CHƯƠNG 7 vật LIỆU COMPOSITE

CHƯƠNG 7 VẬT LIỆU COMPOSITE (VẬT LIỆU TỔ HỢP)
7.1. Khái niệm và tính chất
7.1.1. Khái niệm
Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp từ hai hoặc nhiều loại vật liệu khác nhau. Vật
liệu mới được tạo thành có tính chất ưu việt hơn nhiều so với từng loại vật liệu
thành phần riêng rẽ. Về mặt cấu tạo, vật liệu composite bao gồm một hay nhiều
pha gián đoạn phân bố đều trên một pha nền liên tục. Nếu vật liệu có nhiều pha
gián đoạn ta gọi là composite hổn tạp. Pha gián đoạn thường có tính chất trội hơn
pha liên tục. Pha liên tục gọi là nền (matrice). Pha gián đoạn gọi là cốt hay vật
liệu gia cường (reenforce).
Cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc vào những đặc tính sau đây:
- Cơ tính của các vật liệu thành phần. Các vật liệu thành phần có cơ tính tốt thì vật
liệu composite cũng có cơ tính tốt và tốt hơn tính chất của từng vật liệu thành
phần.
- Luật phân bố hình học của vật liệu cốt. Khi vật liệu liệu cốt phân bố không đồng
đều, vật liệu composite bị phá huỷ trước hết ở những nơi cít vật liệu cốt. Với
composite cốt dợi, phương của sợi quyết định tính dị hướng của vật liệu, có thể
điều chỉnh được tính dị hướng này theo ý muốn để chế tạo được vật liệu cũng như
phương án công nghệ phù hợp với yêu cầu.
- Tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu thành phần. Vật liệu cốt và nền phải liên kết
chặt chẽ với nhau mới có khả năng tăng cường và bổ sung tính chất cho nhau. Ví
dụ liên kết giữa cốt thép và xi măng trong bê tông.
7.1.2. Phân loại
a) Phân loại theo hình dạng Composite sợi, composite vảy, composite hạt, composite
điền đầy, composite phiến.
b) Phân loại theo bản chất và vật liệu thành phần
- Composite nền hữu cơ: nền là nhựa hữu cơ, cốt thường là sợi hữu cơ hoặc sợi
khoáng hoặc sợi kim loại.
- Composite nền kim loại: nền là các kim loại như titan, nhôm, đồng, cốt thường là sợi
kim loại hoặc sợi khoáng như B, C, SiC.
- Composite nền gốm: nền là các loại vật liệu gốm, cốt có thể là sợi hoặc hạt kim loại

hoặc cũng có thể là hạt gốm.
7.2. Vật liệu và thành phần của composite
7.2.1. Vật liệu nền
a) Nhựa phênolformaldehyt
b) Nhựa êpoxy
c) Nhựa polyeste
d) Các loại nhựa khác
7.2.2. Vật liệu gia cường
a) Cốt dạng sợi
b) Cốt dạng vải
c) Cốt dạng hạt
7.2.3. Vùng chuyển tiếp trong composite
Vùng trung gian là vùng tiếp xúc giữa cốt và nền và nó thường là yếu tố có tính quyết
định đến các tính chất cơ học và các thuộc tính khác nữa của composite.
Vùng trung gian chính là nơi chuyển tải trọng từ nền sang cốt nên tác động đầu tiên
của nó chính là tác động đến độ bền. Có nhiều yếu tố tác động đến thành phần và
thể tích của vùng chuyển tiếp. Đầu tiên, là tính thấm ướt, tức là pha nền ở trạng
thái lỏng phải dễ dàng thấm ướt pha gia cường trước khi đóng rắn. Nhưng thực tế
không phải lúc nào cũng có liên kết nền


- cốt lý tưởng do bản chất hoá lý của các vật liệu rất khác nhau. Trong trường hợp
này, cần phải thêm chất thấm ướt để cải thiện khả năng thấm ướt cốt - nền.
7.2.4. Các chất phụ gia Là những vật liệu liệu nhằm cải thiện một số tính chất của
composite như:
- Tính dẫn điện, dẫn nhiệt: thường dùng bột, sợi hoặc vảy kim loại như Fe, CU, Al,…
hoặc bi tráng kim loại.
- Bôi trơn khi dỡ khuôn.
- Tạo màu.
- Chống co ngót.

7.3. Composite nền nhựa Các loại nhựa như êpoxy, phênolformaldehyt, polyeste…
đều có tính thấm ướt tốt đối với vật liệu gia cường dạng hữu cơ, bởi vậy công
đoạn trộn nhựa với cốt rất thuận lợi và đơn giản. Riêng đối với cốt là vật liệu vô
cơ, ví dụ như các loại sợi gốm, có tính thấm ướt rất kém nên trước khi trộn phải có
công đoạn bọc hoặc thấm lên trên cốt. Đối với dạng vải, có nhiều cách để chế tạo
bán thành phẩm. Ví dụ, nhúng tấm vải vào thùng nhựa rồi xếp thành từng lớp và
tiến hành ép, hoặc trải từng lớp vải vào lòng khuôn rồi phun hoặc quét nhựa, lại
trải vải, lại quét nhựa… Lặp lại quy trình như vậy cho đến khi đạt chiều dày yêu
cầu.
7.4. Composite nền kim loại
Trong vật liệu composite nền kim loại, thường dùng nhiều trong kỹ thuật là vật liệu tổ
hợp nền kim loại màu do những tính chất ưu việt mà các kim loại đen không có
được, ví dụ như nhẹ, bền ở nhiệt độ cao, chịu mài mòn tốt… nhưng công nghệ chế
tạo lại đơn giản hơn. Một số loại như sau
7.4.1. Composite nền nhôm cốt hạt
7.4.2. Composite nền nhôm cốt sợi
7.4.3. Composite nền đồng hạt thép
7.5. Composite nền gốm Vật liệu composite nền gốm (ceramic matrix composite,
CMC) đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi nhằm khắc phục những nhược
điểm của vật liệu gốm nguyên khối, đó là tính dòn cố hữu và khả năng ứng dụng
hạn chế của vật liệu gốm nguyên khối. Vật liệu composite nền gốm thường dùng
để chế tạo các chi tiết làm việc trong môi trường rất khắc nghiệt như: động cơ tên
lửa và động cơ phản lực, động cơ khí trong nhà máy năng lượng, vỏ cách nhiệt của
tàu không gian, lớp lót đầu tiên của buồng phản ứng nấu chảy, phanh máy bay, lò
nhiệt luyện… đây là môi trường làm việc có nhiệt độ rất cao nhưng rất khó làm
nguội bằng chất lỏng thông thường. Mặt khác, khi thay thế các siêu hợp hợp kim
bằng vật liệu gốm composite còn tiết kiện được khá nhiều khối lượng, điều vô
cùng quan trọng đối với ngành hàng không vũ trụ.
Trong composite nền gốm, vật liệu cốt có thể là cốt dạng không liên tục kiểu hạt, sợi
ngắn hoặc lát vụn. Cũng có thể dùng cốt liên tục dạng sợi. Trong trường hợp cốt

gián đoạn, việc tăng độ bền và độ dai va đập chỉ có thể tăng đến một giới hạn nào
đó nhưng vẫn đủ để sử dụng. Một ví dụ composite nền gốm sợi vụn dùng trong
lĩnh vực dụng cụ cắt là composite SiC/Si3N4, trong đó SiC là pha gia cường, còn
Si3N4 đóng vai trò vật liệu nền.


Vật liệu composite∗
Lê Văn Tám
This work is produced by Thu vien Hoc Lieu Mo Viet Nam and licensed under the
Creative Commons Attribution License †
Tóm tắt nội dung
Vật liệu composite Vật liệu composite, còn gọi là Vật liệu compozit hay composite là
vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo lên vật liệu mới có tính
năng hơn hẳn các vật liệu ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽ.
1 Lịch sử
Những vật liệu compozit đơn giản đã có từ rất xa xưa. Khoảng 5000 năm trước
công nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch
để tránh bị cong vênh khi phơi nắng.
Điền hình về compozit chính là hợp chất được dùng để ướp xác của người Ai Cập.
Chính thiên nhiên đã tạo ra cấu trúc composite trước tiên, đó là thân cây gỗ, có cấu
trúc composite, gồm nhiều sợi xenlulo dài được kết nối với nhau bằng licnin. Kết
quả của sự liên kết hài hoà ấy là thân cây vừa bền và dẻo- một cấu trúc composite
lý tưởng.
Người Hy Lạp cổ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất, đá, cát sỏi làm vật liệu
xây dựng. Và ở Việt Nam, ngày xưa truyền lại cách làm nhà bằng bùn trộn với
rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khi khô tạo ra lớp vật liệu cứng, mát về mùa hè và
ấm vào mùa đông... Mặc dù composite là vật liệu đã có từ lâu, nhưng ngành khoa
học về vật liệu composite chỉ mới hình thành gắn với sự xuất hiện trong công nghệ
chế tạo tên lửa ở Mỹ từ những năm 1950. Từ đó đến nay, khoa học công nghệ vật
liệu composite đã phát triển trên toàn thế giới và có khi thuật ngữ "vật liệu mới"

đồng nghĩa với "vật liệu composite".
2 Thành phần và cấu tạo
Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố
trong một pha liên tục duy nhất. (Pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong
cấu trúc của vật liệu composite.) Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix), thường
làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại. Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật
liệu tăng cường (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết
dính, chống mòn, chống xước ...
2.1 Thành phần cốt
Nhóm sợi khoáng chất: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm; nhóm sợi tổng hợp ổn
định nhiệt: sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil. Các nhóm sợi khác ít
phổ biến hơn: sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ
dừa,...; sợi gốc khoáng chất: sợi Amiăng, sợi Silic,...; sợi nhựa tổng hợp: sợi
polyeste (tergal, dacron, térylène, ..), sợi polyamit,...; sợi kim loại: thép, đồng,
nhôm,...
2.1.1 Sợi thuỷ tinh Sợi thủy tinh, được kéo ra từ các loại thủy tinh kéo sợi được (thủy
tinh dệt), có đường kính nhỏ vài chục micro mét. Khi đó các sợi này sẽ mất những
nhược điểm của thủy tinh khối, như: giòn, dễ nứt gẫy, mà trở nên có nhiều ưu
điểm cơ học hơn. Thành phần của thủy tinh dệt có thể chứa thêm những khoáng
chất như: silic, nhôm, magiê, ... tạo ra các loại sợi thủy tinh khác nhau như: sợi
thủy tinh E (dẫn điện tốt), sợi thủy tinh D (cách điện tốt), sợi thủy tinh A (hàm
lượng kiềm cao), sợi thủy tinh C (độ bền hóa cao), sợi thủy tinh R và sợi thủy tinh
S (độ bền cơ học cao). Loại thủy tinh E là loại phổ biến, các loại khác thường ít
(chiếm 1%) được sử dụng trong các ứng dụng riêng biệt.
2.1.2 Sợi Bazan 2.1.3 Sợi hữu cơ Các loại sợi hữu cơ phổ biến: * Sợi kenvlar cấu tạo
từ hợp chất hữu cơ cao phân tử aramit, được gia công bằng phương pháp tổng hợp


ở nhiệt độ thấp (-10 ◦C), tiếp theo được kéo ra thành sợi trong dung dịch, cuối
cùng được sử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi. Sợi kenvlar và tất cả các sợi làm từ

aramit khác như: Twaron, Technora,... có giá thành thấp hơn sợi thủy tinh như cơ
tính lại thấp hơn: các loại sợi aramit thường có độ bền nén, uốn thấp và dễ biến
dạng cắt giữa các lớp.
2.1.4 Sợi Cacbon Sợi cacbon chính là sợi graphit (than chì), có cấu trúc tinh thể bề
mặt, tạo thành các lớp liên kết với nhau, nhưng cách nhau khoảng 3,35 A◦. Các
nguyên tử cacbon liên kết với nhau, trong một mặt phẳng, thành mạng tinh thể
hình lục lăng, với khoảng cách giữa các nguyên tử trong mỗi lớp là 1,42 A◦. Sợi
cacbon có cơ tính tương đối cao, có loại gần tương đương với sợi thủy tinh, lại có
khả năng chịu nhiệt cực tốt.
2.1.5 Sợi Bor Sợi Bor hay Bore (ký hiệu hóa học là B), là một dạng sợi gốm thu được
nhờ phương pháp kết tủa. Sản phẩm thương mại của loại sợi này có thể ở các
dạng: dây sợi dài gồm nhiều sợi nhỏ song song, băng đã tẩm thấm dùng để quấn
ống, vải đồng phương.
2.1.6 Sợi Cacbua Silic Sợi Cacbua Silic (công thức hóa học là: SiC) cũng là một loại
sợi gốm thu được nhờ kết tủa.
2.1.7 Sợi kim loại 2.1.8 Sợi ngắn và các hạt phân tán 2.1.9 Cốt vải Cốt vải là tổ hợp
thành bề mặt (tấm), của vật liệu cốt sợi, được thực hiện bằng công nghệ dệt. Các
kỹ thuật dệt vải truyền thống thường hay dùng là: kiểu dệt lụa trơn, kiểu dệt xa
tanh, kiểu dệt vân chéo, kiểu dệt vải mô đun cao, kiểu dệt đồng phương. Kiểu dệt
là cách đan sợi, hay còn gọi là kiểu chéo sợi. Kỹ thuật dệt cao cấp còn có các kiểu
dệt đa phương như: bện, tết, và kiểu dệt thể tích tạo nên vải đa phương.
2.2 Vật liệu nền
2.2.1 Chất liệu nền polyme nhiệt rắn Nhựa polyeste và nhóm nhựa cô đặc như: nhựa
phenol, nhựa furan, nhựa amin, nhựa epoxy.
/>Thu vien Hoc Lieu Mo Viet Nam module: m44302 3
2.2.2 Chất liệu nền polyme nhiệt dẻo Nền của vật liệu là nhựa nhiệt dẻo như: PVC,
nhựa polyetylen, nhựa polypropylen, nhựa polyamit,...
2.2.3 Chất liệu nền cacbon 2.2.4 Chất liệu nền kim loại Vật liệu compozit nền kim
loại có modun đàn hồi rất cao có thể lên tới 110 GPa. Do đó đòi hỏi chất gia
cường cũng có modun cao. Các kim loại được sử dụng nhiều là: nhôm, niken,

đồng.
3 Phân loại vật liệu composite
3.1 Vật liệu composite polyme
3.2 Vật liệu composite cacbon-cacbon Đây là vật liệu nền cacbon cốt sợi cacbon.
3.3 Vật liệu composite gốm Vật liệu composite nền gốm (ceramic matrix composite,
CMC) đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi nhằm khắc phục những nhược
điểm của vật liệu gốm nguyên khối, đó là tính dòn cố hữu và khả năng ứng dụng
hạn chế của vật liệu gốm nguyên khối. Vật liệu composite nền gốm thường dùng
để chế tạo các chi tiết làm việc trong môi trường rất khắc nghiệt như: động cơ tên
lửa và động cơ phản lực, động cơ khí trong nhà máy năng lượng, vỏ cách nhiệt của
tàu không gian, lớp lót đầu tiên của buồng phản ứng nấu chảy, phanh máy bay, lò
nhiệt luyện… đây là môi trường làm việc có nhiệt độ rất cao nhưng rất khó làm
nguội bằng chất lỏng thông thường. Mặt khác, khi thay thế các siêu hợp hợp kim
bằng vật liệu gốm composite còn tiết kiện được khá nhiều khối lượng, điều vô
cùng quan trọng đối với ngành hàng không vũ trụ.
Trong composite nền gốm, vật liệu cốt có thể là cốt dạng không liên tục kiểu hạt, sợi
ngắn hoặc lát vụn. Cũng có thể dùng cốt liên tục dạng sợi. Trong trường hợp cốt


gián đoạn, việc tăng độ bền và độ dai va đập chỉ có thể tăng đến một giới hạn nào
đó nhưng vẫn đủ để sử dụng. Một ví dụ composite nền gốm sợi vụn dùng trong
lĩnh vực dụng cụ cắt là composite SiC/Si3N4, trong đó SiC là pha gia cường, còn
Si3N4 đóng vai trò vật liệu nền.
3.4 Vật liệu composite kim loại
3.5 Vật liệu composite tạp lai
3.6 Theo bản chất vật liệu nền và cốt * Composite nền hữu cơ: composite nền giấy
(cáctông), composite nền nhựa, nền nhựa đường, nền cao su (tấm hạt, tấm sợi, vải
bạt, vật liệu chống thấm, lốp ô tô xe máy),... Loại nền này thường có thể kết hợp
với mọi dạng cốt liệu, như: sợi hữu cơ (polyamit, kevlar (là sợi aramit cơ tính
cao),..), sợi khoáng (sợi thủy tinh, sợi cacbon,...), sợi kim loại (Bo, nhôm,...). Vật

liệu composite nền hữu cơ chỉ chịu được nhiệt độ tối đa là khoảng 200 ÷ 300 ◦C. *
Composite nền khoáng chất: bê tông, bê tông cốt thép, composite nền gốm,
composite cacbon - cacbon. Thường loại nền này kết hợp với cốt dạng: sợi kim
loại (Bo, thép,...), hạt kim loại (chất gốm kim), hạt gốm (gốm cacbua, gốm
Nitơ,...). * Composite nền kim loại: nền hợp kim titan, nền hợp kim nhôm,...
Thường kết hợp với cốt liệu dạng: sợi kim loại (Bo,...), sợi khoáng (cacbon,
SiC,...). Composit nền kim loại hay nền khoáng chất có thể chịu nhiệt độ tối đa
khoảng 600 ÷ 1.000 ◦C (nền gốm tới 1.000 ◦C).
3.7 Theo hình dạng cốt liệu
3.7.1 Vật liệu composite cốt sợi Sợi là loại vật liệu có một chiều kích thước (gọi là
chiều dài) lớn hơn rất nhiều so với hai chiều kích thước không gian còn lại. Theo
hai chiều kia chúng phân bố gián đoạn trong vật liệu composite, còn theo chiều dài
thì chúng có thể ở dạng liên tục hay gián đoạn. Ta thường thấy các loại vật liệu cốt
sợi này gắn liền với từ composite trong tên gọi. Các sản phẩm composite dân dụng
thường là được chế tạo từ loại vật liệu composite cốt sợi, trên nền nhựa là chủ yếu.
3.7.2 Vật liệu composite cốt hạt Hạt là loại vật liệu gián đoạn, khác sợi là không có
kích thước ưu tiên. Loại vật liệu composite cốt hạt phổ biến nhất chính là bê tông,
thường lại được gọi ngắn gọn chỉ là bê tông, nên ta thường thấy cái được gọi là
composite lại là vật liệu composite cốt sợi.
3.7.3 Vật liệu composite cốt hạt và sợi Bê tông là một loại composite (hay compozit)
nền khoáng chất. Khi bê tông kết hợp với cốt thép tạo nên bê tông cốt thép, thì đá
nhân tạo tạo thành từ xi măng là vật liệu nền, các cốt liệu bê tông là cát vàng và đá
dăm thì là cốt hạt, còn cốt thép trong bê tông là cốt sợi. la gi
4 Công nghệ chế tạo
4.1 Công nghệ khuôn tiếp xúc * Lát tay * Phun * Lát máy
4.2 Công nghệ khuôn với diaphragm đàn hồi * Khuôn chân không * Khuôn chân
không- autoclave * Khuôn ép diaphragm
4.3 Công nghệ tẩm áp lực * Tẩm áp lực trong điều kiện thường * Tẩm áp lực trong
chân không
4.4 Công nghệ dập trong khuôn * Dập trực tiếp * Dập đúc * Dập ép nóng

4.5 Công nghệ quấn * Các phương pháp công nghệ * Máy quấn
4.6 Công nghệ pulltrusion
5 Một số sản phẩm từ vật liệu composite * Vỏ động cơ tên lửa * Vỏ tên lửa, máy bay,
tàu vũ trụ * Bình chịu áp lực cao. * Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp 3 lớp
(Sử dụng công nghệ cuốn ướt của Nga và các tiêu chuấn sản xuất ống dẫn xăng,
dầu). * Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay còn gọi là ống
nhựa cốt sợi thủy tinh); * Ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất composite; * Ống thủy
nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngậm mặn, nhiễm phèn; * Vỏ bọc các
loại bồn bể, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, trang trí nội thất, tấm panell


composite; * Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng; * Hệ thống sứ cách điện, sứ
polymer, sứ cilicon, sứ epoxy các loại sứ chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ trong các bộ
thiết bị điện, chống sét, cầu chì; * Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp;
/>Thu vien Hoc Lieu Mo Viet Nam module: m44302 5
* Vỏ tầu thuyền composite (vỏ lãi)..... * Thùng rác công cộng * Mô hình đồ chơi trẻ
em


CẤU TẠO CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE
1 – Polymer nền
Là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đóng vai trò truyền ứng suất sang độn khi có
ngoại lực tác dụng lên vật liệu.
Có thể tạo thành từ một chất hoặc hỗn hợp nhiều chất được trộn lẫn một cách đồng
nhất tạo thể liên tục.
Trong thực tế, người ta có thể sử dụng nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo làm polymer
nền:

•

Nhựa nhiệt dẻo: PE, PS, ABS, PVC…độn được trộn với nhựa, gia công trên máy
ép phun ở trạng thái nóng chảy.

•

Nhựa nhiệt rắn: PU, PP, UF, Epoxy, Polyester không no, gia công dưới áp suất
và nhiệt độ cao, riêng với epoxy và polyester không no có thể tiến hành ở điều
kiện thường, gia công bằng tay (hand lay- up method). Nhìn chung, nhựa nhiệt
rắn cho vật liệu có cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo.

•

Một số loại nhựa nhiệt rắn thông thường:

Polyester
Nhựa polyester được sử dụng rộng rãi trong công nghệ composite, Polyester loại này
thường là loại không no, đây là nhựa nhiệt rắn, có khả năng đóng rắn ở dạng lỏng hoặc
ở dạng rắn nếu có điều kiện thích hợp. Thông thường người ta gọi polyester không no
là nhựa polyester hay ngắn gọn hơn là polyester.
Polyester có nhiều loại, đi từ các acid, glycol và monomer khác nhau, mỗi loại có những
tính chất khác nhau. Chúng có thể rất khác nhau trong các loại nhựa UPE khác nhau,
phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố :
Thành phần nguyên liệu (loại và tỷ lệ tác chất sử dụng)
Phương pháp tổng hợp
Trọng lượng phân tử
Hệ đóng rắn (monomer, chất xúc tác, chất xúc tiến)
Hệ chất độn
Bằng cách thay đổi các yếu tố trên, người ta sẽ tạo ra nhiều loại nhựa UPE có các tính
chất đặc biệt khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng.
Có hai loại polyester chính thường sử dụng trong công nghệ composite. Nhựa

orthophthalic cho tính kinh tế cao, được sử dụng rộng rãi. Còn nhựa isophthalic lại có
khả năng kháng nước tuyệt vời nên được xem là vật liệu quan trọng trong công nghiệp,
đặc biệt là hàng hải.
Đa số nhựa polyester có màu nhạt, thường được pha loãng trong styrene. Lượng
styrene có thể lên đến 50% để làm giảm độ nhớt của nhựa, dễ dàng cho quá trình gia
công. Ngoài ra, styrene còn làm nhiệm vụ đóng rắn tạo liên kết ngang giữa các phân tử
mà không có sự tạo thành sản phẩm phụ nào. Polyester còn có khả năng ép khuôn mà
không cần áp suất.
Polyester có thời gian tồn trữ ngắn là do hiện tượng tự đóng rắn của nó sau một thời
gian. Thông thường, người ta thêm vào một lượng nhỏ chất ức chế trong quá trình tổng
hợp polyester để ngăn ngừa hiện tượng này.
Nhà sản xuất có thể cung cấp nhựa ở dạng tự nhiên hay có dùng một số phụ gia. Nhựa
có thể được sản xuất để chỉ cần cho xúc tác vào là sử dụng được. Như đã đề cập ở
trên, cần phải có thời gian để polyester tự đóng rắn. Tốc độ trùng hợp quá chậm cho


mục đích sử dụng, vì vậy cần dùng chất xúc tác và chất xúc tiến để đạt độ trùng hợp
của nhựa trong một khoảng thời gian nào đó.
Khi đã đóng rắn, polyester rất cứng và có khả năng kháng hoá chất. Quá trình đóng rắn
hay tạo kết ngang được gọi là quá trình Polymer hóa. Đây là phản ứng hoá học chỉ có
một chiều. Cấu trúc không gian này cho phép nhựa chịu tải được mà không bị giòn.
Cần phải chuẩn bị hỗn hợp nhựa trước khi sử dụng. Nhựa và các phụ gia khác phải
được phân tán đều trước khi cho xúc tác vào. Phải khuấy đều và cẩn thận để loại bỏ
bọt khí trong nhựa ảnh hưởng quá trình gia công. Điều này rất quan trọng do bọt khí
còn trong nhựa sẽ ảnh hưởng tính chất cơ lý, làm cấu trúc sản phẩm bị yếu. Cần phải
chú ý rằng việc dùng xúc tác và xúc tiến với hàm lượng vừa đủ sẽ cho vật liệu những
tính chất tốt nhất. Nếu quá nhiều xúc tác sẽ làm quá trình gel hoá xảy ra nhanh hơn,
ngược lại, nếu ít xúc tác quá trình đóng rắn sẽ bị chậm lại.
Vinylester
Vinylester có cấu trúc tương tự như polyester, nhưng điểm khác biệt chủ yếu của nó

với polyester là vị trí phản ứng, thường là ở cuối mạch phân tử do vinyl ester chỉ có kết
đôi C=C ở hai đầu mạch mà thôi. Toàn bộ chiều dài mạch phân tử đều sẵn chịu tải,
nghĩa là vinylester dai và đàn hồi hơn polyester. Vinylester có ít nhóm ester hơn
polyester, nhóm ester rất dễ bị thủy phân, tức là vinylester kháng nước tốt hơn các
polyester khác, do vậy nó thường được ứng dụng làm ống dẫn và bồn chứa hoá chất.
Khi so sánh với polyester thì số nhóm ester trong vinyl ester ít hơn, nghĩa là vinyl ester
ít bị ảnh hưởng bởi phản ứng thủy phân. Thường dùing vật liệu này như là lớp phủ bên
ngoài cho sản phẩm ngập trong nước, như là vỏ ngoài của tàu, thuyền. Cấu trúc đóng
rắn của vinyl ester có khuynh hướng dai hơn polyester, mặc dù để đạt tính chất này,
nhựa cần nhiệt độ cao sau đóng rắn.
Epoxy
Epoxy là đại diện cho một số nhựa có tính năng tốt nhất hiện nay. Nói chung, epoxy có
tính năng cơ lý, kháng môi trường hơn hẳn các nhựa khác, là loại nhựa được sử dụng
nhiều nhất trong các chi tiết máy bay. Với tính chất kết dính và khả năng kháng nước
tuyệt vời của mình, epoxy rất lý tưởng để sử dụng trong ngành đóng tàu, là lớp lót
chính cho tàu chất lượng cao hoặc là lớp phủ bên ngoài vỏ tàu hay thay cho polyester
dễ bị thủy phân bởi nước và gelcoat.
Nhựa epoxy được tạo thành từ những mạch phân tử dài, có cấu trúc tương tự
vinylester, với nhóm epoxy phản ứng ở vị trí cuối mạch. Nhựa epoxy không có nhóm
ester, do đó khả năng kháng nước của epoxy rất tốt. Ngoài ra, do có hai vòng thơm ở vị
trí trung tâm nên nhựa epoxy chịu ứng suất cơ và nhiệt nó tốt hơn mạch thẳng, do vậy,
epoxy rất cứng, dai và kháng nhiệt tốt.
Nhựa epoxy, ta dùng chất đóng rắn để tạo mạng không gian ba chiều. Chất đóng rắn
ưa sử dụng là amine, được cho vào epoxy, lúc này giữa chúng sẽ xảy ra phản ứng hoá
học. Thường nhóm epoxy sẽ phản ứng kết khối với nhóm amine, tạo ra cấu trúc phân
tử ba chiều phức tạp. Amine kết hợp với epoxy theo một tỉ lệ nhất định, đây là yếu tố
quan trọng vì việc trộn đúng tỉ lệ đảm bảo cho phản ứng xảy ra hoàn toàn. Nếu tỉ lệ trộn
không đúng thì nhựa chưa phản ứng hoặc chất đóng rắn còn dư trong hỗn hợp sẽ ảnh
hưởng đến tính chất sản phẩm sau đóng rắn.
Để đảm bảo tỉ lệ phối trộn chính xác, nhà sản xuất thường công thức hoá các thành

phần và đưa ra một tỉ lệ trộn đơn giản bằng cách đo khối lượng hay thể tích của chúng.
Cả nhựa epoxy lỏng và tác nhân đóng rắn đều có độ nhớt thấp thuận lợi quá trình gia
công. Epoxy đóng rắn dễ dàng và nhanh chóng ở nhiệt độ phòng từ 5-150oC, tuỳ cách
lựa chọn chất đóng rắn. Một trong những ưu điểm nổi bật của epoxy là co ngót thấp
trong khi đóng rắn. Lực kết dính, tính chất cơ lý của epoxy được tăng cường bởi tính
cách điện và khả năng kháng hoá chất.
Ứng dụng của epoxy rất đa dạng, nó được dùng làm: keo dán, hỗn hợp xử lý bề mặt,
hỗn hợp đổ, sealant, bột trét, sơn.


2 – Chất độn( cốt)
Đóng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung vì độn thường có tính chất cơ lý cao hơn
nhựa. Người ta đánh giá độn dựa trên các đặc điểm sau:

•

Tính gia cường cơ học.

•

Tính kháng hoá chất, môi trường, nhiệt độ.

•

Phân tán vào nhựa tốt.

•

Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt.

•

Thuận lợi cho quá trình gia công.

•

Giá thành hạ, nhẹ.

•

Tuỳ thuộc vào từng yêu cầu cho từng loại sản phẩm mà người ta có thể chọn
loại vật liệu độn cho thích hợp. Có hai dạng độn:

•

Độn dạng sợi: sợi có tính năng cơ lý hoá cao hơn độn dạng hạt, tuy nhiên, sợi
có giá thành cao hơn, thường dùng để chế tạo các loại vật liệu cao cấp như: sợi
thủy tinh, sợi carbon, sợi Bo, sợi cacbua silic, sợi amide…

•

Độn dạng hạt: thường được sử dụng là : silica, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim loại,
độn khoáng, cao lanh, đất sét, bột talc, hay graphite, carbon… khả năng gia
cường cơ tính của chất độn dạng hạt dược sử dụng với mục đích sau:

- Giảm giá thành
- Tăng thể tích cần thiết đối với độn trơ, tăng độ bền cơ lý, hoá, nhiệt, điện, khả năng
chậm cháy đối với độn tăng cường.
- Dễ đúc khuôn, giảm sự tạo bọt khí trong nhựa có độ nhớt cao.
- Cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, chống co rút khi đóng rắn, che khuất sợi trong cấu

tạo tăng cường sợi, giảm toả nhiệt khi đóng rắn.
Cốt sợi cũng có thể là sợi tự nhiên (sợi đay, sợi gai, sợi lanh, xơ dừa, xơ tre, bông…),
có thể là sợi nhân tạo (sợi thuỷ tinh, sợi vải, sợi poliamit…). Tuỳ theo yêu cầu sử dụng
mà người ta chế tạo sợi thành nhiều dạng khác nhau : sợi ngắn, sợi dài, sợi rối, tấm
sợi….
Việc trộn thêm các loại cốt sợi này vào hỗn hợp có tác dụng làm tăng độ bền cơ học
cũng như độ bền hoá học của vật liệu PC như : khả năng chịu được va đập ; độ giãn
nở cao ; khả năng cách âm tốt ; tính chịu ma sát- mài mòn ; độ nén, độ uốn dẻo và độ
kéo đứt cao ; khả năng chịu được trong môi trường ăn mòn như : muối, kiềm, axít…
Những khả năng đó đã chứng tỏ tính ưu việt của hệ thống vật liệu PC mới so với các
loại Polyme thông thường. Và, cũng chính vì những tính năng ưu việt âý mà hệ thống
vật liệu PC đã được sử dụng rông rãi trong sản xuất cũng như trong đời sống.
3 – Chất pha loãng
Tính chất cuả polyester phụ thuộc không những vào hàm lượng nối đôi và nhóm ete,
vào mạch thơm hay thẳng, mức độ đa tụ mà còn phụ thuộc vào tính chất cuả tác nhân
nối ngang – monomer.
Các monomer khâu mạch ngang được dùng để đồng trùng hợp với các nối đôi trong


nhựa UPE, tạo kết ngang, thường là chất có độ nhớt thấp (dạng lỏng) nên còn có tác
dụng làm giảm độ nhớt của hỗn hợp, do vậy chúng còn được gọi là chất pha loãng.
Monomer pha loãng phải thỏa mãn các điều kiện sau:
•

Đồng trùng hợp tốt với polyester, không trùng hợp riêng rẽ tạo sản phẩm không
đồng nhất, làm ảnh hưởng đến tính chất cuả sản phẩm, hoặc còn sót lại
monomer làm sản phẩm mềm dẻo, kém bền.

•

Monomer phải tạo hỗn hợp đồng nhất với polyester, tốt nhất là dung môi cho
polyester. Lúc đó nó hoà tan hoàn toàn vào giữa các mạch phân tử polyester,
tạo thuận lợi cho phản ứng đóng rắn và tạo độ nhớt thuận lợi cho quá trình gia
công

•

Nhiệt độ sôi cao, khó bay hơi trong quá trình gia công và bảo quản.

•

Nhiệt phản ứng đồng trùng hợp thấp, sản phẩm đồng trùng hợp ít co rút.

•

Ít độ

Để đóng rắn polyester, người ta dùng các monomer : styrene, metyl meta acrylat
(MMA), vinyl, triallil xianuarat, … trong đó styrene được sử dụng nhiều nhất do có
những tính chất ưu việt:
•

Có độ nhớt thấp.

•

•Tương hợp tốt với polyester, khả năng đồng trùng hợp cao, tự trùng hợp thấp.

•

•Đóng rắn nhựa nhanh.

•

•Sản phẩm chịu thời tiết tốt, cơ lý tính cao, cách điện tốt.

•

•Khả năng tự bốc cháy thấp.

4 – Chất tách khuôn, chất làm kín và các phụ gia khác

•

Chất róc khuôn

- Chất róc khuôn có tác dụng ngăn cản nhựa bám dính vào bề mặt khuôn.
- Chất róc khuôn dùng trong đắp tay là loại chất róc khuôn ngoại được bôi trực tiếp lên
khuôn.
- Một số chất róc khuôn: wax, silicon, dầu mỏ, mỡ heo…

•

Chất làm kín:


- Với khuôn làm từ các vật liệu xốp như gỗ, thạch cao thì cần phải bôi chất làm kín
trước khi dùng chất róc khuôn.
- Các chất làm kín xâm nhập vào các lỗ xốp, ngăn chặn nhựa bám vào.
- Một số chất làm kín: Cellulose acetate, wax, silicon, stearic acid, nhựa furane, véc ni,

sơn mài…

•

Chất tẩy bọt khí

- Bọt khí làm sản phẩm composite bị giảm độ chịu lực, độ chịu thời tiết và thẩm mỹ bề
mặt.
- Lượng thường sử dụng: 0.2-0.5% lượng nhựa.
- Lưu ý: nên cho chất tẩy bọt khí vào nhựa trước khi dùng các thành phần khác.

•

Chất thấm ướt sợi:

- Có tác dụng tăng khả năng thấm ướt sợi giúp sử dụng độn nhiều hơn.
- Lượng dùng: 0.5-1.5% so với độn.

•

Chất tăng độ phân tán

•

Chất ngăn thoát hơi styrene

5 – Xúc tác – Xúc tiến
Xúc tác: Các chất xúc tác chỉ được cho vào nhựa trước khi gia công. Vai trò của chúng
là tạo gốc tự do kích động cho quá trình xúc tác phản ứng đồng trùng hợp.
Xúc tiến: Tác nhân kích thích cho sự tạo thành gốc tự do có thể là chất xúc tiến, bức

xạ ánh sáng, tia tử ngoại hay nhiệt độ.
Chất xúc tác gồm các loại
Xúc tác Peroxide

•

Peroxide : thông dụng nhất là benzoil-peroxide : Nó là loại bột trắng, tồn tại ở ba
dạng : khô (khoảng 5% ẩm), paste trong nước (khoảng 25% nước), và thông
dụng nhất là paste trong tricresyl-phosphonate hay dimetyl phthalate (khoảng
70% peroxide). Nó được dùng để đóng rắn nhựa polyester (ở nhiệt độ khoảng
trên 80Oc) và thường được dùng với tỉ lệ 0,5-2% so với nhựa. Khi cho vào nhựa
nó thường ở dạng paste vì ở dạn.

•

Ngoài ra các chất xúc tác thuộc loại peroxide còn có:
Di-t-butyl peroxide (CH3)3-C-O-O-C-(CH3)3
Di-acetyl peroxide (CH3)3-CO-O-O-OC-(CH3)3


•

Hydroperoxide :

t-butyl-hydroperoxide (CH3)3-COOH
Cumen-hydroperoxide C6H5-C-(CH3)2-O-OH

•

Hai loại MEKP và HCH được dùng để đóng rắn nguội cho nhựa polyester.

MEKP là tên viết tắt cuả metyl ethyl keton peroxide, nó thực chất là hỗn hợp của
một số hợp chất peroxide, thành phần thay đổi tùy thuộc vào nhà sản xuất. Nó là
chất oxi hoá mạnh nên phải tránh tiếp xúc với oxi.
HCH là sản phẩm phản ứng giữa hydroperoxide với cyclohexanol peroxide và
được gọi tên là cyclo-hexanol peroxide. Tuy nhiên nó là hỗn hợp của ít nhất hai
trong bốn chất sau (theo Criegree, Schorenberg và Becke)
Xúc tác azo và diazo
Diazo aminobenzen: C6H5-NH-N=N-C6H5
Dinitric cuả acid diizobutyric: NC(CH3)2-N=N-C(CH3)2-COO-CN
Dimetyl ester cuả acid diizobutyric: C2H5-OOC-C(CH3)2-N=N-C(CH3)2-COOC2H5
Chất xúc tiến
Chất xúc tiến là chất đóng vai trò xúc tác cho phản ứng tạo gốc tự do cuả chất
xúc tác. Dùng chất xúc tiến sẽ giảm được nhiệt độ và thời gian đóng rắn một
cách đáng kể và có thể đóng rắn nguội. Gồm các loại:
Xúc tiến kim loại
Xúc tiến kim loại là muối cuả kim loại chuyển tiếp như: cobalt, chì, mangan, ceri,
… và các acid như: naphthenic, linoleic, octonic,… hoà tan tốt trong polymer.
Loại xúc tác này thường dùng chung với các chất xúc tác dạng hydroperoxit
(MEKP, HCH). Naphthenic-cobalt là loại thông dụng nhất thường dùng
Ngoài xúc tiến kim loại ở dạng muối, người ta còn dùng dạng phức, ví dụ:
Ferrocen, dạng phức dicyclopentadienyl cuả sắt dùng để xúc tiến cho cumen
peroxit khi cần đóng rắn nhanh ở nhiệt độ khoảng 80oC.
Amin bậc ba
Loại xúc tiến này thường được dùng với các chất xúc tác peroxide, thuộc loại
này thường gặp
Dimetyl-aniline ( DMA ) : C6H5N(CH3)2
Dietyl-aniline ( DEA ) : C6H5N(C2H5)2
Dimetyl-p-toluidin ( DMPT ) : CH3C6H5N(CH3)2