Vật liệu composite trên nền nhực polyeste không no và thân cây lục bình

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

NGUYỄN HỒNG ÁNH

VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN NỀN
NHỰA POLYESTE KHÔNG NO VÀ
THÂN CÂY LỤC BÌNH
Chun ngành : Cơng Nghệ Vật Liệu Cao Phân Tử Và Tổ Hợp

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng . .06. . năm . .2012. .


Luận Văn Thạc Sĩ

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :............................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 :..................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 :..................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.

HCM ngày . . . . tháng . .. . năm . 2012.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ..............................................................
2. ..............................................................
3. ..............................................................
4. ..............................................................
5. ..............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Bộ môn quản lý chuyên ngành

Vật liệu composite trên nền nhựa UPE và thân cây lục bình

trang


TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Tp. HCM, ngày . . . . tháng . .06 . . năm .2012 .

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: ……..Nguyễn Hồng Ánh...............................Phái: ........Nam................
Ngày, tháng, năm sinh: ....................10-04-1984......................Nơi sinh: ..Quảng Ngãi....
Chuyên ngành: ............Công Nghệ Vật Liệu............................MSHV:.....00308426........
I- TÊN ĐỀ TÀI:
VẬT

ỆU C

S T T N N N NH
TH N C
ỤC

ST

H N

N

V

NH

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong QĐ giao đề tài):
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:.......................................................................
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):........................................
.............................................................................................................................................

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký)

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH


Luận Văn Cao Học

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

LỜI CẢM ƠN
Luận văn tốt nghiệp là cơ sở để em tổng hợp các kiến thức đã học.
Thông qua luận văn này em đã học được nhiều kiến thức sâu rộng hơn ,
tổng hợp được những gì đã học trên lí thuyết và hơn hết đã trang bị cho em
tác phong của người nghiên cứu khoa học.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy NGUYỄN ĐẮC THÀNH
đã nhiệt tình trong chỉ bảo và dẫn dắt , chia sẻ những kiến thức về chun
mơn trong suốt q trình làm luận văn.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy cô đã truyền đạt
những kiến thức quý báu cho em trong những năm học vừa qua.
Xin cảm ơn gia đình đã động viên và giúp đỡ con trong quá trình học
tập và thực hiện luận văn.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy Cường, em Trí, và các anh chị
trong trung tâm polymer đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt cho em
hoàn thành luận văn này
Trong q trình làm luận văn em khơng tránh khỏi những thiếu sót
mong q thầy cơ và các bạn đóng góp ý kiến.
Chúc q thầy cơ mạnh khỏe, hạnh phúc và thành công!

Học viên
Nguyễn Hồng Ánh

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang i


Luận Văn Cao Học

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

MỤC LỤC

PHẦN A

TỔNG QUAN

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE VÀ NHỰA
POLYESTE KHÔNG NO

1.1

Khái niệm ............................................................................................1

1.2

Thành phần và cấu tạo ......................................................................1

1.2.1

Vật liệu nền .........................................................................................1

1.2.2

Vật liệu gia cƣờng ..............................................................................2

1.3

Phân loại composite ...........................................................................3

1.4

Đặc điểm, tính chất và ứng dụng của vật liệu composit .................4

1.4.1

Tính chất nổi bật của composite ........................................................4

1.4.2

Ứng dụng vật liệu composite ............................................................ 4

1.5

Công nghệ chế tạo vật liệu composite polymer ................................5

1.5.1

Gia công bằng tay (hand lay up)....................................................... 6

1.5.2

Phƣơng pháp phun ............................................................................7

1.5.3

Phƣơng pháp hút chân không ...........................................................8

1.5.4

Quấn sợi (filament winding) ..............................................................9

1.5.5

Đúc ép nóng (hot moulding) .............................................................10

1.5.6

Ép phun ( injecting moulding) .........................................................11

1.5.7

Phƣơng pháp đùn kéo .......................................................................11

1.6

Tổng quan về nhựa polyeste không no............................................13

1.6.1

Gi i thiệu về nhựa pol e te ..............................................................13

1.6.2

Lịch sử ................................................................................................13

1.6.3

Nguyên liệu tổng hợp:......................................................................14

1.6.4

Phản ứng tổng hợp ...........................................................................19

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

trang ii


Luận Văn Cao Học

CHƢƠNG 2

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

TỔNG QUAN VỀ SỢI THIÊN NHIÊN VÀ CÂY LỤC
BÌNH

2.1

Gi i thiệu về sợi thiên nhiên ...........................................................23

2.2

Phân loại sợi thiên nhiên ..................................................................24

2.3

Cấu trúc của sợi thiên nhiên ............................................................24

2.4

Tính chất vật lý của sợi thiên nhiên ................................................27

2.5.1

Cellulose .............................................................................................29

2.5.1.1 Cấu trúc phân tử ...............................................................................29
2.5.1.2 Tính chất của cellulose .....................................................................30
2.5.2

Hemicellulose .....................................................................................33

2.5.3

Ligin ...................................................................................................34

2.5.4

Pectin và các chất trích ly ................................................................35

2.6

Tổng quan về cây lục bình và sợi lục bình......................................37

2.6.1

Gi i thiệu về cây lục bình .................................................................37

2.6.2

Thành phần của cây lục bình ..........................................................39

2.6.3

Cấu trúc và thành phần hóa học của sợi lục bình .........................41

PHẦN B
CHƢƠNG 3

THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN
PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

3.1

Mục đích thí nghiệm .........................................................................42

3.2

Quy trình thực nghiệm ....................................................................42

3.3

Yếu tổ khảo át và phƣơng pháp đánh giá: ....................................45

3.3.1

Yếu tố khảo sát ..................................................................................45

3.3.2

Phƣơng pháp đánh giá ợi Lục Bình: .............................................46

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

trang iii


Luận Văn Cao Học

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

3.3.3

Phƣơng pháp đánh giá tính chất tấm composite .........................46

3.4

Dụng cụ thí nghiệm ...........................................................................51

3.4.1

Tủ sấy .................................................................................................51

3.4.2

Nồi gắn cánh khuấy dùng xử lí sợi lục bình ...................................51

3.4.3

Máy ép thủy lực .................................................................................52

3.4.4

Má băm ợi ......................................................................................52

CHƢƠNG 4

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

4.1

Kết quả xử lý sợi ..............................................................................53

4.1.1

Kết quả chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM).......................53

4.1.2

Kết quả phân tích thành phần sợi: ..................................................56

4.1.3

Kết quả chụp XRD mẫu sợi lục bình .............................................58

4.2

Kết quả chụp SEM và đo tính chất cơ lý mẫu composite .............60

4.2.1

Tạo Mẫu Composite Trên Nền Nhựa UPE V i Sợi Lục Bình Chƣa
Xử Lý. ................................................................................................60

4.2.2

Tạo Mẫu Composite Trên Nền Nhựa UPE V i Sợi Lục Bình Đã Xử
Lý .......................................................................................................61

4.2.3

Kết quả đo độ bền uốn và modul uốn .............................................61

4.2.3.1 Kết quả đo độ bền uốn .....................................................................61
4.2.3.2 Kết quả đo modul uốn .....................................................................63
4.2.4

Kết quả đo độ bền nén và modul nén ..............................................66

4.2.4.1 Kết quả đo độ bền nén .....................................................................66
4.2.4.2 Kết quả đo Modul nén .....................................................................68
4.2.5

Kết quả đo độ bền kéo và modul kéo ..............................................70

4.2.5.1 Kết quả đo độ bền kéo ..................................................................... 70
4.2.5.2 Kết quả đo modul kéo .......................................................................73
4.3

Kết quả đo SEM mẫu composite .....................................................75

4.4

Kết quả đo độ thấm nƣ c:................................................................76

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

trang iv


Luận Văn Cao Học
4.5

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

So ánh cơ tính của mẫu composite trên nền nhựa lục bình và các
loại gỗ ép trên thị trƣờng ................................................................77

CHƢƠNG 5:

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1

Kết luận ..............................................................................................79

5.2

Hạn chế của luận văn và định hƣ ng nghiên cứu ..........................80

Tài liệu tham khảo ........................................................................................81

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

trang v


Luận Văn Cao Học

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Phương pháp handlay up ............................................................6
Hình 1.2 Phương pháp dùng súng phun ....................................................7
Hình 1.3 Phương pháp hút chân khơng .....................................................8
Hình 1.4 Phương pháp quấn sợi .................................................................9
Hình 1.5 Phương pháp đúc ép ..................................................................10

Hình 1.6 Phương pháp ép phun ................................................................11
Hình 1.7 Phương pháp đùn kéo ................................................................12
Hình 1.8 Cơng thức các loại rượu .............................................................14
Hình 1.9 Cơng thức cấu tạo của các loại axit ..........................................16
Hình 1.10 Cơng thức của các monomer dùng pha lỗng Vinyl Ete ........18
Hình 1.11 Phản ứng giữa anhydrit maleic và 1,2- propylen glycol .........19
Hình 1.12 Phản ứng tạo polyeste ................................................................20
Hình 2.1 Cấu trúc sợi thiên nhiên ............................................................25
Hình 2.2 Hình vẽ cấu trúc tường tế bào ..................................................26
Hình 2.3 Cấu trúc của D-glucose ...............................................................30
Hình 2.4 Cơng thức phân tử của cellulose ...............................................30
Hình 2.5 Đơn vị cấu trúc cơ bản của lignin ..............................................33
Hình 2.6 Đơn vị mắc xích trong hemicellulose ........................................34
Hình 2.7 Cấu trúc của lignin .....................................................................34
Hình 2.8 Hình ảnh về cây lục bình ...........................................................38
Hình 2.9 Hình SEM của sợi lục bình ........................................................41
Hình 3.1 Quy trình thu sợi thơ từ cây lục bình .......................................42
Hình 3.2 Quy trình xử lý sợi bằng NaOH ................................................43
Hình 3.3 Quy trình tạo mẫu composite ...................................................44
Hình 3.4 Mơ hình mẫu đo độ bền uốn ......................................................47
Hình 3.5 Mơ hình mẫu đo độ bền nén .......................................................48
Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang v


Luận Văn Cao Học

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

Hình 3.6 Mơ hình mẫu đo độ bền kéo ......................................................49
Hình 3.7 Tủ sấy .......................................................................................... 51
Hình 3.8

Nồi xử lí sợi lục bình ..................................................................51

Hình 3.9

Máy ép thủy lực .........................................................................52

Hình 3.10 Máy cắt sợi .................................................................................52
Hình 4.1

Kết quả chụp SEM của sợi lục binh .........................................55

Hình 4.2

Đồ thị kết quả phân tích thành phần sợi ..................................57

Hình 4.3

Đồ thị kết quả chụp XRD của mẫu sợi chưa xử lý ..................58

Hình 4.4

Đồ thị kết quả chụp XRD của mẫu sợi đã xử lý ......................58

Hình 4.5

Đồ thị độ bền uốn của mẫu với sợi chưa và đã xử lý .............61

Hình 4.6

Đồ thị độ bền uốn của mẫu khi nhiệt độ thay đổi ..................62

Hình 4.7

Đồ thị modul uốn của mẫu composite với các loại sợi ...........64

Hình 4.8

Đồ thị modul uốn của mẫu composite khi nhiệt độ ép thay đổi
.....................................................................................................65

Hình 4.9

Độ thị độ bền nén của mẫu composite với các loại sợi ...........66

Hình 4.10 Đồ thị độ bền nén của mẫu composite khi nhiệt độ ép thay đổi
.....................................................................................................67
Hình 4.11 Đồ thị modul nén của mẫu composite khi thay đổi sợi ..........69
Hình 4.12 Đồ thị modul nén của mẫu composite khi nhiệt độ ép thay đổi .
.....................................................................................................70
Hình 4.13 Đồ thị độ bền kéo của mẫu composite khi thay đổi hàm lượng
sợi ...............................................................................................71
Hình 4.14 Đồ thị độ bền kéo của mẫu composite khi nhiệt độ ép thay đổi
.....................................................................................................72
Hình 4.15 Đồ thị modul kéo của mẫu composite khi hàm lượng sợi thay
đổi ...............................................................................................73
Hình 4.16 Đồ thị modul kéo của mẫu composite khi nhiệt độ ép thay đổi

.....................................................................................................74
Hình 4.17 Kết quả chụp SEM bề mặt đứt của mẫu composite................75
Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang vi


Luận Văn Cao Học

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

Hình 4.18 Đồ thị độ thấm nước của mẫu composite khi hàm lượng sợi
thay đổi .....................................................................................76
Hình 4.19 Đồ thị so sánh cơ tính giữa các loại vật liệu .............................78

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang vii


Luận Văn Cao Học

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1

Nhận xét về các loại rượu ........................................................ 15

Bảng 1.2

Nhận xét về các loại axit ........................................................... 17

Bảng 1.3

Nhận xét về các loại monomer dùng pha lỗng ..................... 17

Bảng 2.1

Tính chất của các loại sợi thiên nhiên dùng trong composite
.................................................................................................... 27

Bảng 2.2

Thành phần hóa học của các sợi thiên nhiên thường sử dụng
làm composite : ......................................................................... 29

Bảng 2.3 : Mức độ tan trong nước của vật liệu cellulose và dẫn xuất của
chúng .......................................................................................... 32
Bảng 2.4

Hàm lượng nước (%) trong các bộ phận của cây lục bình ... 40

Bảng 2.5

Thành phần hóa của cây lục bình ........................................... 40

Bảng 2.6

Thành phần hóa của sợi lục bình ........................................... 41

Bảng 3.1. Bảng các tiêu chuẩn đo cơ lý mẫu composite ........................ 46
Bảng 4.1

Kết quả phân tích thành phần mẫu sợi lục bình chưa xử lý . 56

Bảng 4.2

Kết quả phân tích thành phần mẫu sợi lục bình xử lý bằng
NaOH 1% .................................................................................. 56

Bảng 4.3

Các mẫu composite trên nền nhựa UPE và sợi Lục Bình
chưa xử lý ................................................................................ 60

Bảng 4.4

Các mẫu composite trên nền nhựa UPE và sợi Lục Bình đã
xử lý .......................................................................................... 60

Bảng 4.5

Kết quả độ bền uốn của mẫu với sợi chưa xử lý và đã xử lý
.................................................................................................... 61

Bảng 4.6

Kết quả độ bền uốn của mẫu với sợi đã xử lý khi thay đổi
nhiệt độ ép ................................................................................ 62

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang vii


Luận Văn Cao Học
Bảng 4.7

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

Kết quả modul uốn của mẫu composite với sợi chưa xử lý và
đã xử lý .................................................................................... 63

Bảng 4.8

Kết quả modul uốn của mẫu composite với sợi xử lý khi thay
đổi nhiệt độ ép. ......................................................................... 65

Bảng 4.9

Kết quả độ bền nén của mẫu với sợi chưa xử lý và đã xử lý 66

Bảng 4.10 Kết quả độ bền nén của mẫu với sợi đã xử lý khi nhiệt độ ép
thay đổi ...................................................................................... 67
Bảng 4.11 Kết quả modul nén của mẫu với sợi chưa xử lý và đã xử lý 68
Bảng 4.12 Kết quả modul nén của mẫu composite khi thay đổi nhiệt độ
ép ............................................................................................... 70
Bảng 4.13 Kết quả độ bền nén của mẫu với sợi chưa xử lý và đã xử lý 71
Bảng 4.14 Kết quả độ bền kéo của mẫu với sợi đã xử lý khi thay đổi nhiệt

độ ép .......................................................................................... 72
Bảng 4.15 Kết quả modul kéo của mẫu với sợi chưa xử lý và đã xử lý 73
Bảng 4.16 Kết quả modul kéo của mẫu với sợi đã xử lý khi nhiệt độ ép
thay đổi ..................................................................................... 74
Bảng 4.17 Kết quả độ thấm nước của mẫu với sợi chưa xử lý và đã xử lý
.................................................................................................... 76
Bảng 4.18 Độ bền uốn và modul uốn của các loại vật liệu ..................... 77

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang viii


Luận Văn Cao Học

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Chúng ta đều biết rằng sợi tự nhiên gốc cellulose có thể đem lại cho vật liệu
composite tính bền dai cao, cho tỷ lệ khối lượng riêng như mong muốn và có khả năng
phân hủy sinh học. Hơn nữa sợi cellulose dễ kiếm từ các nguồn thực vật với giá thành rẻ.
Thế nhưng chúng ta có một khó khăn trong việc triển khai sử dụng rộng rãi nguồn tài
nguyên có thể tái sinh này. Đó là sự kém bám dính của sợi tự nhiên trong hầu hết các nền
polymer. Bản chất ưa nước của sợi tự nhiên gây tác động ngược đến sự bám dính của sợi
trong nền polymer kỵ nước dẫn đến độ bền vật liệu composite kém.
Trong khuôn khổ luận văn, nghiên cứu chế tạo composite đi từ sợi Lục Bình và
trên nền nhựa UPE. Sợi Lục Bình có nguồn nguyên liệu phong phú và chúng ta chưa tận
dụng hết nguồn ngun liệu này. Cây Lục bình có khả năng sinh trưởng rất nhanh và có
rất nhiều ở nước ta. còn UPE là nguyên liệu nhựa chủ yếu cho các sản phẩm composite
thông dụng trên thị trường.

Luận văn tiến hành khảo sát tính chất cơ lý của mẫu composite trên nền nhựa UPE
và thân cây lục bình khi thay đổi tỉ lệ nhưa/sợi để chọn ra tỉ lệ nhựa sợi cho cơ tính tốt và
giá thành rẻ. Đồng thời xử lý sợi lục bình với NaOH và đánh giá tính chất mẫu composite
tạo với sợi chưa xử lý và với sợi đã xử lý trên nền nhựa UPE. Và qua đó xây dựng quy
trình gia cơng sản phẩm composite phù hợp. So sánh cơ tính của mẫu composite với các
loại ván ép trên thị trường để đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu này trong đời sống
hàng ngày.

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang ix


Luận Văn Thạc Sĩ

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE [2],[3],[4],[5]
1.1 Khái niệm[5]
Vật liệu composite là loại vật liệu được chế tạo tổng hợp từ hai hay
nhiều vật liệu khác nhau nhằm mục đích tạo ra loại vật liệu mới có tính năng
ưu việt hơn hẳn vật liệu ban đầu. Vật liệu composite được cấu tạo từ các
thành phần: Cốt nhằm bảo đảm cho composite có được các đặc tính cơ học
cần thiết và vật liệu nền đảm bảo cho các thành phần của Composit liên kết
hài hịa với nhau.
1.2 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 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 (reinfort) được trộn vào pha nền làm
tăng cơ tính, tính kết dính, chống mịn, chống trầy xước...
1.2.1 Vật liệu nền
Là chất kết dính, tạo mơi trường phân tán, đóng vai trị truyền ứng suất
sang cốt 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[8,10].
 Nền nhựa: Nhựa nhiệt dẻo: PE, PS, ABS, PVC...[6]
 Nhựa nhiệt rắn: PU, UF, UPE, Epoxy. Nhìn chung nhựa nhiệt rắn cho vật
liệu có cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo[1],[6]
 Nền kim loại và nền carbon v.v…
Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang 1


Luận Văn Thạc Sĩ

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

1.2.2 Vật liệu gia cƣờng
Vật liệu gia cường (chất độn) đóng vai trị là chất chịu ứng suất tập
trung do chúng 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 hóa chất, mơi trường, nhiệt độ.

-

Phân tán vào nhựa tốt.

-

Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt.

-

Thuận lợi cho quá trình gia công.

-

Giảm giá thành.

Tùy thuộc vào từng yêu cầu cho từng loại sản phẩm mà người ta có thể chọn loại vật
liệu gia cường thích hợp. Có hai dạng vật liệu gia cường [2]:
 Gia cƣờng 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…
 Gia cƣờng 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 được 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.

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang 2


Luận Văn Thạc Sĩ

-

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

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, bơng, sợi dứa…), có thể là sợi nhân tạo (sợi thuỷ tinh, sợi vải, sợi
poliamit, sợi bazan, sợi cacbon, sợi kevla…). Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà
người ta chế tạo sợi thành nhiều dạng khác nhau: sợi ngắn, sợi dài, sợi rối,
dạng Mat….

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 Polymer composite như :
khả năng chịu được va đập ; độ giãn nở cao ; khả năng cách âm tốt ; tính chịu
ma sát- mài mịn ; độ nén, độ uốn dẻo và độ kéo đứt cao ; khả năng chịu được
trong mơi trường ăn mịn như : muối, kiềm, axít…Những khả năng đó đã
chứng tỏ tính ưu việt của vật liệu composite mới so với các loại Polyme
thơng thường. Bởi vậy cũng chính vì những tính năng ưu việt đó mà vật liệu
commposite đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cũng như trong đời
sống.
1.3 Phân loại composite
Phân loại theo bản chất, thành phần [2],[6]
 Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt) kết hợp với vật liệu cốt có dạng:
-

Sợi hữu cơ: Polyamid, kevla…

-

Sợi khống: Thủy tinh, cacbon, bazan…

-

Sợi kim loại: Bo, nhôm…

 Composite nền kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al…) kết hợp với:
-

Sợi kim loại: Bo…

-

Sợi khoáng: Si, Cacbon…

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang 3


Luận Văn Thạc Sĩ

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

 Composit nền khoáng (gốm) gia cường với vật liệu cốt dạng:
-

Sợi kim loại: Bo…

-

Hạt gốm: Cacbua, nitơ…

1.4 Đặc điểm, tính chất và ứng dụng của vật liệu composite
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 hịa tạo nên
các kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong điều
kiện khắc nghiệt của mơi trường[2],[6]
1.4.1 Tính chất nổi bật của composite
-

Nhẹ, độ bền cao, chịu môi trường (bền vững với mơi trường ăn mịn hố
học), dễ lắp đặt.

-

Có độ bền riêng và các đặc trưng đàn hồi cao, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp.

-

Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định dễ triển khai được các thủ
pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất.

-

Giá thành thấp hơn một số vật liệu khác[1],[2],[6]

1.4.2 Ứng dụng vật liệu composite
 Thế giới[2] :
Với lịch sử phát triển phong phú của mình, vật liệu composite đã được
nhiều nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới biết đến. Việc nghiên cứu và ứng
dụng thành công vật liệu này đã được tiến hành tại nhiều nước trên thế giới.
Đại chiến thế giới thứ hai nhiều nước đã sử dụng vật liệu composite để sản
xuất máy bay, tàu chiến và vũ khi phục vụ cho cuộc chiến này. Cho đến nay
thì vật liệu Composite trên nền nhựa đã được sử dụng để chế tạo nhiều chi
Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang 4

Luận Văn Thạc Sĩ

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

tiết, linh kiện chế tạo ôtô; Dựa trên những ưu thế đặc biệt như giảm trọng
lượng, tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ chịu ăn mòn, giảm độ rung, tiếng ồn và
tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc.
-

Ngành hàng khơng vũ trụ: cuốn cánh máy bay, mũi máy bay và một số
linh kiện, máy móc khác của các hãng như Boeing 757, 676 Airbus 310…

-

Trong ngành công nghiệp điện tử: các chi tiết, các bảng mạch và các linh
kiện.

-

Ngành cơng nghiệp đóng tàu, xuồng, ca nô;

-

Các ngành dân dụng như y tế: hệ thống chân, tay giả, răng giả, ghép sọ…

-

Ngành thể thao: các đồ dùng thể thao như gậy gôn, vợt tennit…

-

Vật liệu gia dụng: bồn chứa nước, bàn ghế, tấm trần, tấm cách âm…

-

Vật liệu xây dựng: gỗ, dằm chịu lực, cấu kiện nhà lắp ghép, đá ốp lát, tấm
lợp…

 Việt Nam[1],[2]
Tại khoa răng của bệnh viện Trung ương Quân đội 108 đã sử dụng vật
liệu Composite vào trong việc ghép răng thưa, các ngành thiết bị giáo dục,
bàn ghế, các giải phân cách đường giao thông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống
máng trượt, máng hứng và ghế ngồi, mái che của các nhà thi đấu, các sân vận
động và các trung tâm văn hoá…
Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liệu Composite vào các lĩnh vực điện dân
dụng, hộp công tơ điện, sào cách điện, đặc biệt là sứ cách điện. ...
Vật liệu điện: mạch in, tấm cách điện, vỏ bảo vệ các vi mạch cao tầng, vỏ các
thiết bị điện, máy biến thế…
1.5 Công nghệ chế tạo vật liệu composite polymer[2],[5],[6]
Công nghệ chế tạo vật liệu composite rất phong phú và đa dạng. Tùy
thuộc vào yêu cầu, tính chất của sản phẩm mà có thể thay đổi phù hợp.
Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang 5


Luận Văn Thạc Sĩ

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

1.5.1 Gia công bằng tay (hand lay up)
Dùng cọ hay con lăn quét nhựa lên bề mặt khn đã được chống dính,
đặt sợi lên rồi quét nhựa, sau đó dùng con lăn đuổi bọt khí và nén chặt liên
tục như vậy cho đến khi đạt bề dày yêu cầu.

Hình 1.1 Phƣơng pháp handlay up
Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp handlay up
 Ưu điểm
 Thiết kế linh động, dễ dàng thay đổi.
 Chi phí đầu tư dụng cụ, thiết bị thấp.
 Hàm lượng sợi cao và phù hợp với sợi dài.
 Nhược điểm
 Sản phẩm chỉ có một bề mặt nhẵn.
 Thời gian đóng rắn thường dài.
 Chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào kỹ năng thao tác.
 Vấn đề an tồn sức khoẻ, nhựa dùng trong phương pháp này thường
có khối lượng phân tử thấp nên mức độ độc hại cao hơn, dễ thấm vào
áo quần…
Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang 6


Luận Văn Thạc Sĩ

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

 Nhựa yêu cầu có độ nhớt thấp, ảnh hưởng đến tính chất cơ học, tính
chất nhiệt do yêu cầu lượng chất pha lỗng (VD: styren) thích hợp.
1.5.2 Phƣơng pháp phun

Hình 1.2

Phƣơng pháp dùng súng phun

Sợi được cắt ngắn ngay trong súng phun, được phun đồng thời với nhựa lên
khuôn. Để sản phẩm đóng rắn hồn tồn mới tháo khn.


Ưu điểm
 Nhanh, chi phí dụng cụ thấp.

 Nhược điểm
 Hàm lượng nhựa cao.
 Chỉ chế tạo được composite sợi ngắn.
 Nhựa cần có độ nhớt thấp khi phun, ảnh hưởng đến tính chất cơ nhiệt của
sản phẩm; cùng với hàm lượng styren cao, dễ ảnh hưởng đến điều kiện
làm việc của công nhân.

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang 7


Luận Văn Thạc Sĩ

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

1.5.3 Phƣơng pháp hút chân khơng

Hình 1.3 Phƣơng pháp hút chân khơng

Vật liệu lớp được gia công bằng tay theo phương pháp ướt.
Màng chất dẻo (nilon) bọc lên khn và khơng khí được tháo ra nhờ bơm.
Lượng nhựa thừa được loại bỏ dưới tác dụng của bơm chân không.
Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp hút chân không
 Ưu điểm
 Hàm lượng lỗ bọt ít.
 Thấm ướt của nhựa lên sợi tốt hơn nhờ áp suât chân không, lượng
nhựa thừa sẽ được loại bỏ, do vậy hàm lượng sợi cao hơn phương
pháp gia cơng bằng tay
 An tồn cho sức khoẻ: Túi chân khơng sẽ làm giảm lượng chất bay hơi
giải phóng khi đóng rắn
 Nhược điểm
 Q trình tạo chân khơng làm tăng giá thành sản phẩm.
Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang 8


Luận Văn Thạc Sĩ

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

 Đòi hỏi kỹ năng thao tác cao hơn.
1.5.4 Quấn sợi (filament winding)
Cốt sợi được kéo qua bể chứa nhựa cho thấm nhựa trước, sau đó được
cuộn phủ lên bề mặt khn. Phương pháp này dùng để sản xuất ống và thùng
chứa…
Có hai phương pháp cuộn: cuộn khô và cuộn ướt.

1. Cuộn khô: Quấn lên trục khuôn bán thành phẩm tức là quá trình tẩm nhựa
lên sợi đã được thức hiện trước đó rồi.
2. Cuộn ướt: Quá trình tẩm nhựa lên sợi được diễn ra đồng thời với q trình
quấn lên khn. Tức là sợi thơ sau khi qua bể nó được quấn lên trục ngay.

Hình 1.4

Phƣơng pháp quấn sợi

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp quấn sợi
 Ưu điểm
 Nhanh, hiệu quả kinh tế cao.
Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang 9


Luận Văn Thạc Sĩ

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

 Tỷ lệ sợi/nhựa có thể điều chỉnh được khi sợi đi qua bể nhựa.
 Giá thành sợi giảm thiểu do không qua cơng đoạn dệt sợi thành vải.
 Tính chất của sản phẩm tốt do có thể điều chỉnh phương của sợi phù hợp.
 Nhược điểm
 Hạn chế ở một số dạng sản phẩm nhất định (rỗng, mặt cắt trịn, oval,..)
 Khó điều chỉnh chính xác vị trí sợi dọc theo chiều dài sản phẩm.
 Giá thành đối với những sản phẩm lớn là rất cao.
 Yêu cầu nhựa có độ nhớt thấp nên ảnh hưởng tính chất cơ học và vấn đề an
tồn sức khỏe.

1.5.5 Đúc ép nóng (hot moulding)
Nhựa cốt được phân bố đều mặt khuôn đúc dưới áp suất và nhiệt độ
cao. Sản phẩm được định hình theo ba chiều. Kỹ thuật đúc ép được sử dụng
để tao những sản phẩm có kích thước lớn. Sản phẩm được định hình sau khi
làm nguội.
 Đúc ép nguội (cold press moulding)
Tương tự như đúc ép nóng nhưng thực hiện ở nhiệt độ thường.

Hình 1.5 Phƣơng pháp đúc ép
Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang 10


Luận Văn Thạc Sĩ

CBHD: PGS.TS Nguyễn Đắc Thành

1.5.6 Ép phun ( Injecting moulding)
-

Nhựa nhiệt dẻo: Tạo hạt compound nhựa và sợi cắt hoặc nghiền, sau đó đưa
vào máy ép phun để tạo thành sản phẩm.

-

Nhựa nhiệt rắn: Sợi ngắn được định hình trước nếu cần, được đặt vào khn,
sau đó đóng lại, kẹp chặt và nhựa được phun vào từ đầu trộn có độ khuấy
cao.

Hình 1.6

Phƣơng pháp ép phun

1.5.7 Phƣơng pháp đùn kéo
Phương pháp này là phương pháp gia công liên tục để sản suất ra loại
composite dạng profile với bất cứ độ dài nào yêu cầu. Sợi tẩm sẳn được kéo
qua một lỗ (có lõi gia nhiệt), với hình dạng theo chiều cắt ngang bề mặt của
sản phẩm. Sản phẩm được định hình khi nhựa khơ. Ưu điểm của phương
pháp này là sản xuất sản phẩm thành mỏng với đa dạng độ dài, bề mặt cắt
ngang, dễ dàng tự động hóa. Nhược điểm của phương pháp này là hạn chế sự
thay đổi hình dạng sản phẩm theo chiều dài của sản phẩm.

Vật Liệu Composite trên nền nhựa UPE và Thân Lục Bình

Trang 11