LỜI CẢM ƠN

Luận án này được thực hiện và hoàn thành tại Viện Hoá học, Viện Hàn lâm

Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Viện Kỹ thuật Hoá-Sinh và Tài liệu nghiệp

vụ, Tổng cục Hậu cần- Kỹ thuật, Bộ Công an.

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Đức Nghĩa, PGS.TS Ngô

Trịnh Tùng, những người Thầy đã định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn

trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án này.

Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, đồng chí thuộc Viện Hoá học, Viện

Kỹ thuật Hoá-Sinh và Tài liệu nghiệp vụ; Trung tâm Phát triển Công nghệ cao đã

giúp đỡ và tạo điều kiện nghiên cứu thuận lợi cho tác giả trong thời gian thực hiện

luận án.

Xin chân thành cảm ơn TS Lê Văn Thụ, Ths Vũ Minh Thành đã cùng tác giả

tiến hành các thí nghiệm chế tạo mẫu và thảo luận đóng góp ý kiến cho luận án.

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè đã động viên,

cổ vũ để tôi hoàn thành bản luận án này.

Nghiên cứu sinh

Ngô Cao Long

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết

quả được nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công

trình nào khác.

Nghiên cứu sinh

Ngô Cao Long

Ngô Cao Long

M C C

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

anh mục các bảng

anh mục các hình

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

M Đ ..................................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 4

1.1. Vật liệu nanocompozit ......................................................................................... 4

1.1.1. Các phương pháp chế tạo nanocompozit ...................................................... 7

1.1.1.1. Trộn hợp nóng chảy .............................................................................. 7

1.1.1.2. Trộn hợp ung ịch ................................................................................ 8

1.1.1.3. Trùng hợp tại chỗ ................................................................................... 8

1.1.1.4. Phủ core-shell ......................................................................................... 8

1.1.2. Chế tạo nanocompozit trên cơ sở polyme dẫn .............................................. 9

1.1.3. Tính chất điện của nanocompozit trên cơ sở polyme dẫn ........................... 11

1.1.4. Vật liệu nanocompozit CNT/polyme .......................................................... 13

1.1.5. Vật liệu nanocompozit graphen/polyme ..................................................... 14

1.2. Vật liệu hấp thụ sóng điện từ ............................................................................. 15

1.2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán ............................................................................. 15

1.2.2. Cấu trúc và vật liệu hấp thụ sóng điện từ .................................................... 17

1.2.2.1. Lớp hấp thụ Dallenbach ....................................................................... 17

1.2.2.2. Cấu trúc hấp thụ dạng màn chắn Salisbury .......................................... 17

1.2.2.3. Lớp Jauman .......................................................................................... 18

1.2.3. Vật liệu hấp thụ sóng điện từ trên cơ sở nanocompozit của polyme dẫn ... 19

1.3. Compozit chống đạn .......................................................................................... 20

1.3.1. Lý thuyết chống đạn vật liệu compozit ....................................................... 21

1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống đạn của compozit ................... 24

1.3.2.1. Ảnh hưởng của vải, sợi gia cường ....................................................... 24

1.3.2.2. Ảnh hưởng của nhựa nền ..................................................................... 24

1.3.2.3. Ảnh hưởng của tấm chống đạn ............................................................ 25

1.3.2.4. Ảnh hưởng của các đầu đạn ................................................................. 25

1. . . Phương pháp xác định khả năng chống đạn của vật liệu ............................ 26

1.3.3.1. Phương pháp mô phỏng số bằng phần mềm Ansys 12 ........................ 26

1.3.3.2. Bắn thử nghiệm theo tiêu chuẩn........................................................... 29

1.4. Vật liệu hấp thụ sóng điện từ và chống đạn ....................................................... 32

CHƯƠNG - TH C NGH M V PHƯƠNG PH P NGH N CỨU ................. 40

2.1. Hóa chất, thiết bị ................................................................................................ 40

2.1.1. Hóa chất ...................................................................................................... 40

2.1.2. Thiết bị, ụng cụ ......................................................................................... 40

2.2. Phương pháp chế tạo .......................................................................................... 41

2.2.1. Chế tạo CNT P Ni và graph n P Ni ........................................................ 41

2.2.2. Chế tạo CNT PPy và graph n PPy .............................................................. 41

2.2. . Chế tạo nanocompozit vải sợi ..................................................................... 42

2.2. .1. Chế tạo compozit vải sợi cacbon poxy và compozit vải sợi

Kevlar/epoxy ..................................................................................................... 42

2.2. .2.Chế tạo nanocompozit CEGPY, KEGPY, CKEGPY ........................... 43

2. . Các phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 43

2. .1. Xác định độ dẫn của vật liệu ....................................................................... 43

2. .2. Xác định khả năng hấp thụ sóng điện từ ..................................................... 44

2.4.3. Hiển vi điện tử quét (SEM) ......................................................................... 45

2.4.4. Phổ hồng ngoại FT-IR ................................................................................. 46

2.4.5. Phổ Raman .................................................................................................. 46

2. .6. Xác định tính chất cơ học ............................................................................ 46

2.4.7. Phân tích nhiệt ............................................................................................. 49

2.4.8. Xác định hàm lượng phần gel ..................................................................... 50

2.4.9. Mô phỏng khả năng chống đạn của vật liệu ................................................ 51

2.4.10. Bắn thử nghiệm thực tế theo tiêu chuẩn .................................................... 51

CHƯƠNG . T Ả V THẢ L N ............................................................ 53

3.1. Chế tạo nanocompozit MWCNT và graphen với PPy, PANi ............................ 53

3.1.1. Khảo sát vật liệu MWCNT và graphen ....................................................... 53

3.1.1.1. Hình thái học của vật liệu .................................................................... 53

3.1.1.2. Phổ Raman của CNT và graphen ......................................................... 55

.1.2. hảo sát điều kiện chế tạo .......................................................................... 56

3.1.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng BS đến độ dẫn của PANi và PPy ....... 56

3.1.2.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ dẫn của PANi và PPy ...... 57

3.1.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng MWCNT, graph n đến độ dẫn của PANi và

PPy ..................................................................................................................... 58

3.1.2.4. Khảo sát tính chất nanocompozit MWCNT và graph n với PPy ........ 58

3.1.3. Khả năng hấp thụ sóng điện từ của nanocompozit ..................................... 61

3.2. Chế tạo nanocompozit vải sợi cacbon/epoxy/graphen/PPy (CEGPY) .............. 63

3.2.1. Khảo sát nhựa nền epoxy ............................................................................ 63

3.2.1.1. Phổ hồng ngoại của epoxy ................................................................... 63

3.2.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất đóng rắn DDM ................................. 64

3.2.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới mức độ đóng rắn của nhựa epoxy ........... 65

3.2.1.4. Tính chất cơ học của pha nền đã đóng rắn ........................................... 66

3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa epoxy đến tính chất cơ học của CEGPY 67

3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng GPY đến tính chất cơ học của CEGPY........... 68

3.2.4. Ảnh hưởng của điều kiện chế tạo đến tính chất cơ học của CEGPY .......... 70

3.2.5. Tính chất của CEGPY ................................................................................. 73

3.2.5.1. Phân tích nhiệt ...................................................................................... 73

.2. .2. Hình thái học của vật liệu .................................................................... 74

3.3. Chế tạo nanocompozit vải sợi vlar poxy GP GP ........................... 75

. .1. Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa poxy đến tính chất cơ học của KEGPY 75

3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng GPY đến tính chất cơ học của KEGPY .......... 76

3.3.3. Tính chất của KEGPY ................................................................................. 78

3.3.3.1. Phân tích nhiệt ...................................................................................... 78

. . .2. Hình thái học của KEGPY ................................................................... 79

. . hảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của các vật liệu nanocompozit ........... 79

3.4.1. Ảnh hưởng hàm lượng GP đến khả năng hấp thụ sóng điện từ ............... 80

a. Vật liệu KEGPY ............................................................................................ 80

b.Vật liệu CEGPY ............................................................................................. 80

. .2. hả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu nanocompozit trên ải tần 8-

12GHz ................................................................................................................... 81

. .2.1. Vật liệu GP ................................................................................... 81

. .2.2. Vật liệu C GP ................................................................................... 82

. .2. . Vật liệu C GP ................................................................................ 83

3.5. Khảo sát khả năng chống đạn............................................................................. 85

. .1. Xác định khả năng chống đạn của vải sợi xếp lớp ...................................... 85

3. 5.1.1. Mô phỏng số ........................................................................................ 85

3.5.1.2. Khảo sát khả năng chống đạn của vải xếp lớp bằng bắn thử nghiệm thực tế 95

3.5.2. Khảo sát khả năng chống đạn của nanocompozit ....................................... 99

3.5.2.1. Kết quả mô phỏng với đạn súng K54................................................. 100

a. Tấm KEGPY ............................................................................................... 100

b. Tấm CEGPY ............................................................................................... 102

c. Nanocompozit tổ hợp vải sợi cacbon vlar poxy GP C GP ...... 103

3.5.2. 2. Kết quả mô phỏng với đạn súng AK47 ............................................. 105

a. Tấm GP ............................................................................................... 105

b. Tấm C GP ............................................................................................... 107

c. Tấm CKEGPY ............................................................................................. 107

3.5.3. Khảo sát khả năng chống đạn bằng thử nghiệm thực tế th o tiêu chuẩn NIJ

01.01.04, Hoa Kỳ. ............................................................................................... 109

T L N ............................................................................................................. 117

AN M C C C ẢN

Bảng 1.1. Một số mô hình vật liệu ............................................................................ 29

Bảng 1.2. Một số mô hình tương ứng cho các vật liệu thường dùng ........................ 29

Bảng 1.3. Các cấp chống đạn và điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04

(Hoa Kỳ) .................................................................................................. 30

Bảng 1.4. Các cấp chống đạn và điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn Stanag 4569

(NATO) .................................................................................................... 31

Bảng 1.5. Các cấp chống đạn và điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn Gost R

50744-95 (Nga) ........................................................................................ 31

Bảng 3.1. Mô hình và thông số vật liệu của vải Kevlar 129 ..................................... 88

Bảng 3.2. Thông số mô phỏng giáp vải cacbon ........................................................ 92

Bảng 3.3. Thông số các tấm giáp vải Kevlar xếp lớp và điều kiện thử nghiệm ....... 96

Bảng 3.4. Kết quả bắn thử nghiệm giáp vải Kevlar .................................................. 96

Bảng 3.5. Thông số các tấm giáp vải cacbon xếp lớp và điều kiện thử nghiệm ....... 98

Bảng 3.6. Kết quả bắn thử nghiệm tấm giáp vải cacbon xếp lớp ............................. 98

Bảng 3.7. Mô hình và thông số vật liệu của nanocompozit ...................................... 99

Bảng . . hả năng chống đạn súng của nanocompozit th o t lệ vải

cacbon/Kevlar ........................................................................................ 105

Bảng . . hả năng chống đạn của vật liệu C GP th o t lệ số lớp vải .......... 108

Bảng .10. Điều kiện chế tạo, bắn thử nghiệm tấm chống đạn .............................. 110

Bảng 3.11. Kết quả bắn thử nghiệm với đạn 7,62x25 mm của súng K54 .............. 110

Bảng 3.12. Kết quả bắn thử nghiệm với đạn 7,62x39 mm của súng AK47 ........... 113

AN M C C C N

Hình 1.1. Sơ đồ tổng hợp chất lai polyme-hạt nano ................................................... 9

Hình 1.2. Các bước chế tạo compozit nền polym gia cường ICP bằng phương

pháp dung dịch và nóng chảy .................................................................. 10

Hình 1. . Sơ đồ tổng hợp nanocompozit nền ICP bằng phương pháp trùng hợp tại chỗ 11

Hình 1.4. Quá trình kích thích bằng axit của polyanilin ........................................... 12

Hình 1. . Sơ đồ nguyên lý hấp thụ sóng điện từ ....................................................... 16

Hình 1.6. Lớp hấp thụ Dallenbach ............................................................................ 17

Hình 1.7. Cấu tạo màn chắn Salisbury ...................................................................... 18

Hình 1.8. Cấu tạo lớp Jauman ................................................................................... 18

Hình 1.9. Sự tạo thành hình nón khi va chạm đạn đạo ở mặt sau của tấm chống đạn ..... 21

Hình 1.10. Sự lan truyền phá hu trong tấm compozit khi va chạm đạn đạo .......... 22

Hình 1.11. Sự tạo thành hình nêm khi va chạm đạn đạo đối với vật liệu dòn .......... 23

Hình 2.1. Sơ đồ đo độ dẫn bằng phương pháp mũi ò .......................................... 43

Hình 2.2. Hệ đo hấp thụ sóng điện từ trường gần ..................................................... 44

Hình 3.1. Ảnh FESEM của mẫu MWCNT mẫu CNT ban đầu (a), mẫu CNT sau khi

rung siêu âm (b) (2014) ........................................................................... 53

Hình 3.2. Ảnh FESEM của graph n độ phóng đại10000 lần (a), 60000 lần (b)...... 54

Hình 3.3. Phổ Raman của MWCNT ......................................................................... 55

Hình 3.4. Phổ Raman của graphen ............................................................................ 56

Hình 3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng BS đến độ dẫn của PANi và PPy ............ 57

Hình 3.6 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ dẫn của P Ni và PPy ............ 57

Hình 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng MWCNT, graph n đến độ dẫn của PANi và PPy .. 58

Hình 3.8. Phổ FTIR của PPY (a), nanocompozit MWCNT/PPy (b) và graphen/PPy (c) .. 60

Hình 3.9. Ảnh FESEM của nanocompozit MWCNT/PPy (a), graphen/PPy (b) ...... 60

Hình .10. Tổn hao hấp thụ sóng điện từ của các nanocompozit ............................. 61

Hình .11. Đồ thị hấp thụ sóng điện từ của nanocompozit graphen/PPy ở dải tần 4-8

GHz (a) và 8-12 GHz (b) ......................................................................... 62

Hình 3.12. Phổ hồng ngoại của nhựa epoxy Epikote 815 ......................................... 63

Hình 3.13. Ảnh hưởng của hàm lượng M đến hàm lượng phần gel của nhựa

epoxy Epikote 815 ở 80oC ....................................................................... 64

Hình 3.14. Phân tích nhiệt vi sai của hệ nhựa Epikote 1 đóng rắn bằng DDM .... 65

Hình 3.15. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng phần gel của hệ nhựa Epikote

815/DDM = 100/22 (PKL) ...................................................................... 66

Hình 3.16. Giản đồ ứng suất biến dạng của nhựa poxy đã đóng rắn ...................... 66

Hình .1 . Tính chất cơ học của poxy đã đóng rắn bằng DDM ở hàm lượng khác

nhau .......................................................................................................... 67

Hình .1 . Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa poxy đến tính chất cơ học của CEGPY ... 68

Hình 3.19. Ảnh hưởng của hàm lượng GP đến tính chất cơ học của CEGPY ...... 69

Hình .20. Ảnh hưởng của hàm lượng GP đến độ ẫn của C GP ..................... 70

Hình 3.21. Ảnh hưởng của nhiệt độ ép đến tính chất cơ học của CEGPY ............... 71

Hình 3.22. Ảnh hưởng của thời gian p đến tính chất cơ học của CEGPY .............. 71

Hình 3.23. Ảnh hưởng của áp suất ép đến tính chất cơ học của CEGPY ................. 72

Hình .2 . ết uả phân tích nhiệt compozit cacbon poxy và C GP ................ 74

Hình .2 . Ảnh S M của compozit cacbon poxy a , C GP b .................... 74

Hình 3.26. Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa đến tính chất cơ học vật liệu KEGPY 75

Hình .2 . Ảnh hưởng của hàm lượng GP đến tính chất KEGPY......................... 76

Hình .2 . Đồ thị biểu iễn độ ẫn GP ............................................................. 77

Hình .2 . ết uả phân tích nhiệt compozit vlar poxy và GP ................. 78

Hình . 0. Ảnh FESEM của compozit Kevlar/epoxy (a) và KEGPY (b) ................ 79

Hình . 1. hả năng hấp thụ sóng điện từ của GP th o hàm lượng GPY ở tần

số 10 GHz ................................................................................................ 80

Hình . 2. hả năng hấp thụ sóng điện từ của C GP th o hàm lượng GPY ở tần

số 10 GHz ................................................................................................ 81

Hình . . Tổn hao hấp thụ a và tổn hao phản xạ b của GP ....................... 82

Hình . . Tổn hao hấp thụ a , tổn hao phản xạ b của C GP ........................... 83

Hình . . hả năng hấp thụ sóng điện từ của C GP th o tần số khác nhau .... 84

Hình . 6. So sánh khả năng hấp thụ sóng điện từ của GP , C GP , C GP .... 85

Hình . . Đầu đạn 7,62x25 mm của súng K54 ....................................................... 86

Hình . . Đầu đạn 7,62x39 mm của súng .................................................... 86

Hình 3.39. Mô hình mô phỏng hình học và chia lưới của các đầu đạn va chạm vào

tấm chắn vải Kevlar ................................................................................. 87

Hình 3.40. Mô phỏng quá trình va chạm của đầu đạn súng K54 vào tấm chắn vải

Kevlar xếp lớp ......................................................................................... 89

Hình . 1. Động năng và vận tốc của đầu đạn súng K54 theo thời gian khi va chạm

với tấm vải Kevlar xếp lớp ...................................................................... 90

Hình . 2. Hình ảnh mô phỏng khả năng chống đạn súng của tấm giáp vải

Kevlar xếp lớp ......................................................................................... 91

Hình 3.43. Biểu diễn động năng của đầu đạn súng AK47 và vận tốc của đầu đạn

theo thời gian khi va chạm với tấm vải Kevlar xếp lớp .......................... 92

Hình 3.44. Mô phỏng quá trình va chạm của đầu đạn súng với vải cacbon xếp lớp . 93

Hình . . Đồ thị vận tốc và động năng của đạn súng th o thời gian .............. 93

Hình . 6. Mô phỏng quá trình va chạm của đầu đạn súng với vải cacbon xếp lớp 94

Hình . . Đồ thị động năng và vận tốc của đầu đạn súng AK47 khi va chạm với

tấm giáp vải cacbon xếp lớp .................................................................... 94

Hình . . Súng và đạn 7,62x25 mm a , súng và đạn 7,62x39 mm (b)

sử dụng trong bắn thử nghiệm thực tế ..................................................... 95

Hình 3.49. Mẫu giáp vải cacbon và Kevlar xếp lớp.................................................. 96

Hình 3.50. Kết quả bắn thử nghiệm vải Kevlar xếp lớp ........................................... 97

Hình 3.51. Mô phỏng khả năng chống đạn súng của nanocompozit KEGPY 100

Hình . 2. Đồ thị động năng và vận tốc của đầu đạn súng K54 theo thời gian va

chạm với KEGPY .................................................................................. 101

Hình 3.53. Mô phỏng khả năng chống đạn súng của CEGPY ........................ 102

Hình . Đồ thị động năng a và vận tốc của đầu đạn súng K54 (b) theo thời gian

va chạm với CEGPY.............................................................................. 102

Hình . . Mô phỏng khả năng chống đạn súng của tấm CKEGPY .............. 103

Hình . 6. Đồ thị vận tốc và năng lượng của đầu đạn súng th o thời gian va

chạm với CKEGPY ............................................................................... 104

Hình 3.57. Mô phỏng khả năng chống đạn súng của KEGPY ..................... 106

Hình . . Đồ thị động năng và vận tốc của đầu đạn súng AK47 theo thời gian va

chạm với KEGPY .................................................................................. 106

Hình 3.59. Quá trình va chạm của đầu đạn súng AK47 vào tấm chống đạn

CKEGPY ............................................................................................... 107

Hình 3.60. Đồ thị năng lượng và vận tốc đầu đạn súng theo thời gian va

chạm với tấm CKEGPY ........................................................................ 108

Hình 3.61. Tấm chống đạn compozit Kevlar/epoxy (a), CEGPY (b), CKEGPY (c) .... 109

Hình 3.62. Thử nghiệm thực tế khả năng chống đạn .............................................. 110

Hình 3.63. Kết quả bắn thử nghiệm compozit vải Kevlar/epoxy với đạn súng K54 ...... 112

Hình 3.64. Kết quả bắn thử nghiệm compozit vải Kevlar/epoxy với đạn súng AK47 .. 114

Hình 3.65. Tổn hao hấp thụ và phản xạ của mẫu vật liệu CKEGPY CK1 ............. 115

Hình 3.66. Tổn hao hấp thụ và phản xạ của mẫu CKEGPY CK2 .......................... 116

DANH M C CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CDES Clo-dietylsunfit

CEGPY Nanocompozit vải sợi cacbon/epoxy/graphen-polypyrol

CKEGPY Nanocompozit tổ hợp vải sợi cacbon/Kevlar/epoxy/graphen-Ppy

CVD Lắng đọng hóa học từ pha hơi

DBSA Dodecyl benzen sunfonic axit

DDM Diamin diphenyl metan

DDS Diamino diphenyl sunfua

DMF Dimetylfocmamit

EM Sóng điện từ

GPY Nanocompozit graphen/polypyrol

ICP Polyme dẫn

KEGPY Nanocompozit vải sợi Kevlar/epoxy/graphen-polypyrol

MEK Metyl etyl keton

MWCNT Ống nano cacbon đa tường

NMP 1-Methyl-2-pyrolidinon

PANi Polyanilin

PBO poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol)

PKL Phần khối lượng

PPy Polypyrol

PTHH Phần tử hữu hạn

SWCNT Ống nano cacbon đơn tường

UHMWPE Polyetylen khối lượng phân tử siêu cao

1

M Đ

Lịch sử phát triển của vũ khí luôn kèm th o sự phát triển của hệ vật liệu giáp

nhằm đảm bảo an toàn cho phương tiện và con người khi chiến đấu. Hiện nay, nhu

cầu trang bị giáp có khả năng chống đạn cao, bền, nhẹ, ngụy trang tốt, sử dụng

thuận tiện ứng dụng trong quốc phòng và bảo vệ an ninh quốc gia là rất cần thiết.

Compozit chống đạn trên cơ sở vải sợi polyetylen khối lượng phân tử siêu cao

(UHMWPE), aramit, sợi cacbon có khả năng chống đạn tốt, được sử dụng phổ biến

trong các lực lượng uân đội, công an, trang bị cho cá nhân và làm giáp chống đạn

bao bọc các phương tiện chiến đấu. Cho đến nay, việc phát triển vật liệu

nanocompozit trên cơ sở sợi siêu bền gia cường các vật liệu nano nhằm tăng độ bền,

giảm trọng lượng và tạo ra sản phẩm chống đạn cấp cao hơn đang được nghiên cứu

và bắt đầu đưa vào sản xuất thử nghiệm.

Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng chế tạo được giáp chống lại các vũ khí

sát thương có sức công phá lớn như đạn pháo, tên lửa... o đó, các phương pháp

ngụy trang luôn được quan tâm nhằm đảm bảo cho con người và phương tiện, khí

tài chiến đấu không bị phát hiện bằng mắt, ra đa, hồng ngoại, siêu âm.... trên chiến

trường, nhất là trong các yêu cầu tác chiến bí mật, bất ngờ. Việc phát triển vật liệu

hấp thụ sóng điện từ trên cơ sở vật liệu điện môi bao phủ lên các phương tiện, khí

tài để tránh bị phát hiện bởi ra đa, để nâng cao hiệu quả, khả năng sống sót và tác

chiến bất ngờ khi chiến đấu là rất cần thiết.

Thực tế, với compozit chống đạn có cấp độ càng cao thì số lớp và độ dầy

càng lớn, đồng thời khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu cũng tăng th o độ

dầy và độ dẫn điện của các hạt nano gia cường, cho thấy tiềm năng kết hợp hai tính

chất này trong một hệ compozit duy nhất ưu việt hơn. Luận án lựa chọn chế tạo vật

liệu nanocompozit hấp thụ sóng điện từ có khả năng chống đạn trên cơ sở vải sợi độ

bền cao, nền polyme nhiệt rắn, gia cường vật liệu nano: đầu tiên là chế tạo vật liệu

gia cường ẫn điện trên cơ sở ống nanocacbon đa tường (MWCNT) và graphen với

polyme dẫn nhằm tạo ra nanocompozit có độ dẫn tốt, sau đó sử dụng vật liệu này

2

gia cường cho compozit chống đạn tạo thành vật liệu nanocompozit mới chống đạn

tốt hơn và có khả năng hấp thụ sóng điện từ.

Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, luận án “

nanocompozit và đặt ra mục tiêu chế

tạo thành công hệ vật liệu nanocompozit có khả năng chống đạn tốt, hấp thụ sóng

điện từ tối ưu trên cơ sở vật liệu nanocompozit, polyme dẫn và vải sợi có độ bền

cao nhằm ứng dụng có hiệu quả trong ngành kỹ thuật cao phục vụ an ninh quốc

phòng.

Nội dung cần nghiên cứu của luận án:

- Chế tạo nanocompozit trên cơ sở nanocompozit của graph n và MWCNT với

polym ẫn như PANi, Polypyrol và lựa chọn hệ vật liệu có khả năng hấp

thụ sóng điện từ tốt nhất.

- Tối ưu điều kiện công nghệ chế tạo vật liệu chống đạn trên cơ sở vải sợi

vlar và vải sợi cacbon nền nhựa poxy gia cường vật liệu nanocompozit.

- Tính toán đưa ra kết cấu chống đạn tối ưu trên cơ sở mô phỏng số và bắn thử

nghiệm thực tế, khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu chế tạo

được.

Đóng góp của luận án:

Chế tạo thành công các hệ vật liệu nanocompozit MWCNT PPy, graphen/

PPy, MWCNT/PANi, graphen/P Ni và khảo sát độ dẫn, khả năng hấp thụ

sóng điện từ, hình thái học, phân tích nhiệt ... của vật liệu thu được.

Đã chế tạo được các hệ vật liệu chống đạn trên cơ sở nanocompozit vải sợi

cacbon poxy graph n-PPy và nanocompozit vải sợi vlar poxy graph n-

PPy, sử ụng hệ nhựa đóng rắn nóng poxy pikot 1 M ở t lệ 100 22

P L với cùng chế độ công nghệ tối ưu.

hảo sát khả năng chống đạn của các nanocompozit vải sợi đối với đạn súng

, đạn súng bằng phương pháp mô phỏng số sử ụng phần mềm

auto yn nsys 12 và bắn thử nghiệm thực tế từ đó lựa chọn được kết cấu

chống đạn tối ưu.

3

hảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của các nanocompozit vải vlar

epoxy/graphen-PPy, vải cacbon poxy graph n-PPy và vải cacbon/Kevlar/

epoxy/graphen-PPy từ đó đưa ra hệ vật liệu có khả năng hấp thụ sóng điện từ

hiệu quả.

Chế tạo được vật liệu nanocompozit tổ hợp vải sợi cacbon vlar poxy

graph n-PPy có khả năng hấp thụ sóng điện từ và chống đạn tốt đối với súng

, . ết uả của luận án mở ra hướng nghiên cứu vật liệu mới ứng

ụng trong chế tạo giáp chống đạn bền hơn, nhẹ hơn đồng thời có khả năng

ngụy trang hiệu uả cho các phương tiện cá nhân, khí tài uân sự, tránh bị

phát hiện bởi ra đa băng X nhằm nâng cao hiệu quả tác chiến khi chiến đấu,

phục vụ thiết thực cho công tác đảm bảo an ninh quốc phòng.

4

C ƯƠN 1. TỔNG QUAN

1.1. Vật liệu nanocompozit

Vật liệu compozit là vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo

nên vật liệu mới có tính năng vượt trội so với các vật liệu ban đầu. Nhìn chung, vật

liệu compozit 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 matrix , thường làm nhiệm vụ liên kết

các pha gián đoạn lại. Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu gia cường

r inforc m nt được trộn vào pha nền để làm tăng tính chất cơ học, độ kết dính,

khả năng chống mòn, chống xước ... của vật liệu [1, 2].

Vật liệu nanocompozit là compozit với vật liệu gia cường có kích thước

nanomet. Tính chất đặc biệt của loại vật liệu này là sự kết hợp thành công các tính

chất riêng nổi trội của mỗi vật liệu riêng rẽ trong hiệu ứng kích thước lượng tử. Khi

phân tán đều vật liệu nano trong vật liệu nền, chúng sẽ tạo ra diện tích tương tác

khổng lồ giữa các tiểu phân nano với vật liệu nền cho hiệu ứng bề mặt lớn (diện tích

này có thể đạt đến 700 m2/g trong trường hợp chất gia cường là nanoclay). hi đó

khoảng cách giữa các phân tử nano sẽ tương đương với kích thước của chúng và tạo

ra những tương tác hoàn toàn khác các bột độn gia cường kích thước micromet

truyền thống. Khi trộn trong polyme, vật liệu nano cho các tính chất đặc biệt khác

với khi trộn các hạt thông thường, nó làm tăng độ bền ứng suất nhưng vẫn duy trì

được độ dẻo. Điều này có được là do hạt độn nano làm giảm đáng kể các khuyết tật

trong vật liệu so với hạt độn thông thường [1, 2].

Có thể chia vật liệu nano thành 3 loại tùy thuộc vào số chiều có kích thước

nằm trong khoảng nanomet của chúng:

+ Loại 1: Vật liệu có kích thước nanomet ở cả ba chiều (mỗi chiều nhỏ hơn

100 nm) trong không gian bao gồm các hạt nano (SiO2, u, g và Zn … , full r n

(C60, phân tử hình cầu có đường kính khoảng 1 nm, gồm 60 nguyên tử cacbon sắp

xếp thành 20 hình lục giác và 12 hình ngũ giác, th o hình ạng của một quả bóng),

hoặc dendrimer (phân tử polyme hình cầu được hình thành thông qua quá trình tự

5

lắp ráp cỡ nano), chấm lượng tử (hạt bán dẫn kích cỡ nano xuất hiện hiệu ứng lượng

tử …

+ Loại 2: Vật liệu có kích thước nanomet ở hai chiều trong không gian và

chiều còn lại lớn hơn, ví dụ như ống nanocacbon, ống nano vô cơ MoS2, TiO2… ,

sợi nano, các polyme sinh học…

+ Loại 3: Vật liệu ch có một chiều mang kích thước nanomet, hai chiều còn

lại lớn hơn, ví dụ như các màng mỏng, lớp, graph n, nanoclay… Hình dạng của

chúng ở dạng những lớp mỏng xếp chồng lên nhau hoặc tách hẳn ra thành từng lớp

phân bố trong vật liệu nền [3].

Vật liệu polyme nanocompozit

Vật liệu polyme compozit và vật liệu polyme nanocompozit (PNC) là sự kết

hợp của hai hay nhiều cấu tử khác nhau với thành phần chính là nền polyme và vật

liệu gia cường ở dạng hạt, dạng sợi hoặc dạng lớp, ngoài ra còn có chất đóng rắn,

hoá dẻo, chất độn và chất mầu nếu cần.

- Pha nền polyme là chất kết dính (pha liên tục) có nhiệm vụ bao bọc, liên kết

và chuyển ứng suất tập trung cho vật liệu gia cường. Nền polyme tốt phải đáp ứng

các yêu cầu sau:

+ Có khả năng thấm ướt tốt hoặc tạo được liên kết hoá học với vật liệu gia

cường.

+ Có khả năng biến dạng để làm giảm ứng suất nội xảy ra do sự co ngót khi thay

đổi nhiệt độ.

+ Thích hợp với các phương pháp chế tạo thông thường.

+ Bền với môi trường ở các điều kiện sử dụng, có chứa nhóm phân cực hoạt

động.

Trong thực tế, để lựa chọn vật liệu nền tối ưu, cần phải dung hoà các yếu tố

về độ bền, khả năng chế tạo và các tính chất khác.

Polym nền có thể là nhựa nhiệt rắn hoặc nhựa nhiệt dẻo:

+ Nhựa nhiệt ẻo: P , PP, P , PS, BS, PVC… thường được chế tạo ở trạng

thái nóng chảy.

6

+ Nhựa nhiệt rắn: polyur tan, epoxy, polyeste không no... thường có thể tiến

hành chế tạo bằng tay ở điều kiện thường.

- P a a ường được trộn vào nền polym , đóng vai trò chịu ứng suất tập

trung, làm tăng độ bền của vật liệu. Cấu trúc ban đầu của cốt, hàm lượng cốt, hình

dạng kích thước cốt, tương tác giữa cốt tăng cường và nhựa nền, độ bền mối liên kết

giữa chúng ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu và quyết định khả năng chế tạo của

vật liệu.

Polyme compozit là vật liệu quan trọng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực,

từ lĩnh vực yêu cầu cao như máy bay, tầu vũ trụ đến những ứng dụng thông thường

trong cuộc sống hàng ngày. Trong những năm gần đây, những tính chất tối ưu của

vật liệu compozit sử dụng chất gia cường với kích thước micro đã đạt đến mức tới

hạn do tính chất chung của compozit luôn là sự hài hoà của các tính chất riêng biệt.

Thêm vào đó những khuyết tật kích thước micro luôn tồn tại do chất độn chiếm

phần thể tích rất lớn trong vật liệu dẫn đến làm giảm tính chất của compozit [1].

Độ bền liên kết giữa nền polyme và chất gia cường có ảnh hưởng đến hiệu

quả truyền lực qua vùng phân chia pha. Sự tương tác pha ảnh hưởng đến độ bền liên

kết giữa các cấu tử, o đó ảnh hưởng đến các tính chất đặc trưng của vật liệu. Vì

vậy điều khiển quá trình này là một khâu quan trọng trong việc hình thành các tính

chất vượt trội của vật liệu polyme nanocompozit. Chất gia cường kích cỡ nano

thường được xử lý bề mặt trước khi sử ụng, ví ụ như phủ chất liên kết lên bề mặt

chất gia cường để tạo một lớp chuyển tiếp giữa chúng và nền polym hoặc biến tính

chất gia cường bằng các chất chứa nhóm chức có khả năng phản ứng với polym và

các nhóm hoạt động trên bề mặt chất gia cường để tạo khả năng tương hợp tốt hơn

với nền polym .

Vật liệu nanocompozit có diện tích mặt phân cách lớn làm cho nó có tính

chất khác so với polym ban đầu. Để hiểu được các ảnh hưởng của chất gia cường

thang độ nano lên đặc tính polyme, cần nghiên cứu khu vực mặt phân cách này [3].

Mặt phân cách là khu vực polyme bao quanh hạt nano, có cấu trúc dạng chuỗi, làm

thay đổi độ linh động của pha nền. Bên cạnh sự thay đổi về độ linh động, các dạng

7

chuỗi của polym cũng có thể bị biến dạng kiểu dáng hay mức độ kết tinh. Chất gia

cường nano làm thay đổi tốc độ kết tinh, làm gia tăng sự hình thành pha tinh thể và

làm ổn định pha phát triển thêm. Sự thay đổi về hoá học có thể xảy ra ở khu vực

mặt phân cách, điển hình là sự hấp thụ ưu tiên tác nhân phản ứng trên chất gia

cường nano, làm khu vực xung quanh hạt nano trở thành trung tâm phản ứng, o đó

nó được bao bọc bởi một lớp polyme liên kết ngang hoá học với nhau, có mật độ

liên kết lớn hơn so với vùng xa mặt phân cách. Hiện tượng này được quan sát thấy

trong nanocompozit của poxy gia cường nano TiO2 [4].

Một trong những hạn chế trong chế tạo nanocompozit là sự phân tán chất gia

cường. Nếu không phân tán và phân bố chất gia cường tốt thì diện tích bề mặt bị thu

hẹp, và sinh ra các khối kết tụ có thể trở thành khuyết tật trong pha nền, làm hạn chế

các tính chất của vật liệu.

1.1.1. Các phương pháp chế tạo nanocompozit

1.1.1.1. Trộ ảy

Các polyme nhiệt dẻo bị nóng chảy và chuyển sang trạng thái chảy mềm ở

nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của nó. Phương pháp trộn nóng chảy là một kỹ

thuật rất có giá trị để chế tạo nanocompozit và được dùng phổ biến cho các nhựa

nhiệt dẻo. Phương pháp này không sử dụng dung môi nên thuận tiện hơn nhiều trong

quá trình chế tạo (không phải tách, xử lý và thu hồi dung môi). Quá trình trộn nóng

chảy có thể thực hiện trên máy trộn kín hoặc hệ thống máy p đùn.

Whiney và cộng sự [5] nghiên cứu trộn nóng chảy SWCNT với nền PMMA.

Hỗn hợp thu được đ m đúc vào khuôn T flon và sấy khô. Màng tạo thành được đập

vỡ thành nhiều phần nhỏ và p nóng để tạo ra một màng mới. Sau đó lại được chia

nhỏ và p nóng, uá trình được lặp đi lặp lại khoảng 25 lần. Các tác giả quan sát

thấy sự phân tán của SWCNT được cải thiện sau mỗi quá trình. Màng

nanocompozit cuối cùng được p đùn ua một máy kéo sợi nóng chảy có đường

kính lỗ 600 μm để tạo sợi. Do sự sắp xếp của các ống dọc theo trục sợi, mo ul đàn

hồi và độ bền kéo của sợi tổng hợp tăng th o t lệ ống nano, với hàm lượng 8 %

SWCNT, độ bền kéo của vật liệu tạo thành tăng 0 % và mo ul đàn hồi tăng 100 %.

8

Goh và cộng sự [6] sử dụng một cách khác để phối trộn nóng chảy MWCNT

với PMMA ở tốc độ 120 vòng/phút (nhiệt độ trộn 200oC) và hỗn hợp này được nén

bằng máy ép thủy lực ưới áp suất cao, ở nhiệt độ 210oC để tạo màng

nanocompozit. Potschke và cộng sự [7] chế tạo nanocompozit MWCNT/

polycacbonat bằng cách ép nóng chảy và n n p trong khuôn. Đo lưu biến của

compozit ở 260oC cho thấy sự tăng đáng kể độ nhớt khi tăng hàm lượng MWCNT,

đặc biệt là với hàm lượng MWCNT trên 2 %.

1.1.1.2. Trộ ịch

Một số hạn chế của trộn nóng chảy có thể được khắc phục nếu cả polyme và

hạt nano được phân tán đều trong dung dịch. Điều này cho phép biến tính bề mặt

hạt mà không phải sấy, giảm sự kết tụ hạt. Hệ nano polym sau đó có thể được đúc

thành thể rắn, hoặc thành dạng hạt nano/polyme bằng cách sử dụng phương pháp

bay hơi ung ịch hay kết tủa [1, 3].

1.1.1.3. Trùng h p tại chỗ

Có rất nhiều loại nanocompozit được xử lý và chế tạo bằng phương pháp

trùng hợp tại chỗ. Trong phương pháp này, các hạt nano được phân tán trong

monome hoặc dung dịch chứa monome, sau đó trùng hợp monom và thu được

nanocompozit chứa lớp polyme bao phủ lên bề mặt hạt nano. Điều then chốt để

trùng hợp tại chỗ là phân tán thích hợp hạt nano trong monom . Điều này đòi hỏi

phải biến tính và hoạt hoá bề mặt hạt. Mặc dù hạt nano phân tán trong chất lỏng dễ

hơn phân tán trong ạng nóng chảy nhưng uá trình lắng cũng xảy ra nhanh hơn, o

đó cần sử dụng các chất hoạt động bề mặt để ổn định huyền phù [3, 8].

1.1.1.4. Phủ lõi – võ (core-shell)

Nghiên cứu [9] cho thấy lớp phủ core-shell đã làm tăng tính tương hợp và

cường độ tương tác của polyme với chất nền. Lớp phủ này hấp phụ hoặc tạo được

liên kết hóa học với bề mặt hạt. Sau khi phủ, các hạt có thể phân tán dễ dàng trong

chất nền hoặc dung môi để chế tạo nanocompozit. Phương pháp này không ch tạo

được lớp như đơn lớp mà còn có thể chế tạo được lớp phủ đa lớp vô cơ hoặc hữu cơ.

9

Phương pháp cor -shell tạo lớp phủ polyme lên các hạt vô cơ và hữu cơ bằng

phương pháp trùng hợp. Quá trình này xảy ra th o hai bước: hấp phụ monome lên

bề mặt hạt và phản ứng trùng hợp polyme. Phương pháp sử dụng phổ biến là

monom được hấp phụ, sau đó trùng hợp bằng khơi mào hóa học hoặc chiếu xạ tạo

thành lớp phủ polyme lên bề mặt hạt. Nghiên cứu [10] đã đưa ra phương pháp biến

tính hạt nano silica trong monome styren bằng cách chiếu xạ để khơi mào phản ứng

trùng hợp quang hóa trên bề mặt hạt, làm cho bề mặt hạt trở nên kỵ nước hơn, dễ

pha trộn với polypropylen và giúp các hạt nano phân bố đều hơn trong nhựa nền,

tăng tính dẻo của nanocompozit. Trong một số trường hợp, polyme không ghép trực

tiếp lên bề mặt hạt nhưng có tương tác mạnh với bề mặt hạt bằng các liên kết hydro.

Ví dụ như các axit cacboxylic bị nhôm hấp phụ mạnh, nếu axit này chứa gốc trùng

hợp được thì sau khi hấp phụ có thể tiến hành trùng hợp và phát triển phân tử

polyme gắn lên bề mặt hạt [11,12, 13].

Hì 1.1. Sơ đồ tổng h p chất lai polyme-hạt nano[10]

Một phương pháp khác để chế tạo nanocompozit có mạng lưới hạt nano trật

tự là ghép chất khơi mào lên bề mặt hạt nano sau đó trùng hợp polym đã gắn trên

bề mặt. Hình 1.1 là ví dụ áp dụng của phương pháp này đối với các hạt silica có

polystyren ghép trật tự trong chất nền. Quá trình này thích hợp với lớp phủ

copolyme khối và thậm chí là copolyme triblock [14, 15].

1.1.2. Chế tạo nanocompozit trên cơ sở polyme dẫn

a) Polyme dẫn là chất gia cường

Polyme dẫn có độ dẫn tôt, tính chất điện môi cao, có khả năng tương thích

tốt với nhiều nền polym cách điện khác nhau, nên có thể sử dụng làm vật liệu để

chế tạo compozit. Hình 1.2 trình bày các bước chế tạo vật liệu nanocompozit bằng

10

cách xử lý trong dung dịch hoặc trộn hợp trong pha nóng chảy [16]. Trong quá trình

chế tạo, cả polyme dẫn thuần (ICP) và nền polyme được hòa tan/phân tán trong

dung môi và khuấy, trộn, rung siêu âm nhằm đạt được sự pha trộn đồng đều nhất,

cuối cùng là ép (tạo hình) và sấy khô hoặc đóng rắn. Quá trình trộn hợp nóng chảy

liên uan đến việc pha trộn chất gia cường với nền polyme nóng chảy, tiếp theo là

tạo hình và làm mát hay đóng rắn. Trong một số trường hợp nhựa nhiệt rắn, ICP

được trộn lẫn với tiền chất polyme bằng kỹ thuật hòa trộn dung dịch và khâu mạch

tạo liên kết bằng chất đóng rắn có thể được kết hợp với quá trình gia nhiệt, áp suất

[17, 18].

Hình 1.2. Chế tạo nanocompozit nề olyme ia ường polyme dẫn bằ ươ

pháp dung dịch và nóng chảy [17]

b) Polyme dẫn là polyme nền

Ưu điểm của việc sử dụng polyme dẫn như là polyme nền trong

nanocompozit là sự kết hợp các chất gia cường linh hoạt, tương tác tốt với các chất

gia cường và cho khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt. Sự kết hợp của chất dẫn điện

khác nhau, của các hạt nano từ tính trong điện môi với nền polyme dẫn… Có thể đạt

được bằng quá trình trộn vật lý “ x-situ” hoặc bằng trùng hợp tại chỗ [18]. Quá

trình trộn vật lý “ x-situ” thường phân tán chất độn k m và khuynh hướng tích tụ

của chúng vẫn xảy ra, kết quả là cho các sản phẩm có thuộc tính điện và từ không

đồng đều. Ngược lại, các tính chất điện của nanocompozit được kiểm soát chặt chẽ

Nano compozit trên cơ sở polyme ẫn

Đổ khuôn, sấy khô/ đóng rắn

Dung môi

(siêu âm, khuấy)

Polyme ẫn

Polyme nền

Định hình: làm

nguội/đóng rắn

Hỗn hợp nóng chảy

Hỗn hợp nóng chảy polyme nền/polyme

ẫn

Polyme nền

Polyme ẫn

11

bằng trùng hợp tại chỗ trong đó tập trung kiểm soát các điều kiện phản ứng của

dung dịch chứa chất kích thích và chất gia cường [19]. Xét một phản ứng điển hình

gồm monom , chất gia cường và chất pha tạp (doping) (hoặc xúc tác) cho vào một

bình phản ứng được thiết kế phù hợp để có thể uy trì điều kiện nhiệt độ xác định

(T), áp suất (P) và tốc độ khuấy. Trước khi trùng hợp, monom thường được hấp

phụ lên các hạt gia cường nano và quá trình trùng hợp xảy ra khi thêm một lượng

chất khơi mào hoặc oxy hóa sau đó tiến hành phản ứng đến khi hoàn thành, thu

được nanocompozit nền polyme dẫn như trình bày tại hình 1.3.

Hình 1.3. Chế tạo nanocompozit nền polyme dẫn bằ ươ á trùng h p

tại chỗ [17]

1.1.3. Tính chất điện của nanocompozit trên cơ sở polyme dẫn

Từ cơ chế hấp thụ sóng điện từ cho thấy vật liệu cần có các hạt mang điện tự

do (electron/lỗ trống) để có thể tương tác với các trường điện từ tới. điều kiện

thường, các polyme liên hợp hữu cơ là chất cách điện nếu chưa được kích thích, ví

dụ độ dẫn điện σdc) ở nhiệt độ phòng của PANi là ~10-9

S/cm. Tuy nhiên, khi

chúng được “ oping” dẫn đến hình thành các hạt mang điện, tăng cường tính dẫn

điện. Tức là hình thành các polarons/bipolarons có thể di chuyển ưới ảnh hưởng

của điện thế bên ngoài hoặc điện trường tạo ra bởi các ion trái dấu phân bố dọc theo

chuỗi [20, 21].

Nanocompozit trên cơ sở polym ẫn

Phản ứng trùng hợp

Monome

Chất độn

Xúc tác

Chất oping

12

Hình 1.4. Quá trình kích thích bằng axit của polyanilin

Vì vậy, khi hàm lượng chất kích thích tăng, nồng độ và tính linh động của

các hạt mang điện tăng, dẫn đến tăng độ dẫn điện. Các hạt ICP khi gia cường trong

nền polym cách điện làm hình thành độ dẫn điện trong compozit. hi tăng hàm

lượng CP đến một giới hạn nhất định, hạt ICP hình thành một mạng lưới dẫn điện

liên tục trong nền chủ, tạo thành độ dẫn của nanocompozit, hàm lượng đó gọi là

ngưỡng điện thẩm của nanocompozit. Đo độ ẫn biểu diễn phù hợp với quy luật

hàm mũ [22]:

(1)

Trong đó, σ là độ dẫn điện của compozit, σo là độ dẫn đặc trưng, υ là t trọng

thể tích của chất độn, υc là t trọng thể tích ở ngưỡng điện thẩm và t là hệ số mũ.

Biểu diễn đồ thị log σ th o log υ-υc) tạo thành một đường thẳng th o phương

trình trên. Theo quy luật suy rộng thông số, υc và t có thể thu được sau đó bằng cách

phân tích đường trung bình đồ thị logarit đó.

Sự hình thành của mạng lưới như vậy tại ngưỡng điện thẩm phụ thuộc vào

bản chất của CP, độ dẫn nội tại, hình dạng hạt, hình thái, t lệ, nồng độ, độ phân tán

và mức độ phù hợp với nền. Tuy nhiên, tại ngưỡng điện thẩm, độ dẫn σp) vẫn thấp.

Để cho khả năng hấp thụ chấp nhận được cần tăng nồng độ hạt gia cường lên cao

13

[20]. hi CP được kết hợp với các chất gia cường dẫn điện khác như MWCNT ,

nó làm giảm đáng kể ngưỡng điện thẩm, tăng độ dẫn và hiệu quả hấp thụ tốt hơn so

với ch sử dụng ICP [22, 23].

1.1.4. Vật liệu nanocompozit CNT/polyme

MWCNT được coi như sợi cacbon cơ bản với độ bền cơ học tốt, độ bền kéo

đứt cao 200 GPa , mô đun đàn hồi cao (1 TPa), o đó có nhiều nghiên cứu sử dụng

MWCNT làm chất gia cường cho polyme [24]. Khi MWCNT có liên kết cộng hóa

trị với chuỗi polyme, tính chất cơ học vật liệu cao hơn o nó làm tăng cả sự phân

tán MWCNT và sự truyền ứng suất đến nền. Theo [25] khi trộn MWCNT chưa biến

tính với PVA cho thấy tính chất cơ học tăng đáng kể. Điều này là do các vách

MWCNT đóng vai trò làm trung tâm cho sự kết tinh của polym , o đó ẫn đến tạo

ra vật liệu có độ bền cao hơn.

Khả năng phân tán MWCNT trong polym là một trong những thông số quan

trọng để điều ch nh tính chất nanocompozit [26]. Nếu MWCNT tồn tại ưới dạng

bó hoặc bị kết tụ tạo nên các vị trí khuyết tật và hạn chế khả năng truyền tải lực

trong pha nền, vị trí này dễ bị phá hu trước tiên khi chịu tác động của lực.

Có thể tăng độ phân tán bằng cách biến tính MWCNT như chức hoá đầu ống

bằng amin hữu cơ mạch dài hoặc chức hoá thành ống bằng muối fluorin alkan. Tuy

nhiên, việc sử dụng chất hoạt tính bề mặt làm cho compozit có tạp chất. Chức hoá

đầu CNT hạn chế sự kiểm soát liên kết với chất nền, và phản ứng ở thành ống có thể

ảnh hưởng đến tính chất cơ học [27, 28]. Dung môi phân tán trực tiếp MWCNT

được biết là NMP, DMF, hexametyl phosphor amit, cyclopentan, tetrametylen

sulfoxit và -caprolacton [29]. Ngoài ra, nghiên cứu trên cũng cho thấy MWCNT

cũng được phân tán trực tiếp trong polyacrylat uretan lỏng, monome

metylmetaacrylat và nhựa poxy, sau đó tiến hành phản ứng trùng hợp để tạo thành

các nanocompozit [6, 26].

Đáng chú ý trong chế tạo sợi cacbon macro, MWCNT được gia cường vào

chất nền làm cho tính chất của vật liệu được cải thiện đáng kể, giảm nhiệt độ nhiệt

14

phân, tăng khả năng tản nhiệt và không làm tăng nhiệt cục bộ [30-32]. Các kết quả

nghiên cứu cũng cho thấy sợi micro CNT/polyme compozit sản xuất bằng kỹ thuật

quay/kéo sợi nóng chảy tăng cường tính chất cơ học so với sợi polyme không chứa

MWCNT ban đầu [33].

1.1.5. Vật liệu nanocompozit graphen/polyme

Lee và cộng sự đo tính chất đàn hồi và độ bền phá hủy nội tại của graphen tự

do bằng đầu AFM [34]. Kết quả cho thấy, những tấm graph n đơn lớp có tính chất

cơ học tốt như mô đun đàn hồi lớn (~1 TPa , độ bền kéo rất cao (~130 GPa và độ

bền phá hủy 42 N.m-1. o đó, có thể nghiên cứu sử dụng graphen làm chất gia

cường cho polyme compozit. Các nghiên cứu của Ramanathan và cộng sự cho thấy

khi thêm 1% graphen vào PMMA sẽ làm tăng 0% mođun đàn hồi và 20% độ bền

k o đứt [35]. So sánh cho thấy trong số tất cả các vật liệu nano dạng lớp được

nghiên cứu thì graph n đơn lớp chức hóa cho kết quả tốt nhất, có thể là do bề mặt

của nó có kích thước nano nhám tạo liên kết được với các chuỗi polyme. Tấm

graphen chức hóa có chứa nhóm hydroxyl trên bề mặt tạo liên kết hydro với nhóm

cacbonyl của PMM o đó tương tác mạnh mẽ hơn với PMMA. Hiệu ứng tăng

cường tương tác với nền polyme giúp chuyển tải lực tốt hơn giữa nền và sợi dẫn đến

nâng cao cơ tính. ết quả cho thấy, ch cần thêm 0,6% graphen vào poly vinyl

alcohol (PVA) thì mô đun đàn hồi tăng % và độ cứng tăng % [36]. Rafiee và

cộng sự [37] so sánh tính chất cơ học của compozit epoxy 0,1% graphen với 0,1%

CNT thấy rằng, compozit graph n tăng mô đun đàn hồi 1% , độ bền kéo (40%),

độ bền đứt gãy (53%) so với compozit poxy CNT. Độ bền mỏi của vật liệu

compozit epoxy/CNT suy giảm đáng kể khi cường độ ứng suất gia tăng; ngược lại,

nanocompozit poxy graph n có độ bền mỏi tăng lên. ạng hình học lớp phẳng và

bề mặt có nhiều nếp gấp của graphen giúp bám dính tốt hơn với nền, từ đó làm tăng

tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit.

Compozit epoxy graph n được chế tạo bằng cách trùng hợp tại chỗ và được

nghiên cứu khả năng hấp thụ sóng điện từ. Trên toàn bộ dải tần số, hiệu quả hấp thụ

tăng khi tăng hàm lượng hạt gia cường graph n. Như vậy compozit epoxy/graphen

15

có thể được sử dụng trong các ứng dụng hấp thụ bức xạ điện từ. Liang và cộng sự

điều chế compozit polydiaxetylen (PDA)/graphen bằng phương pháp chế tạo trong

dung dịch [38], compozit này có độ dẫn tốt, tốc độ đáp ứng nhanh và tần số cộng

hưởng cao. Nhựa poxy có độ dẫn nhiệt rất k m nhưng khi được gia cường graphen

oxit cho thấy sự cải thiện tốt hơn, với hàm lượng GO 5% làm tăng độ dẫn nhiệt lên

4 lần so với nhựa poxy ban đầu.

Liu và cộng sự [39] chế tạo nanocompozit graph n oxit G gia cường cho

nhựa epoxy bằng cách chuyển GO từ ưa nước sang ưa ax ton. hi sử dụng 1% GO,

nó làm tăng độ bền uốn, mô đun uốn, độ bền va đập và mô đun ự trữ. Pang và

cộng sự [40] nghiên cứu chế tạo compozit graphen với polyetylen trọng lượng phân

tử siêu cao (UHMWPE) cho thấy khả năng dẫn điện và xác định cấu trúc điện thẩm

của chúng. Pan và cộng sự [41] chế tạo lớp phủ polyamit/graphen bằng phương

pháp phun phủ, kết quả cho thấy khả năng chịu mài mòn của lớp phủ compozit cao

hơn polyamit ban đầu.

1.2. Vật liệu hấp thụ sóng điện từ

1.2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán

Sóng điện từ bao gồm hai thành phần điện trường và từ trường ao động theo

phương vuông góc với nhau. Để làm triệt tiêu năng lượng của sóng điện từ có hai

hướng là triệt tiêu từ trường hoặc triệt tiêu điện trường. Vật liệu tổn hao điện là vật

liệu có hằng số điện môi lớn như polym ẫn, các chất điện ly rắn, hay compozit

của hạt dẫn điện với polyme hữu cơ.... Vật liệu tổn hao từ là vật liệu có độ từ thẩm

lớn như bột sắt từ, hợp kim của sắt, phức từ tính...[42, 43, 44].

Khả năng hấp thụ tổng của vật liệu hay là hiệu quả che chắn (schielding

effective) SE của nó được tính bằng tổng tổn hao phản hồi và tổn hao hấp thụ theo

công thức:

(2)

SET: Tổn hao hấp thụ tổng

16

SER: Tổn hao phản xạ

SEA: Tổn hao hấp thụ

Hiệu quả che chắn SE của vật liệu còn phụ thuộc vào độ dày d, tính chất điện

như hằng số điện môi ( , độ từ thẩm () của vật liệu và tần số làm việc (f) của sóng

ra đa [28].

Hì 1.5. Sơ đồ nguyên lý hấp thụ s điện từ [17]

Tổn hao phản xạ:

(3)

Trong đó: σT là độ dẫn tổng, f là tần số Hz , μr độ từ thẩm của vật liệu, εo là

hằng số điện môi của không khí.

Tổn hao hấp thụ:

( 4)

Trong đó: t là độ dầy vật liệu (cm) và f là tần số H rtz . σT là độ dẫn tổng

của vật liệu, μr là độ từ thẩm của vật liệu .

Tổn hao phản xạ (SER) và hấp thụ (SEA tăng tương ứng th o xu hướng tăng

hằng số điện môi và độ từ thẩm. Tuy nhiên, SEA chịu ảnh hưởng lớn với đặc tính

điện từ hơn S R. Hai thông số quan trọng nhất quyết định độ lớn tương đối của SER

và SEA là độ dẫn th o sóng điện từ σT và độ dày lớp phủ δ .

17

Từ lý thuyết hấp thụ luận án rút ra kết luận vật liệu hấp thụ sóng điện từ tốt

cần độ dầy lớn, độ dẫn cao, độ từ thẩm lớn.

1.2. . Cấ tr c ật iệ hấp thụ sóng điện từ

1.2.2.1. Lớp hấp thụ Dallenbach

Một lớp Dallenbach là một lớp hấp thụ đồng nhất đặt trên một mặt dẫn điện.

Độ dày của lớp, hằng số điện môi và độ từ thẩm được điều ch nh để phản xạ được

giảm thiểu cho một bước sóng mong muốn. Nguyên lý của lớp Dallenbach là triệt

tiêu qua hiện tượng giao thoa của sóng phản xạ từ bề mặt phân cách đầu tiên và thứ

hai, giảm sóng phản xạ tối thiểu, trở kháng hiệu quả của lớp phải bằng trở kháng

của môi trường lan truyền [45].

Hình 1.6. Lớp hấp thụ Dallenbach

Thực tế có thể sử dụng nhiều lớp hấp thụ Dallenbach có tính chất khác nhau

kết hợp với nhau cho băng thông cộng hưởng lớn hơn

1.2.2.2. Cấu trúc hấp thụ dạng màn chắn Salisbury

Màn chắn Salisbury là một lớp hấp thụ điện môi, đặt cách bề mặt kim loại

một khoảng 1 bước sóng. Màn chắn Salisbury đã được chế tạo và tính toán phản

xạ. Cấu trúc ban đầu được làm bằng vải phủ than chì dán trên khung gỗ. Polyme

dẫn đã được sử dụng trong thiết kế các màn chắn Salisbury. Hệ số phản xạ đã được

tính toán nhờ sử dụng các phương pháp ma trận quang học, là hàm của độ dày lớp

polym , độ dày khoảng trống và góc tới [46].

18

Hình 1.7. Cấu tạo màn chắn Salisbury

Độ dày tấm trở kháng được xác định theo công thức

(5)

Với Z0 là trở kháng của không khí, σ là độ dẫn của tấm. Độ dày của tấm điện

trở cho sự hấp thụ tối ưu t lệ nghịch với độ dẫn tấm.

1.2.2.3. Lớp Jauman

Lớp Jauman là hình thức cải tiến kết cấu kẹp song song của các màn chắn

Salisbury.

Hình 1.8. Cấu tạo lớp Jauman

Lớp trở kháng được chế tạo từ bột cacbon trong phenol-fomandehyt, xenlulo

hay polyvinyl axetat với xốp polyetylen thay thế khoảng trống không khí. Từ năm

19

1991 các polyme dẫn đã được sử dụng làm vật liệu hấp thụ trong các lớp Jauman.

Việc tối ưu các lớp Jauman rất khó o khi tăng số lớp thì các tham số tính toán rất

phức tạp [46].

1.2.3. Vật liệu hấp thụ s điện từ trê ơ sở nanocompozit của polyme dẫn

Với vật liệu tổn hao điện môi, tính chất quan trọng nhất là khả năng phân cực

của nó ưới tác dụng của điện trường ngoài. Hiện tượng phân cực là sự thay đổi vị

trí trong không gian của những thành phần mang điện và hình thành momen điện

trường. ưới tác dụng của điện trường xảy ra sự thay đổi trật tự điện tích trong phân

tử điện môi. Tham số xác định khả năng hình thành điện dung là hệ số điện môi ε

của vật liệu. Khi một mẫu điện môi đặt trong điện áp nào đó sẽ xuất hiện những

òng điện bao gồm: òng điện rò (Ir) do một số điện tích tự do chuyển dịch gây nên.

Dòng điện phân cực (Ipc) do sự chuyển dịch của các điện tích ràng buộc khi có phân

cực điện tử hay phân cực ion, òng điện dung (Ic ) do sự dịch chuyển của các điện

tử trong các dạng phân cực khác của điện môi. Đối với điện áp xoay chiều nó tồn tại

liên tục. Tổng òng điện trong điện môi: I = Ir + Ic+ Ipc. Như vậy ưới tác động

của sóng điện từ, độ dẫn của vật liệu điện môi polyme dẫn sẽ luôn bị thay đổi [47].

Với vật liệu dẫn tương đối như polym ẫn) hằng số điện môi ε và độ dẫn

đóng một vai trò quan trọng trong việc quyết định giá trị tổn hao SER và SEA. Sự

hấp thụ sóng điện từ trên cơ sở vật liệu có lưỡng cực điện hoặc từ có thể tương tác

với v ctơ điện (E) và từ (H) của sóng điện từ tới sinh ra tổn thất sóng. Đây là cơ chế

chính của vật liệu hấp thụ trên cơ sở polyme dẫn.

Hầu hết các polyme dẫn ở trạng thái cơ bản có tính chất điện môi và tính chất

từ thấp. Khi polyme dẫn bị kích thích sẽ hình thành các polarons/bipolarons, cho

thấy sự phân cực rõ rệt [48, 49]. Tính chất điện môi tăng th o mức độ kích thích là

do sự hình thành và tăng nồng độ của điện tích cục bộ.

Với ICP, bên cạnh việc kích thích làm chất gia cường phân cực còn gây ra sự

phân cực mặt phân cách cũng góp phần vào tính chất điện môi của nanocompozit.

Khi chất độn dẫn điện như các hạt kim loại, than chì, CNT và graph n được đưa vào

20

nền CP làm tăng tính chất điện môi. Sự khác biệt độ dẫn điện giữa polyme dẫn và

chất gia cường dẫn điện khác dẫn đến phân cực điện tích tại bề mặt phân cách gọi là

hiện tượng phân cực bề mặt Maxwell-Wagner-Sillars [17, 50]. Sự phân cực đó và

hiện tượng “tích thoát” góp phần liên uan đến sự tích trữ năng lượng và gây ra tổn

hao năng lượng sóng. Những tổn hao thực có thể được tính bằng cách chuẩn hóa

những tổn hao này với các điều kiện tích trữ như t lệ tổn hao điện môi/hằng số

điện môi ảo ε" và hằng số điện môi/hằng số điện môi thực ε' tới giá trị tổn thất

tang δ.

Đặc tính che chắn vượt trội của vật liệu nanocompozit khác với sự hấp thụ

của kim loại làm cho ICP có thể ứng dụng rộng rãi trong công nghệ tàng hình.

Trong nhiều trường hợp, các hạt ICP ở mức độ kích thích cao được sử dụng như

chất gia cường dẫn điện cho nền polym cách điện, dẫn đến việc thành lập và cải

thiện tính dẫn điện, đồng thời góp phần làm tăng giá trị hằng số điện môi thực và

ảo. Các vật liệu này đã được sử dụng chế tạo các tấm hấp thụ sóng điện từ dạng lớp

[17, 51].

Polyanilin là polyme dẫn có giá thành thấp, dễ chế tạo, có độ dẫn và tính chất

điện môi tốt phù hợp cho một chất hấp thụ sóng điện từ. Vật liệu hấp thụ sóng điện

từ trên cơ sở vật liệu compozit của polypyrol với các vật liệu khác như cao su, vải

sợi hoặc hỗn hợp polyme đã được sử dụng rộng rãi, cho thấy polypyrol có tiềm

năng ứng dụng rất lớn do tính bền trong môi trường không khí.

1.3. Compozit chống đạn

Compozit khối lượng nhẹ chống đạn sử dụng các sợi polym có mô đun và

độ bền cao như sợi aramit, sợi cacbon, UHMWPE, PBO... Những sợi này ở dạng

liên tục hoặc vải sợi dệt được xếp thành nhiều lớp, được nhúng và gắn kết với nhau

qua nhựa nền tạo thành compozit chống đạn. Các kiểu compozit chống đạn dạng

tấm đa lớp được sử dụng rộng rãi trong các hệ giáp cứng, như mũ, áo giáp chống

đạn cá nhân, chống mảnh bom. Compozit sợi aramit, UHMWPE chống đạn cũng

được sử dụng ở xe bọc thép hạng nhẹ [52, 53]. Tham số quan trọng nhất trong đánh

giá khả năng chống đạn của vật liệu là khả năng chịu tác động ở các mức vận tốc

21

đạn theo cấp độ khác nhau. Tính chất này gọi là “giới hạn đạn đạo” VC hoặc V50 là

mức trung bình của vận tốc cao nhất thâm nhập một phần và tốc độ thấp nhất thâm

nhập hoàn toàn [54, 55]. Độ bền ứng suất biến dạng của các sợi là thông số quan

trọng nhất trong dự đoán khả năng chống đạn của compozit. Cơ chế chính của sự

hấp thụ năng lượng động học khi tác động đạn đạo là sợi bị k o căng và đứt sợi,

thực tế hiện tượng này rất phức tạp bởi tính động lực học cao vốn có của nó. Tuy

nhiên, không thể sử dụng tính chất cơ học của sợi như là thông số chủ yếu để dự

đoán khả năng chống đạn cho các compozit chế tạo từ nó, do những khác biệt trong

tính chất vật lý và nhiệt trong quá trình va chạm [56].

1.3.1. Lý thuyết chống đạn vật liệu compozit

Để hiểu đầy đủ về va chạm đạn đạo của compozit, cần biết các cơ chế hấp

thụ năng lượng và phá hủy khác nhau. Các cơ chế hấp thụ năng lượng có thể xảy ra

là: sự tạo thành hình nón trên mặt sau của mục tiêu, sự biến dạng của các sợi thứ

cấp, sự đứt gãy của các sợi sơ cấp, sự tách lớp, sự rạn nứt ma trận, sự hãm trượt và

ma sát giữa đầu đạn và mục tiêu. Với các vật liệu khác nhau như cacbon, thủy tinh,

aramit, HMP … thì các cơ chế xảy ra khác nhau. Vật liệu gia cường cũng làm

ảnh hưởng đến cơ chế hấp thụ năng lượng của compozit [57, 58].

Hình 1.9. Sự tạo thành hình nón khi va chạm đạ đạo ở mặt sau của tấm chố đạn

Zhu và cộng sự [58] tiến hành thử nghiệm va chạm đạn đạo trên compozit

Kevlar/polyeste có bề ày thay đổi, cho thấy hình nón được tạo thành ở mặt sau của

compozit khi xảy ra va chạm đạn đạo. Sự tạo thành hình nón trên mặt sau của

compozit được giải thích trên cơ sở sự lan truyền sóng ngang khi va chạm đạn đạo.

Hình 1.9 và hình 1.10 giải thích sự tạo thành hình nón ở mặt phía sau của

tấm compozit trong quá trình va chạm đạn đạo. Khi xảy ra va chạm, vận tốc của đầu

đạn và tốc độ tạo thành hình nón là như nhau.

22

Hình 1.10. Sự phát triển hình nón trong quá trình va chạm đạ đạo của compozit

Các sợi nằm trong tiết diện tiếp xúc của đầu đạn gọi là sợi sơ cấp. Sợi sơ cấp

này tạo ra lực cản xuyên chủ đạo với đầu đạn. Các sợi còn lại bên trong vùng hình

nón được gọi là các sợi thứ cấp, chịu sự ảnh hưởng của va chạm đạn đạo. Các sợi

này biến dạng và gây ra một vài sự hấp thụ năng lượng.

Để phân tích cơ chế va chạm đạn đạo, cần chia thành nhiều giai đoạn khác

nhau th o đó khoảng thời gian tiếp xúc được chia nhỏ thành các khoảng thời gian.

Các giai đoạn này có tính chất nối tiếp, liên tục o đó cơ chế phá hủy và sự hấp thụ

năng lượng được xác định ở khoảng thời gian này được đưa vào tính toán khi tiến

hành nghiên cứu với các khoảng thời gian tiếp theo. Thứ nhất, sự phát triển đường

kính mặt đáy của hình nón tạo thành có thể tính được nhờ sự lan truyền sóng ngang,

vận tốc sóng ngang phụ thuộc vào đường cong ứng suất biến dạng ở tốc độ biến

dạng lớn của vật liệu compozit.

Khoảng thời gian thứ hai, bán kính bề mặt của hình nón tăng lên. Bán kính

bề mặt được tính dựa trên mức độ xuất hiện lan truyền sóng ngang diễn ra trong

khoảng thời gian đó. hi sự lan truyền sóng ngang tiếp tục, bán kính bề mặt của

hình nón, độ sâu hình nón, khối lượng hình nón và độ biến dạng trong các sợi tăng.

hi độ biến dạng trong sợi vượt quá biến dạng kéo cho phép, sợi bị đứt. Sự tăng các

giá trị này tiếp tục cho đến khi toàn bộ các sợi sơ cấp bị đứt hoặc toàn bộ năng

lượng của đầu đạn được hấp thụ bởi mục tiêu. Trong quá trình va chạm, sức căng

23

của các sợi sơ cấp không phải là hằng số. bất kỳ thời điểm nào, sức căng lớn nhất

tại điểm va chạm và sẽ giảm khi di chuyển lệch khỏi điểm va chạm.

Nếu vận tốc đầu đạn thoát ra bằng không và toàn bộ sợi sơ cấp bị đứt, thì vận

tốc ban đầu của đầu đạn chính là giới hạn đạn đạo.

Năng lượng bị hấp thụ bởi các sợi thứ cấp phụ thuộc vào sự phân bố biến

dạng bên trong các sợi thứ cấp. Các sợi thứ cấp càng xa điểm va chạm, biến dạng

này càng giảm, có thể về đến giá trị 0 [54, 59].

Biến dạng ở các lớp trên cùng lớn hơn biến dạng ở các lớp ưới cùng và mỗi

sợi sơ cấp lại có biến dạng khác nhau. Khi biến dạng của từng sợi vượt quá giới hạn

ngưỡng cho phép, sợi đó sẽ đứt. Kết quả là, sẽ có sự đứt liên tiếp các sợi bắt đầu từ

lớp trên cùng, sau đó tiếp tục đến lớp ưới cùng. Sự đứt sợi dẫn đến sự hấp thụ năng

lượng của đầu đạn. Có thể nhận thấy rằng biến dạng bên trong sợi sơ cấp không

phải là hằng số. bất kỳ thời điểm nào, biến dạng luôn đạt cực đại tại điểm va

chạm và giảm ở xa điểm va chạm.

Lee và Sun [59] khi nghiên cứu compozit với pha nền dòn cho thấy sự hãm

cắt trượt là một trong số các nhân tố phá hủy chính của compozit sợi

cacbon/polybismaleimit với viên đạn trụ đáy phẳng. Hình 1.11 biểu diễn sự tạo

thành hình nêm khi va chạm đạn đạo. Tính dòn của các compozit trên cơ sở cacbon

là nguyên nhân gây ra sự thay đổi trong cơ chế phá hủy. Sự tạo thành nêm cắt trượt

không được quan sát thấy trong các compozit gia cường K vlar có độ biến dạng phá

hủy cao ở tốc độ biến dạng cao [60].

Hình 1.11. Sự tạo thành hình nêm khi va chạm đạ đạo đối với vật liệu dòn

Ngoài ra, sự tách các lớp vải, sự rạn nứt của nhựa nền, ma sát giữa đầu đạn

với mục tiêu cũng góp phần hấp thụ năng lượng động năng của viên đạn.

24

1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống đạn của compozit

1.3.2.1. Ả ưởng của vải, s i ia ường

Vải, sợi dùng chế tạo giáp chống đạn cần một số tính năng đặc biệt độ bền

cao, ứng suất chịu rạn nứt cao và khả năng chịu nhiệt tốt). Thực tế hiện nay thường

sử dụng là vải sợi cacbon, aramit, poly (p-phenylen-2,6-benzobisoxazol) (PBO) và

UHMPE [61, 62].

Tính chất của sợi theo chiều ngang đóng vai trò uan trọng trong sự hấp thụ

năng lượng của vải. Vì các sợi vải bị kéo giãn nên biến dạng chủ yếu theo chiều

ngang sợi, việc hai sợi giao nhau có thể k o ãn đến mức nào, dẫn đến sự xuất hiện

của các cơ chế hấp thụ động năng khác nhau trong mục tiêu. các compozit cứng,

việc xử lý sợi có thể làm thay đổi rất lớn đến mức độ bám dính giữa sợi và nền cơ

bản. Sợi và nền có độ bám ính cao cho độ bền phá hu cao hơn so với ở các tấm có

sự bám dính kém. Sự bám ính k m được biểu hiện là sự tách lớp lớn khi va chạm.

Tuy nhiên, ở năng lượng va chạm đạn đạo cao hơn, sự bám dính phù hợp để thúc

đẩy sự tách lớp là cơ chế giúp hấp thụ năng lượng hiệu quả [56, 61].

Hệ số ma sát bị ảnh hưởng bởi kiểu dệt vải, mật độ sợi thấp hơn cho hệ số

ma sát lớn hơn, có thể là do số các điểm va chạm dọc theo sợi cao hơn. Sự có mặt

của lực ma sát không những làm ổn định cấu trúc của vải trong vùng va chạm, mà

còn ảnh hưởng đến chuyển hóa các cơ chế hấp thụ động năng của compozit khác

như các thành phần biến dạng, động năng của đầu đạn. Các đặc tính cơ học của vải

khác với các sợi, do cấu trúc phức tạp của nó. Sự có mặt của nếp gấp, lực ma sát,

tương tác giữa các sợi và nhiều yếu tố khác làm thay đổi phản hồi của vải với va

chạm. Về hình dạng của kiểu dệt, các vải có cấu trúc phẳng đồng đều hấp thụ nhiều

năng lượng hơn các vải không đồng phẳng [63, 54].

1.3.2.2. Ả ưởng của nhựa nền

Sự khác nhau phổ biến nhất giữa các hệ nhựa là độ cứng và độ bền của

chúng. Sự khác nhau chủ yếu giữa các hệ nhựa cứng và dòn là phản hồi ngay sau

khi bắt đầu sự tách lớp. Các hệ vật liệu dòn có xu hướng trải qua sự tách lớp ngay

lập tức với rất ít sự phát triển vết nứt sau đó, trong khi đó các hệ mềm trải qua sự

tách lớp ổn định hơn và sự phát triển tách lớp được kiểm soát [62, 64].

25

1.3.2.3. Ả ưởng của tấm chố đạn

a) Ảnh hưởng của kích thước bề mặt

ích thước bề mặt tấm chống đạn có tính quyết định trong va chạm tốc độ

thấp nhưng có thể hoàn toàn không quan trọng ở va chạm tốc độ cao [65, 66]. Kích

thước bề mặt tấm chống đạn có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả chống đạn của nó

khi tốc độ va chạm gần với giới hạn đạn đạo của vải. tốc độ va chạm cao hơn, ảnh

hưởng này được giảm bớt, khi đó các cơ chế cục bộ chiếm ưu thế dẫn đến sự lựa

chọn các biên của mục tiêu là không quan trọng.

b) Ảnh hưởng của độ dày

Với tấm compozit chống đạn, t số giữa độ dày tấm và đường kính đầu đạn

là thông số quan trọng trong việc xác định cơ chế xâm nhập chiếm ưu thế. hi độ

dày tấm nhỏ hơn đường kính đầu đạn 2Rp, sự lõm là cơ chế xâm nhập chiếm ưu thế.

hi độ dày tấm nhỏ hơn 3/ 2 đường kính đầu đạn, sự tạo thành nêm mềm, tạo

thành hình nón là cơ chế xâm nhập ưu thế. Với các tấm mục tiêu ày hơn, sự phá

hủy lõm trở nên quan trọng hơn o sự biến dạng uốn cong ít hơn [62, 67].

c) Ảnh hưởng của các tham số biên

Các tham số biên làm thay đổi sự hấp thụ năng lượng của tấm mục tiêu nhờ

sự phản xạ của sóng biến dạng dọc từ các biên. Điều này được thể hiện khi quan sát

có sự giảm tốc độ đầu đạn, trong sự phản hồi của sóng biến dạng đến điểm va chạm.

Phần lớn năng lượng động năng, được hấp thụ bởi tấm mục tiêu là từ chuyển động

ngang của vật liệu sang biến dạng hình nón. Các compozit cứng hạn chế chuyển

động không đồng phẳng bằng cách sử dụng nền nhựa cứng giảm phản hồi toàn bộ,

phản hồi cục bộ chiếm ưu thế [55, 68].

1.3.2.4. Ả ưởng của á đầ đạn

Đầu đạn có bốn kiểu hình dáng khác nhau: bán cầu, bẹt, hình cung nhọn và

hình nón. Đạn đầu bẹt có xu hướng trượt các sợi trên bề mặt tiếp xúc, trong khi đó

đạn đầu hình bán cầu có xu hướng k o căng các sợi đến phá hu [69]. Đạn hình

26

cung nhọn và hình nón khoan thủng mục tiêu theo kiểu ép sợi trượt sang bên và

xuyên ua. Đạn có đầu dạng bán cầu có sự suy giảm năng lượng nhanh nhất so với

các dạng khác. Hình dạng đầu đạn có ảnh hưởng trực tiếp đến sự hấp thụ năng

lượng của vải và cơ chế phá hu của sợi. Nghiên cứu các tấm compozit bị bắn bởi

đầu đạn có hình dạng khác nhau cho thấy: ở vận tốc thấp, đạn có đầu nhọn bị giảm

tốc độ nhanh hơn, trong khi ở các vận tốc cao thì đạn có đầu tù giảm tốc độ nhanh

hơn [69].

Độ cứng tương đối của đạn có tính quyết định hơn độ cứng tuyệt đối và phụ

thuộc vào vận tốc đầu đạn. Nếu tấm mục tiêu đủ cứng làm đầu đạn biến dạng và trở

nên tù, thì sau đó sẽ có sự tăng iện tích va chạm ở bề mặt đầu đạn, tạo sự phân tán

tác động từ đầu đạn. Sự bẹt ra của đạn, có thể hấp thụ đáng kể các mức năng lượng

lên đến 25%). Khối lượng của đầu đạn quyết định một phần đến cơ chế hấp thụ

năng lượng. Đạn có khối lượng nhẹ sẽ dễ bị chặn lại ở vận tốc thấp nhưng cơ chế

khoan thủng của chúng ở vận tốc cao sẽ được tập trung cao hơn. Đầu đạn có khối

lượng nặng hơn sẽ gây ra cả cơ chế cục bộ và toàn bộ ở các vận tốc va chạm khác

nhau.

1.3.3. hương pháp ác đ nh khả năng chống đạn của ật iệ

1.3.3.1. P ươ á mô ỏng số bằng phần mềm Ansys 12

a. Phần mềm Ansys 12

Ansys là một trong nhiều chương trình sử dụng phương pháp phần tử hữu

hạn để phân tích các bài toán vật lý – cơ học, chuyển động, chuyển các phương

trình tích phân vi phân, đạo hàm riêng từ dạng giải tích sang dạng số, với việc sử

dụng phương pháp rời rạc hoá và gần đúng để giải.

Trong bài toán kết cấu, phần mềm NS S ùng để giải các bài toán trường

ứng suất - biến dạng, trường nhiệt cho kết cấu. Giải các bài toán tĩnh, ao động,

cộng hưởng, bài toán ổn định, bài toán va đập, tiếp xúc, va chạm tốc độ thấp và cao.

Các bài toán được giải cho dạng cấu trúc xây dựng, bài toán với vật liệu đàn hồi,

đàn hồi phi tuyến, đàn ẻo lý tưởng, đàn nhớt… [70] ANSYS là phần mềm mạnh về

27

xử lý đa môi trường, cho phép giải các bài toán trong môi trường gần với thực tế

nhất.

ANSYS cho phép xây dựng mô hình hình học 2D và 3D với kích thước thực,

hay mô hình như vật thật. Là phần mềm sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, nên

khi xây dựng xong mô hình hình học, NS S cho ph p chia lưới phần tử o người

sử dụng chọn hoặc tự động chia lưới. Số lượng nút và phần tử quyết định đến độ

chính xác của bài toán vì mỗi nút được xem như một phần tử được tính toán trong

phần mềm.

Để giải một bài toán bằng phần mềm ANSYS, cần đưa vào các điều kiện ban

đầu, điều kiện biên cho mô hình hình học. Các ràng buộc về ngoại lực, vận tốc,

phương va chạm, cố định một số phần tử…

Lĩnh vực đã được ứng dụng nghiên cứu: Sóng lan truyền nhanh trong môi

trường rắn, lỏng, khí và tương tác giữa chúng; nghiên cứu tính toán không tuyến

tính trạng thái vật liệu, trạng thái cấu trúc, tiếp xúc tương tác, tương tác cấu trúc

lỏng; nghiên cứu biến dạng lớn/cực lớn, phân mảnh và ứng suất lớn/rất lớn; nghiên

cứu va chạm với vận tốc từ thấp đến cao, siêu thanh, truyền nổ, sự nổ ảnh hưởng

đến cấu trúc... [71, 72].

Lĩnh vực ứng dụng trong an ninh quốc phòng: vật liệu chống đạn, vật liệu

chống nổ, xét ảnh hưởng của quá trình nổ, thử nghiệm khiên chống va đập và áo

giáp chống đâm [73-75].

b) hương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)

Phương pháp PTHH xuất hiện từ cuối những năm 1 0, được phát triển và

ứng dụng rộng rãi từ những năm 1 0. Cùng với sự bùng nổ của công nghệ thông

tin với các máy tính có ung lượng lớn và tốc độ xử lý nhanh, phương pháp PTHH

trở thành phương pháp chính trong tính toán kết cấu, thay thế cho các phương pháp

truyền thống như phương pháp lực, phương pháp chuyển vị… o thuật giải của nó

rất gần gũi với ý tưởng của công nghệ thông tin như thông tin được phân tầng, có

thể đóng gói trong các ma trận để chuyển, hợp và xử lý. Phương pháp PTHH cho

phép tính toán các kết cấu đơn giản hơn các phương pháp khác của sức bền vật liệu

vì có thể dùng các kết quả trung gian là các ma trận phần tử được thiết lập sẵn có

28

trong các sách cẩm nang. Phương pháp PTHH có những n t đặc sắc của công nghệ

thông tin hiện đại: các thông tin của đối tượng tính toán được nhập đóng gói vào

các ma trận phần tử và được kèm th o địa ch là các ma trận ch số nút. Sau đó được

nhập tiếp (kết nối) vào ma trận tổng thể thu gọn [76].

c) Nguyên tắc mô phỏng số

Autodyn dựa trên sự chênh lệch giới hạn, thể tích giới hạn và kỹ thuật

nguyên tố giới hạn, sử dụng cả cơ sở ô tọa độ và phương pháp số toạ độ. Một tập

hợp các phương trình vi phân từng phần với sự bảo toàn khối lượng, xung lượng và

năng lượng được giải cùng với phương trình cơ bản sử dụng giản đồ thống nhất về

thời gian. Cùng với việc mẫu vật liệu được cố định điều kiện ban đầu và điều kiện

biên sẽ xác định được hướng giải quyết hoàn toàn vấn đề. Autodyn sử dụng một

giản đồ tích hợp thời gian thực để tính toán trạng thái của vật liệu tại thời điểm t+t,

từ trạng thái đã biết của vật liệu ở thời điểm t. Độ biến thiên thời gian t sử dụng để

giải phương trình vi phân, được dựa trên thời gian cho một sóng siêu âm chuyển

qua một chiều nhỏ nhất của ô chia lưới.

uto yn có phương pháp chia lưới, giải khác nhau: Lagrange, Shell, Beam,

ALE, SPH, Euler-FCT, Euler-Go unov trong đó phương pháp Lagrang và SPH là

phù hợp nhất đối với bài toán mô phỏng đạn bắn vào tấm chống đạn [77]. Phương

pháp Lagrange yêu cầu một kỹ thuật để xử lí dữ liệu biến đổi lớn nếu đòi hỏi độ

chính xác hơn khi tính toán bề mặt phân cách vật liệu. SHP, thu động lực hạt làm

trơn, là một kỹ thuật chia lưới lỏng lẻo hơn phương pháp Lagrang , ựa trên sự

cộng hưởng của các hạt cạnh nhau để giải quyết các vấn đề động học sử dụng máy

điện toán và có lợi thế chia lưới dựa trên hai giản đồ. SPH là phương pháp phát triển

từ phương pháp mô phỏng vật lí học thiên thể và nó cho phép chủ động theo dõi

biến dạng vật liệu và những đặc tính vật liệu trước đó.

c) Một số mô hình vật liệu cho mô phỏng

Trong các bài toán biến dạng lớn, ứng xử cơ học của vật liệu được mô tả

bằng: phương trình trạng thái (equation of state - EOS), mô hình sức bền vật liệu

(strength material model) và mô hình phá hủy (failure model). Có nhiều mô hình

vật liệu tương ứng cho một hay một số loại vật liệu tùy thuộc vào bản chất cơ học

tính của vật liệu đó, hơn nữa với cùng một loại vật liệu có thể có nhiều mô hình mô

29

tả, bảng 1.1 trình bày các mô hình vật liệu và bảng 1.2 trình bày các ưu tiên lựa

chọn mô hình vật liệu tương ứng với các loại vật liệu hay sử dụng [71].

Bảng 1.1. Một số mô hình vật liệu

hương trình trạng thái Mô hình sức bền vật liệu Mô hình phá hủy

Tuyến tính Đàn hồi Th o hướng

Mie-Gruneisen Von Mises Johnson -Cook

Đa thức Johnson-Cook Grady Spall

Tillotson Steinberg-Guinan Tsai - Hoffman - Hill

Dạng P-alpha. Hạt MO Ngẫu nhiên

Độ cứng tuyệt đối Bê tông RHT Phá hủy tích lũy

Sốc Siêu biến dạng Johnson Holmquist

…. …. ….

Bảng 1.2. Một số mô ì tươ ứng cho các vật liệ t ường dùng

Loại vật liệu hương trình trạng thái Mô hình sức bền

vật liệu Mô hình phá hủy

Thép Tuyến tính Johnson Cook Johnson Cook

Gốm Crack Drucker-Prager Hư hại tích lũy

Kevlar-epoxy Trực hướng Đa thức Ứng suất/biến dạng

Chì Va đập Steinberg-Guinan Không có

Đồng Va đập Johnson Cook Không có

Bê tông P-alpha và hàm đa thức RHT RHT

1.3.3.2. Bắn thử nghiệm theo tiêu chuẩn

Trên thế giới hiện nay có nhiều tiêu chuẩn để xác định khả năng chống đạn

của vật liệu như tiêu chuẩn NIJ 01.01.04 [78] của Hoa Kỳ, tiêu chuẩn GA141 [79]

của Trung Quốc, tiêu chuẩn Stanag 4569 của NATO [80], tiêu chuẩn Gost R 50744-

95 của Nga [81]... Các yêu cầu về cấp độ chống đạn và điều kiện cơ bản của thử

nghiệm theo tiêu chuẩn và ch tiêu chống đạn các cấp của các tiêu chuẩn này được

trình bày tại bảng 1. , 1. và 1. . Trong nghiên cứu này, luận án sử dụng tiêu chuẩn

NIJ 01.01.04 (Hoa Kỳ để xác định khả năng chống đạn của vật liệu.

30

Bảng 1.3. Các cấp chố đạ và điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04 (Hoa Kỳ)

31

Bảng 1.4. Các cấp chố đạ và điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn Stanag 4569 (NATO)

Bảng 1.5. Các cấp chố đạ và điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn Gost R 50744-95 (Nga)

32

1.4. Vật liệu hấp thụ sóng điện từ và chống đạn

Vật liệu compozit chống đạn được quan tâm nghiên cứu từ rất lâu, với nhiều

công trình công bố, nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau. Các sản phẩm

thương mại của nó cũng phổ biến trên thị trường do nhu cầu rất lớn của các sản

phẩm này. Compozit chống đạn có nhiều loại khác nhau từ trang bị cho cá nhân tới

trang bị cho các khí tài, xe chống đạn. Hệ vật liệu sử dụng cơ bản là compozit vải

sợi chống đạn, compozit đa lớp, đa thành phần kết hợp nhiều loại compozit vải sợi

hoặc nhiều vật liệu khác nhau như gốm, thép với compozit vải sợi). Các sản phẩm

thương mại còn phát triển th o hướng xa hơn nữa là chế tạo các lớp vải có tẩm sẵn

nhựa (dạng prepreg) có thể dễ dàng chế tạo compozit chống đạn.

Năm 1 1 , người Nga sử dụng lụa làm tấm chắn chống đạn súng ngắn,

người Pháp ùng mũ chống đạn bằng th p. Hoa Kỳ là uốc gia đầu tiên sử dụng

compozit sợi nylon làm mũ, áo giáp chống đạn. Đến những năm 1 0, với những

tiến bộ của khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực vật liệu mới, đặc biệt là công nghệ vật

liệu compozit, người ta đã chế tạo ra các sản phẩm chống đạn với khối lượng nhẹ,

khả năng chống đạn cao và cơ động trong chiến đấu [82].

Trên thế giới, các vật liệu và thiết bị sử ụng vật liệu nano bắt đầu được sản

xuất với số lượng ngày càng nhiều, có tiềm năng thương mại cao và mang lại lợi

nhuận khổng lồ. Khoa học và công nghệ nano là lĩnh vực mới, đang được khám phá

nên nhiều ứng dụng của nó mới ch ở dạng tiềm năng; chúng bao trùm lên phạm vi

rộng gồm nhiều lĩnh vực (từ hóa học, vật lý, sinh học, kỹ thuật điện tử...). Ngoài ra,

mỗi một lĩnh vực của khoa học và công nghệ nano lại có những ứng dụng chuyên

biệt, đặc thù riêng. Ngay từ lúc đầu, triển vọng ứng dụng của công nghệ vật liệu

nano vào lĩnh vực an ninh, quốc phòng đã được nhiều nhà quản lý, nhà khoa học và

chuyên gia đánh giá là rõ ràng và uan trọng [83]. Xuất hiện rất nhiều lĩnh vực mà ở

đó an ninh uốc gia có thể được cải thiện nhờ các tiến bộ về công nghệ vật liệu,

công nghệ điện tử, quang học, chất xúc tác và chất hấp thụ.

CNT được gia cường trong chế tạo các vật liệu sợi mạch ài cho độ bền rất

cao, ví ụ như HMWP được gia cường CNT có độ bền cao hơn 20% so với sợi

33

ban đầu. Compozit sợi cacbon lai CNT tạo ra loại sợi cacbon mới với độ bền rất

cao. Quá trình quay chế tạo sợi SWCNT/polyvinylalcohol với 60% khối lượng

SWCNT làm tăng khả năng hấp thụ năng lượng gấp 3,5 lần tơ nhện [25]. Các nền

nhựa compozit của CNT, graph n cũng đã được nghiên cứu và cho tính chất cơ học

rất tốt. Khi thêm 1% trọng lượng MWCNT và phân bố đều vào UHMWPE thì độ

biến dạng tăng ≈1 0% và độ dẻo tăng ≈1 0% [30].

Nghiên cứu vật liệu hấp thụ sóng điện từ bắt đầu vào những năm 1 0 [45]

với các bằng sáng chế đầu tiên xuất hiện vào năm 1 6 ở Hà Lan. Hấp thụ này là

loại cộng hưởng một phần tư bước sóng, sử dụng cacbon black để tăng độ dẫn và

TiO2 tăng giá trị hằng số điện môi giúp giảm độ dày lớp phủ.

Trong Thế chiến , Đức ngụy trang cho tàu ngầm chống ra đa, phát triển

nguyên liệu "Wesch", dạng compozit gia cường bột sắt cacbonyl trong nền cao su,

dày khoảng 0,3 inch và tần số cộng hưởng tại 3 GHz. Có thể ghép nhiều lớp vật liệu

này để tạo sản phẩm với băng thông lớn hơn. Họ cũng sản xuất vật liệu hấp thụ đa

lớp, xen kẽ các tấm điện trở và nhựa cứng, dày khoảng 3 inch với điện trở giảm

theo cấp số nhân từ trước ra sau. Vật liệu này làm tổn hao phản xạ -20 dB trên dải

2-15 GHz. Cùng thời gian này, Halpern tại Phòng thí nghiệm bức xạ MIT phát triển

vật liệu "H RP" ùng cho sơn Halp rn chống bức xạ điện từ [84].

Vật liệu MX- 10 được sử dụng trên máy bay quân sự, có bề dày 0,025 inch

cộng hưởng trên băng X. Trên cơ sở vật liệu có hằng số điện môi cao, vật dẫn là các

đĩa nhôm mỏng được phân tán đều, định hướng cao trong pha nền cao su và cacbon

black. Vật liệu này làm tổn hao 15-20 dB sóng phản xạ. Trên tàu biển, vật liệu hấp

thụ với lớp vật liệu có độ dày 0,07 inch (X-ban , là compozit gia cường hạt sắt từ

với nền cao su, có hằng số điện môi cao và độ từ thấm đủ để tạo ra cộng hưởng mở

rộng [85].

Vật liệu Salisbury scr n đã được các công ty cao su Hoa Kỳ chế tạo với sản

phẩm vải tàng hình gọi là Uskon. Một thiết kế hấp thụ cấu trúc hình kim tự tháp với

lớp phủ Salisbury Scr n bên trong và định hướng th o phương truyền sóng. Sự phản

xạ nhiều lần giữa các lớp hấp thụ dẫn đến sự suy giảm triệt để sóng điện từ [86].

34

Thời kỳ sau chiến tranh (1945-1 0 được đặc trưng bởi sự phát triển của vật

liệu hấp thụ băng thông rộng kết hợp thiết kế hình học phù hợp. Những vật liệu này

được ứng dụng trong các phòng sạch sóng điện từ. Vật liệu khảo sát làm suy giảm

sóng điện từ bao gồm cacbon trộn thạch cao, than chì, oxit sắt, sắt bột, bột nhôm và

đồng, thép, dây kim loại. Chất kết dính bao gồm các loại nhựa khác nhau như gốm,

chất tạo độ xốp như xà phòng, chất xơ và vỏ bào. Vật liệu suy giảm băng thông

rộng nhiều chức năng được tạo ra với một bề mặt phẳng bằng cách sử dụng sắp xếp

các lớp tấm điện trở giống như hình kim tự tháp, hoặc cấu trúc hình nón [46].

Những năm 1 0, xuất hiện sản phẩm thương mại của vật liệu hấp thụ sóng

rada là "Spongex", dựa trên lông động vật tráng cacbon, là sản phẩm Công ty

Sponge (sau này trở thành một bộ phận của Công ty BF Goodrich). Vật liệu này,

dày 2 cm, tổn hao phản xạ tới -20 B trên băng tần 2,4-10 GHz, độ dầy 4 và 8 cm

cũng được chế tạo để hấp thụ các tần số thấp hơn [87].

Nghiên cứu các thiết bị mạch analog đã được bắt đầu bởi Severin và Meyer.

Các mạch analog xuất phát từ việc sử dụng các lý thuyết mạch thay thế cho các

thành phần, quá trình xảy ra trong chất hấp thụ và cho mô hình phản xạ số học. Kỹ

thuật này đã được sử dụng từ các chương trình nghiên cứu về vật liệu hấp thụ âm

thanh. Severin và Meyer [88] đã nghiên cứu thực nghiệm khả năng hấp thụ của vật

liệu với điện trở dạng vòng, dạng mảnh, điện trở nạp lưỡng cực với định hướng

khác nhau, dải vật liệu từ tính với định hướng khác nhau, tạo hình bề mặt và từ tính

của vật liệu cộng hưởng. Vật liệu này khởi nguồn cho một lĩnh vực mới trong

nghiên cứu các bề mặt chọn lọc tần số, metamaterial (FSS) [89].

Thập niên 1960-1970, tiếp tục phát triển của hệ vật liệu analog và giảm đáng

kể độ dầy lớp hấp thụ ferrit. Chất hấp thụ dạng kim tự tháp được sử dụng trong

phòng sạch sóng điện từ đạt được tới -60 dB, gần như không phản xạ một số nghiên

cứu công bố cho thấy đã điều khiển được quá trình chế tạo lớp Jauman và chất hấp

thụ được làm từ dạng bọt, có cấu trúc mạng, đan x n hoặc dạng tổ ong được phủ với

sơn độn các hạt nano hoặc CNT cho kết quả hấp thụ rất tốt. Đáng chú ý, ù chưa có

thực nghiệm nhưng đã có một phát minh mô tả hiện tượng hấp thụ sóng điện từ

bằng plasma [45].

35

Thập niên 1980, thiết kế vật liệu hấp thụ được cải thiện bằng công nghệ tối

ưu hóa. Cải tiến băng thông của chất hấp thụ Jauman được đánh giá bằng sử dụng

các lớp phân độ và biên dạng điện trở khác nhau có thể cho băng thông rộng tối đa.

Mô hình máy tính được sử dụng để tính toán phản xạ từ các tính chất của vật liệu,

bề mặt chọn lọc tần số được biểu diễn như mạch đương lượng, áp dụng mô hình

đường truyền sóng [90].

Vật liệu hấp thụ dạng mạch analog được thiết kế với nhiều dạng cấu trúc

khác nhau, được phân tích trên cơ sở định lý Floquet. Vật liệu hấp thụ được sử dụng

vẫn là cacbon đ n hay graphit, sắt cacbonyl và ferrit, mặc dù vật liệu điện môi đã

được chế tạo là compozit gia cường dạng sợi, đĩa, cầu, xoắn [91]. Chất độn dạng

xoắn được sử dụng để tăng sự hấp thụ và kết quả là chế tạo được vật liệu chiral có

cấu trúc phi đối xứng. Có nhiều nghiên cứu về lý thuyết trộn hợp để sử dụng tính

toán hằng số điện môi và độ từ thẩm của các vật liệu mới, trong đó polyme dẫn là

vật liệu hấp thụ ra đa tiềm năng [92].

Thập niên 1990 tới nay đã có nhiều các công nghệ tối ưu hóa cấu trúc

Jauman trong đó có tối ưu hóa bằng thuật toán phát sinh. Mạch analog và bề mặt

chọn lọc tần số tiếp tục là lĩnh vực được quan tâm lớn nhất. Polyme dẫn và vật liệu

compozit, được sử dụng rộng rãi với sợi và vải sợi phủ polyme dẫn hấp thụ sóng

điện từ. Một lớp vật liệu mới trong lĩnh vực polyme dẫn là R M linh động, trong

đó tần số cộng hưởng của vật liệu hấp thụ được điều ch nh được thông qua các giá

trị điện trở và điện dung của vật liệu hấp thụ [85].

Trên thế giới nhiều uốc gia đầu tư nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ sóng

điện từ, tuy nhiên các công trình công bố còn rất hạn chế. Vật liệu chống đạn cũng

được phát triển sử dụng rất nhiều loại sợi với nhiều tính năng ưu việt, ần thay thế

th p trong chế tạo phương tiện, khí tài chiến đấu, làm giảm tối đa trọng lượng, giảm

phản xạ từ sóng rađa. o đó vật liệu compozit chống đạn có tính năng hấp thụ sóng

điện từ được nghiên cứu ứng ụng rộng rãi [53].

Hiện chưa có công trình công bố chế tạo thành công vật liệu nanocompozit

vừa có khả năng chống đạn vừa có khả năng hấp thụ sóng điện từ ở trong nước. Tuy

36

nhiên, các nghiên cứu riêng lẻ về vật liệu compozit chống đạn và vật liệu hấp thụ

sóng điện từ đã được nhiều đơn vị công bố. Trong những năm gần đây, trước yêu

cầu cấp bách về việc đổi mới trang thiết bị, nâng cao hiệu quả công tác an ninh quốc

gia và trật tự an toàn xã hội, nhiều cơ uan, viện nghiên cứu đã nghiên cứu chế tạo

các sản phẩm chống đạn nhằm bảo vệ con người sử dụng trong đấu tranh, trấn áp tội

phạm... và đã đạt được những kết quả nhất định, cụ thể là:

Viện Vũ khí; Học viện Kỹ thuật Quân sự; Viện Khoa học và Công nghệ

Quân sự đã có các công trình nghiên cứu về giáp chống đạn trên cơ sở hợp kim, vật

liệu gốm, compozit cốt sợi thu tinh. Sản phẩm tạo thành có khả năng chống đạn

súng ngắn nhưng khối lượng vẫn còn cao [93].

Trung tâm Công nghệ Vật liệu, Viện nghiên cứu Ứng dụng Công nghệ, Bộ

Khoa học và Công nghệ đã có các nghiên cứu sử dụng vật liệu sợi Kevlar chế tạo áo

giáp mềm chống đạn cấp IIIA (theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04, Hoa Kỳ) và vật liệu

polyetylen chế tạo tấm compozit chống đạn cấp III (theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04,

Hoa Kỳ).

Năm 2009, Viện Công nghệ, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng đã chế tạo

được tấm chống được đạn cấp trên cơ sở gốm oxit nhôm tăng bền bằng ZrO2

nano và sợi UHMWPE [94].

Từ năm 2002, Viện Kỹ thuật Hóa Sinh và Tài liệu nghiệp vụ, Tổng cục Hậu

cần Kỹ thuật, Bộ Công an đã nghiên cứu, ứng dụng các vật liệu vải sợi Kevlar,

Dyneema, Spectra... chế tạo áo giáp mềm chống được đạn súng ngắn K59 và K54.

Năm 200 , Viện hợp tác với Bộ Nội vụ Cu Ba nghiên cứu chế tạo thành công tấm

chống đạn gốm-compozit trên cơ sở nguyên liệu gốm Bát Tràng [95]. Năm 200 ,

Viện hợp tác với công ty Dupont, Hoa Kỳ nghiên cứu công nghệ sản xuất mũ chống

đạn cấp IIIA (theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04, Hoa Kỳ) từ vật liệu Kevlar và hợp tác

với công ty DSM, Hà Lan nghiên cứu công nghệ sản xuất tấm chống đạn cấp III

(theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04, Hoa Kỳ) từ vật liệu Dyneema.

Một trong những hướng nghiên cứu quan trọng là sử dụng vật liệu nano chế

tạo các hệ vật liệu bền hơn, nhẹ hơn để trang bị cho người lính. Năm 200 , tác giả

37

Lê Quốc Trung đã thực hiện thành công đề tài cấp Bộ Công an trong đó có nghiên

cứu chế tạo giáp chống đạn súng ngắn từ vật liệu ống cacbon nano [96]. Trên cơ sở

đó, năm 2011, tác giả Lê Văn Thụ đã thực hiện thành công luận án tiến sĩ ưới sự

hướng dẫn khoa học của GS Nguyễn Đức Nghĩa, Trung tâm Phát triển Công nghệ

cao thu được các kết quả khoa học và công nghệ mang tính đột phá trong việc sử

dụng ống cacbon nano chế tạo áo giáp chống đạn [97]. Năm 2012, tác giả Vũ Đình

hiêm đã bảo vệ thành công luận án tiến sĩ về chế tạo các sản phẩm chống đạn trên

cơ sở vật liệu compozit và vật liệu gốm để chống đạn cấp cao [98]. Kết quả này mở

ra triển vọng sản xuất áo giáp và các khí cụ che chắn hiệu quả cao trên cơ sở các

công nghệ mới có sử dụng vật liệu nano.

Vật liệu hấp thụ sóng điện từ ở Việt Nam được bắt đầu từ cuối những năm

1990, khi Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cho phép triển khai

nghiên cứu đề tài polyme dẫn điện do Viện Hóa học chủ trì. Đề tài đã có kết quả

khoa học và công nghệ quan trọng khi chế tạo được polyme dẫn điện, đã nghiên cứu

tính chất và ứng dụng polyme dẫn, đặc biệt đã nghiên cứu khả năng hấp thụ sóng

điện từ. Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam là đơn vị

đi đầu trong lĩnh vực nghiên cứu vật liệu hấp thụ sóng điện từ. Tiêu biểu là nhóm

nghiên cứu của GS Nguyễn Đức Nghĩa đã chế tạo thành công vật liệu hấp thụ sóng

điện từ trên cơ sở vật liệu polyanilin, polypyrol, gia cường cacbon black, CNT, oxit

sắt từ; chế tạo cấu trúc hấp thụ khác nhau như ạng chóp nón, dạng đa lớp, vật liệu

gradien... thử nghiệm tại hiện trường thực tế tại Học viện Hải quân (Nha Trang), đạt

kết quả rất tốt [99].

Nhóm nghiên cứu của PGS.TS Vũ Đình Lãm, Viện Khoa học Vật liệu đã có

các nghiên cứu tàng hình cho vật liệu th o hướng sử dụng hợp chất nano từ tính,

m tamat rial cho độ hấp thụ sóng điện từ gần như tuyệt đối th o phương xác định.

TS Hoàng nh Sơn và cộng sự đã chế tạo và nghiên cứu các tính chất cơ điện và

chắn sóng điện từ của vật liệu tổ hợp polym và MWCNT định hướng trong chế tạo

lớp phủ chắn sóng điện từ [100, 101].

38

Năm 200 , GS.TS Nguyễn Việt Bắc và cộng sự, Viện hoa học và Công

nghệ Quân sự đã nghiên cứu các lớp phủ, vật liệu compozit ferit từ tính nền cao su

và khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu vừa chế tạo; Năm 2011,

nhóm nghiên cứu có công trình chế tạo và khảo sát tính chất hấp thụ sóng điện từ

của lớp phủ polyferocen và spinel ferit trên nền kim loại, đồng thời chế tạo vật liệu

hấp thụ vi sóng chống ô nhiễm sóng điện từ.

TS ương Ngọc Hiền và cộng sự, Viện Vật lý kỹ thuật – Đại học Bách khoa

Hà Nội có các nghiên cứu về khả năng hấp thụ sóng điện từ ở dải tần 7,5 -12 GHz

của vật liệu polyme dẫn PPy, PANi và bột Al2O3, khảo sát độ giảm cường độ sóng

điện từ SE.

Bên cạnh đó, một số luận án tiến sĩ nghiên cứu về hấp thụ sóng điện từ cũng

được công bố trong thời gian gần đây như: “Nghiên cứu và chế tạo sơn ngụy trang

hấp thụ sóng điện từ ra ar trên cơ sở polyme dẫn chứa f roc n và spin l f rit” năm

2010 của nghiên cứu sinh Hoàng Anh Tuấn thuộc Đại học Khoa học Tự nhiên

[102]; “Nghiên cứu tổng hợp và chế biến ẫn xuất P Ni ứng ụng chế tạo vật liệu

bảo vệ” năm 201 của nghiên cứu sinh Phạm Minh Tuấn thuộc Viện hoa học và

Công nghệ uân sự [103]; “Nghiên cứu chế tạo và tính chất hấp thụ tuyệt đối sóng

vi ba của vật liệu m ta m tamat rials ” năm 201 của nghiên cứu sinh Đỗ Thành

Việt thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [104].

N N T

Vải sợi vlar, sợi cacbon và compozit của chúng có tính bền nhiệt cao, bền

hóa chất tốt, khối lượng nhẹ, độ bền cao và được sử ụng phổ biến trong chế tạo

giáp chống đạn cá nhân và các phương tiện chiến đấu.

Vật liệu hấp thụ sóng điện từ có tính chất điện, điện môi thay đổi theo tần số

sóng điện từ tác động. Để tăng khả năng hấp thụ, các thành phần thực, ảo của

độ từ thẩm, hằng số điện môi thực và ảo phải lớn. Nghiên cứu vật liệu hấp thụ

sóng điện từ là làm tăng các giá trị này trong tất cả các dải tần số khác nhau.

Vật liệu polypyrol và polyanilin có tính chất điện môi rất cao, phù hợp ứng

dụng chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ. Vật liệu nanocompozit của CNT và

39

graphen với polyme dẫn có tính chất điện môi tốt, độ dẫn điện cao, có tiềm

năng ứng dụng chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ, luận án lựa chọn nghiên

cứu chế tạo vật liệu này gia cường cho compozit chống đạn, tạo thành compozit

có cả hai tính chất chống đạn và hấp thụ sóng điện từ.

Luận án sử dụng phương pháp thử nghiệm vật liệu chống đạn theo tiêu chuẩn NIJ

01.01.06 của Hoa Kỳ. Phương pháp mô phỏng số đã được đánh giá tốt qua nhiều

công trình nghiên cứu trong nước và ngoài nước, nó cho thấy nhiều ưu điểm như

giảm số lần thử nghiệm thực tế, giảm chi phí chế tạo mẫu thực. Phần mềm

ANSYS 12 mô phỏng động lực học với vận tốc cao, phương pháp giải tối ưu

được sử dụng phổ biến trên thế giới trong nghiên cứu vật liệu chống đạn. Luận án

sử dụng phần mềm ANSYS 12 trong nghiên cứu chế tạo vật liệu chống đạn.

Đã có nhiều công trình nghiên cứu vật liệu chống đạn và vật liệu hấp thụ sóng

điện từ. Để có vật liệu hấp thụ sóng điện từ tốt cần có độ dầy lớn, khi phủ lên

vật liệu chống đạn hay thép thì khối lượng và độ dầy vật liệu lớn. Trong nước,

chưa có công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit có cả hai tính chất này.

Do vậy luận án tập trung nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu nanocompozit

có khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt và hiệu quả chống đạn cao, giảm khối

lượng và độ dầy của vật liệu.

40

C ƯƠN II- T C N IỆM VÀ ƯƠN N IÊN CỨU

.1. óa chất thiết

.1.1. óa chất

- Ống nanocacbon đa tường do Trung tâm Phát triển Công nghệ cao, Viện Hàn

lâm Khoa học và Công nghệ chế tạo bằng phương pháp CV , với đường kính ống

10- 0 nm và độ tinh sạch > 95 %.

- Graphen N008N, Angstron material, Hoa Kỳ, độ dầy từ 50-100nm, chiều rộng

µm, độ tinh sạch > 97%.

- Vải sợi cacbon loại CF3327, Hankuk Carbon, Hàn Quốc, loại sợi cacbon 3k, t

trọng diện tích 209 g/m2, chiều dầy 0,27 mm.

- Vải sợi Kevlar A802F, Dupont, Hoa Kỳ. T trọng diện tích 190 g/m2, chiều dầy

0,26 mm.

- Nhựa epoxy loại Epikote 815, Shell Chemical, Hoa Kỳ.

- Metyletylketon (> , % , M rck, Đức.

- , ’-diamino diphenyl methan (> 97%), Merck, Đức

- Axit nitơric HNO3 (63%), loại PA, Merck, Đức.

- Axit sunfuric H2SO4 (98%), loại P , M rk, Đức.

- Pyrol (98%), M rck, Đức.

- Metanol , % , M rck, Đức.

- Anilin (98%), M rck, Đức.

- Sắt (III) clorua hexahydrat (>99%), M rck, Đức.

- Chống dính Wax8 (Hoa Kỳ).

.1. . Thiết ụng cụ

- Máy p thủy lực Hanchang 1 0 tấn, Đài Loan.

- Máy đo phổ hồng ngoại FT-IR model IMPACT- 410.

- Máy kéo nén uốn đa năng Tinius ls n H100 KT, Hounfield, Anh.

- Máy phân tích nhiệt lượng vi sai quet (DSC), nhiệt khối lượng (TGA) Labsys,

Stearam, Pháp.

41

- Kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hitachi S4800, Nhật Bản.

- Máy đo độ bền va đập Radmana ITR 2000, Úc.

- Bể siêu âm SW60H với tần số siêu âm 38kHz, Elma.

- Máy khuấy cơ, tốc độ 50 -3000 vòng/phút, Đức.

- Súng ngắn , Toka v, Nga, đạn ,62x2 mm, đầu lõi thép, số hiệu 38.77,

Nga.

- Súng tiểu liên AK47, Nga, đạn ,62x mm, đầu lõi thép, số hiệu 539.82, Nga.

. . hương pháp chế tạo

2.2.1. Chế tạo CNT ANi graphen/PANi

Chế tạo nanocompozit PANi/CNT bằng phương pháp trùng hợp in-situ trong

dung dịch. Đưa vào một lượng CNT th o khảo sát vào 00 ml dung dịch chứa , g

monom anilin, 10 ml BS và 100 ml HCl 5 M. Hỗn hợp được làm lạnh đến oC

và tiến hành rung siêu âm trong 0 phút sau đó nhỏ giọt thật chậm một lượng 50 ml

amonipersulfat 20% vào hỗn hợp phản ứng trong 8 giờ. Tiến hành lọc, rửa sạch

bằng nước cất, sấy hỗn hợp sản phẩm trong chân không 24 giờ ở 0oC, thu được vật

liệu nanocompozit PANi/CNT.

Chế tạo mẫu nanocompozit graph n P Ni th o phương pháp tương tự như

trên với việc thay đổi CNT bằng graphen.

. . . Chế tạo CNT graphen/PPy

Chế tạo polypyrol/CNT nanocompozit bằng phương pháp trùng hợp trong

dung dịch. Đưa vào một lượng CNT th o khảo sát vào 00ml ung ịch chứa 6,6 g

monom pyrol, 10 ml BS và 100 ml ung ịch HCl M, làm lạnh hỗn hợp đến

5oC, rung siêu âm trong 0 phút. Thêm 20 ml ung ịch Cl31 M vào ung ịch

phản ứng, khuấy đều, giữ nhiệt độ ở oC, phản ứng tiến hành trong 8 giờ. Sản phẩm

được rửa bằng dung dịch hỗn hợp m tanol nước, sấy khô trong chân không ở 70oC

trong 24 giờ ta nhận được sản phẩm nanocompozit CNT/PPy.

Chế tạo mẫu nanocompozit graph n PPy th o phương pháp tương tự như

trên với việc thay đổi CNT bằng graphen.

42

. . . Chế tạo nanocompozit ải s i

. . .1. ế tạo om o it vải s i a o e o y và om o it vải s i evlar e o y

- Hoà tan DDM trong methyl ethyl keton, khảo sát thời gian g l hóa, hàm lượng

phần gel của nhựa poxy pikot 1 đóng rắn bằng DDM ở hàm lượng và nhiệt độ

đóng rắn khác nhau.

- Vải cacbon được cắt thành các tấm kích thước 25 x 30 cm, sấy trong tủ sấy

chân không ở 80oC trong 2 giờ để loại hết ẩm. Hỗn hợp nhựa và đóng rắn được

khuấy đều bằng máy khuấy trong 15 phút, tốc độ 800 vòng/phút. Tiến hành phân bố

đều nhựa nền cho thấm vào vải bằng rulô và chổi lông, lặp lại uá trình đến khi tấm

vật liệu đạt được số lớp vải cacbon khảo sát. Chống dính khuôn ép thu lực bằng

Wax8, cho tấm vật liệu vào khuôn và ép theo qui trình hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: Gia nhiệt khuôn đến 80oC trong 45 phút ở chế độ không áp lực.

Giữ nhiệt độ ở 80oC và nâng áp lực ép lên 10 kg/cm

2 trong phút để gel hoá một

phần nhựa nền, phân bố nhựa nền vào sợi cacbon và p đuổi khí.

Giai đoạn 2: Tăng nhiệt độ và áp lực p để định hình và đóng rắn hoàn toàn tấm

vật liệu ở các điều kiện chế tạo khác nhau (áp lực ép 120 - 160 kg/cm2, thời gian ép

30 - 120 phút, nhiệt độ ép 120 - 160oC). Giữ nguyên áp lực ép, làm nguội sản phẩm

bằng hệ thống làm mát trong 30 phút và hạ khuôn, lấy sản phẩm. Khảo sát tính chất

của vật liệu thu được và tìm điều kiện chế tạo vật liệu compozit vải cacbon/epoxy

tối ưu.

Tiến hành các khảo nghiệm tương tự như trên với việc thay đổi vải sợi cacbon

bằng vải sợi vlar, thu được compozit vải sợi vlar poxy tối ưu.

43

2.2.3.2.C ế tạo a o om o it P , KEGPY, CKEGPY

- Hoà tan DDM trong methyl ethyl ketone, khảo sát thời gian gel hóa, hàm

lượng phần gel của nhựa poxy pikot 1 đóng rắn bằng DDM ở hàm lượng và

nhiệt độ đóng rắn khác nhau. Thay đổi hàm lượng graph n-PPy khảo sát vào hỗn

hợp nhựa ở trên, tiến hành khuấy, rung siêu âm trong 1 giờ.

Các bước còn lại chế tạo như mục 2.2. .1.

Cần lưu ý với nanocompozit tổ hợp vải sợi cacbon vlar poxy graph n-PPy,

các tấm pr pr g của vải sợi cacbon và vlar được đặt trong khuôn sao cho vải

cacbon ở phía trước, vlar ở phía sau với số lớp vải th o khảo sát.

. . Các phương pháp nghiên cứ

. .1. ác đ nh độ dẫn của vật liệu

Có bốn đầu dò bằng kim loại Vonfram có khoảng cách bằng nhau được dùng

để tiếp xúc với bề mặt mẫu (hình 2.1). òng điện đi ua giữa hai kim loại bên

ngoài, trong khi đó hiệu điện thế được đặt giữa hai mũi kim bên trong. Vì không có

òng điện (rất nhỏ đi xuyên ua nên không có sự sai biệt hiệu điện thế đưa vào

giữa các kim tiếp xúc. Tuy nhiên, có sự giảm thế ngang ở chỗ tiếp xúc của các kim

bên ngoài nhưng chúng ta ch đo òng trong phạm vi giữa chỗ tiếp xúc các kim.

Các đầu ò mang òng đầu dò bên ngoài) giống như nguồn lưỡng cực, thiết

lập trường phân bố bên trong mẫu khi đo. p các điện thế khác nhau giữa hai đầu

dò lân cận ưới sự biến đổi của điều kiện biên, tập hợp bởi kích cỡ và bề dày mẫu,

từ đó suy ra biểu thức liên hệ giữa dòng cấp, hiệu điện thế và điện trở suất của mẫu.

Hì .1. Sơ đồ đo độ dẫn bằ ươ á 4 mũi ò

44

Công thức điện trở suất khi đó:

(6)

Trong đó: s: khoảng cách giữa hai mũi ò.

U: hiệu điện thế giữa hai mũi ò trong.

: òng đi ua mẫu từ hai mũi ò ngoài.

Trong trường hợp màng hai chiều mỏng. Điện trở này được định nghĩa là

điện trở bề mặt Rs. hi đó điện trở suất của thanh vật liệu có chiều dày d là:

ρ=Rs.d (7)

Màng mỏng có kích thước ds có:

(8)

Màng mỏng có kích thước hữu hạn:

(9)

Trong đó, G là số hiệu ch nh phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của mẫu

và khoảng cách s giữa các đầu dò.

2.4.2. ác đ nh khả năng hấp thụ sóng điện từ

Hình 2.2. Hệ đo ấp thụ s điện từ trường gần

Đo chính xác các thông số điện là rất quan trọng để mô hình hóa hiệu suất

của vật liệu hấp thụ sóng điện từ. Xác định hằng số điện môi điện ε* = ε'-jε" và độ

từ thẩm μ* = μ'-jμ" trong các hàm chung của tần số, phải sử dụng phương pháp u t

45

tần số. tần số thấp (<1 GHz) các thông số có thể đo được bằng cách sử dụng một

máy phân tích trở kháng. Máy xác định hằng số điện môi, đo điện dung của hai đầu

thử nghiệm song song với nhau lúc có và không có vật liệu thử nghiệm. Hằng số

điện môi sau đó được tính từ điện ung đo được. Độ từ thẩm được xác định từ sự

thay đổi trong cảm kháng của mẫu trong một ống hình trụ [105].

tần số cao, đo điện ung hay độ tự cảm không còn chính xác nữa o đó

phải sử dụng lý thuyết trường. Thử nghiệm đo lường thông số ở các tần số là phát

sóng vào vật liệu và đo thông số vật liệu. Từ 4 thông số cần thiết (các giá trị thực và

ảo của ε, μ , tương ứng có ph p đo cần được thực hiện trên một mẫu, thường là

cường độ và giai đoạn của S11 (phản xạ) và S21 (truyền) của mẫu. Nếu biết rằng

các vật liệu không từ tính thì hằng số điện môi có thể được xác định bằng 2 phép

đo, độ lớn S11 và pha hoặc độ lớn S21 và pha.

2.4.3. Hiể vi điện tử quét (SEM)

Nguyên tắc: Chùm l ctron được tạo ra tại catot đi th o một đường thẳng

ua trường điện từ, thấu kính, trường quét rồi hội tụ xuống mẫu nghiên cứu. Chùm

l ctron đập vào mẫu phát ra các điện tử phản xạ thứ cấp. Mỗi điện tử phát xạ này

ua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu, chúng được khuếch đại

đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mẫu nghiên

cứu cho một điểm trên màn ảnh. Độ sáng tối trên màn ảnh tuỳ thuộc lượng điện tử

thứ cấp phát ra tới bộ thu, đồng thời phụ thuộc vào khuyết tật bề mặt của mẫu

nghiên cứu.

Cách tiến hành: Mẫu vật liệu bị phá hu ở điều kiện nghiên cứu với kích

thước phù hợp và được gắn lên giá đỡ. Phủ lên bề mặt phá hu của mẫu bằng một

lớp platin mỏng bằng phương pháp bốc bay trong chân không để tăng độ dẫn điện.

Mẫu nghiên cứu được đưa vào buồng đo để chụp bề mặt phá hu của vật liệu.

Thiết b : Thiết bị hiển vi điện tử quét FESEM loại S-4800, Hitachi, Nhật Bản,

với độ phóng đại 5 ÷ 300.000 lần.

46

2.4.4. Phổ hồng ngoại FT-IR

Nguyên tắc: Các phân tử khi bị kích thích bởi bức xạ hồng ngoại λ = 2, ÷ 1

µm) sẽ sinh ra chuyển động quay phân tử và ao động của nguyên tử trong phân tử.

- ao động hoá trị () là những ao động làm thay đổi chiều dài liên kết của

các nguyên tử trong phân tử nhưng không làm thay đổi góc liên kết.

- ao động biến dạng () là những ao động làm thay đổi góc liên kết nhưng

không làm thay đổi chiều dài liên kết của các nguyên tử trong phân tử.

Các nhóm chức khác nhau sẽ có tần số ao động khác nhau và cho phổ hồng

ngoại đặc trưng cho từng nhóm, mỗi nhóm chức sẽ có một vài đ nh hấp thụ ứng với

các tần số riêng.

Cách tiến hành: Mẫu vật liệu cần nghiên cứu được trộn và ép viên với KBr.

Mẫu nghiên cứu được đưa vào vào buồng đo để tiến hành chụp phổ và máy sẽ tự

động ghi lại các đ nh hấp thụ của vật liệu.

Thiết b : Máy đo phổ hồng ngoại FT-IR, Impact-410, Nicolet, Hoa Kỳ,

khoảng đo 7400 ÷ 375 cm-1

.

2.4.5. Phổ Raman

Phổ Raman đo trên hệ Renishaw Invia Microscope (UK) tại PTN vật liệu,

Trường Đại học hoa học Tự nhiên Hà nội.

Hệ sử dụng nguồn laze He-N bước sóng 633 nm với công suất laze 3mW

tương đương mật độ công suất 105W/cm

2), bán kính cổng laze là 1µm.

2.4.6. ác đ nh tính chất cơ học

2.4.7.1. Độ bền kéo đứt

Nguyên tắc: Xác định độ bền k o đứt theo tiêu chuẩn ISO 527-2012 bằng

cách k o hai đầu mẫu vật liệu trên máy k o đứt cho đến khi mẫu bị đứt. Máy đo độ

bền k o đứt sẽ tự động ghi lại lực k o, độ dãn dài khi đứt và tính lực k o đứt mẫu

thử. Độ bền k o đứt được tính theo công thức:

k

F =

a.b

(10)

47

Với: k: Độ bền giới hạn khi kéo, MPa.

F: Tải trọng phá hu mẫu, N.

a: Chiều dày của mẫu, mm.

b: Chiều rộng mẫu, mm.

Cách tiến hành: Chế tạo mẫu vật liệu có bề mặt nhẵn, bằng phẳng, không

phồng rộp. Cắt mẫu vật liệu thành hình chữ nhật với chiều dài 150 mm, chiều rộng

20 mm. Sử dụng máy cắt mẫu Ceast, Italia cắt các mẫu vật liệu trên thành hình dạng

mái chèo theo tiêu chuẩn ISO 527-2012.

+ Chiều dài khoảng làm việc (lo): 100 mm.

+ Đường kính góc lượn: 20 25 mm.

+ Chiều ày a : th o kích thước thực của mẫu.

+ Chiều rộng khoảng làm việc (b): 10 mm.

Gắn chặt hai đầu mẫu vật liệu vào ngàm kẹp và tiến hành k o đứt trên máy xác

định tính chất cơ học với tốc độ kéo 1 mm/phút, máy đo sẽ tự động cho kết quả. Số

lượng mẫu đo từ 3 5 mẫu để lấy kết quả trung bình.

Thiết b : Máy xác định tính chất cơ học, Tinius Olsen H100KU, Hounsfield,

Anh, đặt tại Phòng thí nghiệm Vật liệu chuyên dụng, Viện Kỹ thuật Hoá Sinh và

Tài liệu nghiệp vụ, Bộ Công an.

2.4.7.2. Độ bền uốn

Nguyên tắc: Xác định độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO 178:2010 (E) bằng

cách sử dụng đầu đo cơ học phá hủy mẫu theo cách tác dụng lực vào giữa mẫu cho

đến khi mẫu bị gãy. Độ bền uốn được tính theo công thức:

u 2

3.F.L =

2.b.a

(11)

48

Với: u: Độ bền giới hạn khi uốn, MPa.

F: Tải trọng phá hu mẫu, N.

b: Chiều rộng của mẫu, mm.

a: Chiều dày của mẫu, mm.

Cách tiến hành: Chế tạo mẫu vật liệu có bề mặt nhẵn, bằng phẳng, không

phồng rộp. Cắt mẫu vật liệu thành hình chữ nhật với chiều dài 80 mm, chiều rộng

15 mm và chiều ày th o kích thước thực của mẫu. Để mẫu vật liệu lên gối đỡ, đặt

tải trọng ở điểm giữa của khoảng cách 2 gối đỡ và trùng với điểm giữa của mẫu.

Tiến hành đo trên máy xác định tính chất cơ học với tốc độ uốn 1 mm/phút, máy sẽ

ghi lại lực phá gãy mẫu và tiết diện mẫu để xử lý và tự động cho kết quả. Số lượng

mẫu đo từ 3 5 mẫu để lấy kết quả trung bình.

Thiết b : Máy xác định tính chất cơ học, Tinius Olsen H100KU, Hounsfield,

Anh, đặt tại Phòng thí nghiệm Vật liệu chuyên dụng, Viện Kỹ thuật Hoá Sinh và

Tài liệu nghiệp vụ, Bộ Công an.

2.4.7.3. Độ bền a đập

Nguyên tắc: Xác định độ bền va đập Charpy theo tiêu chuẩn ISO 179-1:2010

bằng cách sử dụng đầu đo cơ học tác dụng lực vào giữa mẫu, phá hủy nhanh mẫu

với tốc độ cao. Độ bền va đập được tính theo công thức:

3

vd

W = .10

b.h

(12)

Với: vd: Độ bền giới hạn va đập, kJ/m2.

W: Tải trọng phá hu mẫu, J.

b: Chiều rộng của mẫu, mm.

h: Chiều dày của mẫu, mm.

49

Cách tiến hành: Chế tạo mẫu vật liệu hình chữ nhật có bề mặt nhẵn, bằng

phẳng, không phồng rộp. Để mẫu vật liệu lên giá đỡ, đặt tải trọng ở điểm giữa của

giá đỡ và trùng với điểm giữa của mẫu. Tiến hành đo trên máy xác định độ bền va

đập với tốc độ va đập lớn (1 7 m/giây), máy sẽ ghi lại lực phá hu mẫu và tiết

diện mẫu để xử lý và tự động cho kết quả. Số lượng mẫu đo từ 3 5 mẫu để lấy kết

quả trung bình.

Thiết b : Máy xác định độ bền va đập Radmana ITR 2000, tốc độ va đập 1-7

m/giây, Úc, đặt tại Phòng thí nghiệm Vật liệu chuyên dụng, Viện Kỹ thuật Hoá Sinh

và Tài liệu nghiệp vụ, Bộ Công an.

2.4.7. Phân tích nhiệt

Nguyên tắc: hi thay đổi nhiệt độ thì các đại lượng vật lý như năng lượng

chuyển pha, độ nhớt, ntropy…, khối lượng của mẫu vật liệu cũng bị thay đổi. Phân

tích nhiệt là phương pháp đo một cách liên tục các mẫu vật liệu nghiên cứu ưới

ạng hàm của nhiệt độ.

Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng TG là phương pháp xác định khối

lượng chất biến đổi o uá trình chuyển pha hoặc xuất hiện các phản ứng hoá học

của mẫu vật liệu. Đường TG thay đổi th o trục nhiệt độ ùng để xác định thành

phần khối lượng các chất có mặt trong mẫu, ung môi, chất phụ gia…

Phương pháp nhiệt vi sai quét ( SC là phương pháp phân tích mà khi xuất

hiện sự chuyển pha trên mẫu, năng lượng sẽ được thêm vào hoặc mất đi trong mẫu

đo hoặc mẫu chuẩn sao cho nhiệt độ giữa mẫu chuẩn và mẫu đo luôn bằng nhau.

Năng lượng cân bằng này được ghi lại và cung cấp kết uả đo về năng lượng

chuyển pha của vật liệu. Đường cong SC thu được thay đổi th o trục nhiệt độ và

xuất hiện các đ nh thu nhiệt và toả nhiệt ứng với uá trình chuyển pha của mẫu.

Cách tiến hành: Lấy mẫu vật liệu cần nghiên cứu cho vào cốc gốm và đặt vào

vào buồng đựng mẫu, mở van bình khí nitơ tạo môi trường khí trơ cho mẫu vật liệu.

Đặt chế độ đo mẫu với dải đo từ 25 ÷ 800oC, tốc độ gia nhiệt 10

oC/phút. Máy sẽ tự

động ghi lại và xuất các kết quả ở dạng phân tích nhiệt khối lượng (TGA) và nhiệt

vi sai quét (DSC).

50

Thiết b : Máy phân tích nhiệt DSC/TGA, Labsys, Stearam, Pháp, với dải đo

từ 25 ÷ 1400oC, tốc độ gia nhiệt 5 ÷ 10

oC/phút, trong môi trường không khí hoặc

môi trường khí trơ nitơ, argon , đặt tại Phòng thí nghiệm Vật liệu chuyên dụng,

Viện Kỹ thuật Hoá Sinh và Tài liệu nghiệp vụ, Bộ Công an.

2.4.8. Xá đị àm lư ng phần gel

Xác định hàm lượng phần gel của nhựa epoxy Epikote 815 đóng rắn bằng

M là cơ sở để đánh giá mức độ đóng rắn của pha nền.

Nguyên tắc: Trích ly nhựa epoxy Epikote 815 đóng rắn bằng DDM trong

dung môi axeton bằng thiết bị soxlet để hòa tan phần khối lượng chất chưa đóng rắn

và các tạp chất khác, từ đó xác định được hàm lượng phần khối lượng vật liệu đã

đóng rắn.

Cách tiến hành: Chuẩn bị thiết bị soxlet của Đức. Giấy lọc trước khi cân

phải trích ly bằng axeton trên dụng cụ soxlet khoảng 3 giờ. Sấy khô giấy lọc đến

khối lượng không đổi, cho vào bình hút ẩm và tiến hành cân giấy lọc. Pha trộn nhựa

epoxy Epikote 815 và chất đóng rắn DDM theo t lệ khảo sát. Cho lên giấy lọc một

lượng nhỏ khoảng 0,1 0,2 gam nhựa. Khi nhựa đã đóng rắn ở nhiệt độ và thời gian

khảo sát, cân lấy mẫu và tiến hành trích ly bằng axeton trong thời gian 16 giờ. Lấy

mẫu ra, sấy khô và cân lại. Hàm lượng phần gel (% khối lượng vật liệu đã đóng rắn)

được xác định theo công thức:

(%) (13)

Với: m0 là khối lượng giấy lọc.

m1 là khối lượng giấy lọc + mẫu nhựa ban đầu.

m2 là khối lượng giấy lọc khô + mẫu nhựa sau khi trích ly.

Thiết b : Thiết bị soxl t, Đức đặt tại Phòng thí nghiệm Vật liệu chuyên dụng,

Viện Kỹ thuật Hoá Sinh và Tài liệu nghiệp vụ, Bộ Công an.

51

2.4.9. Mô phỏng khả năng chống đạn của vật liệu

Mô phỏng khả năng chống đạn của các hệ vật liệu trên cơ sở phần mềm

Autodyn Ansys 12. Qui trình tiến hành mô phỏng số bao gồm các bước:

- Tiến hành thí nghiệm lấy số liệu tính toán. Tùy theo yêu cầu độ chính xác

của bài toán mà chọn số thông số phù hợp. Số lượng càng nhiều các thông số chính

xác thì kết quả càng chính xác. Ngoài ra, mỗi mô hình vật liệu cần những thông số

khác nhau và phải lựa chọn cho mô hình.

- Xây dựng mô hình hình học cho bài toán va chạm với kích thước thực

- Chia lưới mô hình. Việc chia lưới giới hạn số phần tử tính toán cho phần

mềm. Mỗi một nút lưới là một phần tử tính toán. Chia lưới càng mịn thì số phần tử

tính toán càng nhiều.

- Chọn mô hình vật liệu phù hợp, nhập thông số vật liệu.

- Chọn điều kiện ban đầu, điều kiện biên gần đúng trong khoảng sai số cho

phép. Chọn thuật giải bài toán.

- Thiết lập điều kiện suất kết quả và cho phần mềm chạy tính toán.

- Kết quả thu được là các thông số vật liệu, trạng thái vật liệu sau va chạm.

2.4.10. Bắn thử nghiệm thực tế theo tiêu chuẩn

- Vật liệu bắn thử nghiệm được cố định trên bia đo độ lún

- Sử dụng các loại súng bắn thử nghiệm bắn các loại đạn theo yêu cầu.

- Súng bắn đạn thử nghiệm được đặt theo các cự ly khác nhau tùy th o điều

kiện nghiên cứu và thử nghiệm.

- Đặt các bia cảm uang để xác định tốc độ của đầu đạn

- Điểm bắn của đầu đạn trúng vào mẫu thử nghiệm được ui định cách biên

ngoài của vật liệu bắn thử nghiệm tối thiểu là 5 cm và mỗi viên đạn bắn trúng cách

nhau tối thiểu là 5 cm.

52

- Tại mỗi lần bắn thử nghiệm, vật liệu chống đạn sẽ được bắn trúng 06 viên

theo các yêu cầu như điều kiện trên, kiểm tra kết quả sau mỗi lần bắn và đánh ấu

xác định vị trí bắn trúng của viên đạn.

- Kiểm tra độ xuyên của các vết đạn đối với từng vật liệu chống đạn. Viên

đạn bắn trúng và xuyên qua mẫu thử nghiệm thì được coi là bắn thủng mẫu. Viên

đạn bắn trúng và không xuyên qua mẫu thì được coi là không bắn thủng.

- Kiểm tra độ lún của bia đo độ lún, nếu độ lún nhỏ hơn mm thì vật liệu

đạt yêu cầu chống đạn (theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04 của Hoa Kỳ); nếu lớn hơn

mm thì không đạt yêu cầu chống đạn.

53

C ƯƠN . ẾT Ả VÀ T ẢO N

3.1. Chế tạo nanocompozit MWCNT và graphen với PPy, PANi

Với mục đích chế tạo được vật liệu nanocompozit có cả hai chức năng chống

đạn và hấp thụ sóng điện từ, đầu tiên cần phải chế tạo vật liệu gia cường dẫn điện và

có khả năng làm tăng tính chất điện môi của compozit. Do đó, luận án chế tạo vật

liệu nanocompozit trên cơ sở polyanilin, polypyrol với MWCNT, graphen (Gr), từ

đó lựa chọn hệ vật liệu có độ dẫn và khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt nhất, sử dụng

làm vật liệu gia cường cho compozit vải sợi chống đạn.

3.1.1. Khảo sát vật liệu MWCNT và graphen

3.1.1.1. Hình thái học của vật liệu

Kết quả khảo sát hình thái học bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường

(FESEM) của mẫu MWCNT ban đầu và mẫu MWCNT sau khi rung siêu âm được

trình bày tại hình 3.1.

Hình 3.1. Ảnh FESEM của mẫu MWCNT mẫ NT a đầu (a), mẫu CNT sau

khi rung siêu âm (b)

Kết quả cho thấy, đối với MWCNT ban đầu (hình 3.1a) thì các sợi MWCNT

bện vào nhau trong quá trình chế tạo, tạo thành các cuộn lớn. Trong quá trình hình

thành MWCNT theo phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi CVD), các sợi

MWCNT hình thành do xúc tác sắt ở đ nh của sợi và định hướng lên trên nhưng

(a) (b)

54

không có giá đỡ nên các sợi có xu hướng xoắn, đồng thời giữa các sợi có lực tương

tác Vanderwaals làm cho chúng ễ tụ lại thành khối lớn cuộn tròn. Nếu không có

biện pháp tách và phân tán sợi nano thì nó sẽ gây ra các búi tập trung trong nền vật

liệu ch có tác dụng gia cường như bột độn thông thường, thậm chí có thể gây ra các

khuyết tật trong pha nền, giảm độ bền của vật liệu thu được. Đối với MWCNT phân

tán trong nước bằng phương pháp rung siêu âm trong dung dịch chứa DBSA 15%

trong thời gian 2 giờ, sau đó tiến hành lọc, rửa sạch bằng nước cất, sấy khô (hình

3.1b) thì các búi sợi lớn không còn nữa, được đánh bung ra và tạo điều kiện để các

ống nano phân tán đều hơn trong nhựa nền. Kết quả cũng cho thấy các sợi MWCNT

có kích thước tương đối đồng đều và đường kính ống của chúng vào khoảng 20-40

nm.

Kết quả khảo sát hình thái học bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường

(FESEM) của mẫu graph n ban đầu độ phóng đại 10000 lần và mẫu graphen sau khi

rung siêu âm có độ phóng đại 60000 lần được trình bày tại hình 3.2.

Hình 3.2. Ảnh FESEM của graphen

Kết quả cho thấy graphen sau khi rung siêu âm với dung dịch nước chứa

15% trong thời gian 2 giờ, có cấu trúc dạng phiến lớp với kích thước khoảng 3-5

µm (hình 3.2a) và độ dầy khoảng 50÷100 nm (hình 3.2b). Cũng như MWCNT,

graphen sau khi rung siêu âm cho thấy chúng có thể phân tán trong nhựa nền và

dung dịch. Để kiểm nghiệm, luận án tiến hành so sánh phổ Raman của MWCNT và

graphen trong khảo sát tiếp theo.

55

3.1.1.2. Phổ Raman của CNT và graphen

Quang phổ Raman là phương pháp quan trọng trong xác định cấu trúc của

vật liệu nanocacbon. Kết quả phổ Raman của MWCNT được trình bày tại hình 3.3.

Kết quả cho thấy, đối với MWCNT thì vùng D ở khoảng 1350 cm-1

cho biết

mức độ hỗn loạn của cấu trúc graphit hay biểu thị mức độ của cấu trúc sáu cạnh của

cacbon trong MWCNT bị phá vỡ mà nguyên nhân là do sự có mặt của các sai hỏng

mạng (tạp chất, chỗ trống, ống bị xoắn… hoặc sự tồn tại của cacbon vô định hình.

Vùng G ở khoảng 1600 cm-1

mô tả các mo ao động th o phương tiếp tuyến với

cấu trúc graphit, o đó đặc trưng cho cấu trúc sắp xếp trật tự trong mạng graphit tức

là liên uan đến sự ổn định của cacbon lai hóa sp2 trong MWCNT. Vùng G’ ở

khoảng 2700 cm-1

là kiểu bội âm hai phonon của dải D (còn gọi là vùng 2D).

Hình 3.3. Phổ Raman của MWCNT

Đối với MWCNT của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam thì

đ nh D khá cao, chứng tỏ ống vẫn còn có khuyết tật tồn tại sự hỏng mạng và cacbon

vô định hình. Trên hình cũng xuất hiện đ nh 2D khá lớn, chứng tỏ vật liệu sử dụng

là ống cacbon nano đa tường.

Kết quả phổ Raman của graph n được trình bày tại hình 3.4

D

G

G’ 2

56

Hình 3.4. Phổ Raman của graphen

Phổ Raman của graphen có thể xác định số lượng các lớp graphen, mật độ

của các khuyết tật và các tạp chất. Ba đ nh đặc trưng trong phổ Raman của graphen

là các dải tần G ở ~1580 cm-1

, dải tần 2D ở ~2680 cm-1

và dải tần D ở ~1350 cm-1

đều xuất hiện kết quả cũng cho thấy đ nh D khá cao chứng tỏ mẫu graphen vẫn còn

các khiếm khuyết, đ nh 2D G’ của graphen thấp và tù cho thấy số lớp khá lớn.

Điều này cũng phù hợp với các kết quả khảo sát hình thái học ở trên.

3.1.2. hảo sát điều kiện chế tạo

3.1.2.1. Ả ưởng của àm lư ng DBSA đế độ dẫn của PANi và PPy

Mẫu nanocompozit được chế tạo như trình bày tại mục 2.1 được ép thành

viên ở áp suất 120 kg/cm2 và đo độ dẫn bằng phương pháp mũi ò. Kết quả đo độ

dẫn của vật liệu PANi, PPy chế tạo được với hàm lượng chất doping DBSA thay

đổi từ 0-30% monome, được trình bày tại hình .6. Kết quả cho thấy hàm lượng

DBS càng tăng thì độ dẫn của PPy càng tăng, o tăng các phần tử điện tích

(polaron và dipolaron) trong PANi và PPy. hi hàm lượng BS tăng lên 20% thì

độ dẫn của PPy tăng lên không nhiều. o đó luận án lựa chọn hàm lượng DBSA ở

20% để chế tạo PPy trong các nghiên cứu tiếp theo. Tương tự, luận án lựa chọn hàm

lượng DBSA tối ưu trong tổng hợp PANi là 15%.

D

G

G’ 2

57

Hình 3.5. Ả ưởng của àm lư DBSA đế độ dẫn của PANi và PPy

3.1.2.2. Ả ưởng của thời gian phản ứng đế độ dẫn của PANi và PPy

Các mẫu nanocompozit được chế tạo như trình bày tại mục 2.3 với thời gian

phản ứng thay đổi từ 2 đến 12 giờ, kết quả biểu diễn sự phụ thuộc độ dẫn của PANi,

PPy vào thời gian phản ứng được trình bày trên hình 3.6. Kết quả cho thấy lúc đầu

thời gian phản ứng càng ài thì độ dẫn càng tăng, sau giờ thì độ dẫn của vật liệu

giảm xuống. Do hàm lượng monome pyrol trong nước thấp dần, lượng PPy tạo

thành quá ít dẫn đến hàm lượng các hạt dẫn trong PPy đã tạo thành giảm theo thời

gian. Hiện tượng tương tự cũng xảy ra với uá trình chế tạo P Ni với thời gian

phản ứng tốt nhất ở 8 giờ. o đó luận án lựa chọn thời gian phản ứng là 8 giờ để

chế tạo PANi, PPy trong các nghiên cứu tiếp.

Hình 3.6. Ả ưởng của thời gian phản ứ đế độ dẫn của PANi và PPy

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30

Độ ẫn (S cm)

m ư ng SA (%)

PPy PANi

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10 12

Độ ẫn (S cm)

Thời gian phản ứng (giờ)

PPy PANi

58

3.1.2.3. Ả ưởng của àm lư ng MWCNT, graphen đế độ dẫn của PANi và PPy

Các mẫu nanocompozit chế tạo trong dung dịch nước ở thời gian 8 giờ, hàm

lượng DBSA 20% với PPy, 15% với PANi, ở hàm lượng graphen, MWCNT thay

đổi từ 0 đến 7 % (PKL), các mẫu được ép thành viên ở áp suất 120 kg/cm2 và tiến

hành đo độ dẫn bằng phương pháp mũi ò, kết quả được trình bày tại hình 3.7.

Hình 3.7. Ả ưởng của àm lư ng MWCNT và graphen đến độ dẫn của PANi

và PPy

Kết quả cho thấy, o MWCNT và graph n đều có độ dẫn điện tốt nên khi

tăng hàm lượng của chúng thì độ dẫn của nanocompozit đều tăng lên đáng kể. Hình

. cũng cho thấy hàm lượng graphen cho độ dẫn tốt ở 5% P L đạt độ dẫn 48,5

S/cm với nanocompozit graphen/PPy, và 4% (PKL) với nanocompozit

graphen/PANi. Tương tự, vật liệu có độ dẫn tốt ở hàm lương MWCNT là % (PKL)

với nanocompozit MWCNT/PPy, 4% (PKL) với nanocompozit MWCNT/PANi, với

hàm lượng cao hơn thì độ ẫn tăng không đáng kể.

3.1.2.4. Khảo sát tính chất nanocompozit MWCNT và graphen với PPy

Các mẫu PPy và nanocompozit MWCNT/PPy, graphen/PPy được p viên

với Br và đo phổ hồng ngoại, kết uả được trình bày tại hình .8.

Kết quả cho thấy, phổ FTIR của PPy, graphen/PPy, MWCNT/PPy đều xuất

hiện đ nh hấp thụ rộng ở số sóng 3200 - 3400 cm-1, tương ứng với ao động liên kết

20

25

30

35

40

45

50

55

0 1 2 3 4 5 6 7

Độ

dãn

(S/

cm)

Hàm lượng (%)

MWCNT/PPy

Graphen/PPy

MWCNT/PANi

Graphen/PANi

59

N-H của PPy và OH có trong nước. Trong cấu trúc của PPy, vòng pyrol được đặc

trưng bởi các đ nh hấp thụ 780, 912 và 1546 cm-1

Các đ nh hấp thụ này rất nhạy

cảm với mức độ oxi hóa và độ dài liên hợp trong cấu trúc của PPy và ua đó ảnh

hưởng mạnh tới đến độ dẫn của PPy (a). hi PPy được biến tính với MWCNT (b)

ta thấy các đ nh hấp thụ của vòng pyrol bị dịch chuyển lên số sóng 791, 950, 1560

cm-1. Điều này cho thấy giữa PPy và MWCNT có các tương tác nhất định và làm

thay đổi vòng pyrol.

(a)

(b)

60

Hình 3.8. Phổ FTIR của PPY (a), nanocompozit MWCNT/PPy (b) và

graphen/PPy (c)

Trên phổ hồng ngoại của graphen/PPy (c) đ nh đặc trưng của PPy ở 1583,

1465 cm-1

. Ta thấy đ nh 912 cm-1

và 1546 cm-1

của PPy có xu hướng tăng trong

nanocompozit graphen/PPy thành đ nh 1010 và 1675 cm-1

, cho thấy PPy được trùng

hợp trên bề mặt graphen.

Hình 3.9. Ảnh FESEM của nanocompozit MWCNT/PPy (a), graphen/PPy (b)

Hình 3.9 là ảnh S M khảo sát hình thái học vật liệu của nanocompozit

MWCNT/PPy, nanocompozit graphen/PPy. Hình 3.9a cho thấy, PPy phủ lên bề mặt

MWCNT làm đường kính của vật liệu tăng lên. Trên hình 3.9b cho thấy PPy bám

quanh graphen, nanocompozit vẫn giữ nguyên được cấu trúc lớp.

(a) (b)

(c)

61

3.1.3. Khả năng hấp thụ sóng điện từ của nanocompozit

Các mẫu nanocompozit graphen/PPy, MWCNT/PPy, graphen/PANi,

MWCNT/PANi chế tạo th o các điều kiện tối ưu trình bày tại mục 3.1.2. Được

phân tán trong nhựa nền với hàm lượng 20% (PKL) poxy đóng rắn bằng M ở

150oC. Tiến hành đổ rót trong khuôn thành các khối có độ ầy 10 mm, và 20%

(PKL), đo khả năng hấp thụ sóng điện từ của các nanocompozit thu được, kết quả

tại hình 3.10.

Hình 3.10. Tổ ao ấp thụ s điện từ của các nanocompozit

Đồ thị tổn hao hấp thụ theo tần số cho thấy ở hầu hết các mẫu nanocompozit

đều có sự thay đổi khác nhau, không theo quy luật tuyến tính chung nào, điều này là

do ở mỗi tần số khác nhau thì có điện trường khác nhau và cường độ luôn thay đổi,

o đó độ dẫn của vật liệu thay đổi tùy thuộc vào tần số.

Kết quả khảo sát cho thấy các mẫu nanocompozit đều cho độ hấp thụ tốt trên

dải tần số từ 8-12 GHz. Đây là ải tần mà các rađa thường sử dụng để quét và xác

định các mục tiêu.

Đồ thị hấp thụ sóng điện từ của MWCNT/PPy cho khả năng hấp thụ thấp

nhất ở GHz với -8,2 B, cao nhất ở 10 GHz với -26,9 dB.

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tổ

n h

ao hấp

thụ (

dB

)

Tần số (GHz)

MWCNT/PPy

Graphen/PPy

MWCNT/PANi

Graphen/PANi

62

Đồ thị hấp thụ sóng điện từ của MWCNT/PANi cho khả năng hấp thụ thấp

nhất ở GHz với -6, B, cao nhất ở -9 GHz với -23,7 dB.

Đồ thị hấp thụ sóng điện từ của graphen/PANi hấp thụ thấp nhất ở GHz với

- ,1 B, hấp thụ cao nhất ở -8,1 GHz với -25,8 dB.

Đồ thị hấp thụ sóng điện từ của graphen/PPy cho khả năng hấp thụ thấp nhất

ở 5 GHz với -7,2 dB và cao nhất ở 10 GHz với -32 dB.

Hình 3.11. Đồ thị hấp thụ s điện từ của nanocompozit graphen/PPy ở dải tần

4-8 GHz (a) và 8-12 GHz (b)

(a)

(b)

63

Qua so sánh thấy rằng mẫu nanocompozit graphen/PPy có khả năng hấp thụ

sóng điện từ tốt nhất, độ ẫn điện cao nhất, do vậy luận án sử dụng nanocompozit

graphen/PPy trong các nghiên cứu tiếp theo với các điều kiện công nghệ chế tạo tối

ưu ở hàm lượng DBSA 20%, thời gian phản ứng là 8 giờ, hàm lượng graphen là

%, cho độ dẫn đạt 48 S/cm và khả năng hấp thụ sóng điện từ cao nhất ở 10 GHz

với -32 dB.

3.2. Chế tạo nanocompozit vải s i cacbon/epoxy/graphen/PPy (CEGPY)

3.2.1. Khảo sát nhựa nền epoxy

3.2.1.1. Phổ hồng ngoại của epoxy

Phổ hồng ngoại của nhựa epoxy epikote 815 được trình bày tại hình .12.

ết uả cho thấy sự hiện iện của nhóm chức trong nhựa poxy được ở các

đ nh 1 cm-1 đặc trưng cho ao động hóa trị của nhóm -C- của vòng oxy, đ nh

1247 cm-1

, 830 cm-1

đặc trưng cho nhóm poxy, đ nh 0 6 cm-1 đặc trưng cho ao

động hóa trị của liên kết C-H với oxi. Đ nh 1 10 và 160 cm-1

đặc trưng cho dao

động vòng thơm trong bisphenol.

Hình 3.12. Phổ hồng ngoại của nhựa epoxy Epikote 815

64

3.2.1.2. Ả ưởng của hàm lư ng chất đ rắn DDM

Hình 3.13. Ả ưởng của àm lư DDM đế àm lư ng phần gel của nhựa

epoxy Epikote 815 ở 80oC

Hàm lượng chất đóng rắn có ảnh hưởng lớn đến tính chất của nhựa sau khi

đóng rắn. Nếu tổng số nhóm hoạt động của chất đóng rắn nhỏ hơn số nhóm epoxy

có trong nhựa thì số các liên kết ngang được tạo ra ít, kết quả là sau khi đóng rắn vật

liệu sẽ có tính chất cơ học thấp. Nếu tổng số nhóm hoạt động của chất đóng rắn lớn

hơn số nhóm epoxy có trong nhựa thì tốc độ đóng rắn sẽ diễn ra nhanh, vật liệu thu

được bị dòn và thời gian gel hóa ngắn không thích hợp để chế tạo prepregs. Nếu t

lệ nhóm hoạt động của chất đóng rắn phù hợp với nhóm epoxy có trong nhựa, ta sẽ

nhận được vật liệu với các cấu trúc liên kết ngang đều đặn, có các tính chất cơ học

cao nhất. Kết quả khảo sát uá trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 815 bằng DDM ở

80oC được trình bày tại hình 3.13.

Kết quả cho thấy, thời gian gel hóa của nhựa epoxy Epikote 815 t lệ nghịch

với hàm lượng chất đóng rắn, nếu hàm lượng chất đóng rắn càng cao thì thời gian

gel hóa càng ngắn. hi tăng hàm lượng chất đóng rắn sẽ làm giảm thời gian gel hoá,

gây khó khăn cho chế tạo và t lệ khâu mạch lớn dẫn đến vật liệu bị cứng, dòn, dễ

đứt gãy hơn. Với mục đích chế tạo pregregs, hệ nhựa/chất đóng rắn cần phải có thời

65

gian sống của nhựa dài, tức là cần có thời gian g l hóa đủ ài o đó luận án lựa

chọn hàm lượng chất đóng rắn DDM ở 22% (PKL) để tiến hành các nghiên cứu tiếp

theo.

3.2.1.3. Ả ưởng của nhiệt độ tới mứ độ đ rắn của nhựa epoxy

Tiến hành khảo sát nhiệt độ đóng rắn của hệ Epikote 815/DDM ở t lệ

100/22 (PKL) bằng phương pháp phân tích nhiệt vi sai quét (DSC), kết quả được

trình bày tại hình 3.14.

Tại giản đồ DSC, kết quả cho thấy xuất hiện một đ nh pic toả nhiệt lớn tại

nhiệt độ 173,8oC chứng tỏ phản ứng đóng rắn của DDM với nhựa epoxy Epikote

815 diễn ra mãnh liệt ở 165 175oC. Nếu chế tạo compozit ở nhiệt độ này thì tốc

độ đóng rắn sẽ diễn ra nhanh, vật liệu thu được bị dòn o đó ta phải chế tạo ở nhiệt

độ đóng rắn thấp hơn.

Hình 3.14. Giả đồ DSC của hệ nhựa ikote815 đ rắn bằng DDM

Kết quả khảo sát hàm lượng phần gel của hệ nhựa Epikote 815/DDM =

100/22 (PKL) ở các nhiệt độ khác nhau được trình bày tại hình 3.15.

Kết quả cho thấy khi tăng nhiệt độ thì mức độ đóng rắn tăng nhanh đáng kể:

hàm lượng phần g l đạt tối đa 6% ở 120oC, mất thời gian gấp 2 lần so với ở 140

oC,

gấp 4 lần so với ở 150oC và gấp 8 lần so với ở 160

oC. Tùy thuộc vào mục đích của

66

công nghệ chế tạo mà ta có thể lựa chọn nhiệt độ đóng rắn thích hợp và có thể chế

tạo compozit ở 130oC ÷150

oC để rút ngắn thời gian chế tạo.

Hình 3.15. Ả ưởng của nhiệt độ đế àm lư ng phần gel của hệ nhựa

Epikote 815/DDM = 100/22 (PKL)

3.2.1.4. Tính chất ơ ọc của pha nề đã đ rắn

Các mẫu nhựa nền epoxy với hàm lượng DDM thay đổi từ 20-26 (PKL)

đóng rắn ở 150oC, trong thời gian 0 phút, để yên sau 48 giờ và tiến hành khảo sát

tính chất cơ học của mẫu vật liệu thu được. Kết quả được trình bày tại hình 3.16 và

3.17.

Hình 3.16. Giả đồ ứng suất biến dạng của nhựa e o y đã đ rắn

67

Hình 3.16 là giản đồ ứng suất biến dạng của poxy đóng rắn bằng DDM 22%

(PKL) trong 48 giờ. Kết quả cho thấy đường cong k o đứt có độ dốc lớn, mođun

kéo lớn và độ dãn dài khi đứt rất nhỏ, đặc trưng cho tính chất của các vật liệu dòn.

Hì .17. Tính chất ơ ọc của e o y đ rắn bằng DDM ở àm lư ng khác nhau

Kết quả khảo sát tính chất cơ học của nhựa poxy đóng rắn bằng DDM ở các

hàm lượng M thay đổi từ 20-26% P L được trình bày tại hình 3.17. Kết quả

cho thấy hàm lượng chất đóng rắn DDM 22 % (PKL) cho nền nhựa epoxy có tính

chất cơ lý tốt nhất. Với hàm lượng DDM cao hơn 22 % thì tính chất cơ lý tăng lên

không nhiều, đến 26 % (PKL) thì giảm nhẹ. o đó, luận án sử dụng hàm lượng

đóng rắn DDM ở 22% (PKL) để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.

3.2.2. Ảnh hưởng của h m ư ng nhựa epoxy đến tính chất cơ học của CEGPY

Tiến hành chế tạo các mẫu CEGPY theo qui trình công nghệ hai giai đoạn

được trình bày tại mục 2.3, ở nhiệt độ p 140oC, thời gian p 60 phút, áp suất p

140 kg/cm2, hàm lượng GPY 5%, với hàm lượng nhựa epoxy từ 20-40 %. Khảo sát

tính chất cơ học của các nanocompozit thu được, kết quả được trình bày tại hình

3.18.

40

45

50

55

60

65

70

15

25

35

45

55

65

75

20 22 24 26

Độ ền a đập (kJ m

2)

Độ ền kéo đứt

và

ốn (

MP

a)

m ư ng đóng rắn (%)

Độ bền k o Mpa

Độ bền uốn Mpa

Độ bền va đập J m2

68

Hì .18. Ả ưởng của àm lư ng ựa e o y đến tính chất ơ học của

CEGPY

Kết quả cho thấy, vật liệu CEGPY đạt tính chất cơ học tốt nhất ở hàm lượng

nhựa 30% (PKL . hi tăng hàm lượng nhựa epoxy trong nanocompozit thì tính chất

cơ học của vật liệu tăng đến một giới hạn rồi lại giảm xuống. Khi hàm lượng nhựa

thấp thì nhựa chưa thấm nhiều các sợi vải, liên kết giữa nhựa và sợi yếu, tải trọng từ

bên ngoài áp đặt lên nanocompozit sẽ chuyển tải chủ yếu lên vải cacbon. Tăng hàm

lượng nhựa vừa đủ nhựa thấm sâu và đều hơn vào trong vải dẫn đến làm tăng liên

kết giữa nhựa và sợi, tải trọng từ bên ngoài áp đặt lên nanocompozit được chuyển

tải đều lên cả sợi cacbon và nhựa epoxy. Nếu hàm lượng nhựa lên quá nhiều thì tải

trọng từ bên ngoài áp đặt lên nanocompozit chuyển tải chủ yếu lên nhựa epoxy dẫn

đến độ bền cơ học của vật liệu cũng bị giảm xuống. Từ kết quả trên, luận án lựa

chọn hàm lượng nhựa epoxy ở 0% P L để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.

3.2.3. Ả ưởng của àm lư ng GPY đến tính chất ơ ọc của CEGPY

Chế tạo các mẫu CEGPY theo qui trình công nghệ hai giai đoạn được trình

bày tại mục 2.3, ở hàm lượng nhựa epoxy 30 %, áp lực ép 140 kg/cm2, nhiệt độ ép

140oC, thời gian ép 60 phút, hàm lượng GPY trong nhựa epoxy thay đổi từ 0-5 %.

Khảo sát tính chất cơ học của nanocompozit thu được, kết quả được trình bày tại

hình 3.19.

40

45

50

55

60

65

70

15

25

35

45

55

65

75

20 22 24 26

Độ ền a đập (kJ m

2)

Độ ền kéo đứt

và

ốn

(M

Pa)

m ư ng đóng rắn (%)

Độ bền k o đứt Độ bền uốn

Độ bền va đập

69

Hình 3.19. Ả ưởng của àm lư ng GPY đến tính chất ơ ọc của CEGPY

Kết quả cho thấy, o GP có kích thước nhỏ, nên khả năng phân tán hiệu

quả hơn nên ch cần một lượng nhỏ cũng làm tăng sự phân bố của chúng trong nền

nhựa epoxy. Sự phân bố tốt của GPY, với cấu trúc dạng lớp của graphen và có thêm

thành phần hữu cơ của PPy tạo liên kết tốt hơn với vải sợi và nhựa nền. ích thước

một chiều của GPY khá lớn làm cho diện tích tiếp xúc giữa sợi và nền lớn làm tăng

cường sự chuyển tải đồng đều của sợi cacbon lên nền nhựa dẫn đến tính chất cơ học

của compozit tăng lên. Tính chất cơ học của vật liệu CEGPY tăng nhanh trong

khoảng hàm lượng GPY từ 1÷3% (PKL). hi hàm lượng GPY cao hơn % thì tính

chất cơ học của vật liệu vẫn tăng lên nhưng chậm lại.

Chế tạo nanocompozit CEGPY chứa 5 lớp vải cacbon theo điều kiện công

nghệ như trên với hàm lượng GP trong nhựa poxy thay đổi từ 0-5 % và tiến hành

xác định độ dẫn theo tiêu chuẩn ASTM D257-91, trên máy Keithley picometer, kết

quả được trình bày tại hình 3.20.

Ta thấy, tuy GP có độ dẫn cao , S cm nhưng nếu hàm lượng GPY

trong epoxy thấp (<1%) thì các phần tử dẫn điện ít, chưa đủ để hình thành mạng

lưới dẫn điện liên tục trong CEGPY nên vật liệu có độ dẫn không chênh lệch nhiều

so với compozit cacbon poxy ban đầu. Khi hàm lượng GP trong poxy đạt đến

một ngưỡng nào đó thì sẽ hình thành mạng lưới các phần tử dẫn điện liên tục trong

120

125

130

135

140

145

150

155

160

165

170

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

0 1 2 3 4 5

Độ ền

va đập

(k

J/m

2)

Độ ền

kéo đứt ốn

(M

Pa)

m ư ng GPY (%)

Độ bền k o đứt Độ bền uốn

Độ bền va đập

70

hệ vật liệu làm độ dẫn tăng đột biến trong khoảng hàm lượng GPY từ 1-2%. Khi

hàm lượng GP tăng trên 2% thì độ dẫn tăng chậm lại do mạng lưới các phần tử

dẫn điện đã được hình thành.

Hì . 0. Ả ưởng của àm lư P đế độ ẫ ủa CEGPY

Tính chất cơ học của C GP đạt giá trị tối ưu ở hàm lượng GPY trong nhựa

epoxy là 3% (PKL), mặt khác với hàm lượng GPY trong nhựa epoxy ch cần lớn

hơn 2% P L thì mạng lưới các phần tử dẫn điện đã được hình thành trong

CEGPY. o đó, để đạt được mục đích chế tạo vật liệu nanocompozit có cả hai chức

năng chống đạn và hấp thụ sóng điện từ, luận án lựa chọn hàm lượng GPY trong

nền nhựa poxy là % để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.

3.2.4. Ả ưởng của điều kiện chế tạo đến tính chất ơ ọc của CEGPY

3.2.4.1. Ả ưởng của nhiệt độ ép

Chế tạo các mẫu CEGPY với hàm lượng nhựa epoxy là 30 % (PKL), ở áp

lực ép 140 kg/cm2, thời gian ép 60 phút, hàm lượng GPY trong nhựa epoxy là %,

với nhiệt độ ép thay đổi 120 ÷ 160oC. Kết quả khảo sát tính chất cơ học của

nanocompozit được trình bày tại hình 3.21.

Kết quả cho thấy tính chất cơ học của nanocompozit đạt giá trị tăng ần ở

vùng nhiệt độ 120-150oC và giảm ở 160

oC. Điều này là do khi ở nhiệt độ thấp thì

nhựa poxy chưa được đóng rắn hoàn toàn, còn khi ép ở nhiệt độ quá cao, nhựa

poxy đóng rắn nhanh và hoàn toàn trong thời gian ngắn, nếu tiếp tục duy trì thì vật

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 2 4 6 8L

og

ari

t độ ẫ

n

m ư ng graphen-PPy

71

liệu sẽ bị dòn, phá hu liên kết của nhựa epoxy và liên kết giữa nhựa với sợi. Luận

án lựa chọn nhiệt độ ép ở 150oC để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.

Hình 3.21. Ả ưởng của nhiệt độ ép đến tính chất ơ ọc của CEGPY

3.2.4.2.Ả ưởng của thời gian ép

Chế tạo các mẫu CEGPY với hàm lượng nhựa epoxy là 30% (PKL), hàm

lượng GPY trong nhựa nền là 3%, ở áp lực ép 140 kg/cm2, nhiệt độ ép 150

oC với

thời gian p thay đổi 30-120 phút. Kết quả khảo sát tính chất cơ học của

nanocompozit được trình bày tại hình 3.22.

Hình 3.22. Ả ưởng của thời gian đến tính chất ơ ọc của CEGPY

140

145

150

155

160

165

170

175

180

185

190

200

220

240

260

280

300

320

340

360

120 130 140 150 160

Độ ền

va

đập

(k

J/m

2)

Độ ền

kéo đứt ốn

(M

Pa

)

Nhiệt độ ép (oC)

Độ bền k o đứt Độ bền uốn

Độ bền va đập

155

160

165

170

175

180

185

190

220

240

260

280

300

320

340

30 50 70 90 110

Độ ền

va đập

(k

J/m

2)

Độ ền

kéo đứt ốn

(M

Pa)

Thời gian ép (ph t)

Độ bền k o đứt Độ bền uốn

Độ bền va đập

72

Ta thấy, khi thời gian p tăng sẽ làm tăng khả năng đóng rắn trong nhựa

epoxy của nanocompozit, dẫn đến tính chất cơ học của vật liệu tăng lên. Tuy nhiên,

sau một thời gian đủ dài thì nhựa epoxy sẽ được gel hóa hoàn toàn dẫn đến tính chất

cơ học của nanocompozit không tăng nhiều, thậm chí có xu hướng giảm do các liên

kết của nhựa epoxy với sợi bị phá hủy ở nhiệt độ cao. Kết quả cho thấy tại thời gian

ép 90 phút cho vật liệu có độ bền cơ lý đạt giá trị tốt nhất.

3.2.4.3. Ả ưởng của áp lực ép

Chế tạo các mẫu CEGPY với hàm lượng nhựa 0% (PKL), hàm lượng GPY

trong nhựa epoxy là 3% (PKL), ở nhiệt độ ép 150oC, thời gian ép 90 phút với áp lực

ép thay đổi từ 120 ÷ 160 kg/cm2. Kết quả khảo sát tính chất cơ học của

nanocompozit được trình bày tại hình 3.23.

Ta thấy khi tăng áp lực ép sẽ làm tăng khả năng liên kết, khả năng bám ính

của nhựa và sợi nên tính chất cơ học của vật liệu tăng. Tuy nhiên, nếu áp lực tăng

uá cao thì lượng nhựa epoxy trong nanocompozit sẽ bị đẩy ra bên ngoài biên của

tấm nanocompozit dẫn đến pha nền của vật liệu bị gián đoạn, khả năng gắn kết giữa

nhựa và sợi giảm làm cho tính chất cơ học của vật liệu giảm xuống. Kết quả cho

thấy tại áp lực ép 150 kg/cm2 thì tính chất cơ học của nanocompozit đạt giá trị cao

nhất.

Hình 3.23. Ả ưởng của áp suất ép đến tính chất ơ ọc của CEGPY

150

160

170

180

190

220

240

260

280

300

320

340

360

120 130 140 150 160

Độ ền

va

đập

(k

J/m

2)

Độ ền

kéo đứt ốn

(M

Pa)

p ực ép (kg/cm2)

Độ bền k o đứt Độ bền uốn

Độ bền va đập

73

Kết quả khảo sát cho thấy điều kiện công nghệ chế tạo nanocompozit

CEGPY tối ưu ở hàm lượng nhựa epoxy là 0% (PKL), hàm lượng GPY trong nhựa

epoxy là % (PKL) theo qui trình công nghệ hai giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: Đặt vải đã tẩm nhựa epoxy vào khuôn, gia nhiệt khuôn đến 80oC

trong 45 phút ở chế độ không áp lực. Giữ nhiệt độ ở 80oC và nâng áp lực ép lên 10

kG/cm2 trong phút để gel hoá một phần nhựa nền, phân bố nhựa nền vào sợi

cacbon và p đuổi khí.

Giai đoạn 2: Tăng nhiệt độ và áp lực p để định hình và đóng rắn hoàn toàn tấm

vật liệu ở áp lực ép 150 kg/cm2, thời gian ép 90 phút, nhiệt độ ép 150

oC. Giữ

nguyên áp lực ép, làm nguội sản phẩm bằng hệ thống làm mát trong 30 phút và hạ

khuôn, lấy sản phẩm.

Kết quả khảo nghiệm cho thấy tính chất cơ lý của vật liệu CEGPY đạt được ở

điều kiện tối ưu là: độ bền k o đứt 343 MPa, độ bền uốn 269 MPa, độ bền va đập

182 kJ/m2, mô đun k o đứt là 36 GPa.

3.2.5. Tính chất của CEGPY

3.2.5.1. P â tí iệt

Các mẫu compozit vải cacbon poxy và CEGPY được chế tạo bằng phương

pháp đóng rắn hai giai đoạn với điều kiện công nghệ như trình bày tại mục 3.2.4.

Tiến hành phân tích nhiệt các mẫu vật liệu đến 00oC, tốc độ gia nhiệt 10

oC/phút,

trong môi trường không khí, kết uả được trình bày trên hình 3.24.

Kết quả cho thấy, compozit cacbon poxy có hai vùng phân hủy: của epoxy

trong khoảng 300 - 400oC ứng với độ giảm khối lượng 35% và của vải sợi cacbon

trong khoảng 500 - 650oC ứng với độ giảm khối lượng %, sau đó thì khối lượng

mẫu gần như không thay đổi. Nanocompozit CEGPY có sự phân hủy nhiệt tương tự

như compozit cacbon poxy nhưng có nhiệt độ phân hủy cao hơn, điều này là o

chất gia cường GP làm tăng khả năng chịu nhiệt của compozit. Tính chất này góp

phần làm tăng khả năng chống đạn của vật liệu, vì trong uá trình va chạm đạn đạo

lực ma sát lỗ làm chuyển hóa một phần động năng thành nhiệt năng.

74

Hì 3.24. Giả đồ phân tích nhiệt khối lư ng của om o it a o e o y và

CEGPY

3.2.5.2. Hì t ái ọ của vật liệu

Tiến hành chụp ảnh bề mặt của mẫu compozit vải cacbon/epoxy và CEGPY,

kết quả được trình bày tại hình .25.

Hì .25. Ả FES M ủa compozit cacbon/epoxy (a), CEGPY (b)

Ta thấy, compozit cacbon poxy cho khả năng thấm ướt của nhựa với sợi tốt,

nhựa poxy đã bao bọc toàn bộ sợi cacbon, bề mặt vật liệu nhẵn và không xuất hiện

các vết nứt, lỗ xốp trên bề mặt chứng tỏ mẫu compozit được chế tạo tốt. CEGPY

cũng có cấu trúc tương tự, đáng chú ý là đã xuất hiện các phần tử gia cường phân

tán đồng đều trong vật liệu, điều này đã làm tăng cường đáng kể tính chất của cơ

(a) (b)

75

học của vật liệu. Độ bền k o đứt, độ bền uốn, độ bền va đập của compozit

cacbon poxy tương ứng là 240 MPa, 194 MPa và 132 kJ/m2; còn CEGPY có độ

bền k o đứt 1 MPa tăng 6% , độ bền uốn 2 MPa tăng 2% , độ bền va đập

188 kJ/m2 tăng 2% .

3.3. Chế tạo nanocompozit ải s i Kevlar/epoxy/GPY (KEGPY)

3.3.1. Ảnh hưởng của h m ư ng nhựa epo đến tính chất cơ học của KEGPY

Chế tạo các mẫu KEGPY theo qui trình công nghệ hai giai đoạn được trình

bày tại mục 2.2.3, với hàm lượng GPY 5%, nhiệt độ 1500C trong thời gian 90 phút,

với áp lực ép 150 kg/cm2, hàm lượng nhựa poxy thay đổi từ 20-40%. Kết quả đo

tính chất cơ học của các mẫu GP được trình bày tại hình 3.25.

Hình 3.26. Ả ưởng của àm lư ng nhựa đến tính chất ơ ọc vật liệu

KEGPY

Kết quả cho thấy, vật liệu GP đạt tính chất cơ học tốt nhất ở hàm lượng

nhựa epoxy đạt 30%. Tương tự như vât liệu CEGPY, khi tăng hàm lượng nhựa

epoxy trong nanocompozit thì tính chất cơ học của vật liệu tăng, đến một giới hạn

rồi giảm xuống. hi hàm lượng nhựa quá lớn, tải trọng từ bên ngoài áp đặt lên

nanocompozit chủ yếu lên nền nhựa epoxy làm giảm tính chất cơ học.

60

65

70

75

80

85

90

95

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

20 25 30 35 40

Độ ền

va đập

(k

J/m

2)

Độ ền

kéo đứt ốn

(M

Pa)

m ư ng nhựa (%)

Độ bền k o Độ bền uốn

Độ bền va đập

76

3.3.2. Ảnh hưởng của h m ư ng GPY đến tính chất cơ học của KEGPY

Chế tạo các mẫu KEGPY theo qui trình công nghệ hai giai đoạn được trình

bày tại mục 2.2.3, với hàm lượng nhựa 30%, áp lực ép là 150 kg/cm2, số lớp vải là

10 lớp, nhiệt độ ép là 150oC, thời gian ép là 90 phút, với hàm lượng GPY trong

nhựa epoxy thay đổi từ 1-10%. Kết quả đo tính chất cơ học của KEGPY được trình

bày tại hình 3.27.

Hình 3.27. Ả ưởng của àm lư ng GPY đến tính chất ơ ọc của KEGPY

Kết quả cho thấy, khi hàm lượng chất gia cường càng tăng thì tình chất cơ

học tăng, đến 5% thì độ bền tăng chậm lại, do bản chất sợi Kevlar gồm nhiều bó sợi

tập hợp lại, các chất gia cường có kích thước nhỏ có xu hướng xen vào các chỗ

hổng này, đồng thời nó chứa các nhóm hữu cơ của PPy có khả năng tạo liên kết với

nền epoxy trong uá trình đóng rắn từ đó làm tăng liên kết sợi và nhựa nền, cải

thiện tính chất cơ học của vật liệu. hi hàm lượng chất gia cường cao quá có thể

sinh ra kết tụ chất gia cường, tạo thành khuyết tật, có thế làm giảm tính chất cơ học.

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng GPY tới độ dẫn của KEGPY

theo tiêu chuẩn ASTM D257-93 được trình bày trên hình 3.28.

Tương tự như vật liệu CEGPY, ở GP , ban đầu độ dẫn không tăng, khi

hàm lượng GP trong poxy đạt đến một ngưỡng nào đó thì sẽ hình thành mạng

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

0 2 4 6 8 10

Độ ền

va đập

(k

J/m

2)

Độ ền

kéo đứt ốn

(M

Pa

)

m ư ng graphen-PPy (%)

Độ bền k o Độ bền uốn

Độ bền va đập

77

lưới các phần tử dẫn điện liên tục trong hệ vật liệu làm độ dẫn tăng đột biến trong

khoảng hàm lượng GPY từ 2- %. hi hàm lượng GP tăng trên % thì độ dẫn tăng

chậm lại do mạng lưới các phần tử dẫn điện đã được hình thành.

Hì . 8. Đồ t ị iể i độ ẫ của KEGPY

Tính chất cơ học của GP đạt giá trị tối ưu ở hàm lượng GPY trong nhựa

epoxy là 5% (PKL), mặt khác với hàm lượng GPY trong nhựa epoxy ch cần lớn

hơn % P L thì mạng lưới các phần tử dẫn điện đã được hình thành trong

K GP . o đó, để đạt được mục đích chế tạo vật liệu compozit có cả hai khả năng

hấp thụ sóng điện từ và khả năng chống đạn, luận án lựa chọn hàm lượng GPY

trong nhựa poxy là % để chế tạo GP để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.

Luận án đã khảo sát công nghệ chế tạo KEGPY, và kết uả tương tự như của

KEGPY. Điều này có thể o cả hai loại sợi vải cacbon và vải Kevlar đều không có

phản ứng hóa học với pha nền nên không làm ảnh hưởng đến tính chất của nền nhựa

khi đóng rắn, o vậy điều kiện công nghệ chế tạo tương đồng với nhau. Hơn nữa,

điều kiện công nghệ như nhau sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho chế tạo compozit tổ

hợp cả hai loại vải cacbon và vải Kevlar.

Điều kiện công nghệ chế tạo tối ưu vật liệu KEGPY là nhiệt độ p 1 0oC, áp

suất p ở 1 0 kg cm2, thời gian p là 0 phút, với hàm lượng nhựa là 0%, hàm

lượng chất gia cường GPY là % th o uy trình p hai giai đoạn như đã trình bày ở

mục 2.3. Tính chất cơ lý tối ưu của vật liệu nanocompozit KEGPY là: độ bền k o

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8Lo

gari

t đ

ộ d

ân

Hàm lượng Graphen-PPy (%)

78

đứt 339 MPa, độ bền va đập 89 kJ/m2, độ bền uốn 2 0 MPa, mô đun đàn hồi 26

GPa, độ ãn ài khi đứt 5 %.

3.3.3. Tính chất của KEGPY

3.3.3.1. Phân tích nhiệt

Các mẫu compozit vải vlar poxy và EGPY được chế tạo bằng phương

pháp đóng rắn hai giai đoạn với điều kiện công nghệ tối ưu như trình bày tại mục

3.3.2. Tiến hành phân tích nhiệt các mẫu vật liệu đến 00oC, tốc độ gia nhiệt

10oC phút, trong môi trường không khí, kết uả được trình bày trên hình 3.29.

Hì .29. Giả đồ phân tích nhiệt khối lư ng của om o it evlar e o y và

KEGPY

Kết quả cho thấy, mẫu compozit Kevlar/epoxy có 2 vùng phân hủy: của

poxy phân hủy nhiệt từ 300 - 400oC ứng với độ giảm khối lượng 35% và của vải

sợi evlar từ 500 - 550 o

C ứng với độ giảm khối lượng 84%, sau đó thì khối lượng

mẫu gần như không thay đổi. Nanocompozit KEGPY có sự phân hủy nhiệt tương tự

như compozit K vlar poxy nhưng có nhiệt độ phân hủy cao hơn, điều này là o

chất gia cường GP làm tăng khả năng chịu nhiệt của compozit.

So sánh khả năng chịu nhiệt của CEGPY với KEGPY cho thấy: do có cùng

hệ nhựa nền epoxy nên khoảng nhiệt độ ở đoạn phân hủy nhiệt đầu tiên là giống

nhau; đoạn phân hủy nhiệt tiếp theo của CEGPY là do vải sợi cacbon cháy trong

79

khoảng rộng từ 500 - 650oC, còn vải sợi Kevlar chứa thành phần hữu cơ nhiều hơn

nên cháy nhanh hơn làm khối lượng giảm nhanh trong khoảng hẹp 500 - 550oC.

3.3.3.2. Hì t ái ọ của KEGPY

Tiến hành chụp ảnh bề mặt của mẫu compozit vải Kevlar/epoxy và KEGPY,

kết quả được trình bày tại hình . 0

Hì 3.30. Ả S M ủa compozit Kevlar/epoxy (a) và KEGPY (b)

Ta thấy, compozit Kevlar/epoxy có nhựa poxy đã bao bọc và thấm ướt toàn

bộ sợi Kevlar, bề mặt vật liệu không xuất hiện các vết nứt, lỗ xốp chứng tỏ mẫu

compozit được chế tạo tốt. Bề mặt vật liệu K GP cũng có cấu trúc tương tự và có

thể quan sát thấy các phần tử GPY phân tán đồng đều trong vật liệu, điều này đã

làm tăng cường đáng kể tính chất của cơ học của vật liệu. Độ bền k o đứt, độ bền

uốn, độ bền va đập của compozit Kevlar poxy tương ứng là 252 MPa, 187 MPa và

69 kJ/m2; còn K GP có độ bền k o đứt 39 MPa tăng 34,7% , độ bền uốn 240

MPa tăng 28,6% , độ bền va đập 89 kJ/m2 tăng 29,2%).

. . hảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của các vật liệu nanocompozit

Tiến hành khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của các mẫu CEGPY,

KEGPY trên máy phân tích mạng MS202 B ntritsu với các bộ thu phát ở dải tần

8-12 GHz.

80

3.4.1. Ảnh hưởng h m ư ng GPY đến khả năng hấp thụ sóng điện từ

a. Vật liệu KEGPY

Các mẫu GP chứa hàm lượng GPY thay đổi từ 0-10%, với cùng số lớp

vải là 60 lớp ứng với độ ầy 13,2 mm, được khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ

ở tần số 10 GHz. Kết uả đo tổn hao hấp thụ và tổn hao phản xạ được trình bày tại

hình 3.31.

Hì .31. ả ấ t ụ s điệ từ ủa P t eo àm lư GPY ở

tầ số 10 GHz

Kết quả cho thấy, compozit Kevlar/epoxy có khả năng hấp thụ sóng điện từ

không đáng kể. Khi gia cường GPY (là vật liệu có độ dẫn cao, tính chất điện môi

tốt) vào vật liệu này sẽ làm tăng khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu KEGPY.

o đó, khi hàm lượng GPY tăng thì tổn hao hấp thụ và tổn hao phản xạ đều tăng.

Tuy nhiên, khi hàm lượng GPY lớn hơn % thì đã hình thành mạng lưới dẫn điện

trong KEGPY nên tổn hao hấp thụ và tổn hao phản xạ tăng lên không nhiều.

Mặt khác, kết quả khảo sát tại mục 3.3 cho thấy vật liệu KEGPY có tính chất

cơ lý tối ưu với hàm lượng GPY 5%. o đó luận án lựa chọn giữ nguyên hàm lượng

GPY % để khảo sát các tính chất tiếp th o của GP .

b.Vật liệu CEGPY

Các mẫu C GP có hàm lượng GP thay đổi từ 0-5%, với cùng số lớp vải

là 60 lớp ứng với độ ầy 1 mm, được khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ ở

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tổ

n h

ao

hấ

p thụ (

dB

)

m ư ng GPY (%)

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tổn hao phản ạ ( )

m ư ng GPY (%)

81

tần số 10 GHz. ết uả đo tổn hao hấp thụ và tổn hao phản xạ được trình bày tại

hình 3.32.

Kết quả cho thấy, khi tăng hàm lượng chất gia cường GPY thì khả năng hấp

thụ sóng điện từ của vật liệu tăng, tới 3% thì tổn hao hấp thụ đạt -28 dB, tổn hao

phản xạ đạt -35 dB. hi hàm lượng GPY lớn hơn % thì tổn hao hấp thụ và tổn hao

phản xạ tăng lên không đáng kể. Kết quả cũng cho thấy với hàm lượng GPY 3% thì

độ tổn hao đã tốt hơn so với hệ vật liệu GP % GP , điều này là do sợi

cacbon có độ dẫn điện tốt hơn, làm tăng khả năng hấp thụ sóng điện từ của CEGPY.

Hì . . ả ấ t ụ s điệ từ ủa P t eo àm lư GPY ở

tầ số 1 H

Mặt khác, kết quả khảo sát tại mục . cho thấy vật liệu C GP có tính chất

cơ lý tối ưu với hàm lượng GPY %. o đó luận án lựa chọn hàm lượng GPY 3%

để khảo sát các tính chất tiếp th o của CEGPY.

. . . hả năng hấp thụ sóng điện từ của ật iệ nanocompozit trên dải tần 8-

12GHz

.4. .1. ật liệ P

Chế tạo các mẫu vật liệu GP th o quy trình công nghệ trình bày tại mục

3.3, với hàm lượng GPY là %, tấm vật liệu có kích thước 100x100 mm, chứa 60

lớp vải được khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ ở ải tần 8-12 GHz, kết uả

được trình bày tại hình .33.

-33

-31

-29

-27

-25

-23

-21

-19

-17

-15

0 1 2 3 4 5

Tổn hao hấp thụ ( )

m ư ng Y (%)

-42

-37

-32

-27

-22

-17

-12

0 1 2 3 4 5

Tổn hao phản ạ ( )

m ư ng Y (%)

82

Hì .33. Tổn hao ấ t ụ (a) và tổn hao phản xạ (b) ủa P

ết uả cho thấy GP có tổn hao hấp thụ thấp nhất ở tần số 11,2 GHz

với -9,3 dB, cao nhất ở 10, GHz với -27,1 dB; tổn hao phản xạ thấp nhất ở tần số

GHz với -20,2 B, cao nhất ở 11 GHz với -27,7 dB.

.4. . . ật liệ P

Chế tạo các mẫu vật liệu C GP th o uy trình công nghệ trình bày tại mục

. , với hàm lượng GPY là %, tấm vật liệu có kích thước 100x100 mm, chứa 60

lớp vải được khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ ở ải tần -12 GHz, kết uả

được trình bày tại hình . 4.

(a)

(b)

83

Hì . 4. Tổn hao ấ t ụ (a), tổn hao phản xạ ủa P

Vật liệu CEGPY có tổn hao hấp thụ thấp nhất ở 11,2 GHz với -10 dB, cao

nhất ở 10,1 GHz với 30 dB; tổn hao phản hồi thấp nhất ở 11,2 GHz với -12,4 dB,

cao nhất ở 10 GHz với -35,4 dB.

.4. . . ật liệ P

Chế tạo mẫu vật liệu C GP th o quy trình công nghệ trình bày ở mục

3.3.3. Tấm vật liệu có kích thước 100x100 mm, chứa 30 lớp vải cacbon với hàm

lượng GPY là % ở phía trước và 0 lớp vải Kevlar với hàm lượng GPY là 5% ở

phía sau được khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ ở ải tần 8-12 GHz, kết uả

được trình bày tại hình .35.

84

Hì .35. ả ấ t ụ s điệ từ ủa P t eo tầ số k á a

Kết quả cho thấy, vật liệu CEGPY có tổn hao hấp thụ thấp nhất ở 11,2 GHz

với 18,2 B, cao nhất ở 10 GHz với -36, B; tổn hao phản hồi thấp nhất ở 8,4 GHz

với 20, B, cao nhất ở 10 GHz với 8,1 B. Vật liệu hấp thụ tốt trên ải tần -12

GHz băng X , dải tần thường được các rađa sử dụng để dò tìm mục tiêu.

Kết quả so sánh khả năng hấp thụ sóng điện từ của các mẫu KEGPY,

CEGPY, CKEGPY được trình bày tại hình 3.36.

Ta thấy, C GP có tổn hao hấp thụ và tổn hao phản xạ rộng hơn so với hai

vật liệu KEGPY và CEGPY. Điều này là o vật liệu nanocompozit tổ hợp 2 thành

phần có hàm lượng GPY khác nhau, nó tạo thành một tấm vật liệu kết hợp hai lớp

Dallenbach dẫn đến làm tăng hiệu quả hấp thụ sóng điện từ.

85

Hì .36. So sá k ả ấ t ụ s điệ từ ủa KEGPY, CEGPY và

CKEGPY

3.5. Khảo sát khả năng chống đạn

3.5.1. ác đ nh khả năng chống đạn của vải s i xếp lớp

3. 5.1.1. Mô phỏng số

a. Khả ố đạn của vải Kevlar

- Thông số mô phỏng của đầ đạn

Do tốc độ của viên đạn khi va chạm vào tấm chắn lớn, nên thời gian xảy ra

va chạm rất nhanh. Sự tác động của đầu đạn vào tấm chắn (bị va đập, xuyên

thủng… là rất phức tạp và cần phải có những thiết bị hiện đại mới có thể kiểm

nghiệm được. Mặc ù phương pháp thực nghiệm cung cấp phần lớn những kết quả

chính xác nhưng chi phí cao và đôi khi không cung cấp những thông tin chi tiết và

những tác động có thể xảy ra trong quá trình va chạm đạn đạo. Các nghiên cứu về

bài toán va chạm tốc độ cao hiện nay chủ yếu trên cơ sở phần mềm Autodyn

ANSYS. Luận án sử dụng phần mềm uto yn nsys 12.0 để tiến hành mô phỏng

nhằm mục đích hạn chế thử nghiệm thực tế, tiết kiệm thời gian và chi phí.

* Xây dựng các thông s về n

Đầu đạn 7,62x25 mm sử dụng cho súng K54 có kết cấu gồm 3 lớp: phần lõi

là thép cứng, lớp bọc bên ngoài bằng đồng tạo thành mũi đạn; giữa lõi và vỏ ngoài

là một lớp chì để ổn định đường đạn. Khối lượng của đầu đạn là 5,50 g và thiết đặt

tốc độ đạn khi va chạm là 420 m/giây. Mô hình thiết kế mô phỏng viên đạn được

mô tả tại hình 3.37.

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

8 9 10 11 12Tô

n h

ao h

ấp t

hu

(d

B)

Tân sô (GHz)

KEGPY CEGPY CKEGPY -40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

8 9 10 11 12

Tôn

hao

ph

an x

a(d

B)

Tân sô (GHz)

KEGPY CEGPY CKEGPY

86

a. Đầu đạn thực tế b. Thiết kế viên đạn c. Vỏ đồng d. Lõi thép

e. Lớp chì g. Nửa mẫu h. Mẫu đầy đủ i. Mẫu chia lưới 1/4

Hình 3.37. Đầ đạn 7,62x25 mm của súng K54

a. Đầu đạn thực tế b. Thiết kế đầu đạn c. Vỏ đồng d. Lõi thép

e. Lớp chì g. Nửa mẫu h. Mẫu chia lưới 1/4 i. Mẫu đầy đủ

Hình 3.38. Đầ đạn 7,62x39 mm ủa s A 47

87

Đầu đạn 7,62x39 mm sử dụng cho súng AK47 có kết cấu gồm 3 lớp: phần

lõi là thép cứng có tác dụng xuyên, lớp bọc bên ngoài bằng đồng tạo thành mũi đạn;

giữa lõi và vỏ ngoài là một lớp chì mỏng. Khối lượng của đầu đạn là 7,97 g và thiết

đặt tốc độ đạn khi va chạm là 715 m/giây. Mô hình thiết kế mô phỏng viên đạn

được mô tả tại hình 3.38.

Một số thông số vật liệu của các đầu đạn được lấy từ thư viện vật liệu

Autodyn. Sử dụng phương trình trạng thái tuyến tính, mô hình bền Johnson-Cook,

mô hình phá hu ứng suất chính, biến dạng chính với vỏ đạn đồng; lớp chì, phương

trình trạng thái tuyến tính, mô hình bền Steinberg-Guinan, phương trình trạng thái:

tuyến tính, mô hình bền Johnson-Cook với lõi thép. Các hợp phần của đầu đạn đều

sử dụng phương pháp chia lưới Lagrange.

- Nhập dữ liệ đưa ra kết quả mô phỏng

a. Đ n súng K54 va ch m vào t m chắn v i Kevlar

b. Đ n súng AK47 va ch m vào t m chắn v i Kevlar

Hình 3.39. Mô hình mô phỏng hình họ và ia lưới của á đầ đạn va chạm

vào tấm chắn vải Kevlar

88

* Xây dựng các thông s v t li u

Vải Kevlar là vật liệu aramit có tính bền cao, chịu uốn tốt nên phù hợp với

phương trình trạng thái trực hướng (orthotropic), mô hình bền tuyến tính, mô hình

phá hủy ứng suất/biến dạng mat rial str ss strain , phương pháp chia lưới Lagrange

cho mẫu vật liệu này.

Bảng 3.1. Mô hình và thông số vật liệu của vải Kevlar 129

Nội dung nhập dữ liệu Số liệu nhập

Phương trình trạng thái Trực hướng

Mô hình bền Tuyến tính

Độ bền k o đứt, kPa 4,15.105

Mô đun k o đứt, kPa 11,3.107

Độ dãn dài khi đứt, % 4,7

T trọng, g/cm3 1,4

Mô hình phá hủy Ứng suất/biến dạng chính

Phương pháp chia lưới Lagrange

Nhiệt độ phá hu , K 800

Chu kỳ giới hạn, vòng lặp 106

Thời gian va chạm tối đa, giây 0,2

Bước thời gian nhỏ nhất, giây 10-15

Bước thời gian lớn nhất, giây 108

Hệ số an toàn 0,67

Tấm vải chống đạn là một tấm vuông 100 x 100 mm được cố định đường

biên xung quanh và áp dụng các yếu tố đường biên không phản xạ xung quanh tấm

chắn để mô phỏng tấm không xác định. Mô phỏng số vật liệu vải ạng đẳng hướng

2 chiều nghĩa là tính chất th o phương đối xứng nhau nằm trong cùng mặt phẳng là

như nhau . Độ dầy tấm vải chống đạn lần lượt là 20, mm đối với đạn súng K54

tương đương với 80 lớp vải vlar 12 và 2 mm đối với đạn súng tương

đương với 200 lớp vải Kevlar 129 . Luận án lựa chọn góc va chạm giữa đầu đạn và

89

tấm chắn là 90o (góc va chạm có khả năng xuyên sâu nhất . Mô hình chia lưới hình

học của vật liệu ban đầu của các loại đạn va chạm vào các tấm chắn được trình bày

tại hình 3.39. Dựa trên kết quả đo đạc và dữ liệu trong thư viện phần mềm để nhập

thông số vật liệu và mô hình bài toán đối với vải Kevlar 129 (xem bảng .1 , nhập

vào các tham số của ma trận độ cứng của mô hình vật liệu ta được mô hình vật liệu

đặc trưng cho vải vlar.

- Kết quả mô phỏng

Hình 3.40 biểu diễn mô phỏng số uá trình đâm xuyên đầu đạn súng K54

vào tấm chắn vải Kevlar. Kết quả mô phỏng cho thấy quá trình va chạm của đạn

vào tấm chắn xảy ra như sau:

Hình 3.40. Mô phỏng quá trình va chạm của đầ đạn súng K54 vào tấm chắn

vải Kevlar xếp lớp

- Các sợi sơ cấp ở bên ưới đầu đạn tiếp xúc trực tiếp với viên đạn và tạo ra

trở lực với sự xuyên sâu của đầu đạn vào mục tiêu. Các sợi này biến dạng và gây ra

sự hấp thụ năng lượng. Các sợi sơ cấp trong cùng một lớp biến dạng giảm dần khi

di chuyển khỏi sợi sơ cấp ở giữa (do sợi ở giữa bị đẩy bởi đầu viên đạn còn các sợi

sơ cấp khác tiếp xúc với phần biên của viên đạn). Các sợi sơ cấp chịu tác động trực

diện và bị đứt khi biến dạng vượt quá giới hạn biến dạng cực đại.

- Các sợi thứ cấp (sợi kế tiếp bên cạnh sợi sơ cấp) bị biến dạng gây ra lực ma

sát, sự hãm trượt và hấp thụ một phần năng lượng, biến dạng này giảm dần về

90

không với các sợi ở cách xa đầu đạn. Sự va chạm tạo thành hình nón phía sau mặt

vải

- Viên đạn hầu như không biến dạng cho đến khi dừng lại hoàn toàn, và có

xu hướng k o căng các sợi vải đến phá hu , kết cấu toàn bộ của tấm chắn vải hầu

như không bị ảnh hưởng sau khi va chạm.

Hình 3.41. Độ và vận tốc của đầ đạn súng K54 theo thời gian khi va

chạm với tấm vải Kevlar xếp lớp

Hình 3.41 biểu diễn đồ thị năng lượng của viên đạn và vận tốc của đầu đạn

theo thời gian cho thấy sau khoảng 6,8.10-5

giây thì năng lượng viên đạn về không,

chứng tỏ động năng của viên đạn đã bị hấp thụ hoàn toàn. Đồ thị vận tốc theo

phương Z cho thấy vận tốc viên đạn từ 420 m/giây về 0 và vận tốc thấp nhất là – 5

m/giây chứng tỏ viên đạn đã bị chặn lại hoàn toàn và bị đẩy lùi lại phía sau một

đoạn do tác dụng ứng suất đàn hồi của tấm vải vlar sau đó lại trở về 0 do lực ma

sát với lỗ mà nó vừa xuyên qua tấm vải.

Kết quả mô phỏng cho thấy viên đạn xuyên thủng và phá hủy hoàn toàn 63

lớp vải Kevlar, tấm vải có xu hướng bị hỏng một phần kết cấu, tạo ra sự giãn tách

lớp giữa các lớp vải và hình thành một hình nón cao ở phía sau mặt tấm vải vlar,

hình nón này gây ra độ lõm phía sau của vật liệu, tác động trực tiếp vào cơ thể

người sử ụng.

91

Hì .4 . Hì ả mô ỏ k ả ố đạ s A 4 ủa tấm iá vải

Kevlar xếp lớp

Hình 3.42 biểu diễn mô phỏng số quá trình va chạm của đầu đạn súng AK47

vào tấm giáp vải Kevlar xếp lớp. Kết quả mô phỏng cho thấy có nhiều khác biệt so

với đạn súng K54: do vận tốc cao, đầu đạn nhọn nên nó có khả năng xuyên sâu hơn.

Với vật liệu dãn tốt như vải vlar thì viên đạn ít bị biến dạng dẫn tới việc iện tích

tiếp xúc của đầu đạn với tấm giáp không thay đổi, số sợi vải chịu tác động trực tiếp

nhỏ, nên nó có khả năng xuyên rất mạnh. Kết quả mô phỏng cho thấy viên đạn

xuyên thủng và phá hủy hoàn toàn tấm vải Kevlar dầy 52 mm tương đương với 200

lớp vải Kevlar). Kết quả cũng cho thấy tấm vải bị phá hủy hoàn toàn kết cấu và có

sự giãn tách lớp giữa các lớp vải, đặc biệt là ở các lớp vải cuối cùng của tấm chắn.

Hình 3.43 biểu diễn đồ thị năng lượng của viên đạn và vận tốc của đầu đạn

theo thời gian cho thấy năng lượng của viên đạn giảm dần nhưng không hoàn toàn,

chứng tỏ động năng của viên đạn bị hấp thụ một phần. Đồ thị vận tốc th o phương

OZ cho thấy vận tốc viên đạn giảm từ 715 m/giây đến vận tốc thấp nhất là 99

m/giây chứng tỏ tấm vải vlar đã bị xuyên thủng hoàn toàn với thời gian xuyên

thủng là 1,5x10-4

giây.

92

Hình 3.43. Biểu di độ ủa đầ đạn súng AK47 và vận tốc của đầ đạn

theo thời gian khi va chạm với tấm vải Kevlar xếp lớp

b. Khả ố đạn của vải s i cacbon xếp lớp

- Thông số mô phỏng tấm giáp vải cacbon

Xây ựng mô hình và chia lưới tấm chống đạn như trong mục a, điều ch nh

độ ầy tấm chống đạn là 21,6 mm với đạn súng và 5 mm với đạn súng AK

, tương ứng với 0 và 200 lớp vải cacbon. Thông số của các đầu đạn súng K54 và

súng AK47 như đã trình bày ở mục .5.1.1.

Thông số mô phỏng của tấm giáp vải cacbon xếp lớp, bao gồm các tính chất

cơ học của vải cacbon và một số thông số trong thư viện mẫu của phần mềm, thiết

lập điều kiện chạy và thông số giáp vải cacbon như trong bảng 3.2.

Bảng 3.2. Thông số mô phỏng giáp vải cacbon

Nội dung nhập dữ liệu Số liệu nhập

Phương trình trạng thái Trực hướng

Mô hình bền Đa hướng

Độ bền k o đứt, kPa 4,8x105

Mô đun k o đứt, kPa 22,7x107

Độ dãn dài khi đứt, % 0,8

T trọng, g/cm3 1,83

93

Mô hình phá hủy Ứng suất/biến dạng chính

Phương pháp chia lưới Lagrange

Nhiệt độ phá hu , K 900

Chu kỳ giới hạn, vòng lặp 106

Thời gian va chạm tối đa, giây 0,2

Bước thời gian nhỏ nhất, giây 10-15

Bước thời gian lớn nhất, giây 108

Hệ số an toàn 0,67

- Mô phỏng số va chạm đầ đạn súng K54 với giáp vải cacbon xếp lớp

uá trình mô phỏng va chạm đạn đạo của đạn súng và tấm giáp vải

cacbon xếp lớp được trình bày trong hình .44.

Hình 3.44. Mô phỏng quá trình va chạm của đầ đạn súng 54 với vải cacbon

xếp lớp

Hì .45. Đồ t ị vậ tố và độ ủa đạ súng 54 t eo t ời ia

94

Đồ thị động năng và vận tốc của đầu đạn súng K54 theo thời gian va chạm

với giáp vải cacbon xếp lớp được biểu thị trên hình 3.45. Đầu đạn bị biến ạng một

phần, vải cacbon có ứng suất lan truyền rất nhanh nên có khả năng phân tán động

năng đầu đạn tốt, tuy nhiên do tính chất vải dòn nên dễ bị đứt gẫy dẫn đến bị phá

hủy nhiều hơn so với vải Kevlar. Động năng của đầu đạn về giá trị 0 chứng tỏ nó đã

bị ừng lại hoàn toàn. Vận tốc của đầu đạn đạt giá trị -12 m/giây chứng tỏ nó đã bị

bật trở lại (cao hơn so với vải Kevlar) sau đó dừng hẳn do lực ma sát lỗ. ết uả

cho thấy tấm vải sợi cacbon có khả năng chống đạn với số lớp bị xuyên thủng

là 66 0 lớp.

- Mô phỏng số va chạm đầ đạn AK47 với giáp vải cacbon xếp lớp

Hì .46. Mô phỏng quá trình va chạm của đầ đạn súng AK47 với vải cacbon

xếp lớp

Hình 3.47. Đồ thị độ và vận tốc của đầ đạn súng AK47 khi va chạm với

tấm giáp vải cacbon xếp lớp

95

Kết quả mô phỏng khả năng chống đạn với vải cacbon xếp lớp được

thể hiện trên hình . 6.

Cơ chế hấp thụ động năng của đầu đạn tương tự như phần mô phỏng với giáp

vải vlar xếp lớp, tuy nhiên o vải cacbon có mô đun cao, độ bền lớn nên đầu đạn

bị chảy, biến ạng một phần, toàn bộ cấu tạo tấm vẫn giữ nguyên ạng, vật liệu vải

sợi cacbon dòn, có độ bền cao nên làm đầu đạn biến ạng, tăng khả năng chống đạn

AK47 so với vải Kevlar. Động năng của đầu đạn về 0 sau thời gian 1,5x104 giây và

vận tốc của đầu đạn đạt giá trị -18 m/giây chứng tỏ nó đã bị bật trở lại sau đó ừng

hẳn do lực ma sát lỗ. Kết quả cho thấy tấm giáp vải cacbon có khả năng chống đạn

súng 47 với số lớp bị xuyên thủng là 1 0/200 lớp vải.

3.5.1.2. Khảo sát khả ố đạn của vải xếp lớp bằng bắn thử nghiệm thực tế

o phương pháp mô phỏng sử dụng một số dữ liệu về tính chất của vật liệu ở

dạng tính toán lý thuyết theo giá trị gần đúng nên cần kiểm chứng lại bằng thực tế.

(a)

(b)

Hình 3.48. S 54 và đạn 7,62x25 mm (a), súng AK47 và đạn 7,62x39 mm (b)

sử dụng trong bắn thử nghiệm thực tế

Mẫu thử nghiệm được chế tạo từ các lớp vải Kevlar, cacbon có kích thước

25x30 cm được xếp thành tấm và may đính góc và có số lớp giống như đã sử

dụng trong mô phỏng. Tiến hành thử nghiệm khả năng chống đạn lõi thép có kích

96

thước 7,62x25 mm của súng và 7,62x39 mm của súng AK47. Phương pháp thử

nghiệm theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04 của Hoa Kỳ với các thiết bị đo sơ tốc đạn, bia

đo độ lún tiêu chuẩn. Một số thông số mẫu thử, điều kiện thử và kết quả thu được

trình bày trong bảng 3.2, bảng 3.3 với vải sợi Kevlar; bảng 3.4, bảng 3.5 với vải sợi

cacbon.

Hình 3.49. Mẫu giáp vải cacbon và Kevlar xếp lớp

Bảng 3.3. Thông số các tấm giáp vải Kevlar xếp lớp và điều kiện thử nghiệm

Mẫu

số

Số lớp

vải

Kích

thước

(cm)

Trọng

ư ng

(g)

Điều kiện thử nghiệm

Loại

súng

Loại đạn

(mm)

Số lần bắn

(lần)

Cự ly bắn

(m)

1K 80 25x30 1140 K54 7,62x25 06 5

2K 200 25x30 2850 AK47 7,62x39 06 15

Bảng 3.4. Kết quả bắn thử nghiệm giáp vải Kevlar

Mẫu số Điểm

bắn

Sơ tốc đạn

(m/giây)

Số lớp xuyên

qua

Độ lún

(mm)

1K

1 430 65 58,2

2 404 63 52,4

3 408 67 54,5

4 420 62 55,7

5 425 65 56,1

6 416 63 53,2

97

TB 417,2 64,2 55

2K

1 700 200 Thủng

2 718 200 Thủng

3 705 200 Thủng

4 721 200 Thủng

5 716 200 Thủng

6 722 200 Thủng

TB 713,7 200 Thủng

Hình 3.50. Kết quả bắn thử nghiệm vải Kevlar xếp lớp

Đối với đạn lõi th p kích thước 7,62x25 mm bắn bằng súng K54 với sơ tốc

đầu đạn trung bình là 417,49 m/giây tại mẫu số 1K, tấm vải xếp lớp thủng 6 ,2 lớp,

mẫu không thủng nhưng độ lún cao nhất là 54,7 mm > 44 mm (theo tiêu chuẩn NIJ

01.01.04) nên vẫn chưa đạt tiêu chuẩn. Đối với đạn lõi th p kích thước 7,62x39 mm

bắn bằng súng AK47 có sơ tốc đầu đạn trung bình là 714,16 m/giây tại mẫu số 2K

thì mẫu bị xuyên thủng 100% và kết cấu tấm vải bị phá hủy hoàn toàn. Như vậy, với

kết cấu ch có vải Kevlar sẽ không đáp ứng được yêu cầu chống đạn với các loại

súng có sơ tốc đầu đạn lớn như súng , súng . Cần thiết phải chế tạo vật

liệu compozit nhằm tăng cường kết cấu của tấm vải, nâng cao khả năng hấp thụ

năng lượng của đầu đạn.

98

Bảng 3.5. Thông số các tấm giáp vải cacbon xếp lớp và điều kiện thử nghiệm

Mẫu

số

Số lớp

vải

Kích

thước

(cm)

Trọng

ư ng

(g)

Điều kiện thử nghiệm

Loại

súng

Loại đạn

(mm)

Số lần bắn

(lần)

Cự ly bắn

(m)

1C 80 25x30 1254 K54 7,62x25 06 5

2C 200 25x30 3135 AK47 7,62x39 06 15

Bảng 3.6. Kết quả bắn thử nghiệm tấm giáp vải cacbon xếp lớp

Mẫu số Điểm

bắn

Sơ tốc đạn

(m/giây)

Số lớp xuyên

qua

Độ lún

(mm)

1C

1 416 66 51,1

2 419 68 53,3

3 410 65 48,2

4 420 67 50,1

5 421 64 47,6

6 415 65 46,5

TB 416,8 65,8 49,5

2C

1 709 173 50,5

2 718 176 52,6

3 712 175 56,2

4 719 183 57,3

5 715 184 52,1

6 720 185 55,4

TB 715,5 179,3 54

Đối với đạn 7,62x25 mm của súng K54 với sơ tốc đầu đạn trung bình là

416,8 m/giây tại mẫu số 1C, tấm vải xếp lớp thủng 6 , lớp, mẫu không thủng

nhưng độ lún là 49,5 mm (> 44 mm) nên vẫn chưa đạt tiêu chuẩn. Đối với đạn lõi

thép 7,62x39 mm của súng AK47 với sơ tốc đầu đạn trung bình là 715,5 m/giây tại

mẫu số 2C thì số lớp bị xuyên thủng 179,3 và độ lún là 54 mm (> 44 mm). Như vậy,

99

với kết cấu vải cacbon xếp lớp tuy có khả năng chống đạn súng K54, AK47 nhưng

vẫn không đáp ứng được tiêu chuẩn cho phép.

ết uả bắn thử nghiệm cho thấy phù hợp với kết uả mô phỏng số, sai khác

rất nhỏ, chấp nhận được. Trong các nghiên cứu trước của tác giả Vũ Đình hiêm

[98], tác giả Lê Văn Thụ [97] đã khẳng định được tính xác thực của phần mềm, kết

uả mô phỏng có độ tin cậy cao. Trên cơ sở đó, luận án sử ụng phần mềm

uto yn nsys 12 để tiến hành các nghiên cứu thử nghiệm chống đạn của vật liệu,

giảm bớt thời gian nghiên cứu và số lần bắn thử nghiệm thực tế.

3.5.2. Khảo sát khả năng chống đạn của nanocompozit

Tấm chống đạn mô phỏng có ạng vuông 100x100 mm, góc va chạm của

đầu đạn và tấm chống đạn là 90o. Mô hình mô phỏng gồm 2 phần: đầu đạn có cấu

tạo và mô hình như ở mục 3.5.1.1, chiều ầy tấm chống đạn là 15 mm (ứng với 60

lớp vải) đối với CEGPY, là 13,2 mm ứng với 60 lớp vải đối với KEGPY.

Chia lưới mô hình, chọn chia lưới ạng phần tử hữu hạn orkb nch còn có

nhiều ạng chia lưới khác như cơ khí, động lực học… . Để tối ưu số phần tử, giảm

thời gian mô phỏng cần chọn ạng lưới phù hợp. Với đầu đạn có cấu tạo phức tạp

thì lựa chọn chia lưới ạng t tra, tấm chống đạn có cấu tạo đơn giản thì chia lưới

ạng h xa, phần cạnh của tấm được chia thành 60 đường song song nhau tương ứng

với 60 lớp vải.

Thông số mô phỏng của đầu đạn tương tự như mục 3.5.1.1. Thông số mô

phỏng của các mẫu nanocompozit được trình bày trong bảng 3.7.

Bảng 3.7. Mô hình và thông số vật liệu của nanocompozit

Nội dung nhập dữ liệu KEGPY CEGPY

Phương trình trạng thái Trực hướng Trực hướng

Phương trình trạng thái kép Đa hướng Đa hướng

T trọng (g/cm3) 1,53 1,65

Môđun oung kPa 2,6.107 3,6.10

7

100

Hệ số dãn dài 0,0712 0,01

Nhiệt độ phân hủy 750K 750K

Mô hình bền dẻo đàn hồi Jonson Holmquist

Mô hình phá hủy ứng suất/biến dạng Jonson-cook

Độ bền k o đứt (kPa) 3,39. 105 3,43.10

5

Độ bền uốn (kPa) 2,4. 105 2,7. 10

5

Phương pháp chia lưới Lagrange Lagrange

Bước thời gian nhỏ nhất 10-15

10-15

Bước thời gian lớn nhất 106

106

Tình trạng hiển thị Mức độ phá hủy của vật

liệu

Mức độ phá hủy của vật

liệu

Số chu kì tối đa 1000000 1000000

Thời gian tối đa 0,01 giây 0,01 giây

Lưu kết uả 1000 chu kì 1000 chu kì

3.5.2.1. Kết quả mô phỏng với đạn súng K54

a. Tấm KEGPY

Kết quả mô phỏng quá trình va chạm của đầu đạn súng K54 vào tấm KEGPY

được trình bày tại hình 3.51.

Hình 3.51. Mô phỏ k ả ố đạ súng 54 ủa nanocompozit KEGPY

Kết quả mô phỏng cho thấy: một hình nón được hình thành ở mặt sau của

nanocompozit, các sợi vải tiếp tục bị đứt, hấp thụ ần động năng của viên đạn.

Đồng thời với uá trình đó là sự tách lớp o phá vỡ liên kết sợi nhựa và phát triển

tách lớp lan rộng ra o xung áp suất, góp phần hấp thụ động năng của viên đạn.

101

Hình nón tiếp tục phát triển đến khi toàn bộ năng lượng của đầu đạn được hấp thụ

bởi mục tiêu, chuyển hoàn toàn thành năng lượng đứt sợi, năng lượng tách lớp,

nhiệt năng o ma sát... Kết quả cho thấy tấm nanocompozit có xu hướng bị hỏng

một phần kết cấu và sự tách lớp xảy ra đóng góp vào hấp thụ năng lượng của đầu

đạn, đặc trưng của nanocompozit mà hệ giáp vải không có được. Hình nón tạo thành

trong trường hợp giáp nanocompozit có độ sâu nhỏ hơn nhiều với hệ giáp vải sợi

xếp lớp, o đó tổn thương o xung lực phía sau ít hơn nhiều. Hình dạng của viên

đạn bị biến dạng một phần nhỏ, nguyên nhân là sự chảy ẻo o ứng suất, làm cho

đầu đạn tù, bẹt hơn dẫn đến số sợi vải tiếp xúc trực tiếp với đầu đạn tăng lên, làm

tăng khả năng hấp thụ năng lượng cho đến khi dừng lại hoàn toàn và có xu hướng

k o căng các sợi vải đến phá hu . Kết cấu chung của tấm nanocompozit ít bị ảnh

hưởng sau khi va chạm.

Hình 3.52. Đồ thị độ và vận tốc của đầ đạn súng K54 theo thời ia va

ạm với KEGPY

Kết quả cho thấy, sau thời gian khoảng 5x10-5

giây thì động năng đầu đạn về

0, chứng tỏ động năng của viên đạn đã bị hấp thụ hoàn toàn. Đồ thị vận tốc theo

phương Z cho thấy vận tốc viên đạn từ 420 về 0 m/giây và bị âm 26 m/giây rồi trở

về 0, chứng tỏ viên đạn đã bị chặn lại hoàn toàn và do phản hồi của tấm chống đạn

nên bị đẩy lại phía sau, sau đó viên đạn dừng lại do lực ma sát lỗ với vải sợi. Kết

quả mô phỏng khả năng chống đạn súng của KEGPY cho thấy vật liệu có khả

102

năng chống đạn súng với 60 lớp vải, trong đó có 43 lớp vải Kevlar bị xuyên

thủng hoàn toàn.

b. Tấm CEGPY

Hình 3.53. Mô phỏng k ả ố đạ súng 54 ủa CEGPY

Hình .53 mô phỏng uá trình va chạm của đầu đạn súng với CEGPY,

cho thấy cơ chế hấp thụ tương tự như ở KEGPY, tuy nhiên do sợi vải cacbon cứng,

dòn hơn, độ ãn nhỏ hơn o đó cơ chế chủ yếu là đầu đạn bị biến ạng lớn hơn, làm

lực cản xuyên lớn, nhưng do độ ãn thấp nên sự tách lớp bị hạn chế làm cho số lớp

sợi bị phá hủy nhiều hơn.

Hình 3.54 Đồ thị độ a và vận tốc của đầ đạn súng K54 (b) theo thời

gia va ạm với CEGPY

Hình .54 biểu iễn đồ thị động năng và vận tốc của đầu đạn súng K54 khi

va chạm với CEGPY. Sau thời gian 5,5x10-5

giây thì vận tốc viên đạn về 0 và o

103

phản hồi từ tấm nanocompozit nên bị bật lại phía sau. C GP có độ cứng cao hơn

nên vận tốc đầu đạn giảm nhanh hơn so với trường hợp KEGPY. Kết quả mô phỏng

quá trình va chạm đầu đạn súng K54 với tấm CEGPY cho thấy vật liệu này có khả

năng chống đạn súng K54 với 47 lớp vải bị xuyên thủng.

c. Na o om o it tổ vải s i a o evlar e o y GPY (CKEGPY)

Nghiên cứu của Lê Văn Thụ [97] và Vũ Đình hiêm [98] đã ch ra rằng, các

vật liệu kết hợp với vật liệu có độ cứng cao ở phía trước và vật liệu có độ bền, ẻo

ai ở phía sau sẽ làm tăng khả năng chống đạn. ế thừa luận điểm này, luận án đã

khảo sát khả năng chống đạn súng của CKEGPY với lớp vật liệu CEGPY ở

phía trước và lớp vật liệu EGPY ở phía sau.

ựng m hình chia ưới th ng số m phỏng

Xây ựng mô hình, chia lưới, thông số vật liệu của đầu đạn súng K54 như

trình bày tại mục 3.5.1.1. Thiết kế, chia lưới của vật liệu KEGPY được trình bày tại

mục a và của vật liệu CEGPY được trình bày tại mục b của phần khảo sát này.

Tấm chống đạn mô phỏng gồm 2 phần: tấm CEGPY ở phía trước và tấm

KEGPY ở phía sau được thay đổi theo t lệ sao cho tổng số lớp vải là 60 lớp.

Chia lưới mô hình của các đầu đạn là t tra, của tấm chống đạn là h xa, chia

lưới tấm trên với phần cạnh thành các phần ứng với số lớp của vải cacbon, tấm ưới

ứng với số lớp của vải Kevlar.

Hình 3.55. Mô ỏ k ả ố đạ s 54 ủa tấm CKEGPY

104

ết ả m phỏng:

Kết quả mô phỏng khả năng chống đạn súng của nanocompozit tổ hợp

với 0 lớp vải cacbon, 0 lớp vải vlar, nhựa nền poxy, gia cường GPY được

trình bày tại hình . và hình . 6.

Hình .55 cho thấy đầu đạn sau khi va chạm với lớp vải cacbon thì phía

trước bị biến ạng và bẹt ra; đầu đạn tiếp tục xuyên sâu xuống lớp vải Kevlar, lúc

này o bị biến ạng nên nó xuyên ua các lớp vải Kevlar khó khăn hơn và bị hấp

thụ động năng nhanh chóng.

Hì .56. Đồ t ị vậ tố và động ủa đầ đạ súng 54 t eo t ời ia va

ạm với CKEGPY

Đồ thị động năng và vận tốc cho thấy viên đạn bị ừng lại hoàn toàn, đường

cong không nhẵn o bị biến ạng phình to nên tốc độ giảm không đều trong các

khoảng thời gian tiếp nhau.

ết uả mô phỏng các tấm CKEGPY với t lệ vải cacbon/kevlar khác nhau

được trình bày tại bảng 3.8.

Ta thấy, khi tăng độ dầy vải cacbon trong C GP thì o C GP có độ cứng

cao ở phía trước sẽ làm cho đầu đạn bị tù, bẹt nhiều hơn ẫn đến diện tích tiếp xúc

của nó với tấm nanocompozit nhiều hơn. Sự tăng iện tích tiếp xúc của đầu đạn với

tấm nanocompozit làm cho số lượng sợi sơ cấp tiếp xúc trực tiếp với đầu đạn tăng

105

lên, sự lan truyền ứng suất và tác động lên các sợi thứ cấp nhiều hơn ẫn đến tấm

chống đạn hấp thụ năng lượng của đầu đạn tốt hơn, làm cho số lớp vải bị xuyên

thủng của tấm chống đạn được giảm xuống. Tuy nhiên khi độ dầy của CEGPY quá

cao lại làm số lớp thủng tăng lên o đầu đạn tuy bị biến dạng nhiều nhưng vận tốc

vẫn rất lớn sau khi xuyên qua phần vải cacbon, đến phần KEGPY chứa vải Kevlar,

lúc này mặc dù số lớp vải Kevlar bị thủng ít hơn nhưng phần vải cacbon lại bị thủng

hoàn toàn làm số lớp vải tổng thể bị thủng tăng lên. Kết quả khảo sát cho thấy tấm

CKEGPY chứa 20 lớp vải cacbon 0 lớp vải vlar cho khả năng chống đạn súng

tốt nhất và có số lớp xuyên ít nhất.

Bả .8. K ả ố đạ súng 54 ủa nanocompozit t eo t lệ vải

cacbon/Kevlar

STT Số lớp ải cac on e ar trong nanocompozit Số ớp thủng

1 0/60 43

2 10/50 42

3 20/40 39

4 30/30 45

5 60/0 47

3.5.2. 2. Kết quả mô phỏng với đạn súng AK47

a. Tấm KEGPY

Thiết lập tấm chống đạn kích thước 100x100 mm với góc va chạm giữa đạn

và tấm giáp là 90o. Mô hình mô phỏng gồm 2 phần: đầu đạn có cấu tạo và mô hình

như trình bày ở mục 3.5.1.1, tấm KEGPY chứa 140 lớp vải Kevlar. Thông số mô

phỏng của đầu đạn tương tự như trình bày tại mục 3.5.2.1 a và mẫu KEGPY tương

tự mục 3.5.2.1 b.

Hình 3.57 mô phỏng quá trình va chạm của đầu đạn súng AK47 với tấm

KEGPY dầy 30,8 mm (chứa 140 lớp vải Kevlar).

106

Hình 3.57. Mô phỏ k ả ố đạ s AK47 ủa KEGPY

Cơ chế hấp thụ năng lượng xảy ra như với trường hợp súng ngắn . Đạn

súng 47 có khối lượng lớn hơn, vận tốc cao hơn nên động năng rất lớn do đó

tấm chắn cần có số lớp vải rất lớn để có thể hấp thụ hoàn toàn động năng của đầu

đạn súng AK47, đòi hỏi phải có bài toán tối ưu hóa khả năng chống đạn bằng cách

ùng vật liệu độ cứng cao hơn ở phía trước làm đầu đạn đặc biệt là phần lõi thép)

bị biến dạng, bẹt nhiều hơn, tăng iện tích tiếp xúc chống đạn.

Hình 3.58. Đồ thị độ và vận tốc của đầ đạn súng AK47 theo thời ia va

ạm với KEGPY

Hình 3.58 là đồ thị động năng và vận tốc của đầu đạn súng AK47 theo thời

gian. Sau thời gian 7x10-5

giây thì động năng của viên đạn đã bị hấp thụ hoàn toàn,

vận tốc đầu đạn súng AK47 từ 715 về 0 m/giây và bị phản lực từ tấm chắn đẩy

ngược lại rồi ừng hẳn o lực ma sát lỗ. Đồ thị vận tốc có ạng cong lên phía trên,

chứng tỏ động năng của đạn giảm chậm, lực cản xuyên nhỏ.

107

Kết quả mô phỏng quá trình va chạm đầu đạn súng AK47 với tấm KEGPY

cho thấy viên đạn xuyên thủng và phá hủy 120/140 lớp vải Kevlar, số lớp vải bị phá

hủy rất lớn.

. Tấm CEGPY

Tiến hành mô phỏng tương tự với CEGPY: tấm chống đạn ầy 35 mm,

tương ứng với 1 0 lớp vải cacbon. Các thông số mô phỏng cho đầu đạn và tấm

compozit như trình bày ở phần 3.5.2.1.

ết uả mô phỏng cho thấy: tấm CEGPY có khả năng chống đạn súng

AK47, đầu đạn xuyên thủng và phá hủy 12 lớp vải cacbon, trong thời gian 9x10-5

giây. Kết quả cũng cho thấy đầu đạn súng AK47 bị tù bẹt nhiều hơn so với trường

hợp tấm GP tuy nhiên o C GP có độ cứng cao hơn và chứa vải cacbon dòn

nên phần tiếp xúc va chạm dễ bị nứt vỡ dẫn đến khả năng chống đạn không cao

hơn.

. Tấm CKEGPY

Xây ựng mô hình, chia lưới, thông số vật liệu của đầu đạn và tấm chống

đạn như trình bày tại mục .5.2.1.

Tấm chống đạn mô phỏng gồm 2 phần: tấm CEGPY ở phía trước và tấm

KEGPY ở phía sau được thay đổi theo t lệ sao cho tổng số lớp vải là 140 lớp. Kết

uả mô phỏng được trình bày tại hình 3.59.

Hình 3.59. Quá trình va chạm của đầ đạn súng AK47 vào tấm chố đạn

CKEGPY

Kết quả mô phỏng cho thấy cơ chế hấp thụ động năng th o nhiều giai đoạn

khác nhau. Ban đầu, đầu đạn va chạm với tấm nanocompozit sợi cacbon có độ bền

108

cao, mô đun cao, cứng, làm đầu đạn bị biến dạng, đặc biệt là phần lõi chì và vỏ

đồng, chúng bị chảy ra nhanh chóng, bóc ần ra khỏi đầu đạn trong uá trình va

chạm. Phần lõi thép lộ ra và tiếp tục xuyên sâu hơn nữa, ần bị biến ạng o ma sát

và chảy mềm khi ứng suất vượt ngưỡng giới hạn chảy. Sau khi ua hết phần sợi

cacbon, lõi th p tiếp tục tác động vào phần sợi Kevlar, lúc này đầu đạn bị biến ạng

lớn ở phần trên nên tiếp xúc với một số lớn sợi Kevlar, đầu đạn ễ àng bị hấp thụ

động năng và bị ừng lại.

Đồ thị cho thấy động năng và vận tốc đầu đạn đều về 0 ở thời gian 7x10-5

s,

đầu đạn bị hấp thụ hoàn toàn động năng.

Hình 3.60. Đồ thị lư và vận tố đầ đạn s A 47 theo thời gian va

ạm với tấm CKEGPY

ết uả mô phỏng khả năng chống đạn súng AK47 ứng với t lệ số lớp vải

cacbon/Kevlar khác nhau trong CKEGPY được trình bày trong bảng 3.9.

Bả .9. ả ố đạ ủa vật liệ CKEGPY t eo t lệ số lớ vải

STT Số ớp ải cac on e ar trong nanocompozit Số ớp thủng

1 0/140 120

2 20/120 118

3 30/110 115

4 50/90 120

5 70/70 125

6 140/0 128

109

Tương tự như trường hợp chống đạn súng K54, khả năng chống đạn súng

AK47 của C GP tăng lên khi tăng độ dầy vải cacbon đến một giới hạn rồi lại

giảm xuống. Kết quả khảo sát cho thấy tấm C GP chứa 0 lớp vải cacbon 110

lớp vải vlar cho khả năng chống đạn súng tốt nhất và có số lớp xuyên

thủng ít nhất.

3.5.3. Khảo sát khả năng chống đạn ng thử nghiệm thực tế theo tiêu chuẩn

NIJ 01.01.04, Hoa Kỳ.

* Chế tạo vật liệu CKEGPY

- Chế tạo tấm prepreg CEGPY của vải sợi cacbon phủ nhựa nền poxy, chứa

hàm lượng GPY %, hàm lượng nhựa là 0%.

- Chế tạo tấm pr pr g KEGPY của vải sợi vlar phủ nhựa nền poxy, chứa

hàm lượng GPY là %, hàm lượng nhựa 0%.

- Chế tạo các tấm chống đạn súng K54 và súng AK47 theo qui trình hai giai

đoạn như trình bày tại mục 2.3. Điều kiện chế tạo các tấm giáp được trình bày tại

bảng 3.10.

Hình 3.61. Tấm chố đạn compozit Kevlar/epoxy (a), CEGPY (b), CKEGPY (c)

Tiến hành bắn thử nghiệm thực tế các tấm chống đạn th o tiêu chuẩn N J

01.01.04, Hoa Kỳ tại trường bắn, kết quả được trình bày tại bảng 3.11 và 3.12.

(a) (b) (c)

110

Hình 3.62. Thử nghiệm thực tế khả ố đạn

Bảng 3.10. Điều kiện chế tạo, bắn thử nghiệm tấm chố đạn

Mẫu

số

Th ng số tấm chống đạn Điều kiện thử

oại ải Số lớp

vải

Loại

súng

Loại đạn,

mm

Số lần

bắn

Cự ly bắn

m

K01 Kevlar/epoxy 60 K54 7,62x25 06 5

K1 KEGPY 60 K54 7,62x25 06 5

C1 CEGPY 60 K54 7,62x25 06 5

CK1 CKEGPY chứa 20 lớp

cacbon 0 lớp vlar 60 K54 7,62x25 06 5

K02 Kevlar/epoxy 140 AK47 7,62x39 06 15

K2 KEGPY 140 AK47 7,62x39 06 15

C2 CEGPY 140 AK47 7,62x39 06 15

CK2 CKEGPY chứa 0 lớp

cacbon 110 lớp vlar 140 AK47 7,62x39 06 15

Bảng 3.11. Kết quả bắn thử nghiệm với đạn 7,62x25 mm của súng K54

Mẫu số Điểm

bắn

Vận tốc đạn,

m/giây

Số lớp

vải xuyên thủng, lớp

Độ lún,

mm

K01

1 419 47 35,6

2 416 46 34,4

3 425 49 33,2

111

4 421 51 34,2

5 419 52 36,3

6 417 51 35,1

TB 419,5 49,3 34,8

K1

1 416 40 25,2

2 421 42 25,4

3 418 42 25,1

4 422 43 26,3

5 415 43 26,5

6 420 44 27,1

TB 418,7 42,3 25,9

C1

1 417 45 22,5

2 421 46 22,8

3 422 46 23,4

4 416 47 23,7

5 418 48 24,1

6 423 49 24,4

TB 419,5 46,8 23,5

CK1

1 421 37 25,2

2 417 36 24,4

3 418 38 24,1

4 415 40 25,3

5 419 42 26,6

6 422 43 27,4

TB 418,7 39,3 25,5

ết uả bắn thử nghiệm thực tế chống đạn súng K54 cho thấy: các mẫu

compozit và nanocompozit đều có khả năng chống đạn súng K54 với đầu đạn lõi

thép 7,62x25 mm. Mẫu CKEGPY (CK1) cho khả năng chống đạn tốt nhất với số

lớp vải xuyên thủng trung bình 39,3/60 lớp, độ lún 25,5 mm; mẫu compozit

112

Kevlar/epoxy có khả năng chống đạn kém nhất với số lớp vải xuyên thủng trung

bình 49,3/60 lớp, độ lún 34,8 mm. Tấm CKEGPY (CK1) có hiệu quả chống đạn cao

hơn 16, % so với tấm compozit Kevlar/epoxy. Kết quả cho thấy vai trò quan trọng

của chất gia cường GPY, làm tăng tính chất cơ học, tính bền nhiệt, tăng khả năng

truyền tải lực giữa nhựa và sợi, từ đó làm tăng hiệu quả chống đạn của vật liệu.

Kết cấu tấm chống đạn cũng góp phần cải thiện khả năng chống đạn của vật

liệu. Kết quả bắn thử nghiệm cho thấy mẫu CKEGPY (CK1) bị xuyên thủng trung

bình 39,3/60 lớp, còn tấm KEGPY (K1) bị xuyên thủng trung bình 42,3/60 lớp và

tấm CEGPY (C1) bị xuyên thủng trung bình 46,8/60 lớp. Như vậy, tấm CKEGPY

có kết cấu chống đạn tối ưu nhất, kết hợp được tính chất của hai loại vật liệu, vật

liệu ở phía trước có độ bền cao, độ cứng tốt là tấm CEGPY; vật liệu ở phía sau có

độ dẻo dai, linh hoạt là tấm KEGPY. Có thể giải thích như trong kết quả mô phỏng,

với lớp vật liệu bền, cứng ở phía trước có tác dụng làm cho đầu đạn bị tù, bẹt ra,

làm tăng iện tích tiếp xúc của nó với sợi vải khi va chạm với vật liệu mềm dẻo,

linh hoạt ở phía sau, làm tăng khả năng hấp thụ động năng của tấm compozit, nâng

cao hiệu quả chống đạn của vật liệu.

Hình 3.63. Kết quả bắn thử nghiệm compozit vải Kevlar/epoxy với đạn súng K54

Kết quả bắn thử nghiệm thực tế các tấm KEGPY, CEGPY, CKEPGY (số lớp

bị xuyên thủng lần lượt là 42,3; 46,8; 39,3 lớp) với đạn 7,62x25 mm của súng K54

cho thấy phù hợp với kết quả mô phỏng số (số lớp bị xuyên thủng qua mô phỏng

lần lượt là 43, 47, 39 lớp). Chứng tỏ phương pháp mô phỏng số có độ tin cậy cao,

cho kết quả sát với thử nghiệm thực tế, ứng dụng hiệu quả trong nghiên cứu vật liệu

chống đạn, giúp giảm số lần thử nghiệm thực tế, giảm chi phí chế tạo mẫu thực.

113

Bảng 3.12. Kết quả bắn thử nghiệm với đạn 7,62x39 mm của súng AK47

Mẫu số Điểm

bắn

Vận tốc đạn,

m/giây

Số lớp

vải xuyên thủng, lớp

Độ lún,

mm

K02

1 722 137 34,5

2 714 136 34,1

3 720 138 35,7

4 721 139 36,8

5 716 Thủng Thủng

6 719 Thủng Thủng

TB 718,7 Thủng Thủng

K2

1 715 117 27,6

2 724 118 27,2

3 721 118 28,4

4 714 120 30,2

5 720 122 31,7

6 723 124 32,9

TB 719,5 119,8 29,7

C2

1 723 128 21,1

2 719 127 22,7

3 716 127 22,1

4 724 129 24,6

5 722 130 25,5

6 721 132 27,4

TB 720,8 128,8 23,9

CK2

1 717 115 23,6

2 714 114 24,2

3 715 115 24,7

4 720 118 25,2

5 718 118 26,7

6 716 119 27,9

TB 716,7 116,5 25,4

114

Kết quả bắn thử nghiệm thực tế với đạn 7,62x39 mm của súng AK cho thấy:

Mẫu compozit Kevlar/epoxy 140 lớp không có khả năng chống đạn, tấm CEGPY,

GP , C GP đều có khả năng chống đạn. Mẫu CKEGPY (CK2) có khả năng

chống đạn tốt nhất (116,5 lớp), với độ lún thấp (25,4 mm), mẫu compozit

Kevlar/epoxy bị xuyên thủng nên không có khả năng chống đạn súng AK47. Có thể

thấy vai trò rõ n t hơn của vật liệu gia cường GPY, làm nâng cao hiệu quả chống

đạn của nanocompozit trong chống đạn cấp cao. Tấm CKEGPY (CK2) có kết cấu

chống đạn tối ưu, kết hợp được tính chất của hai loại vật liệu, vật liệu ở phía trước

có độ bền cao, độ cứng tốt là tấm CEGPY và vật liệu ở phía sau có độ dẻo dai, linh

hoạt là tấm KEGPY, làm tăng hiệu quả chống đạn.

Kết quả bắn thử nghiệm thực tế các tấm KEGPY, CEGPY, CKEPGY (số lớp

bị xuyên thủng lần lượt là 119,8; 128,8; 116,5 lớp) với đạn 7,62x39 mm của súng

AK cho thấy phù hợp với kết quả mô phỏng số (số lớp bị xuyên thủng qua mô

phỏng lần lượt là 120, 128, 115 lớp), sai số nhỏ, chấp nhận được. Kết quả cũng cho

thấy số lớp vải xuyên thủng, độ lún t lệ với vận tốc đầu đạn và số lần bắn: vận tốc

càng cao thì độ xuyên càng lớn và độ lún cao. hi tăng số lần bắn thì kết cấu của

tấm compozit càng bị hư hại thêm dần, do vậy số lớp bị xuyên và độ lún cũng tăng

dần theo số lần bắn.

Hình 3.64. Kết quả bắn thử nghiệm compozit vải Kevlar/epoxy với đạn súng

AK47

Qua khảo sát khả năng chống đạn của vật liệu bằng bắn thử nghiệm thực tế

cho thấy các tấm mẫu đều có khả năng chống đạn súng K54 với độ lún nằm trong

khoảng cho phép. Đối với đạn súng AK47, tấm compozit Kevlar/epoxy chứa 140

lớp vải không có khả năng chống đạn, còn các tấm mẫu khác đều có khả năng

115

chống đạn tốt cho thấy vai trò của vật liệu gia cường GPY trong việc làm tăng khả

năng chống đạn của nanocompozit, tăng hiệu quả chống đạn lên 11,5% so với

compozit Kevlar/epoxy. Tấm CKEGPY có kết cấu chống đạn tối ưu, cho khả năng

chống đạn súng K54 và AK47 tốt nhất, thích hợp chế tạo các sản phẩm giáp chống

đạn như mũ chống đạn, áo giáp chống đạn, lá chắn chống đạn.

3.5.6. Đánh giá khả năng hấp thụ sóng điện từ của CKEGPY với mẫu CK1 và

CK2

Sau khi khảo sát khả năng chống đạn của các vật liệu nanocompozit cho thấy

các tấm CKEGPY cho khả năng chống đạn tốt nhất, luận án tiến hành khảo sát khả

năng hấp thụ sóng điện từ của các hệ vật liệu này với t lệ số lớp vải cacbon/Kevlar

lần lượt là 20/40 có độ dầy 13 mm (mẫu CK1) và 30/110 có độ dầy 28 mm (mẫu

CK2). Kết quả khảo sát được trình bày tại hình 3.65 và hình 3.66.

Hình 3.65. Tổn hao hấp thụ và phản xạ của mẫu vật liệu CKEGPY CK1

(a)

(b)

116

Hình 3.66. Tổn hao hấp thụ và phản xạ của mẫu CKEGPY CK2

Kết quả cho thấy mẫu nanocompozit CK1 có khả năng hấp thụ sóng điện từ

tốt với tổn hao hấp thụ tốt nhất ở 10 GHz đạt -36 dB và tổn hao phản xạ tốt nhât ở

11,9 GHz đạt -48,2 dB. Mẫu CK2 có tổn hao hấp thụ tốt nhất ở 10 GHz đạt -37,3

dB và tổn hao phản xạ tốt nhất ở 10,04 GHz đạt -49,2 dB.

(a)

(b)

117

ẾT N

1. Luận án đã chế tạo thành công các hệ vật liệu nanocompozit MWCNT/PPy,

graphen/PPy, MWCNT/PANi, graphen/PANi và khảo sát tính chất điện, khả

năng chịu nhiệt, hình thái học của chúng. ua khảo sát, đã lựa chọn được vật

liệu tối ưu là nanocompozit graphen/PPy với tính chất điện, nhiệt và khả năng

hấp thụ sóng điện từ tốt nhất ở hàm lượng graphen là %.

2. Đã chế tạo được các hệ vật liệu chống đạn trên cơ sở CEGPY và KEGPY, sử

ụng hệ nhựa đóng rắn nóng epoxy Epikote 815/DDM ở t lệ 100 22 (PKL) với

cùng chế độ công nghệ tối ưu ở hàm lượng nhựa 0%, nhiệt độ chế tạo 150oC,

áp suất p 150kg/cm2, thời gian p 0 phút. Hàm lượng GPY tối ưu là 5% với

CEGPY và % với KEGPY.

3. Khảo sát khả năng chống đạn của các hệ vật liệu CEGPY, KEGPY và

CKEGPY đối với đạn súng loại 7,62x25 mm lõi th p , đạn súng 47

loại 7,62x39 mm lõi th p bằng mô phỏng số trên cơ sở phần mềm auto yn

Ansys 12 cho thấy vật liệu CKEGPY có khả năng chống đạn tốt nhất. ết uả

bắn thử nghiệm cho thấy sự tương đồng giữa mô phỏng và thực tế. Tấm chống

đạn CKEGPY chứa 20 lớp vải cacbon 0 lớp vải Kevlar cho khả năng chống

đạn súng tốt nhất với số lớp bị xuyên thủng trung bình 39,3 lớp; tấm chống

đạn CKEGPY chứa 0 lớp vải cacbon 110 lớp vải Kevlar cho khả năng chống

đạn súng 47 tốt nhất với số lớp bị xuyên thủng trung bình 116,5 lớp.

4. Khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu KEGPY, CEGPY ở tần số 10 GHz

với hàm lượng GPY lần lượt là 5% và 3% cho kết uả hấp thụ tốt nhất. Khả

năng hấp thụ sóng điện từ của CKEGPY là tốt nhất so với CEGPY và KEGPY.

5. Luận án đã sử dụng vật liệu nanocompozit gia cường cho compozit vải sợi, tăng

tính chất cơ học, khả năng chống đạn, tăng độ dẫn, tăng khả năng hấp thụ sóng

điện từ của vật liệu. Chế tạo được vật liệu CKEGPY có khả năng hấp thụ sóng

điện từ và chống đạn súng K54, súng 47 tốt. ết uả luận án mở ra hướng

nghiên cứu vật liệu mới ứng ụng trong chế tạo giáp chống đạn có khả năng

ngụy trang hiệu uả trong các ứng dụng an ninh, quốc phòng, tránh bị phát hiện

bởi ra đa băng X nhằm nâng cao hiệu quả tác chiến khi chiến đấu.

118

AN M C C C C N T N C N

1. Vũ Đình hiêm, Nguyễn Đức Nghĩa, Ngô Trịnh Tùng, Ngô Cao Long, Lê Văn

Thụ (2012), Nghiên c u kh ị á ộng va ch m t ộ cao của h v t

li r ơ ở phần mềm mô phỏng s Autodyn Ansys 11.0 và kiểm nghi m thực

t kh n của v t li u compozit v i sợi, Tạp chí Khoa học và Công

nghệ, Tập 50, số 1A, tr. 309-317.

2. Ngô Cao Long, Lê Văn Thụ, Nguyễn Đức Nghĩa, Ngô Trịnh Tùng, (2012),

Nghiên c u ch t o và kh o sát tính ch t của v t li u lai polypyrol (PPy) và sợi

nanocacbon, Tuyển tập báo cáo hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu

toàn quốc lần thứ 7, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, tr. 108-111.

3. Van Thu Le, Cao Long Ngo, Quoc Trung Le, Trinh Tung Ngo, Duc Nghia

Nguyen and Minh Thanh Vu, (2013), Surface modification and functionalization

of carbon nanotube with some organic compounds, Advances in Natural

Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, Vol.4 (3) 035017 (5pp).

4. Ngo Cao Long, Le Van Thu, Nguyen Duc Nghia, (2013), Fabrication and

electromagnetic wave absorption of polypyrrole/clay nanocomposites, Vietnam

Journal of Chemistry Vol.51 (5A), pp. 200-204.

5. Ngo Cao Long, Le Van Thu, Ngo Trinh Tung (2013), Influence of carbon

nanotubes content on the structure and properties of Kevlar/epoxy composite,

Vietnam Journal of Chemistry, Vol.51 (5A), pp. 205-210.

6. Ngô Cao Long, Lê Văn Thụ, Ngô Trịnh Tùng, Nguyễn Đức Nghĩa, Vũ Minh

Thành (2015), Nghiên c u ch t o và kh o sát kh p th n t của

v t li u compozit Kevlar/epoxy/PANi-MWCNT, Tạp chí Hóa học, T.53 (5e1), tr.

168-172, ISSN 0866-7144.

7. Ngo Cao Long, Bui Thi Thu Thuy, Le Van Thu, Nguyen Van Thao, Vu Minh

Thanh (2015), Fabrication conditions of the optimal carbon fabric/epoxy

composite using heat-curing epoxy resin, Vietnam Journal of Chemistry, Vol.53

(5e1), pp. 177-181, ISSN 0866-7144.

8. Ngô Cao Long, Lê Văn Thụ, Ngô Trịnh Tùng, Nguyễn Đức Nghĩa, Ch t o và

kh o sát tính ch t nanocompozit graphen/polypyrol, Tạp chí Khoa học và công

nghệ, T.53, ISSN 0866-708X.

119

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Đỗ Quang Kháng, V t li u polyme - T p 2: V t li yme í a ;

Khoa Học Tự Nhiên Và Công Nghệ 2013.

2. Đỗ Quang Kháng, V t li u polyme - T p 1: v t li yme ơ ở; Khoa Học Tự

Nhiên Và Công Nghệ 2013.

3. Nguyễn Đức Nghĩa, P yme a r nano; NXB

hoa học Tự nhiên và Công nghệ Hà Nội 2008.

4. Masato Tadokoro Sook Wai Phang, Jiro Watanabe, Noriyuki Kuramoto,

Microwave absorption behaviors of polyaniline nanocomposites containing

TiO2 nanoparticles, Current Applied Physics, 2008, 8, 391-394.

5. Karen I. Winey Fangming Du, John E. Fischer, A Coagulation Method to

Prepare Single-Walled Carbon Nanotube/PMMA Composites and Teir

Modulus, Electrical Conductivity and Termal Stability, University of

Pennsylvania Scholarly Commons, 2003.

6. Pramoda K.P. Wang M., Goh S.H., Enhancement of interfacial adhesion and

dynamic mechanical properties of poly(methyl methacrylate)/multiwalled

carbon nanotube composites with amine-terminated poly(ethylene oxide),

Carbon, 2006, 44 (4), 613-617.

7. Muhammad Hans Arnaldo Petra Pötschke, Hans-Joachim Radusch, Percolation

behavior and mechanical properties of polycarbonate composites filled with

carbonblack/carbonnanotubes ystems, POLIMERY , ,, 2012, 57 (3), 204-211.

8. Thái Hoàng, ymer b e ; Bộ sách chuyên khảo ứng ụng và phát

triển công nghệ cao m a am, 2011.

9. Ran Yi Yongbo Li, Aiguo Yan, Lianwen Deng, Kechao Zhou, Xiaohe Liu,

Facile synthesis and properties of ZnFe2O4 and ZnFe2O4/polypyrrole core-shell

nanoparticles, Solid State Sciences, 2009, 11, 1319-1324.

10. Li Du Xin Ou Bao Li, Preparation of polystyrene/silica nanocomposites by

radical copolymerization of styrene with silica macromonomer, Science in

China Series B: Chemistry, 2007, 50 (3), 385-391.

120

11. Jerome P.Claverie Jean Christophe Daigle, A Simple Method for Forming

Hybrid Core-Shell Nanoparticles Suspended in Water, Journal of

Nanomaterials, 2008 2008.

12. Marcus J. Smith, Aluminum core-shell nanoparticles: synthesis, properies and

applications, University of Dayton, the School of Engineering, 2010.

13. David R Bowler U. Terranova, Coating TiO2 Anatase by Amorphous Al2O3:

Effects on Dyes Anchoring Through Carboxyl Groups, The Journal of Physical

Chemistry C, 2012, 116 (7), 4408-4415.

14. Mario Gauthier Vo Thu An Nguyen, Olivier Sandre Templated Synthesis of

Magnetic Nanoparticles through the Self-Assembly of Polymers and

Surfactants, Nanomaterials 2014, 4 (3), 628-685.

15. ChangKookHong JeongwooLee, SoonjaChoe, SangEunShima, Synthesis of

polystyrene/silica composite particles by soap-free emulsio polymerization

using positively charged colloidal silica, Journal of Colloid and Interface

Science, 2007, 310, 112-120.

16. Swaruparani Sridhar Pande, Mahesh D. Bedre, Ravishankar Bhat, Raghunadan

Deshpande, A. Venkataraman, Synthesis, Characterization and Studies of

PANI-MMT Nanocompoisites Nanoscience and Nanotechnology, 2012, 2 (4),

90-98.

17. Manju Arora Parveen Saini, Microwave Absorption and EMI Shielding

Behavior of Nanocomposites Based on Intrinsically Conducting Polymers,

Graphene and Carbon Nanotubes, Licensee InTech, 2012, 3, 71-112.

18. Sagadavan Murali Kassim Anuar, Adzmi Fariz, H. N. M. Mahmud Ekramul,

Conducting Polymer / Clay Composites: Preparation and Characterization,

Materials Science, 2004, 10 (3), 255-258.

19. Meng Meng Li Yun Ze Long, Changzhi Gu, Meixiang Wan, Jean Lu Duvail,

Zongwen Liu, Zhiyong Fan, Recent advances in synthesis, physical properties

and applications of conducting polymer nanotubes and nanofibers, Progress in

Polymer Science 2011, 36, 1415- 1442.

121

20. Jong Woo Lee Won Jun Lee, Chun Gon Kim, Characteristics of an

electromagnetic wave absorbing composite structure with a conducting polymer

electromagnetic bandgap (EBG) in the X-band, Composites Science and

Technology, 2008, 68, 2485-2489.

21. Jean Luc Wojkiewicz Belkacem Belaabeda, Saad Lamouria, Noureddine El

Kamchib, Tuami Lasri, Synthesis and characterization of hybrid conducting

composites based on polyaniline/magnetite fillers with improved microwave

absorption properties, Journal of Alloys and Compounds, 2012, 527, 137- 144.

22. Veena Choudhary Parveen Saini, KN Sood, SK Dhawan, Electromagnetic

interference shielding behavior of polyaniline/graphite composites prepared by

in situ emulsion pathway, Journal of applied polymer science, 2009, 113 (5).

23. Lloyd Lumata Keesu Jeon, Takahisa Tokumoto, Eden Steven, James Brooks,

Rufina G. Alamo, Low electrical conductivity threshold and crystalline

morphology of single-walled carbon nanotubes e high density polyethylene

nanocomposites characterized by SEM, Raman spectroscopy and AFM,

Polymer, 2007, 48, 4751-4764.

24. Michael H. Santare Brian B. Johnson, John E. Novotny, Suresh G. Advani,

Wear behavior of Carbon Nanotube/High Density Polyethylene composites,

Mechanics of Materials, 2009, 41, 1108-1115.

25. Fatima R. Varanda S. Kanagaraj, Tatiana V. Zhiltsova, Monica S.A. Oliveira,

Jose A.O. Simoes, Mechanical properties of high density polyethylene/carbon

nanotube composites, Composites Science and Technology, 2007, 67, 3071-

3077.

26. Gang Bai Zunfeng Liu, Yi Huang, Feifei Li, Yanfeng Ma, Tianying Guo,

Xiaobo He, Xiao Lin, Hongjun Gao, and Yongsheng Chen, Microwave

Absorption of Single-Walled Carbon Nanotubes/Soluble Cross-Linked

Polyurethane Composites, The Journal of Physical Chemistry, 2007, 111 (C),

13696-13700.

27. Heather Rhoads Olga Matarredona, Zhongrui Li, Jeffrey H. Harwell, Leandro

Balzano, Daniel E. Resasco, Dispersionof Single-Walled Carbon Nanotubes in

122

Aqueous Solutions of the Anionic Surfactant NaDDBS, The Journal of Physical

Chemistry B, 2003, 107, 13357-13367.

28. Trisha Huber Darren A. Makeiff, Microwave absorption by polyaniline–carbon

nanotube composites, Synthetic Metals, 2006, 156, 497-505.

29. Richard Piner Kevin D. Ausman, Oleg Lourie, Rodney S. Ruoff, Organic

Solvent Dispersionsof Single-Walled Carbon Nanotubes Toward Solutions of

Pristine Nanotubes, American Chemical Society, 2000.

30. J.E. Tercero S.R. Bakshi, A. Agarwal, Synthesis and characterization of

multiwalled carbon nanotube reinforced ultra high molecular weight

polyethylene composite by electrostatic spraying technique, Composites: Part

A, 2007, 38, 2493-2499.

31. M. Tehranib A.Y. Boroujenia, A.J. Nelsona, M. Al-Haik, Hybrid carbon

nanotube–carbon fiber composites with improved in-plane mechanical

properties, Composites Part B: Engineering, 2014, 66, 475-483.

32. Majid Karimib Ehsan Moaseria, Morteza Maghrebia, Majid Baniadam,

Fabrication of multi-walled carbon nanotube–carbon fiber hybrid material via

electrophoretic deposition followed by pyrolysis process, Composites Part A:

Applied Science and Manufacturing, 2014, 60, 8-14.

33. G. Andrei L. Ciupage, D. Dima, M. Murarescu, Specific heat and thermal

expansion of polyester composites containing singlewall, mutiwall and

functionalized carbon nanotubes, Digest Journal of Nanomaterials and

Biostructures, 2013, 8 (4), 1611 - 1619.

34. Wei X. Lee C., Kysar JW., Hone J., Measurement of the elastic properties and

intrinsic strength of monolayer graphene, Science in China Series B: Chemistry,

2008 321 (5887), 385-388.

35. A. A. Abdala T. Ramanathan, S. Stankovich, D. A. Dikin, M. Herrera Alonso,

R. D. Piner, D. H. Adamson, H. C. Schniepp, X. Chen, R. S. Ruoff, S. T.

Nguyen, I. A. Aksay, R. K. Prud Homme, L. C. Brinson, Functionalized

graphene sheets for polymer nanocomposites, Nature Nanotechnology, 2008, 3,

327 - 331.

123

36. Wenjing Ni, Biao Wang,Hua Ping Wang, Yumei Zhang, Fabrication and

Properties of Carbon Nanotube and Poly(vinylalcohol) Composites, Journal of

Macromolecular Science, 2006, 45, 659-664.

37. Javad Rafiee Mohammad A Rafiee, Zhou Wang, Huaihe Song, Zhong Zhen Yu,

Nikhil Koratkar, Enhanced mechanical properties of nanocomposites at low

graphene content, ACS nano, 2009, 3 (12), 3884-3890.

38. Huang L. Liang J. , Li N. , Huang Y. , Wu Y., Fang S. , Oh J., Kozlov M., Ma

Y., Li F., Baughman R., Chen Y. , Electromechanical actuator with

controllable motion, fast response rate, and high-frequency resonance based on

graphene and polydiacetylene, ACS Nano, 2012, 6 (5), 4508-4519.

39. Zhou X. Liu Q., Fan X., Zhu C., Yao X., Liu Z., Mechanical and thermal

properties of epoxy resin nanocomposites reinforced with graphene oxide,

Polym.Plast. Technol. Eng. , 2012, 51 (3), 251-256.

40. Bao Y. Pang H., Lei J., Tang J.H., Ji X., Zhang W.Q., Chen C. , Segregated

conductive ultrahigh-molecular-weight polyethylene composites containing

high-density polyethylene as carrier polymer of graphene nanosheets, Polymer-

Plastics Technology and Engineering, 2012, 51 (14), 1483-1486.

41. Xu G. Pan B., Zhang B., M, X,, Li H., Zhang Y., Preparation and tribological

properties of polyamide 11 graphene coatings, Polymer-Plastics Technology

and Engineering, 2012, 51 (11), 1163-1166.

42. L. Ouattara C. Jiang, C. Ingrosso, M.L. Curri, V. Krozer, A. Boisen, M.H.

Jakobsen, T.K. Johansen, Microwave absorption properties of gold nanoparticle

doped polymers, Solid-State Electronics, 2011, 57, 19-22.

43. Naiqin Zhao Tianchun Zou, Chunsheng, Jiajun Li, Microwave absorbing

properties of activated carbon fibre polymer composites, Bulletin Material

Science, 2011, 34 (1), 75-79.

44. Wei Dong Zhang Hong Mei Xiao, Shao Yun Fu One-step synthesis,

electromagnetic and microwave absorbing properties of a-FeOOH/polypyrrole

nanocomposites, Composites Science and Technology, 2010, 70 909-915.

124

45. Vinoy K. J.; Jha R. M., Radar Absorbing Materials: From theory to Design

and Characterization; Kluwer Academic Publishers Boston 2011.

46. Mirabel Cerqueira Rezende Luiza de Castro Folgueras, Multilayer Radar

Absorbing Material Processing by Using Polymeric Nonwoven and Conducting

Polymer, Materials Research, 2008, 11, 245-249.

47. J. Kapelewski, On Current and Prospective Use of Binary Thin Multilayers in

Radar Absorbing Structures, Acta physica polonica A, 2013, 124

48. Kuldeep Singh Namita Gandhi, Anil Ohlan, D.P. Singh, S.K. Dhawan,

Thermal, dielectric and microwave absorption properties of polyaniline–

CoFe2O4 nanocomposites, Composites Science and Technology, 2011, 71 1754-

1760.

49. A. Asadnia Seyed Hossein Hosseini, Polyaniline/Fe3O4 coated on MnFe2O4

nanocomposite: Preparation, characterization, and applications in microwave

absorption, International Journal of Physical Sciences, 2013 Vol. 8(22), pp.

1209-1217.

50. Anil Ohlana Kuldeep Singha, A.K. Bakhshia, S.K. Dhawan, Synthesis of

conducting ferromagnetic nanocomposite with improved microwave absorption

properties, Materials Chemistry and Physics, 2010, 119 201-207.

51. Eva Håkanssonb Akif Kaynaka, Andrew Amiet, The influence of

polymerization time and dopant concentration on the absorption of microwave

radiation in conducting polypyrrole coated textiles, Synthetic Metals, 2009, 159,

1373-1380.

52. Segal C. L., High-Performance Organic Fibers, Fabrics and Composites for Soft

and Hard Armor Applications, Proceedings of the 23rd International SAMPE

Technical Conference, 1991, 651±660

53. S. J. Savage, Defence applications of nanocomposite materials, Swedish defence

research agency, 2004.

54. Bhatnaga Lin L. C., A., Chang H. W., Ballistic Energy Absorption of

Composites, Proceedings of the 22rd International SAMPE Technical

Conference, 1990, 1, 13-17.

125

55. Travis A. Bogetti Bryan A. Cheeseman, Ballistic impact into fabric and

compliant composite laminates, Composite Structures, 2003, 61 161-173.

56. Cunniff P. M., An Analysis of the System Effects in Woven Fabric Under

Ballistic Impact, Textile Research Journal, 1992, 62 (9), 495-509.

57. Williams C. Figucia F., Kirkwood B., Koza W., Mechanisms of Improved

Ballistic Fabric Perfornance, Proceedings for the Army Science Conference,

1982, 1, 383-397

58. Goldsmith W. Zhu G., Dharan C. K. H., Penetration of Laminated Kevlar by

Projectiles. II. Analytical Model, International Journal of Solids and Structures,

1992, 29 (4), 421-436

59. Walsh T. F. Lee B. L., Won S. T., Patts H. M., Song J. W., Mayer A. H.,

Penetration Failure Mechanisms of Armor-Grade Fiber Composites under

Impact, Computational Materials Science, 2001, 35 (18), 1605±1633

60. Sierakowski R. L. akeda N., Ross C.A., Malvern, L. E., Delamination Crack

Propagation in Ballistically Impacted Glass/Epoxy Composite Laminates,

Experimental Mechanics, 1982, 22, 19-25.

61. Lucio Fabio Cassiano Nascimento Andreia Leite dos Santos Alves, Joao Carlos

Miguez Suarez, Material Performance Influence of weathering and gamma

irradiation on the mechanical and ballistic behavior of UHMWPE composite

armor, Polymer Testing, 2005, 24, 104-113.

62. G. Arakere M. Grujicic, T. He, W.C. Bell, B.A. Cheeseman, C.-F. Yen, B.

Scott, A ballistic material model for cross-plied unidirectional ultra-high

molecular-weight polyethylene fiber-reinforced armor-grade composites,

Materials Science and Engineering, 2008, 498 (A), 231-241.

63. Figucia F., Energy Absorption of Kevlar Fabrics Under Ballistic Impact,

Proceedings for Army Science Conference 1982.

64. J. W. Song, Egglestone, G. T., Thermoplastic Composites for Ballistic

Applications, Doctorate Thesis, UMass Lowell 2004, Closed session, 108-119.

65. Egglestone G. T. Song J. W., Investigation of the PVB/PF Ratios on the

Crosslinking and Ballistic Properties in Glass and Aramit Fiber Laminate

126

Systems, Proceedings of the 19th International SAMPE Technical Conference,

1987, 108±119.

66. B. L. Lee, Song, J. W. and Ward, J. E., Failure of SpectraÕ Polyethylene Fiber-

Reinforced Composites Under Ballistic Impact Loading, J. Composite

Materials, 1994, 28, 13, 1202±1226

67. Patts H. M., Ballistic Impact Damage and Penetration Mechanics of Fiber-

Reinforced Composite Laminates, PhD Thesis, Dept. of Engineering Science

and Mechanics, The Pennsylvania State University 2000.

68. G. Arakere M. Grujicic, T. He, W.C. Bell, P.S. Glomski, B.A. Cheeseman,

Multi-scale ballistic material modeling of cross-plied compliant composites,

Composites, 2009, 40 (Part B), 468-482.

69. Prosser R. A. Cohen S. H., King A., Desper C. R., Analysis of Ballistically

Coused Damage in Some Test Panel Fibers, US Army Natick RDE Center

Technical Report, 1992, 92, 032-037.

70. Martin H.Sadd, Ballistic Resistance of Personal Body Armor Elsevier

Butterworth-Heinemann, 2005.

71. Inc Ansys, theory reference for ANSYS and ANSYS workbench, 2007.

72. H. Matsuo T. Hiroe, K. Fujiwara, T. Abe, K. Kusumegi, T. Katoh, Dynamic

behavior of material sinduced by explosive loadings initiate dusing wire

explosion techniques, Journal of Materials Processing Technology, 1999, 85,

56-59.

73. F. Schafer S. Ryan, M. Guyot, S. Hiermaier, M. Lambert, Characterizing the

transient response of CFRP/AlHC spacecraft structures induced by spaced ebris

impact at hypervelocity, International Journal of Impact Engineering, 2008, 35,

1756-1763.

74. D.R. Scheffler J. A. Zukas, Impact effects in mutilayered plates, International

Journal of Solids and Structures, 2001, 38, 3321-3328.

75. C.C ismasiu M.A.G. Silva, C.G. Chiorean, Numerical simulation of ballistic

impact on composite laminates, International Journal of Impact Engineering,

2005, 31, 289-306.

127

76. Saeed Moaveni, Finite element analysis; Prentice Hall: New Jersey, USA,

1999.

77. Centrury Dynamic, Ansys Autodyn user manual, 2007.

78. USA, NIJ Standard–01.01.04 Ballistic Resistance of Personal Body Armor

U.S. Department of Justice Office of Justice Programs National Institute of

Justice 2000.

79. China, GA141-2010 Police ballistic resistance of body armor. 2010.

80. NATO, STANAG 4569 Protection Levels for Occupants of Logistic and Light

Armored Vehicles. 2004.

81. Russia, Gost R 50744-95. 1995.

82. Hansen J. V. E., Development of Improved Lightweight Ballistic Armor, US

Army Natick Research, Development and Engineering Center 1984.

83. A.O. Surendranathan R.V. Kurahatti, S. A. Kori, Nirbhay Singh, A.V. Ramesh

Kumar, Saurabh Srivastava† , Defence Applications of Polymer

Nanocomposites, Defence Science Journal, 2010, 60, 551-563.

84. Johnson M. H. J. Halpern O., Wright R. W., Isotropic absorbing layers, US

Patent 2951247, 1960.

85. Roberto Pastore Davide Micheli, Antonio Vricella, Ramon Bueno Morles,

Mario Marchetti, Synthesys of radar absorbing materials for stealth aircraft by

using nanomaterials and evolutionary computation, 29th Congress of the

Interantional Council of the Aeronautical Sciences, Russia, 2014.

86. R. Ashok Kumar, Stealth Technology, Semina report, Department of

Electronics and Communication Engineering, 2014.

87. Paul Saville, Review of Radar Absorbing Materials, Defence R&D Canada –

Atlantic, January 2005.

88. Severin H. Meyer E., Absorption devices for electromagnetic waves and their

acoustic analogies, H. Zeitschrift fur angewandte Physik 1956, 8, 105-114.

89. Severin H. Meyer E., Umlauft G., Resonance absorbers of electromagnetic

waves, G. Zeitschrift fur Physik 1954, 138, 465-477.

128

90. A. Abdolali H. Oraizi, and N. Vaseghi, Application of double zero

metamaterials as radar absorbing materials for the reduction of radar cross

section, Progress In Electromagnetics Research, 2010, 101, 323-337.

91. Yang Fang Zhifu He, Xiaojuan Wang, Hua Pang, Microwave absorption

properties of PANI/CIP/Fe3O4 composites, Synthetic Metals, 2011, 161 420-

425.

92. Yu. Noskov M.V. Petrychuk, S.A. Pud, V.F. Kovalenko1, A.A. Pud,

Microwave Absorbing by Conducting Hybrid Nanocomposites Based on

Magnetite Nanoparticles, Proceeding of the international conference

nanomaterials: applications and properties, 2012, 1 (2), 23-27

93. Bùi Công Khê, Nghiên cứu ứng dụng vật liệu aramit (kevlar) và composite của

nó để chế tạo áo và khiên chống đạn, đề tài cấp Bộ Khoa học và Công nghệ

Việt Nam, 2003.

94. Tạ Văn hoa, Nghiên cứu chế tạo áo giáp chống đạn trên cơ sở gốm Al2O3

tăng bền bằng nano Zr 2, Đề tài cấp nhà nước, 2012.

95. Nguyễn Văn Chất, Tiếp nhận chuyển giao công nghệ sản xuất vật liệu gốm

chống đạn, tấm chống đạn từ chuyên gia Cuba, Đề tài cấp Bộ Công an, 2008.

96. Lê Quốc Trung, Nghiên cứu tổng quan về khoa học và công nghệ nanô; Ứng

dụng chế tạo vật liệu tổ hợp từ ống nanô cácbon, sợi cácbon và polyme nhiệt

dẻo sử dụng làm tấm chống đạn, Đề tài NCKH cấp Bộ Công an, 2010.

97. Lê Văn Thụ, Chế tạo, nghiên cứu tính chất và khả năng chống đạn của vật liệu

tổ hợp sợi cacbon - ống cacbon nano với sợi tổng hợp, Luận án tiến sĩ, Vi n

Hoá h c, Vi n Khoa h c và công ngh Vi t Nam, 2011.

98. Vũ Đình hiêm, Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chống đạn trên nền

polyme có sợi gia cường, luận án tiến sĩ, Vi n Khoa h c và công ngh quân sự,

Bộ qu c phòng, 2012.

99. Nguyễn Đức Nghĩa, Nghiên cứu tính chất hấp thụ sóng rada của vật liệu tàng

hình từ conducting polyme, T p chí Hóa h c, 2003 T. 41, 127 - 131.

129

100. Vũ Đình Lãm, Điều khiển các tính chất của vật liệu metamaterials bằng các

tham số cấu trúc nhằm ứng dụng vào việc thay đổi hướng đi của sóng điện từ

Đề tài Viện Khoa học vật liệu, 2010.

101. Vũ Đình Lãm, Chế tạo vật liệu tàng hình không phản xạ sóng rada trong

vùng tần số 2-1 GHz Đề tài Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam 2012.

102. Hoàng Anh Tuấn, Nghiên cứu tổng hợp và chế tạo sơn ngụy trang hấp thụ

sóng điện từ ra ar trên cơ sở polyme dẫn chứa ferocen và spinel ferit, luận án

tiến sĩ, Đ i h c Khoa h c Tự nhiên - Đ i h c Qu c gia Hà Nội, 2010.

103. Phạm Minh Tuấn, Nghiên cứu tổng hợp và chế biến ẫn xuất P Ni ứng ụng

chế tạo vật liệu bảo vệ, luận án tiến sĩ, a ự

2014.

104. Đỗ Thành Việt, Nghiên cứu chế tạo và tính chất hấp thụ tuyệt đối sóng vi ba

của vật liệu Meta (Metamaterials), luận án tiến sĩ, Trườ Đ i h c Bách khoa

Hà Nội, 2015.

105. Veena Choudhary Parveen Sainia, B.P. Singhc, R.B. Mathurc, S.K. Dhawan,

Enhanced microwave absorption behavior of polyaniline-CNT/polystyrene

blend in 12.4–18.0 GHz range, Synthetic Metals, 2011, 161 1522- 1526.