COMPOSITE- VẬT LIỆU COMPOSITE
tka23 post
Vật liệu 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 composite 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 cenlulote 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 thành hình với sự xuất hiện trong kỹ thuạt chế
tạo hoả tiển ở Mỹ từ những năm 1950. Từ đó đến nay, khoa học vật liệu
composite đã phát triển trên toàn thế giới và có khi từ ngữ "vật liệu
mới" đồng nghĩa với "vật liệu composite".
Thành phần và cấu tạo
Nhìn
chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều thành phần rời được
phân bố trong một thành phần liên tục duy nhất. ( thành phần gọi là pha
; 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 ...
Thành phần cốt
Nhóm sợi khoáng chất:
sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi gốm; nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt:
sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil. Các nhóm sợi khác ít dùng
hơn: sợi gốc thực vật (gỗ, cellulot): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa,
sơ dừa,...; sợi gốc khoáng chất: sợi Amiant, sợi Silic,...; sợi nhựa
tổng hợp: sợi polyester (tergal, dacron, térylène, ..), sợi polyamit,...; sợi kim loại: thép, đồng, nhôm,...
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 thường
dùng , các loại khác thường ít (chiếm 1%) được sử dụng trong các ứng
dụng riêng biệt.
Sợi hữu cơ
Các loại sợi hữu cơ thường dùng :
- 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 tác dụng nhiệt để tăng sức 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.
Sợi Carbon
Sợi
carbon 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 carbon 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 carbon có cơ tính tương đối cao, có loại gần tương
đương với sợi thủy tinh, lại có khả năng chịu nhiệt rất tốt.
Sợi Bore
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 Carbua Silic
Sợi Cacbua Silic (công thức hóa học là: SiC) cũng là một loại sợi gốm thu được nhờ kết tủa.
Cốt vải
Cốt vải là tổ hợp thành bề mặt (tấm), của vật liệu cốt sợi, được thực hiện bằng kỹ thuật dệt.
Các kỹ thuật dệt vải truyền thống thường hay dùng là: kiểu dệt lụa
trơn, kiểu dệt satin, kiểu dệt vân chéo, 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.
Vật liệu nền
Chất liệu nền polyme nhiệt rắn
Nhựa
polyester và nhóm nhựa cô đặc như: nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amin,
Nhựa epoxy. Nhựa epoxy được sử dụng nhiều (sau polyester không no)trong
công nghiệp compositer. Do những đặc tính cơ học cao của nhựa
epoxy,người ta sử dụng nó để tạo ra các composite có độ bền cao dùng cho
nghành chế tạo máy bay,vũ trụ,hoả tiển v.v... Nhựa epoxy có những đặc
tính cơ học như (kéo,nén,uốn,va đập và từ biến v.v..) hơn polyester.
Chất liệu nền polyme nhiệt dẻo
Nền của vật liệu là nhựa nhiệt dẻo như: PVC, nhựa polyetylen, nhựa polypropylen, nhựa polyamit,...
Chất liệu nền kim loại
Vật
liệu composite nền kim loại có độ đàn hồi rất cao có thể lên tới 110
GPa. Do đó đòi hỏi chất gia cường cũng có độ bền cao. Các kim loại được
sử dụng nhiều là: nhôm, niken, đồng.
Phân loại vật liệu composite
Vật liệu composite carbon-carbon
Đây là vật liệu nền carbon cốt sợi carbon.
Vật liệu composite gốm
Vật liệu composite kim loại
Vật liệu composite tạp lai
Theo bản chất vật liệu nền và cốt
- Composite nền hữu cơ: composite nền giấy (ccarton), composite nền nhựa, nền nhựa đường, nền cao su (tấm hạt, tấm sợi, vải bạt, vật liệu chống thấm, vỏ ô tô ),... 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 carbon - carbon. 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,...).
Composite 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).
Theo hình dạng cốt liệu
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 ngữ 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 chính .
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 thường dùng 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.
Vật liệu composite cốt hạt và sợi
Bê tông là một loại composite (hay compozit) nền khoáng chất[2].
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.
Kỹ thuật khuôn tiếp xúc
- Lát tay
- Phun
- Lát máy
Kỹ thuật khuôn với diaphragm đàn hồi
- Khuôn chân không
- Khuôn chân không- autoclave
- Khuôn ép diaphragm
Kỹ thuật tẩm áp lực
- Tẩm áp lực trong điều kiện thường
- Tẩm áp lực trong chân không
Kỹ thuật dập trong khuôn
- Dập trực tiếp
- Dập đúc
- Dập ép nóng
Kỹ thuật quấn
- Các phương pháp công nghệ
- Máy quấn
Một số sản phẩm từ vật liệu composite
- Vỏ động cơ hoả tiển
- Vỏ hoả tiển , máy bay, phi thuyền
- Bình chịu áp lực cao.
- Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp 3 lớp (Sử dụng kỹ thuật 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 silicon, sứ epoxy các loại sứ chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ trong các dụng cụ điện, chống sét, cầu chì;
- Lốp xe ô tô, ;
- Vỏ tầu thuyền composite
- Thùng rác công cộng
- Mô hình đồ chơi trẻ em
BKTT
__._,_.___
No comments:
Post a Comment