TÍNH CHẤT VẬT LIỆU TIÊN TIẾN II

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

TÍNH CHẤT
VẬT LIỆU TIÊN TIẾN II
(4-MAT-3/4-PA&M3)
Biên soạn: Th.S Nguyễn Thanh Việt


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

PROPRIÉTÉS
DES MATÉRIAUX
AVANCÉS II
(4-MAT-3/4-PA&M3)
Biên soạn: Th.S Nguyễn Thanh Việt


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

Chương I

KHÁI NIỆM CHUNG
VỀ COMPOSITE

Chương I - KHÁI NIỆM CHUNG VỀ COMPOSITE
I.1- ĐỊNH NGHĨA, CẤU TẠO & PHÂN LOẠI
I.1.1- Định nghĩa:
I.1.2- Cấu tạo chung của composite:
I.1.3- Phân loại:
I.1.4- Ưu điểm của vật liệu composite:
I.1.5- Ứng dụng của Composite:


Chương I - KHÁI NIỆM CHUNG VỀ COMPOSITE

I.1- ĐỊNH NGHĨA, CẤU TẠO & PHÂN LOẠI
I.1.1- Định nghĩa:
Vật liệu Composite (hay Composite) là một loại
vật liệu được chế tạo bằng cách tổng hợp từ hai hay
nhiều vật liệu khác nhau nhằm tạo ra một vật liệu
mới có tính năng ưu việt hơn hẳn vật liệu ban đầu.
Composite được cấu tạo từ các thành phần cốt
nhằm đảm bảo cho Composite có được các đặc tính
cơ học cần thiết và vật liệu nền đảm bảo cho các
thành phần của Composite liên kết, làm việc hài hoà
với nhau.


Lịch sử phát triển của composite
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. Và điển hình về composite
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. 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 đôi khi thuật ngữ "vật liệu
composite" còn đồng nghĩa với thuật ngữ "vật liệu mới"


I.1.2- Cấu tạo chung 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 (matrice), thường làm
nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại. Pha gián
đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường
(renforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ
tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước ...


a)-Thành phần cốt (renforcement):
Bao gồm các nhóm sợi (fibres):
- Nhóm sợi khoáng chất: sợi thủy tinh, sợi các
bon, 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, xơ
dừa...
- Sợi gốc khoáng chất: sợi Amian, sợi Silic...
- Sợi nhựa tổng hợp: sợi polyeste (tergal, dacron,
térylène, ..), sợi polyamit...
- Sợi kim loại: thép, đồng, nhôm...


CÁC LOẠI CỐT SỢI
Sợi thủy 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).


CÁC LOẠI CỐT SỢI
Sợi hữu cơ: Các loại sợi hữu cơ phổ biến gồm:
- 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 (-100C), tiếp theo được kéo ra thành sợi trong dung dịch,

cuối cùng được xử 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 nhưng cơ tính lại thấp hơn: các
loại sợi aramit thường có độ bền nén, uốn thấp và dễ biến dạng
cắt giữa các lớp.
- Sợi Cacbon: Sợi cacbon chính là sợi graphit ( phấn chì), có
cấu trúc tinh thể bề mặt, tạo thành các lớp liên kết với nhau,
nhưng cách nhau khoảng 3,35 A0. 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
A0. 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.


CÁC LOẠI CỐT SỢI
Sợi khác:
- Sợi Bor (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.
- Sợi Cacbua Silic (công thức hóa học là SiC): cũng là một loại
sợi gốm thu được nhờ kết tủa.
- Sợi kim loại
- Sợi ngắn và các hạt phân tán
- 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.


b)- Thành phần vật liệu nền (matrice):
- Chất liệu nền polyme nhiệt rắn: Nhựa polyeste
và nhóm nhựa cô đặc như: nhựa phenol, nhựa furan,
nhựa amin, nhựa epoxy.
- Chất liệu nền polyme nhiệt dẻo: nhựa nhiệt dẻo
như: PVC, nhựa polyetylen, nhựa polypropylen,
nhựa polyamit...
- Chất liệu nền cacbon
- Chất liệu nền kim loại: Vật liệu composite 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…


I.1.3- Phân loại:
Dựa vào thành phần của nền và cốt sợi phân ra:
a) Theo bản chất nền:
- Composite nền polymer
- Composite nền kim loại
- Composite nền gốm (ceramice)
- Composite hỗn hợp.
b) Theo hình dạng cốt sợi hoặc đặc điểm cấu trúc:
- Composite cốt hạt
- Composite cốt sợi
- Composite cấu trúc
Theo hình dạng cốt sợi hoặc cấu trúc sợi, ta có

thể phân loại theo sơ đồ sau:


Sơ đồ phân loại
(theo hình học cốt sợi hoặc đặc điểm cấu trúc)

Composite

Gián đoạn có hướng

Gián đọan ngẫu nhiên

Cấu trúc tấm 3 lớp

Cấu trúc tổ ong

Comp. cấu trúc

Cấu trúc lớp

Cốt sợi gián đoạn

Comp. cốt sợi
Cốt sợi liên tục

Cốt hạt mịn

Cốt hạt thô

Comp. cốt hạt

I.1.4- Ưu điểm của vật liệu composite:
- Composite có độ cứng, độ bền cơ học cao, có độ
bền riêng và các đặc trưng đàn hồi cao.
- Có độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp.
- Có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của
vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường.
- Có 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.
- Nhẹ, dễ lắp đặt...


I.1.Các loại sản phẩm của Composite:
Có thể chia các sản phẩm composite thành
các nhóm chính sau:
- Nhóm sản phẩm dạng tấm, vỏ…
- Nhóm sản phẩm dạng ống.
- Nhóm sản phẩm dạng hộp.
- Nhóm sản phẩm dạng hình phức tạp.
- Nhóm sản phẩm đặc biệt.


SẢN PHẨM TỪ COMPOSITE:
- Sản phẩm dạng tấm,vỏ:
* Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ…
* Vỏ tầu thuyền composite ...

SẢN PHẨM TỪ COMPOSITE:
- Sản phẩm dạng tấm,vỏ:
* Mặt bàn ghế, trang trí nội thất,


SẢN PHẨM TỪ COMPOSITE:
- Sản phẩm dạng tấm,vỏ:
* Tấm panell composite…


SẢN PHẨM TỪ COMPOSITE:
- Sản phẩm dạng ống:
* Ống dẫn xăng dầu composite

Phụ kiện ghép nối ống:"T“, "Cút“ ống và các góc
sau khi gép nối


SẢN PHẨM TỪ COMPOSITE:
- Sản phẩm dạng ống:
* Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn
* Ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất

Ống dẫn nước sạch Composite


SẢN PHẨM TỪ COMPOSITE:
- Sản phẩm dạng ống:
* Ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất
* Ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng

nước ngập mặn, nhiễm phèn…


SẢN PHẨM TỪ COMPOSITE:
- Sản phẩm dạng hộp:
* Bình chịu áp lực cao.


SẢN PHẨM TỪ COMPOSITE:
- Sản phẩm dạng hộp:
* Các hộp đựng, thùng chứa hàng, thùng rác công
cộng…


SẢN PHẨM TỪ COMPOSITE:
- Sản phẩm dạng hộp:
* Các hộp đựng, thùng chứa hàng, thùng rác công
cộng...