BÀI TIỂU LUẬN CUỐI KỲHỌC PHẦN: HÀN CHẤT DẺO VÀ VẬT LIỆU COMPOSITE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
Bộ môn Hàn & Công nghệ Kim loại
------o0o------

BÀI TIỂU LUẬN CUỐI KỲ
HỌC PHẦN: HÀN CHẤT DẺO VÀ VẬT LIỆU COMPOSITE
Mã số: ME6413

Học Viên:Hoàng Ngọc Lâm
Lớp 12BCNH
MSHV: CB120280

HÀ NỘI - 2013

1


SME.EDU - Mẫu 6.a
Học kỳ: 2
Năm học:2012-2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
Bộ môn: Hàn & CNKL

ĐỀ THI CUỐI KỲ HỌC PHẦN: : HÀN CHẤT DẺO VÀ VẬT LIỆU COMPOSITE
Mã HP: ME6413
Thời gian làm bài:
Mã đề thi:
Ngày thi:

Họ và tên sv:…………….………………… MSSV: ………… Mã lớp: ………… Chữ ký sv: ……….
Ngày 11/05/2013
ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔN
(ký, ghi rõ họ tên)

NGƯỜI RA ĐỀ
(ký, ghi rõ họ tên)

Câu 1.

Giới thiệu phương pháp hàn điện trở trong chế tạo kết cấu bằng vật liệu composite:

2

rev1


Bài làm.

CÔNG NGHỆ HÀN COMPOSITE
----------------------I. Khái niệm và các đặc điểm về 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.
Vật liệu Composite đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống, khoảng 5.000 năm trước
Công nguyên người cổ đại đã biết vận dụng vật liệu composite vào cuộc sống ( ví dụ: sử
dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo sự dãn nở trong quá trình nung đồ gốm).
Người Ai Cập đã biết vận dụng vật liệu Composite từ khoảng 3.000 năm trước Công
nguyên, sản phẩm điển hình là vỏ thuyền làm bằng lau, sậy tẩm pitum về sau này các
thuyền đan bằng tre chát mùn cưa và nhựa thông hay các vách tường đan tre chát bùn với

rơm, dạ là những sản phẩm Composite được áp dụng rộng rãi trong đời sống xã hội.
Sự phát triển của vật liệu composite đã được khẳng định và mang tính đột biến vào
những năm 1930 khi mà stayer và Thomat đã nghiên cứu, ứng dụng thành công sợi thuỷ
tinh; Fillis và Foster dùng gia cường cho Polyeste không no và giải pháp này đã được áp
dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo máy bay, tàu chiến phục vụ cho đại chiến
thế giới lần thức hai.
Năm 1950 bước đột phá quan trọng trong ngành vật liệu Composite đó là sự xuất hiện
nhựa Epoxy và các sợi gia cường như Polyeste, nylon,… Từ năm 1970 đến nay vật liệu
composite nền chất dẻo đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp
và dân dụng, y tế, thể thao, quân sự vv…
Tính ưu việt của vật liệu Composite là khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các kết cấu
sản phẩm theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn, các thành phần cốt
của Composite có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật liệu nền luôn đảm bảo cho các thành
phần liên kết hài hoà tạo nên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của
vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường Một trong các ứng dụng có hiệu quả
nhất đó là Composite polyme, đây là vật liệu có nhiều tính ưu việt và có khả năng áp
dụng rộng rãi, tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao, chịu môi trường, rễ lắp đặt, có độ bền
riêng và các đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với môi trường ăn mòn hoá học, độ dẫn
nhiệt, dẫn điện thấp. Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định dễ triển khả được
các thủ pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất.
II. Cấu tạo của vật liệu composite:
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 ....

3

Cấu tạo của vật liệu composite
1. Thành phần nền
- Vật liệu nền cần có độ cứng cần thiết để đảm bảo cho composite chịu
được tải, và cấu trúc đồng nhất của composite.
- Vật liệu nền giữ vai trò cực kì quan trọng trong việc chế tạo vật liệu composite.
- Vật liệu nền phải đáp ứng được yêu cầu khai thác và công nghệ.
- 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.
2. Một số nền thường gặp trong composite
2.1 Nhựa nhiệt rắn
- Nhựa nhiệt rắn: 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 polymer không no có thể tiến
hành ở kiện thường, gia công bằng tay. Nhìn chung, nhựa nhiệt rắn cho vật liệu cá cơ tính
cao hơn nhựa nhiệt dẻo.
- Một số l oại nhựa nhiệt rắn thông thường:
a. 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 trưng các loại nhựa UPE khác nhau, phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố: Thành
phần nguyên liệu (loại và tỷ lệ các 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.
4


- 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.
- 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 hóa
chất. Quá trình đóng rắn hay tạo kết ngang được gọi là quá trình Polymer hóa. Đây là
phản ứng hóa học chỉ có một chiều. Cấu trúc không gian này cho phép nhựa chịu tải được
mà không bị giòn.
- Este không no (UPE), hoặc hỗn hợp chung với nhau hoặc với nhiều phân tử thấp
monomer.
b. Nhựa phenolic
- Sản xuất từ quá trình polyme hóa phenolic.
- Quá trình đóng rắn 120-180oC ở nhiệt độ phòng hoặc dùng axit mạnh.
- ưu điểm : nguyên liệu sẵn có, giá thành rẻ, nhược điểm là làm cho composite giòn, độ
bền thấp và độ rỗng cao.
- Ứng dụng: làm thân và nắp thùng rác.

c. Nhựa Phenol fomandehit
- Tổng hợp bằng cách đa tụ phenol và fomandehit
- Quá trình đóng rắn ở 160-200oC, áp suất 30-40Mpa
- Có tính giòn cao
- Chế tạo bán thành phẩm hoặc các chi tiết vỏ dày, như thân thùng rác.
d. Nhựa bitmaleimit
Công thức phân tử H795, chịu nhiệt độ cao, khoảng 180- 200oC. Trên 180% các sản
phẩm, chi tiết composite được khai thác ở nhiệt độ dưới 130oC, vì vậy loại nền hay sử
dụng nhất là các loại nhựa epoxy. Khi đòi hỏi composite polymer làm việc lớn hơn
130oC dùng Bitmaleimit, lớn hơn 180oC là polyimit.
e. Các nhựa cơ silic
Nhận được từ sự đa tụ các sản phẩm của sự thuỷ phân hỗn hợp các môn, đi, tri, và
tetracloslen; là các chất giòn, cứng.
f. Polyimit
Được trùng hợp từ oligome và hỗn hợp của imit-monme. Thường dùng dung dịch 40%
của chúng trát lên cốt sợi.
g. 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
dài 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.
- Ứng dụng: làm ống dẫn và bồn chứa hoa chất.
5


h. epoxy
có tính năng cơ lý, kháng môi trường hơn hẳn các nhựa khác, là loại nhựa được sử dụng
nhiều nhất. 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.

- Cả nhựa epoxy lỏng và tác nhân đóng rắn đều có độ nhớt thấp thuận lợi qua
trình gia công. Epoxy đóng rắn dễ dàng và nhanh chóng ở nhiệt độ phòng từ
5-150oC, tuỳ cach lựa chọn chất đóng rắn.
- Ưu điểm nổi bật của epoxy cơ tính cao, độ bám dính cao với nhiều loại cốt, có thể
khai thác sử dụng đến 150-200oC. 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
hóa chất.
- Ứng dụng keo dán, hỗn hợp xử lý bề mặt, hỗn hợp đổ, sealant, bột tret, sơn.
2.2. Chất nền Polyme dẻo
- Không có công đoạn đông rắn, khả năng thi công tạo dáng sản phẩm dễ thực hiện.
- Công nghệ chế tạo: dập, đùn, uốn, hàn..gia thanh thấp.
- Nhược điểm là không chịu được nhiệt độ cao, xử lý độ nhớt của dung dịch khó khăn.
- Vật liệu dẻo: nylon, poly-phenylin, rolivxan, polysonphon và polyester nhiệt dẻo.
2.3. Chất nền Cacbon
- Nền các bon có tính chất cơ lý tương tự như sợi các bon, đảm bảo tính chịu nhiệt độ cao
và khai thác triệt để ưu điểm của cốt sợi cacbon trong vật liệu composite.
- Nền các bon có 3 loại: pirocacbon: thu được do kết lắng từ luồng khí ga, thuỷ tinh
cacbon thu được do xử lý ở nhiệt độ cao các xenlulozo hoặc các polymer nhiệt rắn, nền
cacbon - cốc của pec than đa hoặc dầu mỏ.
2.4.Chất nền kim loại
- Thường là kim loại nhẹ: nhôm, magie, berrili, hoặc các kim loại chịu nhiệt độ cao (titan,
niken, niobi) hoặc là dạng hợp kim.
- Phổ biến hiện nay dùng nền lưới dạng hợp kim nhôm, chúng có khả năng kết hợp hài
hòa với cốt bảo đảm tốt những đòi hỏi cơ lý cũng như công nghệ.
3. Thành phần cốt:
- Đóng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung vì độn thường có tính chất cơ lý cao hơn
nhựa. Đánh giá đặc điểm chất độn
- Tính gia cường cơ học.
- Tính kháng hóa 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. Phân loại độn
a. Độn dạng sợi
- Sợi có tính năng cơ lý hóa 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 cacbon, sợi Bo,
sợi cacbua silic, sợi amide…
b. Độn dạng hạt
Thường được sử dụng là : silica, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim loại, độn khoáng, cao lanh,
đất sét, hay graphite, cacbon…
- Giảm giá thành
- Tăng thể tích cần thiết đối với độn trơ, tăng độ bền cơ lý, hóa, nhiệt, điện.
6


- 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 đông rắn, che khuất sợi trong cấu
tạo tăng cường sợi, giảm toả nhiệt khi đông rắn.
- Độ bền cơ học và độ bền hóa học của vật liệu PC như : khả năng chịu được va đập ; độ
gian nở cao ; khả năng cach 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, axit...
-Vì những tính năng ưu việt này mà hệ thống vật liệu PC được sử dụng rộng rãi trong sản
xuất cũng như trong đời sống.
- Vật liệu composite có pha nền là nhựa tổng hợp, cốt thường là sợi thuỷ tinh, sợi cacbon,
sợi bor. Các vật liệu composite nền kim loại sử dụng cốt là
sợi thép, vonfram, berili, neobi…
3.1. Sợi thủy tinh
a. Cấu tạo
- Sợi thuỷ tinh có 2 dạng: sợi dài (dạng chỉ) và sợi ngắn, có dạng hình trụ tròn, nhiệt độ
làm việc của composite sử dụng sợi thuỷ tinh từ 500 - 700oC

b. Chế tạo
- Được chế tạo từ quá trình nhiệt phân một chất hữư cơ thích hợp để phân hóa thành
Polyme và cacbon, bằng nung nóng rất lâu hàng tuần để pha khí (polyme) khuyếch tán
khỏi vật liệu. Sau khi xử lý như vậy thể tích khối giảm 50% và tinh thể nhỏ mịn, độ bền
cao đạt 70-200 Mpa.
c. Đặc điểm
-Nhẹ, chịu nhiệt khá, ổn định với tác động hóa sinh, có độ bền cơ lý cao và độ dẫn nhiệt
thấp, và giá thành rẻ.
d. Ứng dụng
- Sản xuất composite polymer, chế tạo vỏ tàu thuyền, ôtô, vỏ xe máy, cánh quạt trong tua
bin nước…
3.2. Sợi hữu cơ
a. Cấu tạo
- Gồm 2 loại sợi phổ biến: Sợi hữu cơ aramid và sợi polyetylen, nhiệt độ làm việc của
composite sử dụng sợi hữu cơ thường dưới 200oC.
b. Chế tạo
- Phụ thuộc vào thành phần polymer và phương pháp kéo sợi mà ta thu được sợi hữu cơ
có khối lượng riêng từ 1410-1450 kg/cm3, độ bền kéo 70-150 Pa, nhiệt độ than hóa dưới
180oC.
c. Đặc điểm
Có mođun đàn hồi cao, độ bền cao khi kéo, ổn định cao về nhiệt độ, bền va đập, không
chảy, tính cách điện cao.
d. Ứng dụng
-Sử dụng rộng rãi để sản xuất chế tạo thân, vỏ tên lửa, động cơ nhiên liệu rắn, bình, ống
chịu lực, găng tay cách nhiệt, mũ, áo giáp, thiết bị thể thao
- Mac vật liệu: Kevlar-29, Kevlar-129 do Mỹ sản xuất
Armoc, CVM, Terlon do Nga sản xuất
3.3. Sợi cacbon
a. Cấu tạo

7


- Là loại vật liệu quan trọng nhất, có vai trò ngày càng lớn trong kỹ thuật do khối lượng
riêng nhỏ (khoảng 2g/cm3). Độ bền rất cao 2000-3000 Mpa, nhiệt độ làm việc composite
sử dụng sợi cacbon lên đến 2000oC.
b. Chế tạo
- Sợi cacbon chủ yếu được chế tạo từ 3 nguồn nhiên liệu chính: Polyacrilonitril (pan), thứ
2 từ pec dầu mỏ và than đá, nguồn thứ 3 từ xenlulohidrat.
c. Ưu điểm
- Rất nhẹ, chịu được nhiệt độ cao, hệ số ma sát, giãn nở nhiệt thấp, rất bền vững với khi
hậu, có độ cứng cao. Độ bền từ 2000-4000 Mpa, mođun đàn hồi 200-700 Mpa, composite
polymer sợi cacbon cứng hơn cả sắt.
d. Ứng dụng
-Composite sợi cacbon sản xuất các tấm chịu lực cảu máy bay, thân vỏ ôtô, máy bay, tên
lửa, tàu vũ trụ, thân vỏ các động cơ tên lửa, cánh tua bin, khuôn dập…chi tiết đòi hỏi có
độ bền cao và siêu bền khi chịu nhiệt.
- Mac sợi cac bon: BMH-3, Culon, LY (Nga) ; Tornel, Khitecx-46H của Mỹ.
3.4. Sợi bor
a. Cấu tạo
Sợi Bor (B) cho phép tăng độ bền, tăng mođun đàn hồi của vật liệu, nhiệt độ trong
khoảng làm việc nhỏ hơn 500oC.
b. Chế tạo
- Công nghệ sản xuất sợi cacbon trên cơ sở thu được Bor kết tủa từ luồng khi thường sử
dụng H2 và BCl3 (2BCl3 + 3H2 => 2B + 6 HCl). Được sản xuất trong các lò phản ứng.
c. Đặc điểm
- Sợi bor dùng sản xuất composite trên nền vật liệu nhôm hoặc polyme, làm giảm độ dẫn
nhiệt, dẫn điện của vật liệu, có độ bền cao hơn hẳn sợi cacbon từ 300-3500 Mpa, nhưng
nhiệt độ làm việc thấp và giá thành rất cao.
d. Ứng dụng

- Composite bor ứng dụng sản xuất các chi tiết cho hàng không, kỹ thuật tên lửa và vũ
trụ, đòi hỏi chỉ tiêu về độ bền và độ cứng cao. Sử dụng để chế tạo các thanh dầm, khung,
tấm, cũng như các chi tiết khác của vật thể bay.
- Mac sợi : Avco(B/W) – Mỹ, SMPE-Pháp.
3.5. Sợi kim loại
- Sợi kim loại dùng làm cốt : Làm việc ở miền nhiệt độ cao dùng vonfram hoặc molipđen,
nhiệt độ thấp, sợi thép hoặc berilic.
- Sử dụng sợi kim loại trong nhiều trường hợp để có hiệu quả và kinh tế hơn.
4. Chất pha loãng:
- Đồng trùng hợp tốt với polyester, không trùng hợp riêng rẽ tạo sản phẩm không đồng
nhất, làm ảnh hưởng đến tính chất của 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 hòa tan hoàn toàn vào giữa các mạch phân tử polyester, tạo thuận lợi cho phản
ứng đông 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 trung hợp thấp, sản phẩm đồng trùng hợp ít co rút.
- Ít độc.
8


- Để đóng rắn polyester, người ta dùng các monomer : styrene, metyl meta acrylat
(MMA), vinyl, triallil xianuarat,… trong đó styrene được sử dụng nhiều do có những tính
chất ưu việt.
- Có độ nhớt thấp.
- Trùng hợp tốt với polyester, khả năng đồng trùng hợp cao, tự trùng hợp thấp.
- Đông rắn nhựa nhanh.
- Sản phẩm chịu thời tiết tốt, cơ lý tính cao, cách điện tốt.
- Khả năng tự bốc cháy thấp.
5. Chất tách khuôn, chất làm kín và các phụ gia khác:

a. Chất róc khuôn: Có tác dụng ngăn cản nhựa bám dính vào bề mặt khuôn. Như wax,
silicon, dầu mỏ, mỡ heo…
b. 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. Như là Cellulose acetate, wax, silicon, stearic
acid, nhựa furane, véc ni, sơn mài…
c. 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 sử dụng: 0.2-0.5% lượng nhựa.
d. Chất thấm ướt sợi: Có tác dụng tăng khả năng thấm ướt sợi giúp sử dụng độn nhiều
hơn. Lượng dung: 0.5-1.5% so với độn. Cùng với chất tăng độ phân tán và chất thoát hơi
styrene
6. Xúc tác – Xúc tiến:
a. Xúc tác: Chỉ được cho vào nhựa trước khi gia công. Vai trò của chúng tạo gốc tự do
kích động cho quá trình xúc tác phản ứng đồng trùng hợp. 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, xúc tác azo và diazo.
b. Chất xúc tiến: Là chất đóng vai trò xúc tác cho phản ứng tạo gốc tự do của chất xúc
tác. Dùng chất xúc tiến sẽ giảm được nhiệt độ và thời gian đông rắn một cách đáng kể và
có thể đông rắn nguội. Gồm cac loại:
- Xúc tiến kim loại: Là muối cuả kim loại chuyển tiếp như: cobalt, chì, mangan, ceri, …
và các acid như: naphthenic, linoleic, octonic,… hòa tan tốt trong polymer.
-Amin bậc ba: Thường được dùng với các chất xúc tác peroxide, thuộc loại này thường
gặp
+ Dimetyl-aniline: C6H5N(CH3)2
+ Dietyl-aniline: C6H5N(C2H5)2
+ Dimetyl-p-toluidin: CH3C6H5N(CH3)2.
III. Phân loại vật liệu composite:
Vật liệu composite được phân loại theo hình dạng và theo bản chất của vật liệu thành
phần
1 - Phân loại theo hình dạng:

a. Vật liệu composite độn dạng sợi:
Khi vật liệu tăng cường có dạng sợi, ta gọi đó là composite độn dạng sợi, chất độn dạng
sợi gia cường tăng cơ lý tính cho polymer nền.
b. Vật liệu composite độn dạng hạt :
9


Khi vật liệu tăng cường có dạng hạt, các tiểu phân hạt độn phân tán vào polymer nền. Hạt
khác sợi ở chỗ nó không có kích thước ưu tiên.
2 - Phân loại theo bản chất, thành phần:
Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt có dạng: sợi hữu cơ (polyamide,
kevlar…), Sợi khoáng (thủy tinh, carbon…), sợi kim loại (Bo, nhôm…)
Composite nền kim loại: nền kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al,…) cùng với độn dạng
hạt: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng (Si, C)…
Composite nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim loại (chất
gốm), hạt gốm (cacbua, Nitơ)…
IV. Ứng dụng của 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;
+ Vỏ tàu thuyền composite (vỏ lãi).....
+ Thùng rác công cộng
+ Mô hình đồ chơi trẻ em
V. Tính hàn của vật liệu composite:
Tính hàn là khả năng tạo thành liên kết hàn mà không kém kim loại cơ bản các vật liệu
composite nền kim loại, đặc biệt là các composite sợi, có thể liên quan tới …. [69]
Khi hàn vật liệu composite nền kim loại: kim loại mối hàn có thể …[70] dẫn tới làm xáo
trộn tính liên tục và phương pháp sợi hoặc giảm tỷ lệ thể tích chất tăng cường và đường
hàn trở thành …. Để khắc phục hiện tượng này người ta sẽ sử dụng các mối hàn độc lập
các thành phần của vật liệu composite.
Mối hàn độc lập yêu cầu chuẩn bị đặc biệt các cạnh và quan sát chặt chẽ khoảng cách sợi
tăng cường và chỉ phù hợp với các vật liệu composite sợi kim loại.
Dưới các điều kiện nung nóng các vật liệu khi hàn, vấn đề tương thích về lý hóa và cơ
nhiệt của các chi tiết không được khác nhau nhiều so với vật liệu cơ bản.
Do có sự khác nhau về quá trình lan truyền nhiệt giữa vật liệu nền à vật liệu tăng cường
dẫn tới ứng suất đàn nhiệt phụ xuất hiện và các khuyết tật như: nứt, pha shuyr giòn của
pha tăng cường ở nơi nóng nhất của liên kết.
Sự tách các bề mặt tiếp xúc trong vùng giới hạn bởi nhiệt độ kết tinh lại và nhiệt độ chảy
của kim loại nền.
10


Sự tăng cường của nền kim loại với một pha tăng cường giảm tính dẫn nhiệt và dẫn điện
dẫn tới làm giảm khả năng tạo thành liên kết bằng hàn điện trở (hàn điểm, hàn đường).
Hàn các vật liệu composite với các vật liệu kim loại đồng nhất, yêu cầu không chỉ tính
đến sự khác nhau về tính dẫn điện, các hệ số truyền nhiệt mà cả các tính chất lý nhiệt.
Khi hàn các liên kết giáp mối cách tốt nhất để thực hiện là:
- Dịch chuyển nguồn nhiệt từ …. [71]

- Sử dụng các bể nhiệt …
- Dùng các thiết bị gá kẹp cứng để …
VI. Các phương pháp hàn vật liệu composite:
Các phương pháp hàn vật liệu composite thường được sử dụng: hàn khuếch tán, hàn ép,
hàn nổ, phun phủ hay phối hợp các phương pháp này.
Việc nghiên cứu các phương pháp hàn để hàn vật liệu composite là tương đối phức tạp
bởi:
- Đây là liên kết giữa các …. [72]
- Nhiệt độ nóng chảy các vật liệu khác nhau (nền 600 – 1000 0C, tăng cường 1500 –
25000C)
Như vậy:
Để đảm bảo các tính chất tốt của các liên kết hàn các vật liệu composite thì các phương
pháp hàn cần phải giải quyết được vấn đề tương thích của các thành phần trong chế tạo
chúng.
Do đó ưu tiên sử dụng các phương pháp hàn hai pha rắn: do năng lượng cung cấp ít dẫn
tới ít hư hại các tính chất của các thành phần trong vùng liên kết.
Đối với các phương pháp hàn áp lực, với phương pháp này sẽ loại trừ được chuyển vị
hoặc làm hư hại thành phần pha tăng cứng.
Đối với các phương pháp hàn nóng chảy các vật liệu composite chọn phương pháp và các
điều kiện sao cho đảm bảo nhiệt cấp vào liên kết là ít nhất.
Phương pháp hàn nóng chảy phù hợp để hàn các vật liệu:
- Có thành phần tương thích về nhiệt động học. Ví dụ: đồng – vofram; đồng – molypden,
…
- Được tăng cường với vật liệu phụ bền nhiệt: ví dụ sợi SiC
- Vật liệu phụ có lớp phủ chắn.
Điện cực hoặc vật liệu phụ hoặc vật liệu trung gian cho hàn nóng chảy hoặc hàn vảy phải
chứa thành phần phụ hợp kim để hạn chế:
+ Sự hòa tan của thành phần tăng cường
+ Tạo ra các sản phẩm giòn do sự tương tác mặt phân giới trong quá trình hàn và trong
quá trình làm việc của liên kết hàn.

Hàn và nung nóng nhiệt độ cao không chỉ gây mất các tính chất của vật liệu sợi tăng
cường ban đầu mà còn gây ra giòn đáng kể mối hàn. Do đó sử dụng các phương pháp hàn
ở …. [81]
Các phương pháp chính để hàn các vật liệu composite: hàn điểm, hàn đường, hàn Al
chèn, hàn khuếch tán, hàn phóng điện từ trường, hàn Al có …. [81]
Hiệu quả hơn cả là sử dụng kết hợp của …
Hèn điểm và hàn vảy đồng thời là …
Hàn nóng chảy vật liệu composite không …
Chú ý:
11


Không thể hàn nóng chảy các vật liệu composite bằng các phương pháp hàn điện nóng
chảy thông thường do mối hàn có chứa các phần tử không nóng chảy hoặc các sợi nóng
chảy một phần và thành phần hóa học của nó không tiên liệu được.
Có thể sử dụng các vật liệu phụ đặc biệt để tạo ra ….
Hàn nóng chảy chủ yếu để hàn các liên kết composite tầng, composite sợi – tầng và
composite tự nhiên được chế tạo bằng kết tinh được định hướng.
VII. Giới thiệu phương pháp hàn điện trở trong chế tạo kết cấu bằng vật liệu
composite:
Phương pháp hàn này cho phép tạo được các liên kết giữa các chất nền mà không làm
giảm các tính chất cơ học của …
Cần biết cấu trúc và công nghệ chế tạo vật liệu để xác định ảnh hưởng của các thành
phần của vật liệu đến các tính chất của …
Hàn vật liệu composite sợi một hướng hệ Bo-Al loại VKA-2:
- Độ bền riêng của vật liệu này lớ hơn 2,5 – 4 lần của hợp kim Al D16T, V95T, D19 cho
phép giảm khối lượng của kết cấu từ 20 – 40%
Tỷ lệ thể tích sợi Bo Vf là 20, 33 và 55%, đường kính sợi Bo là 80 - 100µm.
Nền được làm từ hợp kim Al AD1, chiều dày của vật liệu là: 0,8; 1,2; 1,5; 1,8 và 2,0.
Lớp Al AD1 phủ lên trên sợi Bo được gọi là lớp bọc có chiều dày 50, 150, 200 và

250µm.
Bề mặt hàn được làm sạch bằng …
Vật liệu composite VKA-1 có sự bất đẳng hướng rõ nét về tính chất cơ học theo phương
dọc và theo phương ngang của sợi:
Các vùng tiếp xúc: chi tiết với chi tiết, điện cực với chi tiết yêu cầu có dạng elip.
Tỷ lệ thể tích của sợi càng lớn dẫn tới đầu điện cực càng lớn.
Với chiều dày chi tiết bằng 1,0 – 1,5mm và tỷ lệ thể tích sợi Vf = 55%
Tỷ số đường kính điểm hàn theo phương dọc và phương ngang sợi là 0,8:0,7
Với vật liệu có Vf = 20 và 33% dân tới điểm hàn có dạng gần như tròn.
Tính hàn của vật liệu composite khác với tính hàn của hợp kim Al loại D16T và AMg6 và
phụ thuộc vào:
- Khả năng biến dạng
- Tác động của chu kỳ nhiệt
- Hiệu suất của năng lượng
- Các đặc trưng kết tinh
- Khả năng biến dạng của vật liệu KVA khác với HK AlD16, Amg6
Tỷ lệ thể tích của sợi càng lớn thì khả năng biến dạng của vật liệu KVA càng thấp.
Khi hàn hợp kim Al:
Đầu điện cực (dạng chỏm cầu) gây ra biến dạng cong vênh của bề mặt tiếp xúc
Vết của đầu điện cực hình tròn hiện rõ nét trên vùng tiếp xúc: chi tiết với chi tiết và chi
tiết với điện cực.
Khi hàn vật liệu VKA với tỷ lệ thể tích sợi Bo lớn 55%:
Sợi Bo có độ cứng rất cao dẫn tới cản trở mạnh quá trình uốn các chi tiết do đó không có
sự phân định rõ ràng các biên rõ nét của vùng tiếp xúc giữa chi tiết với chi tiết.
Đường kính của vùng tiếp xúc lớn hơn 10 – 40% (phụ thuốc vào tỷ lệ thể tích sợi Bo) và
diện tích của nó lớn hơn của hợp kim Al D16T từ 1,2 – 2,0 lần.
12


Bắn tóe nhiều, đặc biệt đới với các vật liệu có tỷ lệ thể tích sợi Bo lớn và chiều dày lớp

bọc nhỏ.
Để hàn không bắn tóe thì chiều dày lớp bọc ít nhất là 100 – 150µm
Đối với vật liệu có Vf = 33%, các điều kiện hàn không phụ thuộc vào chiều dày lớp bọc.
Đối với vật liệu VKA-1, chiều dày lớp bọc nhỏ hơn 100µm nên sử dụng lớp Al trung
gian.
Để giảm bắn tóe thì tăng vùng tiếp xúc giữa điện cực và chi tiết. Ví dụ: sử dụng các điện
cực có bán kính chỏm cầu đầu điện cực lớn.
Khi hàn điểm vật liệu hợp kim Al D16T cần sử dụng điện cực có bán kính chỏm cầu bằng
50 – 100mm.
Khi hàn vật liệu composite có cùng chiều dày cần sử dụng điện cực có bán kính chỏm
cầu bằng 150 – 200mm.
Khi thể tích sợi tăng lên dẫn tới lực ép khi hàn cũng tăng lên.
Khi hàn vật liệu có Vf = 20 và 33% thì các thông số chu trình lực hàn và kích thước hình
học của điện cực giống như khi hàn hợp kim Al D16T.
Composite Al-B không có thiên hướng nứt ở nhân điểm hàn do cốt sợi Bo cứng vững.
Không cần sử dụng lực chồn.
Lực chồn chỉ dùng để giảm biến dạng dư của kết cấu hàn.
Hình dạng và kích thước điện cực có ảnh hưởng lớn đến quá trình hàn và chất lượng của
các liên kết hàn điểm vật liệu KVA-1:
Chi tiết dày S = 0,8 – 1,0mm điện cực có đường kính chỏm cầu R = 150mm
Với S lớn hơn hoặc bằng 1,2mm thì R = 200mm.
Để hạn chế sự bắn tóe và hàn các vật có chiều dày lớp bọc lớn cần dùng điện cực có ống
lồng.
Chuẩn bị liên kết hàn:
Hàn nóng chảy các vật liệu composite có hai loại liên kết hàn:
Liên kết hàn dọc theo sợi: dưới các điều kiện tối ưu, có thể chỉ đạt được độ bền vật liệu
nền.
Liên kết ngang qua sợi: Vấn đề trở nên phức tạp hơn rất nhiều đòi hỏi liên kết phải độc
lập cac sợi và vật liệu nền.
Hàn các tấm mỏng từ 2 – 3mm chiều dày, vật liệu composite sợi dọc theo các sợi không

cần chuẩn bị mép hàn.
Cắt bằng máy ….
Các sợi bị hư hại được làm …
Các cạnh được lắp dẫn tới khoảng cách giưa chúng hoặc giữa các cạnh và bất cứ phần tử
chèn nào nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 lần chiều dày tấm.
Khi hàn ngang qua sợi và tùy thuộc vào phương pháp hàn:
- Các sợi của đầu nối có thể được để lộ.
- Sử dụng dung dịch NaOH 20% để làm sạch Al bám vài sợi
- Làm sạch nền Al khỏi các cạnh liên kết
- Chồng các sợi lên nhau trong vùng giáp mối và được làm nóng chảy với Al
- Sử dụng vật liệu phụ để bảo vệ các sợi khỏi ảnh hưởng trực tiếp của hồ quang.
- Một số kiểu liên kết tiêu biểu: hàn chồng kép, liên kết hàn giáp mối bản giằng kép, liên
kết chồng, …
Bảng thông số chế độ công nghệ hàn một số loại vật liệu và chiều dày điển hình:
13


S(mm
)

0,8
1,0
1,5
2

Vf(%) r(mm)

20
33
55

20
33
55
20
33
55
20
33
55

50
50
200
75
75
150
100
100
200
100
100
250

Lực ép(N)

Lực
hàn
2000
2500
3500

2500
3000
4500
4000
5000
7000
5000
6000
9000

Thời
gian
chồn
tf(s)

Lực
chồn

700
800
1000
800
900
1200

0,08
0,08
0,09
0,08
0,08

0,09

Dòng điện hàn

Điện
áp

Iw(kA)

t(s)

(V)

22
23
24
24
25
26
27
29
31
29
34
40

0,06
0,06
0,07
0,06

0,06
0,07
0,06
0,07
0,08
0,07
0,07
0,08

235
240
210
250
260
220
280
250
250
250
280
300

PHỤ LỤC CÁC SẢN PHẨM CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN TỪ VẬT
LIỆU COMPOSITE

14


Bảng thành phần hóa học một số loại composite thường sử dụng

Một số loại điện cực hàn điểm ứng dụng hàn vật liệu composite

15


Bình chứa hóa chất C2H2 của nhà máy giấy Bãi Bằng

Hàn răng bằng vật liệu composite

16


TÀI LIỆU THAM KHẢO
--------------[1]. Bài giảng hàn chất dẻo và vật liệu composite, PGS.TS. Nguyễn Tiến Dương
[2]. Vật liệu composite, công nghệ và vật liệu, GS. Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình
Đức, NXB Khoa học kỹ thuật
[3]. Cơ học vật liệu composite, Hoàng Xuân Lượng, NXB Khoa học kỹ thuật
[4]. Vật liệu composite cơ học và tính toán kết cấu, GS. Trần Ích Thịnh, NXB Giáo Dục
[5]. Vật Liệu Cao Cấp: từ Composite đến Nanocomposite, Trương Văn Tân, NXB Giáo
Dục
[6]. Các nguồn tài liệu trên internet.

17