng cách cho methyl ethyl keton phản
ứng với hydro peroxid kết quả phản ứng sau khi loại n ước là methyl ethyl peroxid.
 Xúc tác BPO (benzo yl peroxid) tạo ra giữa phản ứng của Benzoyl v à Peroxid
(H
2
O
2
) sử dụng ở nhiệt độ nâng cao bằng cách gia nhiệt tr ên 115
0
C, cung cấp dưới
dạng lỏng (50- 80)% hoặc dạng kem 50% ho à tan trong tricresyl phosphat.
Chất xúc tiến (chất châm ng òi phản ứng): ở nhiệt độ phòng các chất xúc tác
chưa thể làm cho nhựa đông, đóng rắn nhanh v à toàn phần nếu không có chất xúc
tiến pha thêm vào nhựa, chất xúc tiến cũng có nhiều loại nh ưng sử dụng phổ biến là
muối muối hữu cơ coban 12%, ngoài ra c òn có hợp chất của anilin (C
6
H
5
NH
2
) như:
dimethylanilin C
6
H
5
N(CH
3

)
2
(DMA), diethylanilin C
6
H
5
N(C
2
H
5
)
2
(DEA), cả 2 chất
-20-
này đều không phản ứng trực tiếp với xúc tác MEKP m à nó thúc đẩy coban phản
ứng MEKP tỏa nhiều nhiệt.
I.1.5 Công nghệ chế tạo vật liệu Composite
Trong phần này, chúng ta không đặt mục tiêu nghiên cữu kỹ lưỡng những phương
pháp công nghệ chế tạo vật liệu Composite, m à chỉ rút ra những nguy ên lý của các
kỹ thuật tạo vật liệu, đặc biệt l à chú trọng vào phần công nghệ chế tạo vật liệu
Composite bằng phương pháp đúc áp l ực ( đúc ép), từ đó có khái niệm trong nghi ên
cứu ứng xử cơ học vật liệu và kết cấu Composite.
I.1.5.1 Đúc không áp lực
Đúc nguội, không cần ép là kỹ thuật đơn giản cho phép chế tạo các chi tiết bằng vật
liệu Composite sợi thủy tinh. Ph ương pháp này bao g ồm:
- Đúc tiếp xúc
- Đúc bắn đồng thời
- Đúc chân không
I.1.5.2 Đúc áp lực ( đúc ép)
- Đúc phun nhựa

Hình 2. Đúc phun nhựa
Đặt vải giữa hai chi tiết khuôn đúc ( khuôn tr ên và dưới), phun nhựa nhờ áp lực,
nhựa thấm vào cốt. Tỷ lệ vật liệu cốt có thể cao, nhờ vậy vật li ệu tạo ra có cơ tính
cao.
Nhờ phương pháp này, ta có th ể chế tạo các chi tiết có đáy v à có hình dạng phức
tạp.
-21-
- Đúc nguội nhờ áp lực
Hình 3. Đúc không nhiệt
Áp lực đúc nhỏ hơn 5at, không cần sấy nóng khuôn đúc, tận dụng quá tr ình
phát nhiệt của nhựa trong phản ứng trùng hợp. Năng lượng nhiệt trong quá tr ình đúc
các chi tiết đủ để giữ cho khuôn đúc hoạt động ở nhiệt độ từ 50
0
C – 70
0
C.
Vật liệu cốt và nhựa được đặt vào khuôn đúc đã có lớp lót và phụ gia giúp cho việc
dỡ khuôn được dễ dàng. Đóng khuôn đúc trê n và dưới sau đó nén. Thời gian
polyme hóa ( trùng hợp) phụ thuộc vào loại nhựa sử dụng, vào chất xúc tác vào
nhiệt độ đạt được trong quá trình đúc.
Giải pháp công nghệ n ày phù hợp với công suất vừa (4 đến 12 chi tiết một giờ). Chi
phí cho vật liệu và cho khuôn đúc thấp hơn chi phí cho phương pháp đúc có nhi ệt
độ. Chi tiết nhận được theo phương pháp này có b ề mặt đẹp.
- Đúc có nhiệt độ
Hình 4:Đúc có nhiệt độ
-22-
Kỹ thuật đúc có nhiệt độ cho phép chế tạo các chi tiết với công suất lớn , nhờ máy
nén thủy lực.
Vật liệu cốt ( mát, sợi ngắn hoặc d ài, vải v.v…) được đặt vào khuôn đúc sấy nóng
đã có tác nhân dỡ khuôn. Sau đó cho nhựa đ ã có xúc tác chảy thoải mái lên cốt.

đóng khuôn đúc theo m ột chu kỳ đã xác định, sau đó nén phần khuôn tr ên. Thời
gian nén phụ thuộc vào quá trình polyme hóa c ủa nhựa.
Giải pháp này cho phép sử dụng một tỷ lệ khối l ượng vật liệu cốt khá cao, do đó vật
liệu tạo ra có cơ tính khá cao.
- Đúc phun
Hình 5: Đúc phun.
Trong các phương pháp gia công v ật liệu nhiệt dẻo có cốt, ph ương pháp đúc ph un là
phổ biến nhất.
Vật liệu cốt và hạt nhựa, hoặc vật liệu “mat” đ ã tẩm thấm được đùn vào khuôn nh ờ
trục vít Archimede. Nhựa đ ược hóa lỏng và được phun vào khuôn nóng nh ờ áp lực
cao
Phương pháp này cho phép ch ế tạo với công suất lớn
I.1.5.3 Đúc liên tục.
Phương phương pháp đúc liên t ục thường được sử dụng để chế tạo các tấm phẳng,
tấm lượn sóng ( mái che ), tấm có gân v.v…
-23-
Quy trình công ngh ệ có thể chia ra các giai đoạn sau:
a) Tẩm thấm các vật liệu cốt: sợi, “mat”, vải. nhựa đ ã có xúc tác và vật liệu cốt
được tải đến màng cách khuôn
b) Bắt đầu quá trình tạo hình.
c) Quá trình polyme hóa được thực hiện trong l ò sấy ( từ 60
0
C – 150
0
C).
d) Cuối cùng là làm nguội và cắt.
I.1.5.4 Kéo định hình.
Phương pháp kéo định hình được sử dụng để tạo các bi ên dạng thẳng hoặc có tiế t
diện không thay đổi v à có độ bền cao.
Vật liệu cốt: sợi, băng v.v… đi qua bể chứa nhựa v à được tẩm thấm ở đây. Tiếp tục ,

vật liệu cốt đi qua khuôn chuốt đ ã sấy nóng trong lò, quá trình tạo hình xảy ra đồng
thời với quá trình polyme hóa của nhựa
Phương pháp kéo định hình cho năng suất cao, phù hợp với cả nhựa nhiệt cứng v à
nhiệt dẻo.
I.1.5.5. Đúc ly tâm.
Phương pháp đúc ly tâm thư ờng để chế tạo các chi tiết tr òn xoay: ống, thùng, v.v…
Người ta đưa vật liệu cốt ( “mat”, sợi ngắn) v à nhựa vào khuôn đúc bằng thép cứng
sau đó cho khuôn đúc quay ( kho ảng 2000v/phut)
Nếu nhựa cần polyme hóa ở nhiệt độ cao, sau khi quay, khuôn đ ược chuyển vào lò
nhiệt.
Các chi tiết được chế tạo bằng đúc ly tâm có mặt ngo ài bóng và đều.
I.1.5.6. Phương pháp quấn ống.
Vật liệu cốt ( sợi dài, băng vải v.v…) đã tẩm nhựa có xúc tác đ ược quấn với lực
căng nhỏ lên trên một tang hình trụ hoặc tròn xoay.
Phương pháp quấn ống rất phù hợp với các chi tiết, kết cấu mặt trụ hoặc cầu, vật
liệu thu được có cơ tính cao vì nó có thể chứa tới 80% khối lượng là chất tăng
cường ( cốt).
Tùy thuộc vào loại chuyển động tương đối của tang và của hệ thống cung cấp vật
liệu cốt, ta có nhiều loại quấn ống ( tức l à nhiều loại tạo lớp vật liệu) khác nhau:
-24-
- Quấn tiếp tuyến
- Quấn hêlicoit
- Quấn cực ( polaire)
I.1.6 Cơ chế đông đặc, đông rắn trong Composite
Loại nhựa gốc sử dụng trong công nghệ compozite ở nhiệt độ b ình thường nó
ở thể rắn, để dễ vận chuyển v à bảo quản người ta đã hòa tan nó trong dung môi
monome styren để duy trì ở dạng lỏng, chưa no. Giữa nhựa gốc với styren có phản
ứng xảy ra (gọi là phản ứng kết nối ngang) do nhóm ch ưa bão hòa trong nhựa phản
ứng qua lại với styren nếu không đ ược kiểm soát thì nó sẽ trở thành một khối rắn
trước khi đưa vào sử dụng.

Do đó người ta pha chất kim h ãm để khống chế không cho phản ứng xảy ra,
để duy trì ở dạng lỏng (bảo quản) trong thời gian đ ưa vào sử dụng. Khi đưa nhựa
vào sử dụng là lúc cần phản ứng kết nối ngang xảy ra ho àn toàn để nhựa đóng rắn
trong khuôn, lúc này c ần pha chất xúc tác, xúc tiến v ào làm mất tác dụng của chất
hãm, chất xúc tác tác dụng với chất xúc tiến tạo ra các gốc tự do các gốc tự do n ày
nhanh chóng tạo phản ứng kết nối ngang với nhóm ch ưa bõa hòa trong nhựa và
styren tạo ra nhiều gốc tự do mới, các gốc tự do n ày tiếp tục phản ứng tạo gốc tự do
mới khác, phản ứng dây truyền n ày xảy ra đến khi các chuỗi polyeste ng ày càng dài,
càng nhiều, phản ứng kết nối ngang dừng lại khi trong nhựa không c òn gốc tự do
nào và khi đó nhựa đã đóng rắn hoàn toàn để tạo ra sản phẩm.
I.1.7 Cơ tính của vật liệu Composite
 Vật liệu composite được tạo ra từ nhiều loại nhựa polyeste v à nhiều loại sợi
gia cường trong mỗi loại lại có đặc tính ưu tiên riêng, do đó c ần lựa chọn đúng ti êu
chuẩn kỹ thuật để áp dụng cho các sản phẩm có mục đích ph ù hợp.
 Sử dụng vật liệu đúng ti êu chuẩn thì composite có những ưu điểm chủ yếu:
 Nhẹ nhưng cứng vững chịu va đập, chịu kéo, uốn tốt.
 Chịu hoá chất, không sét gỉ, chống ăn m òn, rất thích hợp cho môi
trường nước biển, khí hậu biển (l àm tàu thuyền, bồn chứa…).
-25-
 Chịu thời tiết chống tia tử ngoại, c hống lão hoá, nên rất bền (sử dụng
làm công trình ngoài tr ời, ghế sân vận động…).
 Chịu nhiệt, chịu lạnh, chịu nóng, chống cháy (ống xả động c ơ diesel,
xuồng cứu hoả…).
 Cách nhiệt, cách điện tốt (thang cách điện, cấu kiện trong máy điện
tử,…).
 Chịu ma sát, cường độ lực, nhiệt độ cao (vỏ máy bay, cấu kiện cho
hành không, vũ trụ,…).
 Không thấm nước, không độc hại ( bể chứa, bọc vỏ t àu gỗ,…).
 Bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa chi phí thấp.
 Màu sắc đa dạng, đẹp, bền v ì được pha ngay trong nguy ên liệu.

 Thiết kế tạo dáng thuận lợi, đa dạng có nhiều công nghệ để lựa chọn.
 Đầu tư thiết bị và tổ chức sản xuất không phức tạp, không tốn kém,
không ảnh hưởng đến môi trường, chi phí vận chuyển và sản xuất
không cao.
 Từ những ưu điểm trên ta thấy giá trị sử dụng của vật liệu c omposite rất lớn.
 Ta đi sâu vào tìm hiểu vài đặc tính quan trọng:
Cơ tímh của vật liệu compozit: khả năng chịu kéo, uốn, nén, va đập phụ
thuộc vào loại vật liệu nhựa v à sợi thuỷ tinh, tỉ lệ nhựa/thuỷ tinh v à cách bố trí vải,
Mat sợi thuỷ tinh theo hướng chịu lực dự kiến với điều kiện đóng rắn ho àn hảo.
Khác với kim loại compozite không có điểm g ãy nên chịu va đập tốt khi va
dập không tạo vết l õm, không thay đổi hình dạng, chỉ bị trầy xước.