Vlh Chuong 11 Composite 4686

8/8/2019 Vlh Chuong 11 Composite 4686

1/8

Ch ng 11

V T LI U COMPOZIT (V T LI U K T H P)

1. KHI NI M.

V i s pht tri n m nh m c a cng ngh hi n i d n t i nhu c u v nh ng l ai v t li u c nhi u tnh ch t k t h p c n thi t m cc v t li u truy n th ng khi ng ring l khng th p ng c. M t l ai v t li u m i ra i l lo i v t li u ph c t p c t o thnh t nh ng ph n t r t khc nhau v tnh ch t, khng h a tan hay h a tan r t t vo

nhau v phn cch nhau b ng m t ranh gi i r r t, v t li u c tn g i v t li u k t h p hay v t li u compozt.

Compozt c c t o g m hai thnh ph n l n n v c t.

N n l pha lin t c trong t an kh i v t li u c ch c nng lin k t kh i compozt v t o hnh d ng cho n. N n c th l cc v t li u r t khc nhau ph thu c vo tnh ch t compozt c n ch t o. N n c chia lm b n l ai l n n kim l ai (hay h p kim), n n polyme, n n g m, v n n h n h p. Tnh ch t c a n n khng nh ng nh h ng m nh n ch cng ngh ch t o m c n nh h ng n cc c tnh s d ng c a compozt nh kh i l ng ring, nhi t lm vi c, b n m i, b n ring v kh nng ch ng l i tc d ng c a m i tr ng bn ng ai v.v.

C t l pha gin an phn b u v c n n bao b c. Cng gi ng nh n n, c t c th r t a d ng ty thu c vo tnh ch t c a compozt c n ch t o. C th , trong th c t c t c th l kim l ai (hay h p kim) nh vnfram, mliben, thp khng g , v.v. hay l ch t v c nh bo, cc bon, th y tinh, g m ho c l ch t h u c nh polyamit th m v.v.

Hnh d ng, kch th c v hm l ng cng nh s phn b c t l nh ng y u t nh h ng m nh n tnh ch t c a v t li u compozt. Hnh d ng c a c t c m t trn hnh 11.1.

Hnh 11.1Hnh d ng c a c t trong v t li u compozt

Theo hnh d ng c a c t ng i ta chia chng thnh ba nhm c b n l c t khng chi u (11.1a), c t m t chi u (Hnh 11.1b) v c t hai chi u (11.1c).

C t khng chi u c kch th c r t nh cng b c theo c ba chi u o v c g i l c t h t .

C t m t chi u c kch th c nh theo hai chi u o v r t l n (di) theo chi u c n l i c g i l c t s i .

167


2/8

C t hai chi u c kch th c l n t ng ng kch th c v t li u compozt theo hai chi u o v c kch th c r t nh theo chi u c n l i g i l c t m t , c t t m hay l v i .

Tnh ch t c a compozt ph thu c c vo hnh dng, kch th c, kh i l ng v c i m phn b c a c t (s c t ho hnh 11.2).

Hnh 11.2 S c t ho v t li u compozt.

Theo s c t ho ng i ta chia compozt thnh ba nhm l c t ho m t chi u, c t ho hai chi u v c t ho ba chi u.

c t ho m t chi u ng i ta dng c t h t hay c t s i (hnh 8.2 a). Cc c t h t c phn b sao cho kh ang cch gi a chng theo m t tr c (theo tr c x ch ng) nh h n ng k so v i hai tr c c n l i. C t s i c phn b song song v i nhau. Hm l ng th tch c a c t m t chi u chi m kh ang 1-5%.

c t ha hai chi u ng i ta dng ch t nh i khng chi u, m t chi u v hai chi u (hnh 8.2b). C t h t v c t s i c phn b trong cc m t song song v i nhau. Kh ang cch gi a cc c t trong m t kh nh so v i kh ang cch gi a cc m t v i nhau. Trong cng m t m t, c t s i n m song song v i nhau c n gi a cc m t th chng l i t o thnh

nh ng gc khc nhau. C t m t lu n c phn b song song v i nhau. Hm l ng c t hai chi u trong compozt c th t t i 15-16%.

V i c t ho ba chi u khng c ph ng no c u tin trong s s p x p c t v c t ho ba chi u ng i ta dng c t h t v c t s i (hnh 8.2 c) Kh ang cch gi a cc ph n t c t h t l cng m t b c. C t s i c s p x p trong ba m t ph ng vung gc v i nhau. V i l ai c t ho ny hm l ng th tch c th v t qu 15-16%.

m r ng s t ng h p cc tnh ch t ho c c ng ha m t tnh ch t no , khi c t ha v t li u compozt, ng i ta th ng dng ng th i cc l ai c t v i hnh d ng khc nhau.

Th d tng thm b n lin k t gi a cc c t s i nh s i th y tinh hay s i cc bon v i n n polyme, ng i ta cho thm vo n n cc c t h t nh cc h t aming, silic cc bua, v.v.

168


3/8

Cn nng cao mun n h i c a v t li u compozt n n polyme c t s i th y tinh, ng i ta l i cho thm cc s i bo. V t li u compozt ch a t hai l ai c t khc nhau tr ln c g i l v t li u compozt a c t (Hnh 11.3a). V t li u compozt v i n n ph c t p (t hai n n tr ) ln c g i l compozt a n n (hnh 11.3b).

H nh 11 .3Compozt a cot (a), a nen (b)

N n v c t c k t h p thnh kh i compozt th ng nh t thng qua lin k t t i vng ranh gi i pha. V nguyn t c, i u ki n lm vi c bnh th ng gi a n n v c t trong compozt khng x y ra hi n t ng khuy ch tn h a tan l n nhau. Tuy nhin, ph thu c vo qui trnh cng ngh ch t o, h th ng c th tr i qua cc tr ng thi nhi t , p su t cao thu n l i v m t nhi t ng h c cho cc t ng tc khc nhau gi a n n v c t x y ra.

11.2 C I M TNH CH T.

V t li u compozt l m t v t li u m i c t o thnh v i t ch c v tnh ch t h n t n m i, n l s k t h p cc thnh ph n theo quy lu t sao cho th hi n n i b t nh ng u i m c a t ng c u t thnh ph n, c n nh c i m b l ai b . C th ni v t li u compozt c nh ng tnh ch t m m i v t li u thnh ph n n u ng ring l khng th c c. B tng c t thp l m t v d i n hnh c a v t li u k t h p compozt.

B tng c t thp l s k t h p gi a thp (v t li u kim lo i) c tnh ch u t i tr ng ko t t v b tng (l v t li u v c ) c tnh ch u nn t t, v th b tng c t thp l lo i v t li u k t c u v a ch u ko v v a ch u nn t t.

V t li u compozt ni chung l l ai v t li u c b n nhi t th ng v nhi t cao, c c ng vng, c kh nng ch ng ph h y m i v cc tnh ch t khc h u nh cao h n c cc h p kim k t c u ph bi n. Ngy nay ng i ta c n c th d ki n tr c tnh ch t ch t o compozt theo mu n.

b n c a v t li u compozt ph thu c nhi u vo b n lin k t gi a c t v n n. nng cao ch t l ng lin k t, c n thi t ph i b o m s ti p xc t t trn t an bin gi i cc pha nh khng dy b n, khng ch a t p ch t kh hay cc v t l n khc. V t li u compozt v c b n thu c h khng cn b ng nhi t ng h c, l nguyn nhn chnh gy nn khuy ch tn, ph n ng ho h c bin gi i gi a n n v c t. Cc qu trnh ny x y ra khi ch t o v c khi s d ng v t li u compozt.

i v i v t li u compozt n n kim l ai, lin k t b n v ng gi a n n v c t c th c hi n nh s t ng tc gi a chng, t o nn m t l p r t m ng pha lin k t kim l ai (1 2m).

169

a. b.


4/8

N u gi a n n v c t h an t an khng t ng tc, ng i ta s t o trn b m t s i m t l p ph c bi t b o m cho s t ng tc ny, nh ng chi u dy l p t o thnh ny ph i r t m ng ( hnh 11.4).

Lin k t gi a cc thnh ph n trong v t li u compozt n n phi kim l ai c th c hi n nh l c dnh bm.

[

Hnh 11.4 T ch c m t g y m u compozt.

11.3 PHN L AI V T LI U COMPOZIT.

C nhi u cch phn l ai v t li u compozt, thng th ng ng i ta phn l ai theo b n ch t c a v t li u thnh ph n n n v phn l ai theo hnh d ng c a c t.

Theo b n ch t c a v t li u thnh ph n n n , ng i ta chia v t li u compozt thnh b n l ai l v t li u compozt n n kim l ai, v t li u compozt n n h u c , v t li u compozt n n g m, v t li u compozt n n h n h p nhi u pha.

Theo hnh d ng c t, ng i ta chia v t li u compozt thnh ba lo i l v t li u compozt c t h t, v t li u compozt c t s i, v v t li u compozt c u trc nh m t trn hnh 11.5.

Compozt

Compozt c t h t Compozt c t s i Compozt c u trc

H t th H t m n Lin t c Gin an L p T m ba l p T ong

C h ng Ng u nhin

Hnh 11.5 S phn l ai compozt theo hnh d ng c t.

170


5/8

V t li u compozt c t h t l l ai compozt c c t d ng h t. H t khng c kch th c u tin v th ng c dng nh m c i thi n m t s tnh ch t no c a n n v k t h p

lm gi m gi thnh c a v t li u compozt. Nh ng h t th ng dng l xt, nitrit, borit, cc bt v.v.

H p kim tr t ng ch l m t th d v l ai v t li u compozt c t h t. Trong v t

li u ny cc h t ch c phn b u trn n n ng c tc d ng tng tnh d c t g t khi gia cng v tng tnh ch ng mi m n khi s d ng.

V t li u compozt c t s i l l ai compozt c c t d ng s i. S i c th d ng lin t c ho c gin an. V i l ai v t li u compozt c t s i gin an c th l l ai c h ng hay ng u nhin. V t li u compozt c t s i c vai tr quan tr ng trong cng nghi p. Hi n nay ng i ta th ng hay dng s i th y tinh, s i cc bon, s i g m, s i aramit v s i t ng h p.

V t li u compozt c u trc l l ai bn thnh ph m c a cc l ai v t li u c c u hnh t cc compozt khc nhau. Compozt c u trc g m ba l ai l d ng l p, d ng ba l p v d ng t ong.

Compozt c u trc l p c m t trn hnh 11.6.

Hnh 11.6Compozt c u trc l p

11.4 M T S V T LI U COMPOZIT THNG D NG.

11.4.1 S i th y tinh.

Hi n nay s i th y tinh l m t trong ba l ai s i quan tr ng c s d ng lm v t li u c t cho compozt. S i th y tinh c nh ng c i m l c b n ring ( /) cao, c tnhch ng n mn cao, c tnh cch i n cao, l i d s n xu t, n nh kch th c, ch u nhi t, ch u l nh, ch u m. Hnh 11.7m t vi s n ph m c a s i th y tinh.

171


6/8

Hnh 11.7M t s s n ph m c a s i th y tinh.

C hai l ai s i th y tinh quan tr ng c s d ng r ng ri cho v t li u compozt l s i th y tinh lo i E (Electrical) v s i th y tinh lo i S (high strength).

S i th y tinh lo i E l l ai s i c nhi u cng d ng nh t, n c b n ko kh ang 3.440 GPa v m un n h i t cao t i 72.300MPa. Thnh ph n c a l ai s i th y tinh ny bao g m 52-56%SiO 2, 16-25%CaO,12-16%Al2O3 v 8-13%B2O3.

S i th y tinh lo i S l l ai s i c b n v gi thnh cng cao h n s i th y tinh l ai E. y l l ai v t li u c dng r t r ng ri trong cng nghi p hng khng v ph c v nhi u trong qun s . b n ko c a l ai s i th y tinh S t t i 4.480MPa c n moun n h i t kh ang 85,4GPa. Thnh ph n ho h c c a s i th y tinh l ai S bao g m 65%SiO 2,25%Al2O3 v 10%MgO.

S i th y tinh c s n xu t b ng cch ko nh ng s i t th y tinh ring r t th y tinh l ng, sau ghp chng l i thnh s i.

11.4.2 S i cc bon.

S i cc bon l m t trong nh ng v t li u m i c a th k 20, chng c ch t o t grapht tinh khi t. Do c c u trc A3 (L c gic x p ch t), grapht th hi n tnh d h ng m nh nn nh h ng t i tnh ch t c a s i cc bon.

Trong qu trnh ch t o n u lm cho grapht k t tinh han tan t c khng cn thnh ph n v nh hnh v lm cho grapht c s nh h ng ch y u song song v i tr c c a c t th s i cc bon s c b n ko cao t i 4.000MPa v m un n h i Yong c th t t i 650.000MPa.

u i m n i b t c a s i cc bon v cc l ai s i th y tinh l c b n ring r t cao. Tuy nhin, s i cc bon c nh c i m l gi thnh r t cao, nn ph m vi s d ng cn h n

ch .Hnh 11.8 gi i thi u nh c a kh ang 6.000 s i cc bon.

Hnh 11.8 nh c a kh ang 6.000 s i cc bon.

11.4.3 S i h u c Aramit.

S i aramt l s n ph m c cng ty th ng m i Du Pont gi i thi u trn th tr ng v i tn th ng m i l Kevlar vo nh ng nm 1972, n c ngu n g c t s i polyamit th m.

172


7/8

S i Kevlar c ch t o b ng cch t ng h p nhi t th p (-10 0 C), sau kothnh s i trong dung d ch r i x l nhi t tng m un n h i. Gi thnh c a s i Kevla th p h n s i cc bon t 3 n 5 l n nh ng vi c s d ng chng ch t o v t li u compozt cn b h n ch v nh ng l do sau:

S i Kevla c b n nn v u n d c th p

S i Kevla r t nh y c m v i bi n d ng c t gi a cc l p Lin k t s i nh a khng ch c l nguyn nhn c a nh ng h n ch ny.

Hai l ai Kevlar c dng nhi u ngy nay l Kevlar 29 v Kevlar 49.

Kevlar 29 l l ai s i c m t th p, b n cao v c dng nhi u ch t o v b o v , ng n i, cp, v.v.

Kevlar 49 c m t v b n cao v c dng nhi u lm c t s i cho v t li u compozt dng trong ngnh hng khng, t, t u th y v nhi u ngnh cng nghi p khc.

Cng th c ha h c c a m t s i Kevlar c trnh by trn hnh 11.9.

O O

C C N N

H H

Hnh 11.9 Cau truc hoa hoc cua mat si Kevlar.

Tnh ch t c a m t s c t c nu trn b ng 11.1 v gio trnh ny ch trnh by m t s t trong .

B ng 11.1 Tnh ch t c a m t s l ai c t s i.

V t li u Kh i l ng

ring (kG/cm3)Gi i h n

b n (MPa.103)

M un n h i (MPa.10 3)

Kh ang nhi t lm vi c, ( 0C)

Ru n tinh th

Grapht 2.200 20 690 2.500

SiC 3.200 20 840 1.600

S i c t

Th y tinh E 2.540 2,4 75 550

Th y tinh R 2.500 4,4 80 650

Th y tinh S 2.480 4,8 84 650

Cc bon 1.800 1,5 5,5 150 - 500 2.000

2.500

Dy kim l ai

173


8/8

Thp cc bon cao 7.800 4,1 210

Mliben 10.200 1,4 360

Vnfram 9.300 4,3 400

174

Vlh Chuong 11 Composite 4686

Documents

Transcript of Vlh Chuong 11 Composite 4686