Nghiên cứu thiết kế cơ hệ của robot song song dựa trên mô hình bài toán bảo đảm độ cứng vững động lực học

v
ABSTRACT

Science is developing to better serve for human life. So is the field of material
science. At the present, non-metallic materials extremely strong develop in order to
serve the needs of human beings. In particular, regardless of polymer and composite
materials have been created to replace the metal material gradually exhausted in
nature, but the nature and its applicationn is not inferior to the metal . So the thesis «
Studying the effect of the technological parameters and additives to the durability of
polymer and compsite materials in injection molding technology» has been selected
as an issue of research to solve the following issues:
- Research ISO - 527 for methods of determining tensile strength polymer
material.
- Study an overview of the fabrication technology of composite materials.
- Study an overview of injection molding technology.
- Study an overview of polymer material.
- Research the use of additives to increase the durability of the material in the
injection molding technology.
- Design, analysis and create a fabrication of prototype molds tensile strength
according to ISO - 527.
- Test Injection pattern - establishing conditions, and conducting experiments
and using the method of processing experimental data to evaluate the results.
From there, find out the best relationship between temperature and pressure
with percentage of additives for maximum tensile strength.
The process is a combination and application of many different fields, the results
gaining from it has evaluated the influence of mixing ingredients to the strength of
the material.

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,