Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ và phụ gia đến độ bền của vật liệu composite và polyme trong công nghệ ép phun

vi
MC LC
Trang
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân i
Li cam đoan ii
Li cm ơn iii
Tóm tắt iv
Mục lục vi
Danh sách các hình ix
Danh sách các bng xii
Chng 1 TNG QUAN 1
1.1 Tính cp thiết ca đề tài: 1
1.2 Mục đích nghiên cu, khách thể và đi tợng nghiên cu: 3
1.2.1 Mục đích: 3
1.2.2 Đi tợng nghiên cu: 3
1.2.3 Khách thể nghiên cu: 3
1.3 Nhiệm vụ nghiên cu và giới hn đề tài: 3
1.3.1 Nhiệm vụ ca đề tài: 3
1.3.2 Giới hn đề tài: 4
1.4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn: 4
1.4.1 Ý nghĩa khoa học: 4
1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn: 5
1.5 Phơng pháp nghiên cu: 5
Chng 2 C S Lụ THUYT 6
2.1. Vật liệu composite và công nghệ chế to: 6
2.1.1. Khái niệm: 6
2.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển: 6
2.1.3. Đặc điểm – vai trò – tính cht: 7
vii

2.1.4. u điểm ca vật liệu composite: 8
2.1.5. Phân loi vật liệu composite: 9
2.1.6. Công nghệ chế to vật liệu composite: 10
2.2. Thành phần ca vật liệu composite: 17
2.2.1 Vật liệu ct: 17
2.2.2 Các cht phụ gia: 22
2.2.3 Vật liệu nền: 22
MDPE (Mium density polyetylen) 29
UHMWPE (Ultra high molecular weigh polyetylen) 29
2.3. Công nghệ ép phun: 40
2.4. Tiêu chuẩn ISO 527 (TCVN 4501 -4: 2009) 41
2.4.1. Lĩnh vực và phm vi ng dụng: 41
2.4.2. Mẫu kéo thử theo tiêu chuẩn ISO 527: 42
Chng 3 PHỂN TệCH VT LIU PHUN VẨ TệNH TOÁN, THIT K
MU TH 43
3.1. Tổng quan về nhựa Polypropylen (nhựa PP): 43
3.1.1. Giới thiệu: 43
3.1.2. Tính cht ca nhựa Polypropylen: 44
3.1.3. Tồng hợp nhựa polypropylen: 46
3.1.4. Gia công nhựa polypropylen: 46
3.1.5. ng dụng ca nhựa polypropylen: 48
3.1.6. u và nhợc điểm ca nhựa PP: 48
3.2. Phân tích thông s kỹ thuật ca mẫu thử: 49
3.2.1. Các yếu t nh hng trực tiếp đến quá trình ép phun: 49
3.2.2. Tính toán, thiết kế mẫu thử: 52
3.3. Phân tích các thông s trong quá trình ép phun mẫu
:
53
3.3.1. Mục tiêu: 53
3.3.2. Phân tích thi gian điền đầy sn phẩm: 53

3.3.3. Phân tích ng sut khi phun: 54
viii
3.3.4. Phân tích lực kẹp: 55
3.3.5. Phân tích vị trí ca điểm phun tt nht: 55
3.3.6. Phân tích sự phân b và phát triển dòng nhựa trong khuôn: 56
3.3.7. Phân tích cong vênh, co rút: 57
3.3.8. Phân tích ng sut d: 58
3.3.9. Phân tích đng hàn: 59
3.3.10. Bng tổng hợp phân tích: 60
Chng 4 CỌNG TÁC CHUN B THệ NGHIM 61
4.1. Cu to ca vật liệu nghiên cu: 61
4.2. Máy móc trang thiết bị phục vụ cho quá trình nghiên cu: 62
Chng 5 TIN HẨNH THệ NGHIM, X Lụ S LIU VẨ ĐÁNH GIÁ
KT QU 69
5.1. Xác định s lợng thí nghiệm: 69
5.2. Tiến hành thí nghiệm: 71
5.1.1. Dụng cụ thí nghiệm: 71
5.1.2. Cách pha trộn, lựa chọn, mư hóa thí nghiệm: 73
5.1.3. Các thao tác để tiến hành thí nghiệm: 73
5.3. Kết qu thí nghiệm và xử lý s liệu: 73
Chng 6 KT LUN VẨ KHUYN NGH 114
6.1. Kết luận. 114
6.2. Khuyến nghị. 114
TẨI LIU THAM KHO 116
ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG
Hình 2.1: Phân loi composite theo hình dng ct liệu 9
Hình 2.2: Hình dng ca các loi vật liệu composite 10

Hình 2.3: Công nghệ bằng tay 11
Hình 2.4: Công nghệ đúc chuyển resin – RTM 13
Hình 2.5:Công nghệ phun bắn 15
Hình 2.6: nh ht nhựa PE 28
Hình 2.2: Các dng mch PE 29
Hình 2.7: nh ht nhựa PP 33
Hình 2.8: nh ht nhựa PVC 35
Hình 2.9: Kích thớc ca mẫu bền kéo theo tiêu chuẩn ISO – 527. 42
Hình 3.1: Cu trúc hóa học ca Polypropylen 43
Hình 3.2: Phn ng trùng hợp polypropylen bằng xúc tác 46
Hình 3.3: Các sn phẩm đợc làm từ polypropylen 48
Hình 3.4: Cu to cơ bn ca máy ép phun 50
Hình 3.5: Mẫu thiết kế đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ISO 527. 52
Hình 3.6: kết qu phân tích thi gian điền đầy sn phẩm 54
Hình 3.7: Kết qu phân tích tìm đợc vị trí điểm phun tt nht 56
Hình 3.8: Sự phát triển ca dòng nhựa trong khuôn 56
Hình 3.9: Kết qu phân tích cong vênh, co rút 57
Hình 3.10: Phân b ng sut d trớc khi thiết kế hệ thng làm mát. 58
Hình 3.11: Phân b ng sut d sau khi thiết kế hệ thng gii nhiệt 58
Hình 3.12: Kết qu phân tích dự đoán đng hàn. 60
Hình 4.1: Máy ép – phun và khuôn ép mẫu thử 63
Hình 4.2: Giai đon kẹp 64
Hình 4.3: Giai đon phun 64
Hình 4.4: Giai đon làm nguội 65
Hình 4.5: Giai đon đẩy 65
Hình 4.6:Thớc kẹp 67
x
Hình 4.7: Cân CP-324S và cân TE 612 68
Hình 5.1: Máy đo độ bền kéo 72
Hình 5.3: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 76

Hình 5.4: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia Na10MB3A
tới ng sut kéo 77
Hình 5.5: biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 78
Hình 5.6: Vật mẫu bị kéo đt 78
Hình 5.7: Hình chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu 78
Hình 5.8: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 81
Hình 5.9: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia Na10MB3A
tới ng sut kéo 82
Hình 5.10: Biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 83
Hình 5.11: Vật mẫu bị kéo đt 83
Hỉnh 5.12: Hỉnh chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu 83
Hình 5.13: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 86
Hình 5.14: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia
Na10MB3A tới ng sut kéo 87
Hình 5.15: Biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 88
Hình 5.16: Vật mẫu bị kéo đt 88
Hình 5.17: Hỉnh chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu. 88
Hình 5.18: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 91
Hình 5.19: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia
Na10MB3A tới ng sut kéo 92
Hình 5.20: Biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 93
Hình 5.21: Vật mẫu bị kéo đt 93
Hỉnh 5.22: Hỉnh chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu 93
Hình 5.23: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 96
Hình 5.24: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia
Na10MB3A tới ng sut kéo 97
Hình 5.25: Biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 98
Hình 5.26: Vật mẫu bị kéo đt 98
Hình 5.27: Hỉnh chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu 98
xi

Hình 5.28: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 101
Hình 5.29: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia
Na10MB3A tới ng sut kéo 102
Hình 5.30: Biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 103
Hình 5.31: Vật mẫu bị kéo đt 103
Hình 5.32: Hỉnh chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu. 103
Hình 5.33: Biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A 106
Hình 5.34: Biểu đồ thực nghiệm thể hiện sử nh hng ca thành phần phụ gia
Na10MB3A tới ng sut kéo. 107
Hình 5.35: biểu đồ ng sut kéo và lực dãn dài 108
Hình 6.36: Vật mẫu bị kéo đt 108
Hỉnh 5.37: Hỉnh chụp ti mặt bị kéo đt ca mẫu 108
Hình 5.38: Biểu đồ tổng hợp ng sut kéo và tỉ lệ Na10MB3A ca ba thí nghiệm trung
tâm. (e,f,g) 109
Hình 5.39: So sánh các biểu đồ ng sut kéo và tỉ lệ phụ gia Na10MB3A  từng nhiệt độ
và áp sut khác nhau. 110
Hình 5.40: Cơ chế phá hy trên bề mặt gưy đt ca mẫu PP có trộn phụ gia: 111
Hình 5.41: Cơ chế tăng bền vật liệu polymer. 112
Hình 5.42: Quá trình bóc tách các lớp polymer 113

xii
DANH SÁCH CÁC BNG

Bng 2.1: Phân loi PE 29
Bng 2.2: Tính cht ca PP có trọng lợng phân tử 80000 – 150000 34
Bng 3.1: Thông s kỹ thuật ca polypropylen 47
Bng 3.2: Tổng hợp kết qu phân tích 60
Bng 4.1: Thông s kỹ thuật nhựa RP348N 61
Bng 4.2: Tính cht ca cht trợ tơng hợp 62
Bng 4.3: Thông s kỹ thuật ca máy ép phun SW-120B 66

Bng 5.1: Xác lập các yếu t đầu vào và xác định các mc 70
Bng 5.2: Chuyển hệ trục tọa độ 70
Bng 5.3: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 74
Bng 5.4: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 79
Bng 5.5: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 84
Bng 5.6: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 89
Bng 5.7: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 94
Bng 5.8: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 99
Bng 5.9: Kết qu ng sut kéo ca phụ gia Na10MB3A 104
Trang 1

Chng 1
TNG QUAN

1.1 Tính cấp thit ca đ tƠi:
Những sn phẩm rẻ hơn, quan trọng hơn nữa là không nh hng đến sc
khe ca con ngi. Vật liệu bền cao hơn. Tuy nhiên, trớc những u điểm ca
vật liệu và công nghệ chế to vật liệu nhựa truyền thng đợc pha trộn với
phụ gia  những tỉ lệ nht định để đt đợc độ composite mang li thì việc áp
dụng những thành tựu ca công nghệ này để ci thiện tính bền, nâng cao cht
lợng và gim giá thành cho các sn phẩm nhựa là hết sc cần thiết. Bên cnh đó,
ngoài việc áp dụng tỉ lệ thành phần phụ gia hoặc gia cng ca các nghiên cu
trớc để phát huy ti đa hiệu qu ca các thành phần này là một xu hớng rt cần
thiết trong lĩnh vực kỹ thuật. Để cho sn phẩm đợc tt hơn nữa, bền hơn và nâng
cao đợc tuổi thọ ca sn phẩm thì trong quá trình ép phun phi nghiên cu việc
nh hng ca các thông s công nghệ ( nhiệt độ, áp sut) và phụ gia để tăng bền
cho vật liệu là rt cần thiết. Ví nó quyết định đến tính cht, độ bền ca sn phẩm và
c về mặt thẩm mỹ. Để có thể đánh giá tổng quát nh hng ca các thông s công
nghệ cần tiến hành pha trộn thành phần gia cng theo những tỉ lệ tt nht ca các
nghiên cu trớc. Đề tài tiến hành triển khai nghiên cu và chế to bộ khuôn ép

mẫu thử sc bền kép ca vật liệu nhựa trong công nghệ ép phun, điểm đặc biệt là
bộ khuôn có thể đợc sử dụng để ép phun trực tiếp các vật liệu đư đợc
pha trộn thành phần gia cng hoặc phụ gia, từ đó đánh giá những yếu t nh
hng ca các yếu t trên đến quá trình ép mẫu kéo – sn phẩm trực tiếp ca đề
tài đợc sử dụng trong các thí nghiệm để đo kiểm và đánh giá cht lợng ca vật
liệu sau khi chế to.



Trang 2
1.2. Các công trình nghiên cu đƣ đc công b:
Các công trình nghiên cu trong nớc:
 Nghiên cu tăng bền cho vật liệu nhựa và composite trong công nghệ ép
phun – Đi học s phm kỹ thuật TP.HCM.
 Nghiên cu vật liệu Composite trên nền nhựa Polyetylene tỉ trọng cao gia
cng bằng sợi day – ĐH. Bách khoa.
 Nghiên cu vật liệu Composite trên nền nhựa Polyvinyl Clorua với độn mùn
ca, tru – ĐH Bách Khoa.
 Nghiên cu chế to vật liệu Composite trên cơ s nhựa Polyester không no
gia cng Nanoclay và sợi thuỷ tinh – Đi học Bách khoa.
Các công trình nghiên cu ngoài nớc:
 Comparison of several closure approximations for evaluating the
thermoelastic properties of an injection term molded short-fiber composite -
Composites Science and Technology, Volume 67, Issues 7-8, June 2007,
Pages 1601-1610.
 An experimental study of fibre orientation in injectionnext term moulded
short glass fibre-reinforced polypropylene/polyarylamide composites –
Composites,Volume 25, Issue 2, February 1994, Pages 147-153.
 Studies on the combined effect of injection temperature and fiber content on
the properties of polypropylene-glass fiber composites- Composites Science

and Technology, Volume 65, Issue 6, May 2005, Pages 873-881.
 Influence of injectionnext term parameters and mold materials on mechanical
properties of ABS in plastic injection molding - International
Communications in Heat and Mass Transfer, Volume 37, Issue 9, November
2010, Pages 1359-1365.
Kết luận: Cha có công trình nào nghiên cu về nh hng ca các thông s
công nghệ và tỉ lệ các thành phần cht phụ gia trực tiếp vào quá trình ép phun
để tăng sc bền cho vật liệu sử dụng trong công nghệ ép phun. Đề tài nghiên cu
và chế to bộ khuôn ép phun mẫu kéo theo tiêu chuẩn ISO-527, thực hiện kéo và
đo các thông s theo tiêu chuẩn, xử lý s liệu thực nghiệm và xây dựng đng
cong thực nghiệm. Bộ khuôn là công cụ để chế to cho các mẫu kiểm nghiệm
các tiêu chuẩn về sc bền cho các các vật liệu ép phun trực tiếp đợc trộn với
các cht phụ gia , từ đó nâng cao sc bền cho sn phẩm ca công nghệ này.
Trang 3
1.3. Mc đích nghiên cu, khách th vƠ đi tng nghiên cu:
1.3.1 Mục đích:
- Nghiên cu và ng dụng lý thuyết vật liệu polymer, vật liệu composite
vào trong công nghệ ép phun.
- Kiểm nghiệm sc bền kéo và kh năng tăng bền cho vật liệu polymer
trong nghệ ép phun.
- Tìm hiểu công nghệ ép phun cho sn phẩm nhựa.
- Thiết kế, chế to bộ khuôn ép mẫu theo tiêu chuẩn ISO – 527.
- Lập quy trình tiến hành thí nghiệm, đo và xử lý kết qu thực nghiệm.
- Xây dung mô hình toán để khắc phục u nhợc điểm sau khi ép phun.
1.3.2 Đối tợng nghiên cu:
- Vật liệu polymer: lý thuyết và kh năng công nghệ, ng dụng.
- Vật liệu composite: lý thuyết và ng dụng.
- Công nghệ ép phun cho sn phẩm nhựa.
- Công nghệ chế to bộ khuôn ép phun.
- Quy trình tiến hành thí nghiệm và thu thập, xử lý s liệu.

1.3.3 Khách thể nghiên cu:
- nh hng ca thông s công nghệ ( nhiệt độ, áp sut) tới quá trình ép
phun cho sn phẩm nhựa.
- nh hng ca các phụ gia trong quá trình ép phun.
- nh hng ca thành phần gia cng tới sc bền kéo ca mẫu thử.
- nh hng ca các thông s ca quá trình ép phun.
1.4 Nhim v nghiên cu vƠ gii hn đ tƠi:
1.4.1 Nhiệm vụ ca đề tài:
- Nghiên cu về công nghệ chế to và ng dụng ca vật liệu polymer.
- Nghiên cu về công nghệ chế to và ng dụng ca vật liệu composite.
Trang 4
- Nghiên cu công nghệ ép phun cho sn phẩm nhựa.
- Nghiên cu công nghệ chế to khuôn cho sn phẩm nhựa.
- Nghiên cu tiêu chuẩn ISO – 527.
- Thiết kế mẫu, phân tích các yếu t trong quá trình ép mẫu.
- Thiết kế và chế to bộ khuôn ép mẫu thí nghiệm.
- Sử dụng loi phụ gia thông dụng nht thng sử dụng trong công nghệ
ép phun.
- Tiến hành thí nghiệm và đánh giá nh hng ca các thông s công nghệ
tới quá trình ép phun.
1.4.2 Ảiới hn đề tài:
Do còn nhiều hn chế về mặt thi gian, kinh phí thực hiện cũng nh trang thiết
bị thí nghiệm nên đề tài chỉ tập trung nghiên cu các nội dung sau:
- Nghiên cu về lý thuyết và công nghệ chế to vật liệu composite.
- Mẫu thử đợc chế to bằng phơng pháp ép phun trực tiếp trên máy ép
phun.
- Nghiên cu kh năng ng dụng ca vật liệu Polypropylen.
- Vật liệu mẫu để tiến hành thí nghiệm là Polypropylen.
- Tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lý s liệu trên phần mềm
Statgraphic.

- Đánh giá mc độ nh hng ca các thông s công nghệ và tỉ lệ thành
phần phụ gia trong công nghệ ép phun.
- Xây dựng mô hình toán.
1.5 ụ nghĩa khoa hc vƠ ý nghĩa thực tin:
1.5.1 Ý nghĩa khoa học:
- Sn phẩm ca đề tài sẽ đợc dùng để phục vụ công tác nghiên cu về độ
bền, nh hng ca thông s công nghệ và nh hng đến tính cht cơ lý
composite ct nhựa nền sợi thy tinh ca vật liệu trong công nghệ ép
phun.
Trang 5
- Các thí nghiệm để phận tích, đánh giá sử nh hng ca các thông s
công nghệ ( nhiệt độ, áp sut) sẽ kiểm nghiệm và xây dựng biểu đồ thực
nghiệm thể hiện mi quan hệ giữa nhiệt độ và áp sut nào là tt nht, cho
sn phẩm tt hơn, bền hơn.
1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn:
- Sn phẩm trực tiếp ca đề tài là bộ khuôn ép đợc sử dụng để chế to các
mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO – 527 về kiểm nghiệm sc bền kéo ca vật
liệu trong công nghệ ép phun.
- Các kết qu ca các công trình nghiên cu trên sẽ đợc áp dụng vào thực
tiễn nghiên cu khoa học, là nền tng cho sự ng hiệu qu c về mặt kỹ
thuật và kinh tế cho công nghệ ép phun.
1.6 Phng pháp nghiên cu:
Đề tài đợc thực hiện bằng các phơng pháp nh sau:
- Thu thập tài liệu và xử lý thông tin: tập hợp và nghiên cu các thông tin
liên quan đến đề tài.
- Tính toán, thiết kế và phân tích các s liệu trên phần mềm hỗ trợ:
Pro/ENGINEER, Plastic Moldflow Insign, Statgraphic.
- Thiết kế và chế to các thiết bị phục vụ cho đề tài.
- Phân tích và xử lý các lỗi phát sinh trong quá trình chế to.
.

Trang 6

Chng 2
C S Lụ THUYT

2.1. Vt liu composite vƠ công ngh ch to:
2.1.1. Khái niệm:
Vật liệu composite là vật liệu đợc chế to tổng hợp từ hai hay nhiều vật
liệu khác nhau, nhằm mục đích to ra vật liệu mới có tính năng u việt hơn hẳn
những vật liệu thành phần ban đầu.
Từ composite xut phát từ góc tiếng Anh compos (tiếng Pháp composé)
nghĩa là hợp cht nhiều thành phần, hiện nay ngi ta gọi vật liệu này bằng nhiều
tên khác nhau nh: vật liệu kết hợp, vật liệu tổ hợp, vật liệu com-pao… Tuy nhiên
tên gọi thông dụng nht là vật liệu composite.
2.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển:
Vật liệu Composite đư xut hiện từ rt lâu trong cuộc sng, khong 5.000
năm trớc Công nguyên ngi cổ đi đư biết vận dụng vật liệu composite vào cuộc
sng (ví dụ: Sử dụng bột đá trộn với đt sét để đm bo sự giưn nỡ trong quá trình
nung đồ gm).
Ngi Ai Cập đư biết vận dụng vật liệu Composite từ khong 3.000 năm
trớc Công nguyên, sn phẩm điển hình là v thuyền làm bằng lau, sậy tẩm pitum
về sau này các thuyền đan bằng tre trát mùn ca và nhựa thông hay các vách tng
đan tre trát bùn với rơm, r là những sn phẩm Composite đợc áp dụng rộng rưi
trong đi sng xư hội.
Sự phát triển ca vật liệu composite đư đợc khẳng định và mang tính đột
biến vào những năm 1930 khi mà stayer và Thomat đư nghiên cu, ng dụng thành
công sợi thuỷ tinh; Fillis và Foster dùng gia cng cho Polyeste không no và gii
Trang 7
pháp này đư đợc áp dụng rộng rưi trong ngành công nghiệp chế to máy bay, tàu
chiến phục vụ cho đi chiến thế giới lần th hai.

Năm 1950 bớc đột phá quan trọng trong ngành vật liệu Composite đó là sự
xut hiện nhựa Epoxy và các sợi gia cng nh Polyeste, nylon,… Từ năm 1970
đến nay vật liệu composite nền cht dẻo đư đợc đa vào sử dụng rộng rưi trong các
ngành công nghiệp và dân dụng, y tế, thể thao, giao thông, quân sự vv…
2.1.3. Đặc điểm – vai trò – tính chất:
Nhẹ - chắc - bền - không rỉ - chịu hóa chất - chịu thời tiết đó những u
điểm ch yếu ca vật liệu composite. Sự ra đi ca vật liệu composite là cuộc cách
mng về vật liệu nhằm thay thế cho vật liệu truyền thng có một s nhợc điểm khó
hoặc không thể khắc phục đợc nh nặng (đá, gch…) dễ vỡ (sành, s…) mi mọt,
khai thác nhiều nh hng đến môi trng sinh thái (gỗ); rỉ sét (sắt, thép) … Những
nhợc điểm này khiến cho việc tổ chc sn xut, vận chuyển phc tp, chi phí bo
qun cao…
Vì vậy, nó đợc ng dụng vào những mục đích, những sn phẩm và những
nơi mà vật liệu truyền thng không thể đáp ng đợc, trong khi vật liệu composite
có thể phát huy hiệu qu và tha mưn yêu cầu sử dụng.Cho nên từ đầu những năm
60 ca thế kỷ XX, cùng với sự phát triển ca công nghệ polyme, vật liệu composite
đư không ngừng đợc phát triển cho đến ngày nay và đợc ng dụng rộng rưi trong
công nghiệp và đi sng nh: vật dụng gia đình, trang trí nội, ngoi tht, một s
thiết bị trong ô tô, tàu lửa, máy bay và trong ngành hàng không vũ trụ…
Cơ tính ca vật liệu composite phụ thuộc vào các yếu t sau đây:
- Cơ tính ca các vật liệu thành phần: các vật liệu thành phần có cơ tính
tt thì vật liệu composite cũng có cơ tính tt và tt hơn tính cht
ca từng vật liệu thành phần.
- Luật phân b hình học ca vật liệu ct: khi vật liệu liệu ct phân
b không đồng đều, vật liệu composite bị phá huỷ trớc hết  những
nơi ít vật liệu ct. Với composite ct sợi, phơng ca sợi quyết định
Trang 8
tính dị hớng ca vật liệu, có thể điều chỉnh đợc tính dị hớng này
theo ý mun để chế to đợc vật liệu cũng nh phơng án công nghệ
phù hợp với yêu cầu.

- Tác dụng tơng hỗ giữa các vật liệu thành phần: vật liệu ct và nền
phi liên kết chặt chẽ với nhau mới có kh năng tăng cng và bổ
sung tính cht cho nhau. Ví dụ: liên kết giữa ct thép và xi măng
trong bê tông.
Để có cơ tính cao các nhà sn xut dùng nhiều phơng pháp để gia
tăng hàm lợng sợi. Hàm lợng sợi  khong 50 - 60 % thể tích ca
composite là mc ti u. Hàm lợng sợi nhiều nht có thể đt đến là 70 - 75
% thể tích nhng  con s này cht nền không đ để to ra độ dính
(adhesion) cần thiết.
2.1.4. u điểm ca vật liệu composite:
Trong điều kiện sử dụng các vật liệu đúng tiêu chuẩn, thì vật liệu composite
nói chung có những u điểm ch yếu sau đây:
+ Nhẹ nhng cng vững, chịu va đập, un, kéo tt.
+ Chịu hóa cht, không sét rỉ, chng ăn mòn.
+ Chịu thi tiết, chng tia tử ngoi, chng lưo hóa nên rt bền.
+ Chịu nhiệt, chịu lnh, chng cháy.
+ Cách điện, cách nhiệt tt.
+ Hp thụ sóng điện từ.
+ Chịu ma sát, cng độ lực và nhiệt độ cao.
+ Không thm nớc, không độc hi.
+ Bo trì, bo dỡng, sửa chữa dễ dàng, chi phí thp.
+ Màu sắc đa dng, đẹp, bền vì đợc pha ngay trong nguyên liệu.
+ Thiết kế, to dáng thuận lợi, đa dng, có nhiều công nghệ để lựa chọn.
Trang 9
+ Đầu t thiết bị và tổ chc sn xut không phc tp, không quá tn kém,
không nh hng tới môi trng, chi phí vận chuyển và sn xut không
cao, giá trị sử dụng cao.
2.1.5. Phân loi vật liệu composite:
2.1.5.1 . Theo bn chất vật liệu nền và cốt:
Composite nền hữu cơ: Composite nền giy (cáctông), composite nền nhựa,

nền nhựa đng, nền cao su (tm ht, tm sợi, vi bt, vật liệu chng thm, lp ô tô
xe máy), Loi nền này thng có thể kết hợp với mọi dng ct liệu, nh: Sợi hữu
cơ (polyamit, kevlar (là sợi aramit cơ tính cao), ), sợi khoáng (sợi thy tinh, sợi
cacbon, ), sợi kim loi (Bo, nhôm, ). Vật liệu composite nền hữu cơ chỉ chịu đợc
nhiệt độ ti đa khong 200 ÷ 300°C.
Composite nền khoáng cht: Bê tông, bê tông ct thép, composite nền gm,
composite cacbon - cacbon. Thng loi nền này kết hợp với ct dng: Sợi kim loi
(Bo, thép, ), ht kim loi (cht gm kim), ht gm (gm cacbua, gm Nitơ, ).
Composite nền kim loi: Nền hợp kim titan, nền hợp kim nhôm, Thng
kết hợp với ct liệu dng: sợi kim loi (Bo, ), sợi khoáng (cacbon, SiC, ).
Composit nền kim loi hay nền khoáng cht có thể chịu nhiệt độ ti đa
khong 600 ÷ 1000 °C (nền gm tới 1000 °C).
2.1.5.2 Theo hình dng cốt liệu:








Hình 2.1: Phân loi composite theo hình dng ct liệỐ
Trang 10
Composite ct ht và ct sợi khác nhau  kích thớc hình học ca ct: Ct
sợi có tỉ lệ chiều dài trên đng kính khá lớn, còn ct ht là các phần tử đẳng trục.
Khái niệm về composite cu trúc là để chỉ các bán thành phẩm trong đó
thông dụng nht là dng lớp và dng tm ba lớp, đợc cu thành từ vật liệu đồng
nht và phi hợp với các composite khác.
2.1.5.3. Phân loi theo hình dng:

Hình 2.2: ảình dng của các loi ốật liệỐ composite

2.1.6. Công nghệ chế to vật liệu composite:
Có khá nhiều công nghệ Composite nói chung và công nghệ FRP nói riêng.
Mỗi công nghệ có những giới hn nht định trong ng dụng, nó phụ thuộc vào kích
cỡ sn phẩm, kiểu dáng sn phẩm, s lợng sn xut, sự gia cng thích hợp và loi
resin sử dụng.Trong mọi công nghệ đều phi có khuôn, vì vậy dựa trên các đặc thù
ca thiết kế và khuôn, nhà sn xut cần phi lựa chọn công nghệ cho thích hợp.
Công nghệ compozit cũng chính là công nghệ to ra laminat ca sn phẩm
compozite.

Trang 11
2.1.6.1. Công nghệ bằng tay:
Đặc điểm công nghệ:












Hình 2.3: Công nghệ bằng tay

 u điểm:
+ Là công nghệ phổ biến, đơn gin nht.

+ Làm đợc các sn phẩm có hình dng phc tp, kích thớc đa dng (từ
nh đến lớn).
+ Thay đổi cu trúc sn phẩm dễ dàng
+ Thiết kế tơng đi thoi mái.
+ Vật liệu làm khuôn đơn gin dễ làm, rẻ tiền.
+ Không đòi hi thiết bị, dụng cụ phc tp.
+ Yêu cầu trình độ ca ngi công nhân không cao.
+ Chi phí đầu t thp
Trang 12
 Nhợc điểm:
+ Năng sut thp, nguồn nhân công lớn.
+ Sn phẩm chỉ láng bóng một mặt (mặt tiếp xúc với khuôn).
+ Vì sn phẩm làm bằng tay nên cht lợng không đồng đều.
+ Phi xử lý cơ học sau khi ly sn phẩm, gia công cơ, cắt bivia.
2.1.6.2. Công nghệ đúc bằng vữa thy tinh:
Nguyên liệu bao gồm: Thch cao và sợi thy tinh gia cng. Vữa thy tinh
đợc to ra bằng các cách khác nhau: bằng máy hoặc bằng tay.
Từ vữa thy tinh ta có thể to ra nhiều sn phẩm với hình dáng khác nhau
nh mặt bàn, đng viền, phào, trang trí, hoa văn trên trần nhà…
Nguyên lý ca công nghệ: Vữa thch cao san đều trên khuôn, sau đó sợi thy
tinh đợc phân b ngẫu nhiên trên vữa rồi để đông cng, sau đó ngi ta li ph lên
một lớp vữa nữa và làm nhẵn bề mặt, cui cùng sy khô và ly sn phẩm ra.
 u đim:
+ Sn phẩm đa dng và phong phú.
+ Cht lợng sn phẩm tt.
+ Qui trình công nghệ đơn gin.
+ Chế to đợc các sn phẩm đặc biệt có yêu cầu đặc thù ngoài công nghệ
nêu trên.
 Nhc đim:
+ Năng sut thp, lao động nặng.

+ Vì sn phẩm làm bằng tay nên cht lợng không đồng đều.
+ Phi xử lý cơ học sau khi ly sn phẩm, gia công cơ, cắt bivia.
2.1.6.3. Công nghệ đúc chuyển resin – RTM (resin transfer moulding)
Là công nghệ trung gian kết hợp công nghệ tri tay và đúc nén.Có 2 phơng
pháp thực hiện.
Trang 13
Đặc điểm công nghệ:














Phương pháp thứ nhất Phương pháp thứ hai
Hình 2.4: Công nghệ đúc chỐyển resin – RTM
 u đim:
+ Năng sut cao hơn
+ Hình dáng sn phẩm chính xác hơn, đồng đều hơn
+ Sn phẩm nhẵn bóng c hai mặt
 Nhợc điểm:
+ Làm khuôn phc tp hơn.
+ Thao tác phc tp hơn.

+ Yêu cầu chính xác cao.
Trang 14
2.1.6.4. Công nghệ đúc Ứp - phun, phn ng RRIM:
Đây là công nghệ cht dẻo nhiệt rắn.Hỗn hợp nguyên liệu  nhiệt độ thp,
đợc ép phun vào khuôn gia nhiệt  nhiệt độ cao.Nh có áp lực và nhiệt độ cao 
khuôn, phn ng đóng rắn xy ra toàn phần và đóng rắn trong khuôn.Tránh hiện
tợng hậu đóng rắn sau khi ly sn phẩm.
 u đim:
+ Đây là công nghệ hàng đầu.
+ Sn xut đợc các chi tiết phc tp.
+ Cht lợng sn phẩm tt hơn.
+ Năng sut cao.
+ Qui trình công nghệ đơn gin.
+ Chi phí làm khuôn ít tn kém.
 Nhc đim:
+ Trang thiết bị phc tp.
+ Chi phí sn xut cao.
2.1.6.5. Công nghệ đúc to lớp liên tục:
Đây là công nghệ làm các lớp liên tục để chế to các panel phẳng hay gợn
sóng, các tm liên tục theo chiều dài, chiều rộng thoi mái, hoặc những vách ngăn
định hình trong công nghiệp xây dựng để làm mái nhà hoặc các bc tng.
Nguyên lý cơ bn ca công nghệ này là: Vật liệu gia cng to sợi cắt ngắn,
sợi roving cắt ngắn hay nguyên liệu dệt đợc tri theo lớp, tẩm resin hòa xúc tác
và đợc kẹp giữa giy bóng kính hoặc loi tơng tự, chy theo chuyển động ca
máy. Sau khi đóng rắn các tm này đợc cắt theo chiều dài mong mun. Công
nghệ này hết sc linh hot trong việc chọn chiều rộng, chiều dày và chiều dài theo
mục đích sử dụng.
 u đim:
+ Sn xut đợc các chi tiết với kích thớc tùy ý theo mục đích sử dụng.
+ Cht lợng sn phẩm tt.

+ Năng sut cao.
Trang 15
 Nhc đim:
+ Trang thiết bị phc tp.
+ Chi phí sn xut cao.
2.1.6.6. Công nghệ quấn sợi:
Công nghệ này đợc áp dụng để chế to các loi ng, các thùng ch hình
trụ dài, silô, với sợi cao cp và hàm lợng cao để đt cng độ chịu kéo lớn, các
sn phẩm ca công nghệ này là các loi bông ch đàu, cha hóa cht, các ng,
các ng chịu áp lực, khoang động lực tên lửa…
Nguyên lý cơ bn ca công nghệ này là: Các sợi thy tinh filament đợc
cun quanh khuôn (ng, silô …) bằng máy, đợc thm resin hòa xúc tác và sau
khi đóng rắn cho ta ng hoặc silô rt cng vững.
 u đim:
+ Năng sut cao.
+ Làm đợc các sn phẩm quan trọng đòi hi về yêu cầu kỹ thuật cao.
 Nhc đim:
+ Trang thiết bị phc tp.
+ Qui trình thực hiện phc tp.
+ Chi phí sn xut cao.
2.1.6.7. Công nghệ phun bắn:
Đặc điểm ca công nghệ:

Hình 2.5:Công nghệ phỐn bắn
Trang 16
 u điểm:
+ Đơn gin, dễ thực hiện.
+ Trang thiết bị tơng đi đơn gin.
+ Chi phí đầu t thp.
+ Năng sut cao hơn.
+ Cht lợng sn phẩm đồng đều hơn.
 Nhợc điểm:
+ Vì công nghệ này toàn sử dụng thiết bị nên đòi hi công nhân phi qua
đào to và hun luyện sử dụng thiết bị.
+ Sn phẩm chỉ láng bóng một mặt(mặt tiếp xúc với khuôn).
2.1.6.8. Công nghệ đúc kỨo:
Đây là công nghệ đúc kéo liên tục để sn xut các sn phẩm có tiết diện
không đổi nh: Gậy, sào, dầm, các thanh định hình chịu lực, các ng, các cần câu…
Các sn phẩm với trọng lợng nhẹ nhng bền chắc và chịu hóa cht, cng độ cao.
Nguyên lý: Nh cơ cu to sc kéo ca thiết bị, các băng sợi roving đợc
kéo với tc độ xác định qua bể cha resin hòa xúc tác để thm ớt, đi vào khuôn
định hình đặt trong hộp gia nhiệt để các laminat đợc gia nhiệt và đóng rắn, cui
cùng ra sn phẩm.
 u đim:
+ Cht lợng sn phẩm tt.
+ Năng sut cao.
 Nhc đim:
+ Trang thiết bị phc tp.
+ Chi phí sn xut cao.
2.1.6.9. Công nghệ Ứp phun:
Công nghệ này áp dụng cho sn phẩm từ cht dẻo nhiệt có gia cng
bằng sợi thy tinh nhằm tăng tính bền cơ học, chịu nhiệt, chịu lực cao hơn,

cách điện tt
Trang 17
Nguyên lý cơ bn ca công nghệ này là: Nguyên liệu chính là cht dẻo
nhiệt  dng ht, to sợi cắt ngắn và sợi roving đợc np đồng thi vào hệ thng
đùn- ép phun theo tỷ lệ đư đợc xác định. Trong quá trình trục đùn ép vận chuyển
nguyên liệu, thì to sợi cắt ngắn và sợi roving đợc tự động hòa trộn và phân bổ
cùng với nguyên liệu chính là cht dẻo, tọa thành hỗn hợp để sau đó đợc ép phun
vào khuôn, hệ thng này có gia nhiệt.
 u đim:
+ Sn xut đợc các chi tiết phc tp.
+ Cht lợng sn phẩm tt hơn.
+ Năng sut cao.
+ Dễ dàng kiểm soát và điều chỉnh tỷ lệ nguyên liệu chính xác.
 Nhc đim:
+ Trang thiết bị phc tp.
+ Chi phí sn xut cao.
2.2. ThƠnh phn ca vt liu composite:
Vật liệu Composite có hai thành phần chính là:vt liu ct và vt liu nn.
Vật liệu cốt: Thành phần ct trong composite làm cho vật có đợc những
tính năng cơ học cần thiết. Vật liệỐ ct có tác dụng chịu ti trọng nên phi có độ bền
cao, thng  dng sợi nh sợi cacbon, sợi thy tinh, sợi bo, sợi kim loi, sợi
graphit; hoặc có thể  dng ht cacborun(SiC), corindon (Al
2
O
3
), cacbit bo (B
4
C).
Vật liệu nền: Bao quanh vật liệu ct nh là cht kết dính thành phần ct.
Thực hiện nhiệm vụ cht liên kết to nên sự liên kết giữa các thành phần ct. Do đó

vật liệu nền phi là các vật liệu có tính dẻo cao để thực hiện tt nhiệm vụ liên kết.
Đợc chia làm 3 loi: Polyme, cacbon và kim loi.
2.2.1 Vật liệu cốt:
Phi tha mưn đợc những yêu cầu về khám phá, khai thác ra vật liệu mới
và kh năng công nghệ. Những yêu cầu đó nh về độ bền, độ cng, khi lợng
riêng, độ bền trong một khong nhiệt độ nào đó, bền ăn mòn trong môi trng axit,
Trang 18
kiềm… Còn yêu cầu về công nghệ là những kh năng công nghệ để sn xut ra các
thành phần ct và những vật liệu composite trên cơ s những ct này.Vật liệu ct
cho vật liệu composite có hai loi:
2.2.1.1. Vật liệu cốt ht:
Ct ht dùng trong vật liệu composite để làm tăng cơ, lý tính ca nhựa.
Ngoài ra ht cũng dùng để làm gim giá thành ca vật liệu, làm tăng tính cht dẫn
điện, dẫn nhiệt cho nhựa nền…
2.2.1.2. Vật liệu cốt sợi:
Ct sợi dùng trong vật liệu composite sẽ tăng cng thêm tính cht cơ học
ca vật liệu. Các tính cht khác cũng tăng thêm nh tính dẫn điện, dẫn nhiệt …
 Si thy tinh:
Sợi thy tinh đợc sử dụng rộng rưi để chế to vật liệu composite polymer.
Thành phần cơ bn bao gồm cát thch anh, đá vôi, bột nhôm đợc trộn khô theo tỷ
lệ hợp lý sau đó nung nóng chy  nhiệt độ cao khong 1260
.
u điểm ca sợi thy tinh là nhẹ, chịu nhiệt khá, ổn định với các tác động
hóa - sinh, có độ bền cơ lý cao và độ dẫn nhiệt thp.
Sợi thy tinh có hai dng điển hình: sợi dài (dng chỉ) và sợi ngắn, thông
thng chúng có dng hình trụ tròn, ngoài ra cũng gặp sợi thy tinh có tiết diện
ngang hình tam giác, hình vuông, lục giác…
Công nghệ để sn xut các dng sợi thy tinh là kéo sợi từ dung dịch nóng chy. Có
3 phơng pháp chính để sn xut sợi thy tinh:
+ Kéo sợi từ dung dịch nóng chy qua khuôn(quá trình một giai đon)

+ Kéo sợi từ những phôi thy tinh đợc sy nóng(quá trình hai giai đon)
+ Nhận đợc sợi ngắn từ các tia dung dịch nóng chy bằng cách thổi bằng
không khí, hơi, gas
Sợi thy tinh có u điểm nổi trội là giá thành rẻ, chúng đợc dùng rộng rưi
trong sn xut composite polymer, để chế to các tàu ti trọng nh, thuyền, xuồng,
cano, thuyền buồm thể thao, than v ô tô, các ng dẫn dầu, nắp rẽ dòng ca vật thể