Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ vật liệu gia cường đến tính chất vật liệu composite lai trên nền polyme

1
MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................. 4
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. 7
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................. 8
CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................... 9
1.1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................................ 9
1.1.1. Vật liệu Composie .............................................................................................. 10
1.1.1.1. Khái niệm.......................................................................................................... 10
1.1.1.2. Phân loại vật liệu composite ............................................................................ 11
1.1.1.3. Cấu tạo vật liệu composite ............................................................................... 12
1.1.2. Vật liệu composite lai ......................................................................................... 19
1.1.2.1. Định nghĩa ........................................................................................................ 19
1.1.2.2. Vật liệu composite lai đa cốt ............................................................................ 20
1.1.2.3. Vật liệu composite lai đa nền ........................................................................... 21
1.1.3. Vật liệu composite lai sinh học........................................................................... 21
1.1.4. Vật liệu nano composite lai ................................................................................ 21
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE LAI ....................... 24
1.2.1. Tình hình nghiên cứu vật liệu composite lai trên thế giới .................................. 24
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................................... 30
1.3. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................. 30
1.3.1. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 30
1.3.2. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................... 30
1.3.3. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 30
1.3.4. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 30
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 31
2.1. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO SẢN PHẨM BẰNG COMPOSITE ........................... 31
2.1.1. Công nghệ bằng tay (Hand lay up) ..................................................................... 31
2.1.2. Công nghệ phun bắn (Spray up) ......................................................................... 32
2.1.3. Công nghệ đúc chuyển resin RTM (Resin Tranfer Molding) ............................ 32

2
2.1.4. Công nghệ quấn sợi (Filament winding) ............................................................ 34
2.1.5. Công nghệ ép phun (Injection Molding) ............................................................ 34
2.1.6. Công nghệ đúc kéo (Pultrusion) ......................................................................... 35
2.1.7. Công nghệ đúc ép – phun phản ứng RRIM ( Reinforced Reaction Injection
Molding) ........................................................................................................................ 36
2.2. SỢI THỦY TINH ................................................................................................. 37
2.2.1. Thành phần và tính chất ...................................................................................... 37
2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của sợi thủy tinh ........................................ 39
2.2.2.1. Tính chất sợi ..................................................................................................... 39
2.2.2.2. Tính chất nhựa nền ........................................................................................... 40
2.2.2.3. Tỉ lệ giữa nhựa/sợi ........................................................................................... 41
2.2.2.4. Sắp xếp hình học và định hướng của sợi trong FRP ........................................ 41
2.2.2.5. Chế độ và quy trình gia công ........................................................................... 42
2.3. NHỰA EPOXY .................................................................................................... 42
2.3.1. Khái niệm............................................................................................................ 42
2.3.2. Tổng hợp nhựa epoxy ......................................................................................... 42
2.3.3. Lý tính của nhựa epoxy ...................................................................................... 44
2.3.4. Hóa tính của nhựa epoxy .................................................................................... 46
2.3.4.1. Phản ứng của nhóm epoxy ............................................................................... 46
2.3.4.2. Khả năng phản ứng của nhóm hydroxyl .......................................................... 47
2.3.5. Chất đóng rắn cho nhựa epoxy ........................................................................... 47
2.3.5.1. Hệ đóng rắn nguội ............................................................................................ 48
2.3.5.2. Hệ đóng rắn nóng ............................................................................................. 50
2.3.5.3. Ứng dụng của nhựa epoxy ................................................................................ 51
2.4. BỘT TITAN ......................................................................................................... 51
2.4.1. Đặc điểm cấu trúc ............................................................................................... 51
2.4.2. Ứng dụng ............................................................................................................ 52
2.4.3. Bột titan đioxit (TiO 2 )......................................................................................... 54
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 57
3.1. MỤC ĐÍCH CỦA THỰC NGHIỆM .................................................................... 57
3.2. CƠ SỞ LỰA CHỌN VẬT LIỆU THÀNH PHẦN ............................................... 57
3.2.1. Vật liệu gia cường............................................................................................... 57

3
3.2.2. Phân bố và định hướng sợi ................................................................................. 58
3.2.3. Chiều dài sợi ....................................................................................................... 58
3.2.4. Hàm lượng sợi .................................................................................................... 60
3.2.5. Vật liệu độn ........................................................................................................ 61
3.2.6. Vật liệu nền ......................................................................................................... 61
3.2.7. Chất đóng rắn cho nhựa epoxy ........................................................................... 61
3.3. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM ......................................................................... 63
3.3.1. Chọn tỉ lệ vật liệu thành phần ............................................................................. 63
3.3.2. Tính toán các thông số vật liệu composite theo lý thuyết .................................. 64
3.3.2.1. Tỉ lệ % trọng lượng và thể tích ......................................................................... 64
3.3.2.2. Tỉ trọng composite ............................................................................................ 65
3.3.3. Tiến hành thực nghiệm ....................................................................................... 66
3.3.3.1. Mục đích chế tạo mẫu thử cơ tính .................................................................... 66
3.3.3.2. Kích thước, số lượng và ký hiệu mẫu thử ......................................................... 67
3.3.3.3. Xác định thời gian đông đặc và đóng rắn của nhựa ........................................ 70
3.3.3.4. Chế tạo mẫu thử ............................................................................................... 72
3.3.4. Kết quả thực nghiệm ........................................................................................... 72
3.3.4.1. Kiểm tra cơ tính ................................................................................................ 72
3.3.4.2. Phân tích kết quả thực nghiệm ......................................................................... 78
3.3.4.3. Kiểm tra độ hấp thụ nước ................................................................................. 83
3.3.4.4. Kiểm tra độ trương nở ...................................................................................... 84
3.3.4.5. Kiểm tra trạng thái ma sát và mòn ................................................................... 85
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ................................................................... 91
4.1. KẾT LUẬN ........................................................................................................... 91
4.2. ĐỀ XUẤT ............................................................................................................. 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 94
PHỤ LỤC 1: CHẾ TẠO MẪU THỬ CƠ TÍNH ........................................................... 97
PHỤ LỤC 2: KIỂM TRA ĐỘ HẤP THỤ NƯỚC CỦA COMPOSITE ..................... 106
PHỤ LỤC 3: QUY TRÌNH KIỂM TRA TRẠNG THÁI MA SÁT VÀ MÀI MÒN . 110
PHỤ LỤC 4: PHIẾU KẾT QUÁ KIỂM NGHIỆM .................................................... 123

4
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng
Trang
Bảng 1.1. Đặc tính chủ yếu của polyester ..................................................................... 14
Bảng 1.2. Đặc tính chủ yếu của gelcoat ........................................................................ 15
Bảng 1.3. So sánh sự hấp thụ nước vật liệu composite lai cốt sợi thủy tinh-sợi sinh học
nền polyester so với vật liệu composite không lai ........................................................ 26
Bảng 1.4. Tính chất nhiệt vật lý PALF-thủy tinh của vật liệu composite lai ................ 27
Bảng 1.5. So sánh thuộc tính của sợi tự nhiên với sợi thủy tinh ................................... 27
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của sợi thủy tinh .......................................................... 38
Bảng 2.2. Đặc tính cơ lý của sợi thủy tinh .................................................................... 38
Bảng 2.3. Đường kính sợi thủy tinh đơn (Filament) ..................................................... 39
Bảng 2.4. Thông số kỹ thuật của một số nhựa epoxy thông dụng ................................ 45
Bảng 2.5. Đặc tính chủ yếu của nhựa epoxy ................................................................. 45
Bảng 2.6. Độ chức của một số loại amin ....................................................................... 48
Bảng 2.7. Đặc tính cơ lý của nguyên tố titan ................................................................ 54
Bảng 2.8. Đặc tính cơ lý của bột TiO 2 ........................................................................... 55
Bảng 2.9. Tính chất quang học của TiO 2 ....................................................................... 56
Bảng 3.1. Đặc tính cơ lý và chiều dài sợi được chọn .................................................... 59
Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật của bột titan đioxit (TiO 2 ) ............................................... 61
Bảng 3.3. Đặc tính cơ lý của vật liệu nền được chọn .................................................... 61
Bảng 3.4. Đặc tính kỹ thuật của TETA ......................................................................... 62
Bảng 3.5. Đặc tính tỉ trọng vật liệu composite theo tính toán lý thuyết ........................ 66
Bảng 3.6. Số lượng mẫu cần tiến hành thực nghiệm ..................................................... 67
Bảng 3.7. Ký hiệu mẫu .................................................................................................. 67
Bảng 3.8. Thời gian đóng rắn của epoxy 128S khi chưa có sợi (t 0 phòng = 27 0 C) ........... 70
Bảng 3.9. Thời gian đóng rắn của epoxy 128S khi đã trộn sợi (t 0 phòng = 27 0 C) ............ 71
Bảng 3.10. Thời gian thực hiện các bước công nghệ đúc mẫu (t 0 phòng = 27 0 C) ............ 71
Bảng 3.11. Tổng hợp kết quả kiểm tra cơ tính mẫu thử composite lai .......................... 78
Bảng 3.12. Độ hấp thụ nước của composite lai C 35/60/5 ............................................ 84
Bảng 3.13. Độ trương nở của composite lai C 35/60/5 ................................................. 85
Bảng 3.14. Hệ số ma sát khô và ướt của vật liệu composite lai .................................... 86
Bảng 3.15. Kết quả kiểm tra mài mòn của vật liệu composite lai ................................. 90

5
DANH MỤC CÁC HÌNH
Tên hình
Trang
Hình 1.1. Vật liệu composite ......................................................................................... 10
Hình 1.2. Nhu cầu sử dụng nhựa polyester không no trên thế giới năm 2007 .............. 13
Hình 1.3. Một số loại sợi thường dùng để chế tạo vật liệu composite .......................... 16
Hình 1.4. Kết dính nhựa nền và sợi liên kết bằng hóa học ............................................ 19
Hình 1.5. Các phương án cấu tạo composite lai ............................................................ 20
Hình 1.6. Sơ đồ thể hiện thành phần cấu trúc của vật liệu polymer composite ........... 21
Hình 1.7. Các dạng khác nhau của nanocomposite ....................................................... 22
Hình 1.8. Các giải pháp chung cho sự phát triển hybrid composie ứng dụng trong
Tribology ....................................................................................................................... 23
Hình 1.9. Các dạng hybrid composie ứng dụng trong Tribology nhận được từ giải pháp
....................................................................................................................................... 24
Hình 1.10. Đường cong ứng suất kéo - biến dạng. ........................................................ 24
Hình 1.11. Sự thay đổi độ bền uốn với tỉ lượng theo thể tích sợi ................................. 28
Hình 1.12. Quan sát sự nứt gãy cấu trúc bề mặt bằng kính hiển vi SEM ..................... 28
Hình 1.13. Cải thiện độ bền va đập của nhựa epoxy bởi hạt độn nano ......................... 29
Hình 2.1. Gia công vật liệu FRP bằng phương pháp lăn tay ......................................... 31
Hình 2.2. Gia công vật liệu FRP bằng phương pháp phun bắn ..................................... 32
Hình 2.3. Gia công vật liêu FRP bằng phương pháp RTM ........................................... 33
Hình 2.4. Gia công vật liệu FRP bằng phương pháp quấn sợi ...................................... 34
Hình 2.5. Gia công vật liệu FRP bằng phương pháp ép phun ....................................... 35
Hình 2.6. Gia công vật liệu FRP bằng phương pháp đúc kéo ....................................... 35
Hình 2.7. Công nghệ đúc ép – phun phản ứng RRIM ................................................... 36
Hình 2.8. Độ bền kéo của một số loại vật liệu .............................................................. 39
Hình 2.9. Ứng suất kéo và biến dạng kéo của một số loại sợi ...................................... 40
Hình 2.10. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của hệ lý tưởng ........................... 40
Hình 2.11. Ứng suất kéo của nhựa nền, sợi gia cường và vật liệu FRP ........................ 41
Hình 2.12. Cấu trúc epoxy resin .................................................................................... 44
Hình 2.13. Cơ chế đóng rắn của epoxy bằng cách sử dụng Anhydride ........................ 50
Hình 2.14. Hình dạng cấu trúc tinh thể của titan ở dạng nguyên tử .............................. 52
Hình 2.15. Kiểu cấu trúc tinh thể titan .......................................................................... 52

6
Hình 2.16. Biểu đồ thể hiện sự lựa chọn cấu trúc và đặc tính của hợp kim titan ......... 53
Hình 3.1. Giá cả của một số loại vật liệu....................................................................... 57
Hình 3.2. Modul kéo riêng một số loại sợi của vật liệu composite ............................... 58
Hình 3.3. Biểu đồ phân bố ứng suất trên chiều dài sợi.................................................. 59
Hình 3.4. Sơ đồ khối quy trình chế tạo và kiểm tra mẫu ............................................... 68
Hình 3.5. Kích thước mẫu thử cơ tính composite theo tiêu chuẩn ISO ........................ 69
Hình 3.6. Máy thử kéo, uốn, nén của Anh: HOUNSFEILD H50K – S ....................... 72
Hình 3.7. Máy thử va đập của Mỹ: TINIUS OLSEN, thang đo từ 0 ÷ 460 Jun ............ 73
Hình 3.8. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO 2 đến độ bền kéo của composite lai ............................... 78
Hình 3.9. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO 2 đến modul đàn hồi kéo của composite lai .................. 79
Hình 3.10. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO 2 đến độ bền uốn của composite lai ............................ 80
Hình 3.11. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO 2 đến modul đàn hồi uốn của composite lai ................ 80
Hình 3.12. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO 2 đến độ bền nén của composite lai ............................. 81
Hình 3.13. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO 2 đến modul đàn hồi nén của composite lai ................ 82
Hình 3.14. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO2 đến độ dai va đập của composite lai ........................ 83
Hình 3.15. Kích thước mẫu thử độ hấp thụ nước của vật liệu composite theo tiêu chuẩn
ASTM D570 – ISO 62 ................................................................................................... 84
Hình 3.16. Máy thử nghiệm ma sát ............................................................................... 85
Hình 3.17. Hệ số ma sát của vật liệu composite khi có 0% TiO 2 .................................. 87
Hình 3.18. Hệ số ma sát của vật liệu composite khi có 2% TiO 2 .................................. 87
Hình 3.19. Hệ số ma sát của vật liệu composite khi có 5% TiO 2 .................................. 88
Hình 3.20. Hệ số ma sát của vật liệu composite khi có 10% TiO 2 ................................ 88
Hình 3.21. Hệ số ma sát của vật liệu composite khi có 15% TiO 2 ............................... 88
Hình 3.22. Kích thước mẫu thử độ mài mòn theo tiêu chuẩn ASTM D1044 –99 .......89
Hình 3.23. Máy kiểm tra độ mài mòn TABER 5131 ABRASER ................................. 89
Hình 3.24. Quan sát mẫu thử trước và sau khi kiểm tra mài mòn ................................. 90

7
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
OPEFB (oil palm empty fruit bunch)
PALF (pineapple leaf fibre)
E128S
TiO 2
UPE
AF
GF
CF
PU
PP
UF
PEEK
PS
ABS
PVC
MEKP
PVDF
SEM
: Bó sợi cây cọ dầu
: Sợi lá dứa
: Nhựa epoxy 128S
: Titan đioxit
: Nhựa polyester không no
: Sợi aramid
: Sợi graphit
: Sợi carbon
: Nhựa Polyurethane
: Nhựa Polypropylene
: Nhựa Ure Formaldehyde
: Nhựa Polyether Etherketone
: Nhựa Polystyrene
: Nhựa Acrylonitrile Butadiene Styrene
: Nhựa Poly Vinyl Chloride
: Chất xúc tác Methyl Ethyl Petone proxide
: Nhựa Polyvinyidene Fluoride
: Kính quét hiển vi điện tử

8
LỜI NÓI ĐẦU
Theo một số nhà nghiên cứu có uy tín trên Thế giới, hàng năm ma sát đã lấy đi
của loài người 30 - 35% năng lượng được sản xuất ra. Cũng phải nói thêm rằng, hàng
năm trên Thế giới hàng trăm ngàn các máy móc thiết bị loại ra khỏi dây chuyền sản
xuất do hậu quả của hao mòn. Từ đó ta thấy việc nghiên cứu Tribology và ứng dụng
những kết quả nghiên cứu vào sản xuất có ý nghĩa kinh tế đến nhường nào. Trong
những giải pháp làm giảm ma sát, hao mòn thì giải pháp tìm kiếm vật liệu thay thế
đang được quan tâm rất lớn của những nhà khoa học vật liệu, trong đó phải kể đến vật
liệu composite lai và nano composite lai. Tuy nhiên, để đạt hiệu quả việc sử dụng vật
liệu composite lai trong lĩnh vực ma sát và mài mòn, thì cần đánh giá ảnh hưởng của
các chất độn, chất gia cường đến tính chất vật liệu composite lai.
Sự ra đời của vật liệu composite là cuộc cách mạng về vật liệu, nhằm thay thế
cho vật liệu truyền thống ở những mục đích thích hợp trong công nghiệp và cuộc sống.
Với những ưu điểm: nhẹ, chắc, bền, không gỉ, chống ăn mòn, chịu hóa chất, chịu thời
tiết, ... composite có thể khắc phục những nhược điểm của vật liệu truyền thống, được
ứng dụng vào những mục đích, những sản phẩm và ở những nơi mà ưu điểm của
composite được phát huy một cách hiệu quả, thỏa mãn được yêu cầu sử dụng. Tuy
nhiên, vật liệu composite truyền thống còn một số tồn tại như: chất thải khó xử lý, giá
thành sản phẩm cao, độ bền va đập kém, có cấu trúc phức tạp,...
Chính vì vậy, chúng tôi thực hiện đề tài: “Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ vật
liệu gia cường đến tính chất vật liệu composite lai trên nền polyme” là ý nghĩa thực
tiễn rất lớn, làm tăng khả năng ứng dụng của vật liệu composite lai trong lĩnh vực ma
sát và mài mòn, góp phần làm hạ giá thành sản phẩm.
Với sự quyết tâm, được sự chỉ bảo và hướng dẫn tận tình của PGS.TS Quách
Đình Liên, đề tài được hoàn thành. Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học
Nha Trang, Khoa Kỹ thuật Tàu thủy, đặc biệt cảm ơn Thầy PGS.TS Quách Đình Liên
đã tận tình chỉ bảo và động viên tôi trong suốt thời gian làm đề tài. Xin được ghi nhớ
tình cảm, sự giúp đỡ của: các thầy cô giáo trong Khoa Kỹ thuật tàu thủy, Viện nghiên
cứu Tàu thủy - Trường Đại học Nha Trang, Bộ môn chế tạo máy, xưởng thực hành cơ
khí, gia đình và bạn bè luôn luôn chia sẻ cùng tôi trong quá trình nghiên cứu.

9
CHƯƠNG I
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Theo nhu cầu cải thiện tính năng làm việc của vật liệu, trong đó đặc biệt coi
trọng trọng lượng nhẹ, sức bền cao, giá thành thấp; các nhà khoa học vật liệu, các kỹ
thuật gia luôn cố gắng để hoặc là cải thiện vật liệu truyền thống, hoặc tạo ra vật liệu
hoàn toàn mới.
Trong vòng 50 năm gần đây, các sản phẩm bằng vật liệu composite nhân tạo
tăng rất nhanh. Dự báo trong tương lai nhu cầu về vật liệu composite sẽ tăng liên tục.
Vật liệu composite có thể được nghiên cứu dưới nhiều quan điểm khác nhau,
mỗi quan điểm yêu cầu một kỹ năng khác nhau. Do vậy, sự phát triển của vật liệu
composite để chống lại môi trường ăn mòn là chủ yếu trong lĩnh vực khoa học vật liệu
và hóa học.
Hiện nay, ngành công nghiệp đóng tàu bằng vật liệu composite phát triển rất
mạnh vì giá thành thấp, nhẹ, độ bền cao và có thể hoạt động trong môi trường biển
linh hoạt không thua gì tàu thép. Vì tàu luôn hoạt động trong môi trường biển có tính
oxy hóa mạnh nên tuổi thọ của chúng không cao. Chính vì vậy, việc thêm vào một số
phụ gia, cốt gia cường để đảm bảo tuổi thọ cho tàu khi làm việc trong môi trường nước
biển đang được các nhà khoa học vật liệu tập trung nghiên cứu. Trong số chất độn
thêm vào thì bột titan đioxit (cỡ hạt micro) có triển vọng rất cao, đặc biệt khi chúng có
kích thước cỡ nano.
Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng bột titan đioxit (cỡ hạt
micro, nano) độn vào vật liệu composite, tuy nhiên việc đánh giá ảnh hưởng của nó
đến tính chất vật liệu composite lai còn mới, đặc biệt tại Việt Nam.
Việc đánh giá ảnh hưởng của vật liệu độn có ý nghĩa rất lớn, nhất là trong thời
đại nguồn nguyên liệu đang dần cạn kiệt như hiện nay.

10
1.1.1. Vật liệu Composie
1.1.1.1. Khái niệm
Composite là một hỗn hợp gồm ít nhất hai pha hay hai thành phần vật liệu,
nhằm mục đích tạo ra vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn những thành phần vật
liệu ban đầu. Vật liệu composite được cấu tạo từ các thành phần cốt, nhằm đảm bảo
cho composite có được đặc tính cơ học cần thiết và vật liệu nền đảm bảo cho các thành
phần của composite liên kết, làm việc hài hòa với nhau.
Về mặt cấu tạo, vật liệu composite bao gồm một hay nhiều pha gián đoạn phân
bố đều trên một pha nền liên tục. Nếu vật liệu có nhiều pha gián đoạn ta gọi là
composite hỗn tạp. Pha gián đoạn thường có tính chất trội hơn pha liên tục.
Pha liên tục gọi là nền (matrix). Pha gián đoạn gọi là cốt hay vật liệu gia cường
(reinforcement).
Hình 1.1. Vật liệu composite
Lịch sử hình thành và phát triển
Vật liệu composite đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống, khoảng 5.000 năm
trước Công nguyên người cổ đại đã biết vận dụng vật liệu composite vào cuộc sống (ví
dụ: sử dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo sự giãn nở trong quá trình nung đồ
gốm).
Người Ai Cập đã biết vận dụng vật liệu composite từ khoảng 3.000 năm trước
Công nguyên, sản phẩm điển hình là vỏ thuyền làm bằng lau, sậy tẩm pitum; về sau
này các thuyền đan bằng tre trát mùn cưa và nhựa thông hay các vách tường đan tre
trát bùn với rơm, rạ là những sản phẩm composite được áp dụng rộng rãi trong đời
sống xã hội.
Sự phát triển của vật liệu composite đã được khẳng định và mang tính đột biến
vào những năm 1930 khi mà Stayer và Thomat đã nghiên cứu, ứng dụng thành công
sợi thuỷ tinh; Fillis và Foster dùng gia cường cho polyester không no và giải pháp này

11
đã được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo máy bay, tàu chiến phục vụ
cho đại chiến thế giới lần thứ hai.
Năm 1950 bước đột phá quan trọng trong ngành vật liệu composite đó là sự
xuất hiện nhựa epoxy và các sợi gia cường như polyester, nylon,... Từ năm 1970 đến
nay vật liệu composite polymer đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong các ngành
công nghiệp và dân dụng, y tế, thể thao, quân sự v.v...
Ưu điểm của vật liệu composite
Tính ưu việt của vật liệu composite là khả năng chế tạo từ vật liệu này thành
các kết cấu sản phẩm theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn. Các
thành phần cốt của composite có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật liệu nền luôn đảm
bảo cho các thành phần liên kết hài hòa, tạo các liên kết có khả năng chịu nhiệt và chịu
sự ăn mòn của vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Một trong các ứng
dụng hiệu quả nhất là composite polymer, đây là vật liệu có nhiều tính ưu việt và có
khả năng áp dụng rộng rãi, tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao, chịu môi trường, dễ lắp
đặt, có độ bền riêng và các đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với môi trường ăn mòn
hóa học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp.
1.1.1.2. Phân loại vật liệu composite
Phân loại theo hình dạng
* Vật liệu composite độn dạng sợi
Khi vật liệu tăng cường có dạng sợi, ta gọi là composite độn dạng sợi, chất độn
dạng sợi gia cường tăng cơ lý tính cho polymer nền. Composite cấu tạo từ loại sợi nào
thì mang tên loại sợi đó. Ví dụ: Composite thủy tinh (với sợi thủy tinh), Composite
carbon (với sợi carbon), v.v…
Một số loại sợi được dùng dùng phổ biến như: amiăng, sợi carbon, sợi than chì,
berili, berili cacbua, berili oxit, molypden, nhôm oxit, sợi thủy tinh, sợi tự nhiên
polyamide,v.v… Tương ứng với nền phổ biến gồm epoxy, phenol, polyester,
polyurethane, polyetherethrketone (PEEK), vinyleste, v.v… Trong số các vật liệu
nhựa, polyester không no được sử dụng rộng rãi nhất. Epoxy có độ bám dính cao và
chi phí cao hơn nhưng độ co ngót ít hơn PEEK.
* Vật liệu composite độn dạng hạt

12
Khi vật liệu composite tăng cường có dạng hạt, các tiểu phân hạt độn phân tán
vào polymer nền. Hạt khác sợi ở chỗ nó không có kích thước ưu tiên. Một số loại hạt
độn thường dùng như gốm, thủy tinh, nhôm, vật liệu vô định hình, v.v… Ví dụ như lốp
ô tô gồm hạt carbon đen gia cường nền đàn hồi polymer poly-isobutilen.
Vật liệu polymer composite đang được ứng dụng rất rộng rãi, đặc biệt ngành
hàng không vũ trụ. Trên thế giới rất nhiều công trình nghiên cứu về sự kết hợp giữa
sợi và hạt độn để tạo ra các vật liệu có thể làm việc trong nhiều điều kiện khác nhau.
Trước tình hình đó, việc phát triển một loạt vật liệu composite nền PEEK với cốt sợi
thủy tinh và hạt độn gốm để nghiên cứu đặc tính mài mòn của hạt rắn.
Hạt thường được sử dụng để cải thiện một số cơ tính của vật liệu hoặc vật liệu
nền, chẳng hạn tăng độ cứng, tăng khả năng chịu nhiệt, chịu mòn, giảm độ co ngót,
v.v… Trong một số trường hợp, hạt được sử dụng với mục đích làm giảm giá thành
sản phẩm mà vẫn không làm thay đổi cơ tính của vật liệu.
Phân loại theo bản chất thành phần
- Composite nền hữu cơ (nhựa) cùng với vật liệu cốt có dạng: sợi hữu cơ
(polyamide, kevlar), sợi khoáng (thủy tinh, carbon …), sợi kim loại (Bo, Al).
- Composite nền kim loại: nền kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al, …) cùng
với sợi độn dạng hạt: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng (Si, C), …
- Composite nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt
kim loại (chất gốm), hạt gốm (cacbua, nitơ), …
1.1.1.3. Cấu tạo vật liệu composite
Polymer nền
Vật liệu nền giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong việc chế tạo ra vật liệu
composite. Chính vì vậy, chúng phải đáp ứng được những yêu cầu về mặt khai thác
cũng như về mặt công nghệ.
Polymer nền là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đóng vai trò truyền ứng
suất sang độn khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu. Polymer nền có thể tạo thành từ
một chất hoặc hỗn hợp nhiều chất được trộn lẫn một cách đồng nhất tạo thể liên tục.
Trong thực tế, người ta có thể sử dụng nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo làm
polymer nền:

13
Nhựa nhiệt dẻo (Thermo plastics): PE, PS, ABS, PVC,… độn được trộn với
nhựa, gia công trên máy ép phun ở trạng thái nóng chảy.
Nhựa nhiệt rắn (Thermosetting plastics): PU, PP, UF, Epoxy, Polyester không
no, gia công dưới áp suất và nhiệt độ cao. Riêng polyester không no và epoxy có thể
tiến hành gia công ở nhiệt độ thường, gia công bằng tay (hand lay – up method). Nhìn
chung nhựa nhiệt rắn cho vật liệu có cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo.
Khi polymer được tạo ra bằng cách liên kết các nhóm este với nhau thì cho ta
polyester. Theo khả năng tham gia phản ứng hóa học, polyester được chia làm 2 loại:
- Polyester bão hòa (Saturated polyester): Là các polyester không còn có khả
năng tham gia phản ứng hóa học nữa. Còn gọi là polyester no.
- Polyester chưa bão hòa (Unsaturated polyester): Là các polyester còn có khả
năng tiếp tục tham gia phản ứng hóa học với các nhóm khác để đóng rắn. Phản ứng
hóa học này tỏa nhiệt, được gọi là phản ứng nối ngang hay phản ứng đóng rắn.
Polyester chưa bão hòa còn gọi là polyester không no (UPE).
Polyester không no được sử dụng rộng rãi trong công nghệ composite, đây là
nhựa nhiệt rắn, có khả năng đóng rắn ở dạng lỏng hoặc ở dạng rắn nếu có điều kiện
thích hợp. Thông thường người ta gọi là polyester không no là nhựa polyester hay
ngắn gọn hơn là polyester.
Hình 1.2. Nhu cầu sử dụng nhựa polyester không no trên thế giới năm 2007

14
Bảng 1.1. Đặc tính chủ yếu của polyester [5]
Đặc tính cơ lý Đơn vị Giá trị
Khối lượng riêng g/cm 3 1,2÷1,35
Modul đàn hồi GPa 2,8÷3,8
Ứng suất kéo MPa 30÷70
Ứng suất uốn MPa 90÷130
Độ bền kéo MPa 80÷150
Độ dãn dài tương đối % 1÷5
Thể tích co % 5÷10
Hệ số giãn nở vì nhiệt
0 C 6÷9
Bền nhiệt 50÷80
Độ ngậm nước sau 24 giờ % 0,1÷0,2
Gelcoat
* Chức năng của gelcoat
Lớp gelcoat có 3 chức năng chính:
- Tạo mặt ngoài nhẵn bóng có màu sắc làm nên vẻ đẹp của sản phẩm;
- Bảo vệ các lớp gia cường bằng sợi thủy tinh bên trong; vì glecoat có đặc
tính cơ lý cao hơn, chống thẩm thấu nước, chống xây xát tốt hơn;
- Tách khuôn để lấy sản phẩm ra, do gelcoat có đặc tính co ngót thích hợp và
không có sợi thủy tinh.
* Yêu cầu chủ yếu đối với gelcoat
- Tính đàn hồi tốt, dễ pha màu, sẵn sàng đưa vào sử dụng được.
- Phải có đặc tính không cong lõm, không chảy. Có thể phun hoặc quét vài
lần để đạt chiều dày tiêu chuẩn 18±2 mils (≈ 0,5 mm), với chỉ tiêu 0,5÷0,7 kg/m 2 -
Thời gian đông và đóng rắn phải chuẩn xác, đảm bảo cho quy trình sản xuất. Thời gian
đông và đóng rắn chính xác còn có tác dụng làm giảm tỉ lệ khuyết tật “da cá sấu” do
styren gây ra, sản phẩm bóng đẹp hơn.
- Chịu nước tốt, tránh được rạn nứt, giộp bề mặt.
- Tính phủ kín và vá đắp tốt. Khi trộn với màu phải có khả năng phủ kín trên
bề mặt khuôn với chiều dày tiêu chuẩn 18±2 mils. Màu sáng thì dùng tỉ lệ hàm lượng
màu nhiều hơn để đảm bảo phủ kín, nhưng không thuận lợi cho phun và đóng rắn. Các

15
màu vàng nhạt, vàng da cam, đỏ, xanh đậm tính phủ kín lâu hơn. Gelcoat phải có tính
ứng dụng tốt mỗi khi vá đắp các khuyết tật trong sửa chữa, bảo trì.
* Đặc tính cơ bản của gelcoat
Bảng 1.2. Đặc tính chủ yếu của gelcoat [1]
Đặc tính
Chỉ số yêu cầu
Độ nhớt (khác nhau tùy màu)
9.000÷21.000 cps
Tỉ trọng 1,1÷1,36 g/cm 3
Chỉ số Thixotropic 5÷7
Độ võng uốn ở chiều dãy tiêu chuẩn 18±2 mils
Tính phủ kín chiều dày 18±2 mils
Khả năng áp dụng cho phun hoặc quét
Đáp ứng yêu cầu
Luôn kín hoàn toàn bề mặt
Rất tốt
Tuổi thọ (thời gian lưu trữ cho phép) 3 tháng ở 23 0 C (73 0 F)
Năng suất phủ bề mặt với chiều dày 18±2 mils 1 lít/1,5 m 2
Ghi chú:
- cps: đơn vị đo độ nhớt (cm 3 /s)
- 1 mils = 10 -3 inch = 25,4 µm
* Thời gian đông đặc và đóng rắn của gelcoat
Tùy theo hàm lượng chất xúc tác, thời gian đông đặc của một gelcoat tiêu chuẩn
thường từ 8 ÷ 15 phút ở nhiệt độ 25 0 C.
Gelcoat cho công nghệ phun và quét tay có khác nhau. Gelcoat cho công nghệ
phun thì sau khi hòa xúc tác 40 ÷ 60 phút, vẫn có thể đem sử dụng nhưng chỉ quét
bằng tay, không phun được. Còn gelcoat cho quét tay sau 60 ÷ 80 phút sẽ hoàn toàn
đóng rắn, phải loại bỏ. Không sử dụng gelcoat ở nhiệt độ môi trường dưới 15,5 0 C vì
khó có thể đóng rắn chuẩn xác được. Tốt nhất gelcoat được lưu trữ và sử dụng ở nhiệt
độ 25 0 C.
Chất độn (cốt)
Đóng vai trò chịu ứng suất tập trung vì độn thường có tính chất cơ lý cao hơn
nhựa. Người ta đánh giá độn dựa trên các đặc điểm sau:
- Tính gia cường cơ học;
- Tính kháng hóa chất, môi trường;
- Phân tán vào nhựa tốt;
- Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt;

16
- Thuận lợi cho quá trình gia công, giá thành thấp.
Có hai dạng độn:
* Độn dạng sợi
Sợi có tính năng cơ lý hóa cao hơn độn dạng hạt, tuy nhiên sợi có giá thành cao
hơn, thường dùng để chế tạo các loại vật liệu cao cấp như: sợi thủy tinh, sợi carbon,
sợi Bo, sợi cacbua silic, sợi aramid (còn có tên là sợi kevlar), …
Sợi carbon Sợi thủy tinh Sợi Aramid
Vải thủy tinh
Mat thủy tinh
Hình 1.3. Một số loại sợi thường dùng để chế tạo vật liệu composite
Việc độn thêm các loại cốt sợi này vào hỗn hợp có tác dụng làm tăng độ bền cơ
học cũng như độ bền hóa học của vật liệu polycacbonat (PC) như: khả năng chịu được
va đập, độ giãn nở cao, khả năng cách âm tốt, tính chịu ma sát - mài mòn, độ nén, độ
uốn dẻo và độ kéo đứt cao, khả năng chịu được trong môi trường ăn mòn như: muối,
kiềm, axit,… Những khả năng đó đã chứng tỏ tính ưu việt của hệ thống vật liệu PC
mới so với các loại polymer thông thường và cũng chính vì những tính năng ưu việt ấy
mà hệ thống vật liệu PC đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cũng như trong đời
sống.
* Độn dạng hạt
Thường được sử dụng là silica, titan đioxit, CaCO 3 , vẩy mica, vẩy kim loại, độn
khoáng, cao lanh, đất sét, bột talc và graphit, carbon,… Khả năng gia cường cơ tính
của chất độn dạng thường sử dụng với mục đích sau:
- Giảm giá thành;

17
- Tăng thể tích cần thiết, ổn định kich thước, tăng độ bền cơ lý, hóa, nhiệt,
điện, khả năng chậm cháy đối với độn tăng cường;
- Dễ đúc khuôn, giảm sự tạo bọt khí trong nhựa có độ nhớt cao;
- Cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, chống co rút khi đóng rắn, che khuất sợi
trong cấu tạo tăng cường sợi, giảm tỏa nhiệt khi đóng rắn.
Chất pha loãng
Các monome khâu mạch ngang được dùng để đồng trùng hợp với các nối đôi
trong nhựa UPE, tạo kết ngang, thường chất có độ nhớt thấp (dạng lỏng) nên còn có
tác dụng làm giảm độ nhớt của hỗn hợp, do vậy chúng thường được gọi là chất pha
loãng.
Chất tách khuôn, chất làm kín và các phụ gia khác
* Chất róc khuôn
- Chất róc khuôn có tác dụng ngăn cản nhựa bám dính vào bề mặt khuôn.
- Chất róc khuôn dùng trong đắp tay là loại chất róc khuôn ngoại được bôi
trực tiếp lên khuôn.
- Một số chất róc khuôn: wax, silicon, dầu mỏ, mỡ heo,…
* Chất làm kín
- Với khuôn làm từ vật liệu xốp như gỗ, thạch cao cần phải bôi trơn chất làm
kín trước khi dùng chất róc khuôn.
- Các chất làm kín xâm nhập vào các lỗ xốp, ngăn chặn nhựa bám vào.
- Một số chất làm kín: cellulose axetate, wax, silicon, steric acid, nhựa furane,
véc ni, sơn mài, …
* Các phụ gia
- Chất tẩy bọt khí: Bọt khí làm sản phẩm composite bị giảm độ chịu lực, độ
chịu thời tiết và thẩm mỹ bề mặt. Lượng thường được sử dụng 0,2÷0,5% lượng nhựa.
- Chất thấm ướt sợi: Có tác dụng tăng khả năng thấm ướt sợi giúp sử dụng
độn nhiều hơn. Lượng dùng từ 0,5÷1,5% so với độn.
- Chất tăng độ phân tán; chất ngăn thoát hơi styren.
Chất xúc tác - xúc tiến
* Chất xúc tác (Catalyst)
Chất xúc tác là hợp chất hóa học được hòa vào resin chưa no (dạng lỏng) với tỉ
lệ phù hợp để kích hoạt (khởi xướng) phản ứng kết nối ngang xảy ra một cách nhanh

18
chóng và mãnh liệt, từ đó tạo ra các gốc tự do đủ để làm cho nhựa đông và đóng rắn
hoàn toàn. Việc hóa chất xúc tác được tiến hành ngay trước khi tạo các lớp hoặc đúc
sản phẩm composite. Chất xúc tác gồm các loại: xúc tác peroxid, xúc tác azo và diazo,
mecaptan và các hệ xúc tác khác.
* Chất xúc tiến (Accelerator or promoter)
Chất xúc tiến có tác dụng như cái ngòi kích hoạt làm cho chất xúc tác phản ứng
ngay với nó và tăng độ phân tách, tạo các gốc tự do ban đầu để khởi xướng phản ứng
kết nối ngang nhanh chóng và toàn phần để đóng rắn nhựa. Dùng chất xúc tiến sẽ giảm
được nhiệt độ và thời gian đóng rắn một cách đáng kể và có thể đóng rắn nguội. Ví dụ:
nếu không có chất xúc tiến, thì với 1,2% chất xúc tác MEKP, thời gian đông đặc rất
lâu (2÷8 giờ) nhưng nếu hòa chất xúc tiến đúng tỉ lệ thì thời gian này chỉ là 30 phút.
Chất xúc tiến gồm các loại: xúc tiến kim loại, amin bậc ba.
Liên kết giữa nền – cốt
Nhờ có đặc tính cơ lý cao mà chất độn đóng vai trò là những điểm chịu ứng
suất tập trung do mạng nhựa truyền sang khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu, vì vậy
mà sản phẩm có cơ lý tính cao. Để đạt được điều đó phải có sự truyền tải ứng suất từ
nhựa qua độn thật tốt, điều này được quyết định bởi sự tương tác giữa bề mặt nhựa và
độn. Phân tích các liên kết dựa trên cơ sở lý thuyết kết dính ta nhận thấy giữa bề mặt
độn và nhựa có một số liên kết như sau:
* Lực hấp phụ và thấm ướt
Bề mặt độn luôn tồn tại các mao quản rỗng, số lượng và kích thước mao quản
tùy thuộc vào bản chất và cách chế tạo độn. Nhựa ở dạng lỏng được thấm ướt trên bề
mặt độn bằng lực vật lý ứng với một năng lượng liên kết bề mặt. Sự thấm ướt sẽ tốt
khi sức cản giữa hai bề mặt càng bé. Nhựa sau khi thấm ướt trên bề mặt sẽ được hấp
phụ vào các mao dẫn nhờ lực hấp phụ.
* Lực tĩnh điện
Bề mặt điện tích luôn tích điện dương hay âm tùy thuộc vào thành phần và cách
xử lý bề mặt, nhựa nền có độ phân cực nhất định. Vì vậy mà dẫn đến sự tương tác tĩnh
điện giữa nhựa và độn thông qua việc tạo thành lớp điện tích kép trên hai bề mặt vật
liệu này.

19
* Liên kết hóa học
Liên kết hóa học được thực hiện khi xảy ra phản ứng hóa học trên phân giới
phân chia nền – cốt cùng với việc tạo thành hợp chất hóa học mới. Tính chất hóa học
mới được tạo thành ảnh hưởng quyết định đến độ bền liên kết nền – cốt.
Hình 1.4. Kết dính nhựa nền và sợi liên kết bằng hóa học
* Liên kết cơ học
Sự khuếch tán nhựa vào các lỗ trống trên bề mặt độn tạo thành những chân
bám. Liên kết này phụ thuộc vào hình dạng, cách phân bố và loại độn.
1.1.2. Vật liệu composite lai
1.1.2.1. Định nghĩa
Vật liệu composite lai là composite gồm có ít nhất ba vật liệu thành phần khác
nhau cấu thành nên vật liệu [5].
Vật liệu composite đa nền là vật liệu composite mà pha nền được cấu thành từ ít
nhất hai loại vật liệu khác nhau.
Vật liệu composite đa cốt là vật liệu composite mà cốt (pha tăng cường) gồm ít
nhất từ hai loại vật liệu khác nhau được liên kết bởi cùng một pha nền.
Các hợp chất composite lai phổ biến là sợi carbon-aramid gia cố epoxy (tăng độ
bền và tính chống mòn) và sợi thủy tinh-carbon gia cố epoxy (làm cho vật liệu bền hơn
với giá cả hợp lý).
Đến nay rất nhiều phương án lựa chọn thành phần của composite lai như
phương án đa cốt (Hình 1.5a), phương án cốt vải được đan xen các loại sợi từ các vật
liệu khác nhau (Hình 1.5b), phương án nhiều lớp với mỗi lớp lại có các cốt sợi cốt
khác nhau (Hình 1.5c).

20
Hình 1.5. Các phương án cấu tạo composite lai
Có hai nguyên nhân chủ yếu dẫn đến việc cần thiết phải chế tạo composite lai.
Một là sử dụng vật liệu cốt sợi nào đó có những tham số cơ lý hóa cao hơn so với các
cốt sợi khác trong composite sẽ giúp hạn chế được các yếu điểm của những cốt sợi còn
lại. Hai là góp giảm giá thành sản phẩm.
Ví dụ việc chế tạo các composite lai đa cốt sợi thủy tinh kết hợp sợi carbon và
sợi hữu cơ kết hợp với sợi carbon, tạo ra vật liệu mới có hệ số giãn nở nhiệt ổn định
trong khoảng từ -120 đến +160 0 C (Hình 1.6), trong khi composite cốt sợi thủy tinh
hoặc composite cốt sợi hữu cơ thông thường (khi không có sự bổ sung thêm của sợi
carbon) lại có sự thay đổi đặc tính cơ lý đáng kể khi nhiệt độ tăng.
1.1.2.2. Vật liệu composite lai đa cốt
Sự pha tạp lai các thành phần vật liệu khác nhau ảnh hưởng nhiều đến modul
đàn hồi, độ bền nén, bền ứng suất và những đặc tính chịu nhiệt của composite.
Việc lựa chọn những vật liệu khác nhau và kết hợp hợp lý giữa chúng cho phép
tạo ra những composite lai là hướng có nhiều triển vọng, đáp ứng cao về chỉ tiêu
– của vật liệu mới composite. Những composite lai như vậy có nhiều ưu
điểm mới và có thể tiết kiệm chi phí hơn so với composite không lai. Ví dụ như
composite lai đa cốt, có 20% sợi carbon và 80% sợi thủy tinh, có độ bền cao bằng 75%
so với composite có cùng lượng cốt toàn sợi carbon, trong khi đó giá thành của chúng
chỉ bằng 30% các composite cốt sợi carbon.

21
1.1.2.3. Vật liệu composite lai đa nền
Hiện nay, vấn đề nghiên cứu vật liệu composite lai đa nền cũng rất quan tâm.
Tuy nhiên việc nghiên cứu vật liệu này chỉ áp dụng cho các thiết bị chịu lực ít, thẩm
mỹ bề mặt, phun phủ bề mặt, v.v…
1.1.3. Vật liệu composite lai sinh học
Vật liệu composite lai sinh học được tạo ra bởi sự kết hợp giữa sợi tổng hợp và
sợi tự nhiên (biofibre) trong cùng một nền. Để cải thiện tính chất cơ học của vật liệu
composite lai, các nhà nghiên cứu tiến hành thực nghiệm lai sợi thủy tinh với sợi tự
nhiên nền polymer, hiệu quả của nó khác nhau phụ thuộc vào việc thiết kế và cấu trúc
của composite [15].
1.1.4. Vật liệu nano composite lai
Đây là lĩnh vực nghiên cứu thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học vật
liệu trên thế giới nói chung và Việt Nam chúng ta nói riêng, hứa hẹn sẽ đem lại những
lợi ích to lớn về mặt kinh tế - xã hội rất cao.
Trong các lĩnh vực nghiên cứu thì lĩnh vực ma sát đang có những bước tiến
mạnh mẽ, đặc biệt sự thay thế dần vật liệu composite cho vật liệu polymer thuần khiết.
Sự phát triển gần đây trong composite hạt là sự gia cường bằng các hạt nano và
thường được gọi là nanocomposite. Các hạt này có đường kính cỡ nanometer, trái với
các loại hạt đang dùng có đường kính cỡ vài micrometer. Các nanocomposite có
những tính chất vô cùng quý giá như làm tăng khả năng chống mòn và giảm thiểu ma
sát góp phần nâng cao độ tin cậy của các chi tiết máy được chế tạo bằng vật liệu chất
dẻo và composite.
Hình 1.6. Sơ đồ thể hiện thành phần cấu trúc của vật liệu polymer composite [12]

22
Với kích thước của hạt gia cường được giảm từ cỡ micro xuống đến cỡ nano
hiện tượng mòn và ma sát của vật liệu composite có sự thay đổi đột biến. Các vật liệu
polymer được làm đầy bằng các hạt nano được gọi là polymer nanocomposite, một vật
liệu đầy hứa hẹn cho nhiều ứng dụng trong kỹ thuật và đời sống. Chúng được chờ đợi
sẽ thay thế một phần vật liệu polymer, hỗn hợp polymer và vật liệu composite truyền
thống cùng loại cũng như thay thế các vật liệu phải qua công nghệ nấu chảy. Nét nổi
trội của vật liệu nanocomposite là diện tích tiếp xúc rất lớn giữa vật liệu nền và vật
liệu gia cường (liên diện), điều này có thể đưa đến những cấu trúc mạng vật lý khác
thường giữa các pha trong không gian ba chiều.
Hình 1.7. Các dạng khác nhau của nanocomposite
Việc sử dụng các hạt nano để tạo ra các vật liệu nanocomposite được tiến hành
vào giữa thập kỷ 1990 và nó nhanh chóng mở ra một khả năng đầy hứa hẹn cho việc sử
dụng vật liệu nano để tăng cường các tính chất cho vật liệu composite nói chung và các
tính chất về ma sát và hao mòn nói riêng, mang lại lợi ích về kỹ thuật và kinh tế vô cùng
to lớn. Các tính chất cơ học của vật liệu nanocomposite được nâng cao là do sự liên kết
mạnh giữa vật liệu nền và vật liệu tăng cường dạng các hạt nano hay các sợi nano.
Tiêu biểu cho các hạt nano được sử dụng hiện nay là từ gốm như điôxit silic
(silicon dioxide), silic nitride (silicon nitride) hoặc ô xit nhôm (ví dụ: Al 2 O 3 , TiO 2 ,
ZnO, CuO, SiC, ZrO 2 , Si 3 N 4 , SiO 2 và CaCO 3 ). Kiểm tra ở dạng trượt đơn hướng trên
epoxy và epoxy - polyacrylamide composites đã cho thấy với thành phần 2% hạt
silicon dioxide đường kính 9 nm, cường độ mòn của vật liệu giảm xuống 1/3 và hệ số
ma sát cũng giảm đáng kể so với polymer không được pha thêm hạt nano silicon
dioxide. Khi pha lẫn với hạt nano silicon dioxide và silicon nitride PEEK cũng có
những cải thiện về tính chất tương tự. Sự xử lý bề mặt của các hạt silicon dioxide được
thiết kế để cải thiện liên kết với chất nền có thể tăng cường được các tính chất
tribology của vật liệu như khả năng chống hao mòn và hệ số ma sát.

23
Khi pha trộn các hạt nano ô xit nhôm với kích thước đường kính trung bình 38
nm với PTFE cho kết quả giảm cường độ mòn rất lớn khoảng 600 lần nhưng lại có
nhược điểm duy nhất là làm tăng hệ số ma sát. Qua nghiên cứu người ta thấy khả năng
chống mòn cao nhất là vật liệu có hàm lượng 20% trọng lượng hạt nano ô xit nhôm
trong PTFE.
Các Fullerene (C60, C70, C80,… gần đây người ta đã điều chế được C540)
cũng là phụ gia có tiềm năng cho các chất polyimide. Khi nhào trộn cỡ vài phần trăm
trọng lượng, chúng có khả năng làm giảm đáng kể cường độ mòn khi trượt khô của
polyimide trên mặt nhẵn của thép.
Đối với vật liệu composite truyền thống thường có có khả năng chống mòn tốt
nhưng hệ số ma sát lại lớn. Trái lại, đối với nanocomposite cải thiện rất tốt về mòn và
ma sát cho vật liệu polymer thuần túy, từ đó đã nảy sinh sự phối hợp hai vật liệu gia
cường này cho polymer để tạo ra loại vật liệu được gọi là polymer nanocomposite lai
(Polymeric Hybrid Nanocomposites). Khác với composie thông thường composite
hybrid thường có nhiều thành phần chất độn.
Các vật liệu dùng cho các cặp ma sát thường được tổ hợp từ các loại vật liệu sau:
- Vật liệu nền (matrix) là các polymer có khả năng chịu được ma sát.
- Vật liệu độn gồm ba loại chính:
+ Chất gia cường dạng sợi;
+ Chất gia cường dạng hạt;
+ Chất bôi trơn rắn.
Hình 1.8. Các giải pháp chung cho sự phát triển hybrid composie ứng dụng trong
Tribology

24
Hình 1.9. Các dạng hybrid composie ứng dụng trong Tribology nhận được từ giải
pháp [12]
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE LAI
1.2.1. Tình hình nghiên cứu vật liệu composite lai trên thế giới
Sử dụng sợi thủy tinh, aramid và sợi polyethylene cùng với sợi carbon để cải
thiện độ dai của vật liệu composite. Kết quả “lai” ảnh hưởng làm tăng biến dạng phá
hoại làm cho độ giãn dài (sợi carbon) của composite thấp khi lai. Tuy nhiên
(1990)
khi thêm thành phần sợi polyethylene kết hợp sợi carbon trong nền epoxy làm cho vật
liệu composite có khả năng giảm xóc cao [9].
Hình 1.10. Đường cong ứng suất kéo - biến dạng ( :sợi thủy tinh và sợi carbon
liên kết với epoxy, : sợi thủy tinh và sợi carbon không liên kết với epoxy).
epoxy là sự kết hợp pha đàn hồi giữa sợi thủy tinh với nền epoxy.

25
thể là carboxyl- terminated butadien-acrylonitrile (CTBN) hoặc cao su nitrile. Các hạt
cao su có kích thước 5 µm khi thêm vào như một chất độn, cơ tính của vật liệu
composite lai bao gồm các sợi carbon và hạt cao su được quyết định bởi tốc độ biến
dạng và nhiệt độ. Tại một tốc độ biến dạng cao hoặc nhiệt độ thấp, các hạt cao su bị xé
nát bởi sự nứt gãy lan truyền qua những hạt này, kết quả thu được độ bền cao. Tại một
tốc độ biến dạng thấp hoặc nhiệt độ cao, các hạt cao su không bị xé nát bởi vì sự nứt
gãy lan truyền xung quanh các hạt này, kết quả thu được độ bền thấp.
Một phương án thay thế khác để tăng độ dẻo dai là sử dụng các hạt nhựa dẻo,
chẳng hạn như PVDF và PEEK, chiếm khoảng 5÷15 % trọng lượng của nhựa epoxy.
Thay thế này làm cho năng lượng va đập của composite cốt sợi carbon được tăng lên
mà độ cứng và độ bền của composite không giảm.
Hạt cứng như nhôm, silic, hạt thủy tinh và khối copolyme cũng như sợi đơn
tinh thể gốm, đã được sử dụng như là chất độn thêm vào vật liệu composite sợi carbon
nền epoxy để tăng độ bền, độ cứng, độ dai, hoặc cường độ chịu mỏi.
Hợp kim hạt dẻo thiếc - chì kích thước 20÷25 µm có hiệu quả như là một chất
độn thứ hai trong vật liệu composite sợi carbon nền epoxy để tăng độ bền mỏi. Sự
nóng chảy không phải là nguyên nhân để các hạt liên kết với nhau, nhưng lại làm tăng
liên kết giữa các hạt với nhựa epoxy. Nguồn gốc của tăng cường độ chịu mỏi là do sự
ngăn chặn của việc truyền vết nứt giữa các lớp hợp kim hạt dẻo.
Một số công trình nghiên cứu của các nhà khoa học vật liệu cũng cho rằng, khi
lai sợi đơn tinh thể silicon carbide có đường kính 0,05÷1,50 µm và sợi carbon có
đường kính 7 µm với nền nhôm thì làm cho vật liệu composite cải thiện khả năng
chống mòn và tăng độ bền uốn ngang. Để tăng khả năng chống mòn cao hơn thì thêm
vào hạt SiC đường kính 1,5÷5 µm, kết quả là composite lai chứa 10% hạt SiC, 5% sợi
đơn tinh thể SiC, và 4% sợi carbon nền nhôm cải thiện đặc tính tốt nhất [9].
Bên cạnh, việc pha tạp lai giữa các sợi với nhau còn có sự pha tạp lai giữa sợi
và hạt, tùy mục đích sử dụng và yêu cầu của vật liệu chế tạo. Dẫn chứng như kết quả
nghiên cứu của tác giả S.S. Mahapatra (2009) [17], đặc tính cơ học và xói mòn của vật
liệu composite lai thành phần nền polyester gia cố bằng sợi thủy tinh loại E và hạt độn
gồm bụi ximăng, Al 2 O 3 và SiC cho thấy khả năng chống xói mòn của vật liệu tăng lên
(tương ứng góc va đập, thành phần độn, vận tốc va đập như nhau), trong đó thành phần
độn hạt Al 2 O 3 làm tăng tối đa khả năng chống xói mòn của vật liệu composite lai.

26
Độ bền kéo và va đập của vật liệu composite lai nền nhựa nhiệt dẻo cao su tự
nhiên cốt sợi (thủy tinh ngắn và OPEFB) được cải thiện khi xử lý bằng cách sử dụng
silane và Maleic Anhydride grafted Polypropylene (MAgPP) như là tác nhân để nối
[15]. Composite lai chứa 10% EFB và 10% sợi thủy tinh độ bền kéo và độ bền va đập
khi được xử lý tối ưu hơn khi chưa được xử lý. Độ bền kéo căng tăng với việc bổ sung
các tác nhân nối kết.
Kết quả nghiên cứu của Mishra [16] cho biết đặc tính sự hấp thụ nước của vật
liệu composite lai gồm cây xiđan – thủy tinh và cây dứa – sợi thủy tinh nền polyester.
Sự thay đổi nồng độ của sợi thủy tinh và sợi sinh học được xử lý hóa học bằng các
phương pháp khác nhau, tác giả quan sát thấy rằng sự hấp thụ nước của vật liệu
composite lai ít hơn so với các vật liệu composite không lai.
Bảng 1.3. So sánh sự hấp thụ nước vật liệu composite lai cốt sợi thủy tinh-sợi sinh học
Mẫu
nền polyester so với vật liệu composite không lai [15]
Không lai
[xơ dừa – polyester
composite] (20% wt)
Độ hấp thụ nước (%)
Lai
[xơ dừa/thủy tinh –
polyester composite]
Chưa xử lý 8,53 5,816
Xử lý kiềm, (5%) 4,994 3,147
Trộn với Poly (methyl
methacrylate), (5%)
Trộn với PAN (10%)
Cyanoehtylated
3,98 2,663
3,98
3,60
2,663
3,138
Chất làm trắng 5,80 3,718
Độ bền cơ học của vật liệu composite lai tăng lên bằng cách kết hợp sợi thuỷ
tinh với sợi sinh học (vải lụa) nền epoxy. Việc bổ sung một lượng tương đối nhỏ vải
thủy tinh - vải lụa gia cố nền epoxy để tăng cường các tính chất cơ học của vật liệu
composite lai. Kết quả nghiên cứu cho thấy thuộc tính tăng với sự gia tăng tỉ lượng
theo thể tích của vật liệu gia cường.
Tính chất nhiệt vật lý của sợi dứa (PALF) – sợi thủy tinh có chức năng là sợi
chịu tải và được xử lý hóa chất [13]. Khi các sợi được xử lý bằng hóa chất làm cho
điện trở tiếp xúc của vật liệu composite giảm. Lai tạo sợi tự nhiên với sợi thủy tinh
làm tăng khả năng truyền nhiệt của vật liệu composite. Điều này được mô tả trong

27
Bảng 1.4, sự gia tăng nhiệt khuếch tán và giá trị mật độ tỉ lệ với khối lượng theo thể
tích sợi thủy tinh. Trong thực tế, các sợi thủy tinh có tính dẫn nhiệt, độ khuếch tán và
mật độ cao so với sợi PALF.
Bảng 1.4. Tính chất nhiệt vật lý PALF-thủy tinh của vật liệu composite lai
Thành phần thể tích
Độ dẫn nhiệt Hệ số dẫn Nhiệt dụng Khối lượng
nhiệt riêng riêng
sợi
k (Wm -1 K -1 ) a (m 2 s -1 )10 -7 C p (J.kg -1 .K -1 ) (kg.m -3 )
0,40 V f PALF 0,184±0,003 0,184±0,003 979±155 1175±155
0,36 V f PALF ÷
0,04 V f sợi thủy tinh
0,20 V f PALF ÷
0,198±0,002
0,216±0,003
1,64±0,20
1,68±0,20
972±121
925±113
1243±121
1390±113
0,20 V f sợi thủy tinh
0,40 V f sợi thủy tinh 0,277±0,003 2,14±0,24 798±92 1622±92
Thuộc tính
Mật độ
(g/cm 3 )
Độ bền kéo
(N/mm 2 )
Độ cứng
(KN/mm 2 )
Độ dãn dài
giới hạn (%)
Độ ẩm hấp
thụ (%)
Giá cả của
sợi ($/kg)
Bảng 1.5. So sánh thuộc tính của sợi tự nhiên với sợi thủy tinh [8]
Thủy
tinh
Cây
lanh
Gai
dầu
Cây
đay
Cây
gai
Xơ
dùa
Cây
dứa
Sợi
bông
2,55 1,4 1,48 1,46 1,5 1,25 1,33 1,51
2400
800÷
1500
550÷
900
400÷
800
500 220
600÷
700
73 60-80 70 10-30 44 6 38 12
3
1,2÷
1,6
400
1,6 1,8 2 15÷25 2-3 3-10
- 7 8 12 12÷17 10 11 8÷25
1,3
0,5÷
1,5
0,6÷
1,8
0,35
1,5÷
2,5
0,25÷
0,5
0,6÷
0,7
1,5÷
2,2
Hiệu suất cơ học của vật liệu composite lai gồm sợi cây chuối và sợi dứa ngắn
gia cố polyester với thể tích sợi chiếm 0,4%, dùng sợi chuối làm vật liệu vỏ và sợi dứa
làm vật liệu cốt. Hiệu quả lai có xu hướng tăng lên bằng việc quan sát độ bền uốn và
modul uốn của vật liệu composite lai (Hình 1.11) [15]. Độ bền kéo của vật liệu
composite lai cho thấy hiệu quả khi mối quan hệ theo tỉ lượng theo thể tích của hai sợi
luôn thay đổi, và độ bền kéo cực đại được tìm thấy trong vật liệu composite lai có tỉ lệ
giữa sợi cây chuối và sợi dứa 4:1.

28
Hình 1.11. Sự thay đổi độ bền uốn với tỉ lượng theo thể tích sợi
-
Điều
chỉnh tính chất hóa học -
kết quả là tính chất của vật liệu composite được tăng cường. Hình vẽ 1.12 a và 1.12 b
trình bày không được xử lý và được xử lý kiềm (4%) của vật liệu composite lai gồm
sisal – sợi dầu cọ gia cố cao su tự nhiên.
Hình 1.12. Quan sát sự nứt gãy cấu trúc bề mặt bằng kính hiển vi SEM
với 3 loại chiều dài sợi 4 mm, 7 mm và 10 mm tương ứng với phần trăm thể tích
10÷50%, 30÷50% và 10÷60%. Kết quả cho thấy với chiều dài sợi 4 mm ứng với 10%
thể tích thì có độ bền chống gãy cao; chiều dài sợi 7 mm, 10 mm tương ứng với 40%,
50% thể tích thì thành phần sợi tốt nhất. Độ bền chống gãy cao nhất thuộc về sợi có
chiều dài 10 mm với thể tích 50% [10].

29
Tác giả Tarun Aggarwal nghiên cứu ảnh hưởng của sự mòn trượt composite lai
với thành phần sợi thủy tinh loại E (roving 360), 50% nhựa epoxy Ly 556 tương ứng
bột TiO 2 0%, 10%, 20%. Kết quả: Độ đàn hồi uốn và kéo cao nhất 370 Mpa
(50%epoxy LY 556/50% sợi thủy tinh), khi có thành phần TiO 2 tham gia vào thì giảm
dần, thấp nhất là ở (20%epoxy LY 556/50% sợi thủy tinh/30% nhựa eppoxy) [20].
Tác giả Subhrajit Ray (2009) thử nghiệm với hàm lượng TiO 2 10%, Epoxy -
Sợi Thủy tinh: (60-30)%, (40-50)%, (50-40)%. Kết quả: Modul đàn hồi cao kéo nhất
(10% TiO 2 /40 % epoxy LY 556 /50% sợi), độ bền uốn cao nhất (10% TiO 2 /40 %
epoxy LY 556 /50% sợi) [19].
Có thể nói thời gian gần đây việc nghiên cứu các dạng vật liệu kiểu hybrid được
nhiều nhà khoa học quan tâm, có thể dẫn ra đây là công trình nghiên cứu của Wetzel
và các cộng sự, qua nghiên cứu các tác giả này đã phát hiện thấy sự phối hợp giữa
nano Al 2 O 3 (13 nm) và micro-CaSiO 3 (5÷10 µm) đã hiệp trợ lẫn nhau tạo ra được một
số vật liệu vừa cải thiện được đặc tính hao mòn, độ bền va đập, ma sát và độ cứng cho
epoxy.
Hình 1.13. Cải thiện độ bền va đập của nhựa epoxy bởi hạt độn nano [11]
Cho và Bahadur đã tạo ra được sự phối hợp tác dụng giữa CuO và sợi ngắn để
cải thiện các tính chất tribology của composite nền PPS. Zhong Zhang và các cộng sự
cho rằng sự hợp thành giữa các hạt nano với một tỉ lệ thích hợp sẽ có tác dụng tăng
khả năng kháng cự mòn, làm tăng độ bền cơ học cho vật liệu composite sợi carbon.
Hiệu ứng có lợi của các hạt nano bổ sung cho khả năng kháng mòn có thể được giải
thích là các hạt nano đã cải thiện được các tính chất cơ học của vật liệu composite và

30
và tăng độ bền liên kết cho lớp vật liệu dịch chuyển trên bề mặt vật liệu kim loại cứng.
Sự hợp thành một tổ chức giữa các hạt nano vô cơ và các chất độn tribology truyền
thống có thể tạo nên một sự hiệp trợ nâng cao được khả năng chống mài mòn của vật
liệu. Về khía cạnh này còn được biết đến rất hạn chế.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay, các công trình nghiên cứu trong nước về vật liệu composite tương đối
nhiều, dẫn dụ công trình nghiên cứu của Vũ Phương (2010) trường Đại học Nha Trang
với đề tài ‘Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu đảm bảo khả năng đúc áp lực cánh
bơm nước biển”. Kết quả: với thành phần composite 40% sợi thủy tinh cắt ngắn/60%
nhựa epoxy đúc với áp lực 3 KG/cm 2 có đặc tính cơ lý cao nhất.
Ngoài các loại sợi thông dụng dùng để làm cốt gia cường cho vật liệu
composite thì sợi tự nhiên dùng để làm cốt gia cường cũng đang được rất nhiều sự
quan tâm nghiên cứu của các nhà Khoa học.
Nhìn chung, việc đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng gia cường đến tính chất
vật liệu composite lai ở nước ta chưa đầy đủ nên việc thực hiện đề tài là rất cần thiết
để có thể sử dụng loại vật liệu này ứng dụng vào trong thực tế có hiệu quả.
1.3. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1.3.1. Phương pháp nghiên cứu
Tổng thể phương pháp nghiên cứu là thực nghiệm.
1.3.2. Đối tượng nghiên cứu
Trong nội dụng đề tài chúng tôi là vật liệu composite lai với thành phần sợi
thủy tinh cắt ngắn, nhựa epoxy, bột TiO 2 .
1.3.3. Mục tiêu nghiên cứu
- Xác định cơ tính của vật liệu composite (nhựa epoxy/sợi thủy tinh cắt ngắn)
khi độn bột titan đioxit.
- Kiểm tra trạng thái ma sát và mòn.
- Kiểm tra độ hấp thụ nươc.
1.3.4. Phạm vi nghiên cứu
Trong khuôn khổ đề tài, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ vật liệu gia cường
bột titan đioxit khi độn vào vật liệu composite nền epoxy cốt sợi thủy tinh cắt ngắn.

31
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO SẢN PHẨM BẰNG COMPOSITE [7][25]
2.1.1. Công nghệ bằng tay (Hand lay up)
Đây là công nghệ chế tạo tạo sản phẩm theo khuôn hở, hoàn toàn bằng tay ở tất
cả các công đoạn. Quy trình tóm tắt như sau: Khuôn → Quét gelcoat lên khuôn → Trải
vải thủy tinh → Thấm → Lăn ép resin → Sản phẩm. Phù hợp cho chế tạo: tàu thuyền,
bồn chứa, nhà cửa, panel hoặc các sản phẩm lớn khác đòi hỏi chịu lực cao.
Hình 2.1. Gia công vật liệu FRP bằng phương pháp lăn tay
Ưu điểm
- Thông dụng, phổ biến, dễ làm, ít đầu tư.
- Gia công sản phẩm có hình dạng phức tạp, góc cạnh, có kích thước lớn.
- Thay đổi cấu trúc sản phẩm dễ dàng.
- Dễ dàng đưa và ghép các chi tiết vào sản phẩm.
Nhược điểm
- Năng suất thấp, lao động nặng.
- Sản phẩm chỉ láng đẹp một mặt.
- Chất lượng sản phẩm không đồng đều, phụ thuộc nhiều vào tay nghề của
người gia công.
- Thời gian gel phải kéo dài, nhựa cần có độ nhớt thấp do ảnh hưởng đến cơ
tính nếu sử dụng chất pha loãng.

32
- Styren bay hơi ảnh hưởng đến sức khỏe của người gia công và môi trường.
- Phế liệu nhiều và khó xử lý: bavia, mài, xử lý cơ học.
2.1.2. Công nghệ phun bắn (Spray up)
Trong phương pháp này, quá trình phun phủ gelcoat trên khuôn và tạo ra các
lớp gia cường đều hoàn toàn bằng thiết bị gọi là súng (gun) hoặc súng phun. Sợi được
cắt ngắn trong súng cầm tay và gắn bình phun chứa nhựa đã có chất xúc tác sau đó
phun vào khuôn, vật liệu sẽ đóng rắn ở nhiệt độ phòng. Dùng chế tạo sản phẩm lớn
như: tàu thuyền, bồn chứa, bể bơi, v.v…
Hình 2.2. Gia công vật liệu FRP bằng phương pháp phun bắn
Ưu điểm
- Năng suất cao, sử dụng thiết bị đơn giản, giá thấp.
- Sản phẩm bóng, láng một mặt.
Nhược điểm
- Sản phẩm có tỉ lệ nhựa/sợi cao, chỉ có sợi ngắn mới có khả năng kết hợp và
khả năng tăng cơ tính không nhiều.
- Nhựa cần có độ nhớt thấp để có thể phun, thường ảnh hưởng đến tính chất
cơ nhiệt của composite.
2.1.3. Công nghệ đúc chuyển resin RTM (Resin Tranfer Molding)
Đây là công nghệ trung gian giữa công nghệ bằng tay và đúc nén nhanh, sử
dụng nguyên liệu tẩm sẵn resin (prepeg): SMC và BMC. Khuôn gồm hai nửa và thực
hiện theo hai cách:

33
- Gelcoat được phủ trên hai bề mặt của hai nửa khuôn bằng phun hoặc quét
tay và để khô; vải thủy tinh được trải tay trên khuôn rồi lăn thấm resin, ngay sau đó
ghép hai nửa khuôn và xiết chặt bằng bu lông để tạo lực ép nén. Sau khi đóng rắn, tháo
bu lông lấy sản phẩm (Hình 2.3a).
- Sau khi trải vải thủy tinh thì ghéo hai nửa khuôn lại và tạo ra một khuôn kín.
Sau đó dùng bơm phun dưới áp lực để phun resin đã hòa xúc tác vào khuôn. Sau khi
đóng rắn, tháo 2 hai nửa khuôn để lấy sản phẩm ra (Hình 2.3b).
a) b)
Hình 2.3. Gia công vật liêu FRP bằng phương pháp RTM
a) Khuôn hở b) Khuôn kín
Ưu điểm
- Chất lượng sản phẩm tốt, dung sai nhỏ.
- Bề mặt sản phẩm láng đẹp cả hai mặt.
- Thời gian tạo sản phẩm ngắn, tốn ít lao động.
- Phù hợp cho số lượng sản xuất trung bình.
Nhược điểm
- Vốn đầu tư lớn.
- Có thể gặp khó khăn trong việc nhựa thấm ướt hoàn toàn sợi.
- Không kinh tế nếu sản xuất với số lượng nhỏ sản phẩm.

34
2.1.4. Công nghệ quấn sợi (Filament winding)
Phương pháp chủ yếu làm các sản phẩm rỗng hình tròn hoặc oval như ống,
thùng,… Sợi liên tục lội qua hỗn hợp nhựa trước khi quấn vào trục theo nhiều hướng
khác nhau được điều chỉnh bằng một cơ cấu dẫn sợi.
Hình 2.4. Gia công vật liệu FRP bằng phương pháp quấn sợi
Ưu điểm
- Nhanh, năng suất cao, phương pháp có tính kinh tế để gia công vật liệu.
- Lượng nhựa có thể điều chỉnh được.
- Sản phẩm có độ bền cao, chịu áp lực lớn.
Nhược điểm
- Chỉ có thể làm được các sản phẩm có hình dạng lồi.
- Giá trục cao có thể làm sản phẩm lớn.
- Bề mặt ngoài không có khuôn do đó không đẹp.
- Dùng nhựa có độ nhớt thấp.
2.1.5. Công nghệ ép phun (Injection Molding)
Nguyên liệu chính là chất dẻo nhiệt (ví dụ hạt PA), tạo sợi cắt ngắn và sợi
roving được nạp đồng thời vào hệ thống đùn – ép phun để tạo ra sản phẩm.
Đối với nhựa nhiệt rắn: sợi ngắn được định hình trước nếu cần, đặt vào khuôn;
khuôn được đóng lại, kẹp chặt và nhựa được phun vào từ đầu cuộn.

35
Hình 2.5. Gia công vật liệu FRP bằng phương pháp ép phun
Ưu điểm
- Dễ dàng kiểm soát và điều chỉnh tỉ lệ nguyên liệu chính xác.
- Chế tạo được các sản phẩm có khuôn phức tạp với sản lượng lớn.
Nhược điểm
- Vốn đầu tư ban đầu lớn.
- Đòi hỏi trình độ kỹ thuật của người thợ cao.
2.1.6. Công nghệ đúc kéo (Pultrusion)
Đây là công nghệ để sản xuất các sản phẩm có tiết diện không đổi như: gậy,
sào, dầm, các ống, v.v… Sợi được kéo qua bể nhựa và sau đó qua đầu tạo hình được
gia nhiệt. Đầu tạo hình có tác dụng làm sợi thấm ướt hoàn toàn nhựa, điều chỉnh tỉ lệ
nhựa sợi, đóng rắn nhựa và tạo hình dạng mong muốn. Thanh composite được cắt theo
kích thước yêu cầu.
Hình 2.6. Gia công vật liệu FRP bằng phương pháp đúc kéo

36
Ưu điểm
- Năng suất cao, hiệu quả kinh tế khi gia công lượng sản phẩm lớn.
- Có thể điều chỉnh được tỉ lệ nhựa sợi.
- Giá thành hạ do sử dụng sợi ở dạng thô.
- Bể tẩm nhựa có thể được đóng kín nên hạn chế chất bay hơi.
Nhược điểm
- Mỗi đầu tạo hình chỉ dùng cho một loại sản phẩm.
- Giá của đầu tạo hình cao.
2.1.7. Công nghệ đúc ép – phun phản ứng RRIM ( Reinforced Reaction Injection
Molding)
Đây là công nghệ chất dẻo nhiệt rắn, hỗn hợp chất dẻo đóng rắn được ép phun ở
nhiệt độ thấp vào khuôn gia nhiệt được gia nhiệt ở nhiệt độ cao. Nhờ có áp lực và nhiệt
độ cao, phản ứng đóng rắn xảy ra toàn phần và đóng rắn trong khuôn.
Hình 2.7. Công nghệ đúc ép – phun phản ứng RRIM
Ưu điểm
- Chi phí khuôn không cao, áp lực đúc thấp, thiết kế linh hoạt.
- Chế tạo được sản phẩm phức tạp có đặc tính cơ học bền va đập cao với sản
lượng lớn, ví dụ các chi tiết có cấu kiện lồng vào nhau hoặc bao bọc các cấu kiện hình
trụ chịu lực cao.
Nhược điểm
- Đòi hỏi trình độ kỹ thuật của người thợ cao.

37
Với đối tượng nghiên cứu được trình bày ở phần mở đầu của đề tài, nên trong
phần cơ sở lý thuyết này, chúng ta tìm hiểu kỹ hơn về sợi thủy tinh, nhựa epoxy và bột
gia cường titan đioxit (TiO 2 ).
2.2. SỢI THỦY TINH
2.2.1. Thành phần và tính chất
Sợi thủy tinh là chuỗi silica trùng hợp có tính ion được giữ lại với nhau bằng
những ion kim loại. Tuy nhiên, silica tinh khiết (thạch anh) đòi hỏi hình thành ở nhiệt
độ cao trước khi nó có thể chảy và kéo thành sợi. Vì thế, các thành phần hóa học khác
được thêm vảo để giảm độ nhớt và nhiệt độ nóng chảy, làm đồng nhất loại bỏ bọt khí
và kéo thành sợi. Tính chất của sợi nhận được thay đổi theo loại và hàm lượng chất bổ
sung.
O
O -
Si
O
O - O -
Si O Si
O
O - O - O -
M+ M+ M+
O - O - O -
Si O Si O Si
O - O - O -
Cấu trúc hóa học của sợi thủy tinh
Theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 2078 có 6 loại sợi thủy tinh chủ yếu, được phân
loại theo đặc tính cơ lý trội [1], mang ký hiệu:
- E (Electriacl glass): có đặc tính cách điện cao.
- A (Alkali glass): thủy tinh kiềm.
- C (Chemical glass): thủy tinh chịu axit.
- R, S: có cường độc cơ học cao, kể cả nhiệt độ cao tới 250 0 C.
- D: có tính điện môi tốt nên thẩm thấu các sóng điện tử rất cao.
Bề mặt sợi thủy tinh được xử lý với chất liên diện để chống ẩm cho sợi, giảm
sức căng bề mặt của nhựa, tăng cường khả năng trương hợp, tạo thành hệ đồng nhất
nhựa và sợi.
Từ những sợi đơn sau khi tẩm, kết dính tạo thành sợi cơ bản gọi là “Tao sợi”;
nhiều tao sợi thành sợi “Roving”; nhiều sợi đan xoắn tạo thành sợi chỉ.

38
Ký hiệu sợi thủy tinh
Ký hiệu thương phẩm sợi thủy tinh phải nói nên được các vấn đề: loại thủy tinh,
đường kính sợi đơn, khối lượng dài theo đơn vị quy ước “Tex”, chiều xoắn, số vòng
xoắn trên mét dài, loại chất tẩm và kiểu uốn.
Ví dụ: EC 10 40S 20 T3
Có nghĩa là: sợi thủy tinh E liên tục, đường kính sợi đơn là 10 µm, khối lượng
40 Tex (1Tex = 1g/km), chiều xoắn trái, số vòng xoắn 20, loại tẩm T3.
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của sợi thủy tinh [1]
Thành phần hóa học E A C R S D
Tên Công thức Tỉ lệ %
Oxit silic SiO 2 53÷54 70÷72 60÷65 60 62÷65 73÷74
Oxit nhôm Al 2 O 3 14÷16 0÷2,5 2÷6 25 20÷25 -
Vôi CaO 20÷24 5÷9 14 6 - 0,5÷0,6
Oxit magiê MgO 20÷24 4÷1 1÷3 9 10÷15 -
Oxit bo B 2 O 3 6,5÷9 0÷0,5 2÷7 - 0÷1,2 22÷23
Flo F 0÷0,7 - - - - -
Oxit natri Na 2 O - 12÷15 8÷10 - 0÷1,1 1,3
Oxit kali K 2 O - 1 - - - 1,5
Oxit sắt Fe 2 O 3 ≤ 1 - - - - -
Bảng 2.2. Đặc tính cơ lý của sợi thủy tinh [1]
Đặc tính
Đơn vị
Loại sợi thủy tinh
E A C R S D
Trọng lượng riêng g/cm 3 2,56 2,45 2,45 2,58 2,49 2,89
Ứng suất kéo GN/m 2 3,6 3,3 - 4,4 4,5 3,4
Modul đàn hồi GN/m 2 75,9 69,0 - 84,8 86,2 110,4
Điểm nóng chảy
0 C 850 700 690 990 -
Hệ số giãn nở nhiệt 4,9 x 10 -9
Hệ số dẫn nhiệt W/m 0 C 1,04
Ghi chú: 1 GN = 10 9 N

39
Bảng 2.3. Đường kính sợi thủy tinh đơn (Filament) [1]
Loại sợi thủy tinh
Đơn vị đo
Inches x 10 -5 µm
E 25÷29,9 6,35÷7,62
A - -
C 15÷19,9 3,81÷5,08
R 80÷84,9 20,32÷21,59
S 85÷89,9 21,59÷22,86
D 20÷24,9 5,08÷6,35
2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của sợi thủy tinh
2.2.2.1. Tính chất sợi
Vai trò của sợi gia cường là làm tăng tính chất cơ lý cho hệ nhựa. Tất cả các
loại sợi khác nhau dùng trong composite có tính chất khác nhau và vì vậy ảnh hưởng
khác nhau đến tính chất composite.
2800
2400
Độ bền kéo (MPa)
2000
1600
1200
800
400
0
Woods Al. Alloys Titanium Steels E-glass
Composite
S-glass
Composite
Aramid HS Carbon
Composite Composite
IM Carbon
Composite
Hình 2.8. Độ bền kéo của một số loại vật liệu [21]

40
Ứng suất kéo (MPa)
3000
2000
1000
Aramid
HS Carbon
E – Glass
S – Glass
Nhựa Epoxy
1 2 3 4 5 6
Biến dạng (%)
Hình 2.9. Ứng suất kéo và biến dạng kéo của một số loại sợi
2.2.2.2. Tính chất nhựa nền
Hình 2.10 miêu tả đường cong ứng suất và biến dạng của một hệ nhựa lý tưởng.
Đường cong cho một loại nhựa chỉ ra độ bền cao nhất, độ cứng cao nhất (xác định bởi
độ dốc ban đầu) và độ biến dạng cho đến khi vật liệu bị phá hủy. Điều này có nghĩa
nhựa ban đầu thì cứng sau đó sẽ thể hiện tính chảy nhớt.
Độ bền kéo
giới hạn
Biến dạng
dẻo
Ứng suất kéo (MPa)
Biến dạng dẻo
Phá hủy
Biến dạng
phá hủy
Biến dạng (%)
Hình 2.10. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của hệ lý tưởng

41
Việc kết hợp được các tính chất như: khả năng kết dính, tính dẻo dai, tính chịu
môi trường của hệ nhựa và độ dãn dài của sợi gia cường rất quan trọng. Nó đảm bảo
tốt sự lan truyền của lực và chống lại sự nứt vỡ cho vật liệu composite.
2.2.2.3. Tỉ lệ giữa nhựa/sợi
Khi FRP kết hợp một loại nhựa nền và một loại sợi nó sẽ mang tính chất trung
gian giữa nhựa và sợi.
Sợi
Ứng suất kéo (MPa)
FRP Composite
Nhựa
Biến dạng (%)
Hình 2.11. Ứng suất kéo của nhựa nền, sợi gia cường và vật liệu FRP [21]
Vật liệu composite có tính chất thay đổi trong một khoảng rộng. Ngay cả đối
với cùng một loại sợi, tính chất composite có thể thay đổi 10 lần do tỉ lệ nhựa thay đổi
và sự định hướng của sợi.
Cơ tính của sợi cao hơn nhựa, do đó tỉ lệ thể tích của sợi càng cao, cơ tính của
composite càng cao. Tuy nhiên, nó cũng có một giới hạn nhất định. Sợi cần phải được
phủ nhựa tốt, nhựa phải lấp kín được các lỗ rỗng để có được hiệu quả truyền tải ứng
suất cao. Thêm vào đó quá trình gia công kết hợp nhựa và sợi gặp phải nhiều khuyết
tật. Thông thường, giới hạn tỉ lệ của sợi khoảng 30 ÷ 40%. Để tăng cơ tính, trong công
nghiệp chế tạo máy, tỉ số thể tích sợi có thể tới 50 ÷ 60%.
2.2.2.4. Sắp xếp hình học và định hướng của sợi trong FRP
Hình dạng của sợi trong composite cũng quan trọng, sợi có cơ tính cao nhất
theo chiều dài của nó lớn hơn chiều ngang, điều này dẫn đến tính chất không đẳng
hướng cao của composite. Ở đây không giống như kim loại, cơ tính của composite

42
phải xem xét kỹ lưỡng về thiết kế, cả về cường độ và phương diện của lực áp đặt. Khi
tính toán, dùng những tính chất không đẳng hướng này rất có lợi nếu chỉ cần đặt vật
liệu vào đúng nơi có tải trọng và vì vậy vật liệu dư thừa được giảm xuống.
2.2.2.5. Chế độ và quy trình gia công
Tính chất của composite thay đổi còn do phương pháp gia công: tính chất sản
phẩm thấp do phương pháp gia công đơn giản, thiết bị đơn giản như phương pháp lăn
tay. Tính chất cao như phương pháp đúc, ép trong công nghệ máy bay hoặc chế tạo các
chi tiết quan trọng khác.
2.3. NHỰA EPOXY [3]
2.3.1. Khái niệm
Epoxy là loại nhựa có gắn nhóm epoxy
ở cuối mạch phân tử
nhựa. Nhựa epoxy được tổng hợp vào năm 1927 tại Mỹ, sau đó đến năm 1930 tại
Thụy Sĩ và ngày càng được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực nhờ các tính chất
ưu việt của nó, như:
- Kết dính cao hầu hết với các loại vật liệu.
- Độ bền cơ lý cao, chống mài mòn lớn.
- Độ co thể tích thấp.
- Dung sai tạo lớp nhỏ, thích hợp cho các sản phẩm cần độ chính xác cao.
- Độ bền hóa học và môi trường cao.
- Thẩm thấu vào sợi, vải rất tốt.
- Rất thích hợp khi sản phẩm đòi hỏi nhẹ mà sức bền cao.
Nhược điểm của nhựa epoxy:
- Thời gian polymer hóa dài, nên tốn thời gian chế tạo.
- Dễ bị nứt.
- Giá thành cao (thường gấp 2,5 lần so với UPE).
2.3.2. Tổng hợp nhựa epoxy
Nhựa epoxy phổ biến và quan trọng nhất là nhựa được tạo thành từ phản ứng trùng
ngưng giữa bisphenol A (hợp chất polyhydroxy) và epychlohydrine (C 3 H 5 OCl).
Phản ứng xảy ra gồm hai giai đoạn:
Giai đoạn 1:
Là phản ứng kết hợp vòng epoxy của epychlohydrine với nguyên tử hydro của
bisphenol A, phản ứng xảy ra nhanh ở nhiệt độ 60 ÷ 70 0 C, tỏa nhiệt mạnh (H = - 17,09

43
Kcal/mol). Sản phẩm tạo ra nhóm –OH bậc 2 ở vị trí α so với nguyên tử Clo. Ở vị trí này,
trong môi trường kiềm sẽ xảy ra phản ứng tách loại khí HCl và tạo ra nhóm epoxy mới:
2Cl CH 2
H
C CH2
O
CH 3
+ HO C
CH 3
OH
NaOH
Cl CH 2 CH CH2 O
HO
Giai đoạn 2: Là giai đoạn tách HCl, phản ứng thu nhiệt ( ∆ H = 17,09
Kcal/mol), phản ứng xảy ra chậm:
CH 3
H
C O CH 2 C CH2 Cl
CH 3
OH
Cl CH 2 CH CH2 O
HO
CH 3
H
C O CH 2 C CH2 Cl
CH 3
OH
NaOH
H 2 C
O
Trùng hợp từng bước với sự loại trừ HCl, tạo ra một chuỗi chất đa phân tử có
công thức tổng quát:
H
C CH 2 O
CH 3
C O CH 2
H
C CH2
CH 3
O
+ 2HCl
H 2 C
O
H
C
CH 2 O
CH 3
C
CH 3
O CH 2
H C
OH
CH 2 O
n
CH 3
C
O
H
CH 2 C CH2
CH 3
O
Nhựa epoxy có trọng lượng phân tử M = 300 ÷ 1800 tùy thuộc vào tỉ lệ mol
giữa bisphenol A và epychlohydrine, nhiệt độ và thời gian phản ứng, nồng độ NaOH
sử dụng và phương thức tiến hành tổng hợp. Ngoài ra, khi muốn tăng cường thêm các
tính chất mong muốn, người ta có thể tạo ra thêm nhiều loại nhựa epoxy với các loại
sườn khác nhau. Ví dụ như:
* Nhựa epoxy – novolắc
O
O
O
O CH 2 C CH 2
O CH 2 C CH 2 O CH 2 C CH 2
H H H
CH 2
CH 2 *
n
Khả năng chịu nhiệt của nhựa tăng lên, chịu được nhiều loại môi trường như:
môi trường oxi hoá, axit, kiềm,… Tuy nhiên, nó rất giòn, cứng, độ nhớt cao nên gây
khó khăn trong quá trình gia công.

44
* Đưa vào sườn bisphenol A các dẫn xuất halogel
Nhựa tạo thành sẽ tăng khả năng chịu nhiệt, khả năng chống cháy, chịu mài
mòn và chịu môi trường.
Br
Br
O
CH 3
C
CH 3
O
* Thay sườn bisphenol A
Thay sườn bisphenol A bằng các dạng mạch thẳng (aliphatic), cao su (tạo cao
su – epoxy hóa) hay có thể thay bằng silicon – epoxy, …sẽ làm tăng khả năng mềm
dẻo của nhựa, tăng độ bền uốn, chịu va đập, tuy nhiên độ bền kéo lại giảm.
Hình 2.12. Cấu trúc epoxy resin
2.3.3. Lý tính của nhựa epoxy
Nhựa epoxy khi chưa đóng rắn là loại nhựa nhiệt dẻo, có màu từ vàng sáng đến
trong suốt, ở dạng lỏng (M < 450), đặc (450 < M < 800) và rắn (M > 1000) tùy thuộc
khối lượng phân tử của nhựa.
Nhựa epoxy tan tốt trong các dung môi hữu cơ, như: xêton, axetat, hydrocacbon
clo hoá,…; Không tan trong các dung môi hydrocacbon mạch thẳng, như: ete dầu mỏ,
xăng…
Tương hợp được với nhiều loại nhựa khác nhau, như: ure – fomaldehyt,
melamin – fomaldehyt, phenol – fomaldehyt, nitrocellulo, polyester, polysulfit…
Nhựa ở dạng lỏng và dễ dàng chuyển sang trạng thái đóng rắn, tạo mạng lưới
không gian ba chiều không nóng chảy, không hòa tan khi sử dụng các chất đóng rắn có
kèm theo hiện tượng co ngót (tùy chất đóng rắn mà co ngót khoảng từ 0,5 ÷ 1%).

45
Nói chung, tính chất của các loại nhựa epoxy phụ thuộc vào khối lượng phân tử
và cấu tạo của nó.
Bảng 2.4. Thông số kỹ thuật của một số nhựa epoxy thông dụng [3]
Tên
thương mại
Shell Dow
Epon DER
Phân
tử
khối
M
Số
mol
đương
lượng
n
Đương
lượng
theo
nhóm
epoxy
Đương
lượng
theo
nhóm
hydro
xyl
Nhóm
chức
hydroxyl
Nhiệt
độ
nóng
chảy
( 0 C)
Độ
nhớt
ở 25 0 C
(cps)
828 331 380 < 1
1001 661 900 2
1004 664 1400 3,7
1007 667 2900 8,8
1009 668 3800 12
185 ÷
192
450 ÷
525
905 ÷
985
1600 ÷
1900
2400 ÷
4000
85 2 8 ÷ 12 11 ÷ 14
130 6 64 ÷ 76 0,8 ÷ 7 4
175 7
190 13
200 17
95 ÷
105
125 ÷
132
140 ÷
155
4,3 ÷
6,3 4
17 ÷
27 4
36 ÷
98 4
Bảng 2.5. Đặc tính chủ yếu của nhựa epoxy [5]
Đặc tính cơ lý Đơn vị Giá trị
Khối lượng riêng g/cm 3 1,1 ÷ 1,5
Modul đàn hồi GPa 2,4 ÷ 4,2
Ứng suất kéo MPa 35 ÷ 100
Ứng suất nén MPa 90 ÷ 160
Độ dãn dài tương đối % 2 ÷ 9
Thể tích co % 0,5 ÷ 1
Hệ số giãn nở vì nhiệt 4,8 ÷ 8,0
Bền nhiệt
0 C 130 ÷ 150
Độ ngậm nước sau 24 giờ % 0,01 ÷ 0,08

46
2.3.4. Hóa tính của nhựa epoxy
Nhựa epoxy trên sườn bisphenol A có 2 nhóm chứa hoạt động là nhóm epoxy
với nhóm hydroxyl. Tùy theo khối lượng phân tử của nhựa mà thể hiện tính chất theo
nhóm chức trội hơn:
- M < 1200: Số nhóm epoxy chiếm đa số → phản ứng hóa học đặc trưng là
của nhóm epoxy.
- 1200 < M < 3000: Cả hai loại nhóm chức này tương đương nhau → phản
ứng hoá học đặc trưng là của hai loại nhóm chức này.
- M > 3000: Số nhóm hydroxyl chiếm đa số → phản ứng hóa học đặc trưng là
của nhóm hydroxyl.
2.3.4.1. Phản ứng của nhóm epoxy
Phản ứng đặc trưng của nhóm epoxy là phản ứng cộng mở vòng epoxy, khả
năng phản ứng của nhóm epoxy tùy thuộc vào từng loại chất xúc tác.
Với tác nhân ái nhân (nucleophin): HX, phản ứng xảy ra theo cơ chế SN 2 , tác
nhân ái nhân tấn công vào cacbon có ít nhóm thế hơn của vòng. Có các giả thiết về cơ
chế phản ứng sau:
+
C H 2
C H
+ _
+ H X
C H 2
C H
O
-
X
O H
Khi có mặt các chất cho proton H + như axit, phenol, rượu,… phản ứng xảy ra
thuận lợi hơn và các chất này thường được sử dụng làm xúc tác cho nhựa epoxy.
Phản ứng này được xúc tác bởi ion H + :
+
CH 2
CH
+ H +
HX + H 2 C CH
O
-
O
H 2 C
CH 2
H
+ H +
X
OH

47
2.3.4.2. Khả năng phản ứng của nhóm hydroxyl
So với nhóm chức của vòng epoxy, nhóm chức hydroxyl trong nhựa có hoạt
tính yếu hơn, phản ứng thường xảy ra ở nhiệt độ cao, có xúc tác. Nhóm hydroxyl có
thể tham gia vào các phản ứng este hóa, ete hóa,…
* Với tác nhân ái điện tử (electrophin)
Phản ứng xảy ra khi có mặt proton H + :
+
R-OH + H R O
H
+
H
R
O +
H
H
R + + H 2 O
H
C
R + + O
R +
H
C
O
R
H
C
O
H
C
+ O
+ H +
H
* Với tác nhân ái nhân (nucleophin)
+ Khi không có xúc tác: Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao
H
δ +
C OH + R-C
+ Khi có mặt của xúc tác: Với xúc tác axit mạnh như các axit vô cơ,
phản ứng thường xảy ra không cần nhiệt độ cao.
R C + OH
2.3.5. Chất đóng rắn cho nhựa epoxy
Khi muốn chuyển nhựa epoxy từ dạng nhiệt dẻo sang nhiệt rắn ở trạng thái
không nóng chảy và không hòa tan, có tính chất cơ lý cao, thì phải tiến hành đóng rắn
cho nó. Các chất đóng rắn cho nhựa epoxy thường có chứa hai hoặc nhiều nhóm chức
có nguyên tử H + linh động, ví dụ như các amin bậc 1, 2, 3, nhựa UF, PF, các axit, các
anhydric, v.v…
OH
+
δ-
O
OH
H
C
H
-H 2 O
OH
HC
Nhiệt độ của phản ứng đóng rắn phụ thuộc vào tác nhân đóng rắn.
R
O
H
+
H
C
O
C
OH
R
C
OH
H
H
OH
O - HC O C O
-H 2 O
R
H
H
C
O
C
H
OH
R

2.3.5.1. Hệ đóng rắn nguội
* Chất đóng rắn loại amin
48
Đóng rắn bằng aliphatic amin không biến tính. Các amin được sử dụng sớm
nhất làm các chất đóng rắn cho nhựa epoxy là alkylene amin không biến tính, như:
DETA (Dietylen triamin), TETA (Trietylen tetramin), TEPA (Tetraetylen pentamin)…
Công thức chung:
NH 2 CH 2 CH 2 NH CH 2 CH 2 NH 2
n
Bảng 2.6. Độ chức của một số loại amin [3]
n Amin Amin bậc 1 Amin bậc 2 Tổng nhóm chức amin
0 ETA 2 2 4
1 DETA 2 3 5
2 TETA 2 4 6
3 TEPA 2 5 7
Các amin này phản ứng với nhựa epoxy ở nhiệt độ phòng và hàm lượng đóng
rắn được dùng theo đương lượng của nhóm epoxy và đương lượng của nhóm hydro.
Khi các amin tác dụng với nhựa epoxy thì phản ứng mở vòng epoxy tạo ra liên
kết –NH-CH 2 -, đồng thời không tạo ra sản phẩm phụ nên độ co ngót nhỏ.
* Cơ chế đóng rắn của amin bậc 1, 2
R - N H 2 + CH 2 CH
R - N H - C H 2 - C H -
OH
R - N H - C H 2 - C H - +
O
CH 2
CH
CH 2
CH
OH
O
NR
CH 2
CH
Khi đóng rắn bằng các amin này thì gặp những khó khăn như sau:
- Các amin này có tốc độ bay hơi cao, độ độc cao sẽ gây kích thích lên da và mặt.
- Lượng chất đóng rắn sử dụng quá ít, gây khó khăn cho thao tác gia công.
- Các amin này có xu hướng tạo trên bề mặt của sản phẩm đóng rắn một lớp
mờ đục, nhớt do hiện tượng các amin trồi lên bề mặt sẽ tác dụng với hơi ẩm trong
không khí và khí CO 2 tạo cabamat (carbamate),…điều này sẽ làm giảm độ bóng của bề
OH

49
mặt sản phẩm, làm dơ bề mặt, gây khó khăn cho việc gia công các màng nhiều lớp. Sự
hình thành hiện tượng cabamat do amin kết hợp với không khí ẩm ướt như sau:
- Trọng lượng phân tử thấp của các amin này khi đóng rắn sẽ tạo nên mật độ liên
kết dày đặc nên sản phẩm có khả năng chịu nhiệt, chịu dung môi và hóa chất rất tốt.
Tuy nhiên, độ mềm dẻo và khả năng chịu va đập lại thấp.
Vì những lý do nêu trên, ngày nay các aliphatic amin ít khi sử dụng như một
chất đóng rắn mà thường kết hợp với các chất khác để tạo nên các hợp chất đóng rắn
như: amido-amin, amin adduct, mannich base…nhằm cải thiện tính chất của sản phẩm
sau đóng rắn, gia công dễ dàng hơn, nên ngày càng được mở rộng phạm vi ứng dụng.
* Đóng rắn bằng amin bậc 3
Các amin bậc 3 khi đóng rắn cho nhựa epoxy có tác dụng như chất xúc tiến quá
trình trùng hợp nhựa epoxy, thông qua nhóm epoxy. Do đó, sản phẩm cuối cùng sau
đóng rắn là những cầu nối ete. Chúng thường được dùng để xúc tiến quá trình đóng
rắn khi đóng rắn bằng polyamid.
Cơ chế đóng rắn của amin bậc 3:
* Đóng rắn bằng polyamid
Nhựa polyamid làm tác nhân đóng rắn cho nhựa epoxy thường được dùng cho
hệ đóng rắn của màng sơn. Sản phẩm sau khi đóng rắn có khả năng chịu môi trường
kiềm và dung môi kém nhưng mềm dẻo hơn khi bị lão hóa và khả năng kháng ăn mòn
cũng tăng lên.

50
Khi đóng rắn bằng các polyamid thì ít gây kích ứng da so với các tác nhân đóng
rắn là amin và adduct amin. Ngoài ra các khuyết tật trên bề mặt cũng giảm.
* Đóng rắn bằng adduct
Adduct là chất đóng rắn đang được nghiên cứu và đưa vào sử dụng tương đối
phổ biến hiện nay. Nó khắc phục được những khuyết điểm của các chất đóng rắn trên
trong quá trình gia công cũng như trong quá trình sử dụng, cải thiện được một số tính
chất của sản phẩm sau đóng rắn. Các loại adduct: Adduct amin, adduct polyamid,
mannich base,…
2.3.5.2. Hệ đóng rắn nóng
* Đóng rắn bằng anhydric phtalic (AP), anhydric maleic (AM)
Phản ứng đóng rắn xảy ra chậm và cần nhiệt độ cao, do đó để tăng tốc quá trình
đóng rắn thì dùng thêm xúc tác. Chất xúc tác thường sử dụng để mở vòng anhydric là
các amine bậc 3.
Hỗn hợp nhựa – anhydric có độ nhớt thấp, thời gian sống của hỗn hợp dài. Sản
phẩm sau khi đóng rắn có độ co ngót thấp, tính chất cơ lý cao, tính chất điện tốt, độ
bền nhiệt cao hơn một số sản phẩm đóng rắn bằng amine.
Hình 2.13. Cơ chế đóng rắn của epoxy bằng cách sử dụng Anhydride

51
* Đóng rắn bằng nhựa ure-formadehyt (UF), phenol-formadehyt (PF)
Nhựa epoxy có thể đóng rắn bằng các loại nhựa novolac, resole hoặc các sản
phẩm trung gian chứa nhân phenol trong phân tử (dioxidiphenyl propan …).
Sản phẩm sau khi đóng rắn có màu sắc đẹp hơn đóng rắn bằng nhựa PF. Khả
năng chịu hóa chất và môi trường khá cao.
2.3.5.3. Ứng dụng của nhựa epoxy
Với những tính chất nêu trên, nhựa epoxy ngày càng được ứng dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật cũng như trong đời sống, như:
- Công nghiệp điện và vật liệu cách điện do khả năng cách điện và chịu nhiệt cao.
- Chế tạo vật liệu composite dùng cho các sản phẩm có yêu cầu tính năng cơ
lý cao.
- Công nghiệp sơn và chất bao phủ chống ăn mòn.
- Là chất kết dính kết cấu bê tông, chống thấm, bột trét trong xây dựng nhà
cửa và đường cao tốc.
- Công nghệ chế tạo khuôn đúc, dụng cụ chất lượng cao, v.v…
- Thích hợp khi sản phẩm đòi hỏi nhẹ mà sức bền cao, dung sai cho phép rất
nhỏ như: các chi tiết máy bay, dụng cụ đồ nghề.
2.4. BỘT TITAN
Titan được khám phá vào năm 1791, mãi cho đến những năm đầu thế kỷ 20 mới
được sử dụng phổ biến, đặc biệt trong các lĩnh vực dân sự lẫn quân sự, chẳng hạn như
máy bay, vụ trụ, tuabin,v.v…Nhờ các đặc tính ưu việt như:
- Khối lượng riêng nhẹ chỉ bằng 40% so với thép và có độ cứng hơn thép.
- Độ bền kéo cao, đặc biệt hợp kim titan.
- Khả năng chống ăn mòn tốt.
- Ở dạng tinh khiết, titan dễ dàng kéo sợi, dễ gia công.
- Khả năng chịu nhiệt cao.
- Có tính chất thuận từ, ít dẫn điện và dẫn nhiệt.
Bên cạnh đó nó có nhược điểm là giá thành đắt.
2.4.1. Đặc điểm cấu trúc
Điểm nóng chảy của titan khoảng hơn 1660 0 C (3000 0 F), hầu hết các hợp kim
titan thương mại hiệu quả có nhiệt độ dưới 538 0 C (1000 0 F).

52
Titan có hai cấu trúc tinh thể cơ bản: một nguyên tử được sắp xếp ở trung tâm
của khối mảng lập phương, nguyên tử sắp xếp trong khối lục giác đóng kín (Hình 2.14).
Hình 2.14. Hình dạng cấu trúc tinh thể của titan ở dạng nguyên tử [14]
a) Khối lục giác b) Khối lập phương tâm mặt
Ngoài ra, cấu trúc tinh thể của titan được biết đến là cấu trúc alpha và bêta, đôi
khi cấu trúc bêta và alpha được gọi chung trong hệ thống hợp kim titan: alpha, gần
alpha, alpha- bêta, gần bêta và bêta.
a) b)
Hình 2.15. Kiểu cấu trúc tinh thể titan: a) alpha; b) bêta
2.4.2. Ứng dụng
Khoảng 95% titan được dùng ở dạng titan đioxit (TiO 2 ), ứng dụng rộng rãi
trong ngành thiên văn học, thuốc nhuộm trắng trong sơn, v.v… Vì có khả năng kéo
dãn cao (kể cả khi nhiệt độ cao), nhẹ, chống ăn mòn tốt và khả năng chịu đựng nhiệt
độ rất cao nên hợp kim titan được ứng dụng mạnh mẻ trong hàng không, hải quân, vũ
trụ, v.v…
Do đặc tính chống ăn mòn tốt với nước biển, titan được dùng làm chân vịt và
nơi trao đổi nhiệt trong các máy lọc nước biển.
Do đặc tính trơ về mặt sinh học nên ứng dụng trong y tế làm khớp giả, các dụng
cụ y tế và các ông dẫn chế biến thực phẩm.

53
Những nguyên tố bền có cấu trúc Alpha
Ví dụ: Nhôm
Oxy
Ni tơ
Những nguyên tố bền có cấu trúc Beta
Ví dụ: Molypden
Sắt
Vanađi
Crôm
Mangan
Cấu trúc Alpha
Chiều tăng số lượng nguyên tố có cấu trúc bền alpha
Chiều tăng số lượng nguyên tố có cấu trúc bền beta
Gần alpha
Hỗn hợp cấu
trúc alpha-beta
Gần beta
Cấu trúc
Beta
Ti nguyên chất Ti- Ti- Ti- Ti- Ti- Ti- Ti- Ti-
Ti- 5Al- 6Al- 6Al- 6Al- 6Al- 8Mn 8Mo- 1,5Mo-
5Al- 6Sn- 2Sn- 4V 6V- 2Sn- 8V- 6Zr-
2,5Sn 2Zr- 4Zr- 2Sn 4Zr- 2Fe- 4,5Sn
1Mo- 2Mo 6Mo- 3Al
0,2Si
Ti-
Ti-
8Al- 13V-
1Mo-
11Cr-
1V
3Al
Chiều tăng mật độ
Chiều tăng ảnh hưởng của xử lý nhiệt
Chiều tăng độ bền theo thời gian
Chiều tăng độ bền dão
Chiều tăng độ nhạy tốc độ biến dạng
Chiều tăng cải thiện tính năng hàn
Chiều tăng cải thiện khả năng chế tạo
Hình 2.16. Biểu đồ thể hiện sự lựa chọn cấu trúc và đặc tính của hợp kim titan [14]

54
Bảng 2.7. Đặc tính cơ lý của nguyên tố titan [14]
Thuộc tính
Giá trị
Số nguyên tử 22
Nguyên tử lượng 47,90
Cấu trúc tinh thể:
Alpha (≤882,5 °C(1620 °F))
Khối lục giác
Beta ( ≥882,5 °C, or 1620 °F)
Khối lập phương tâm mặt
Màu
Xám đen
Tỉ trọng 4,51 g/cm 3 (0,163 lb/in 3 )
Điểm nóng chảy
1668 ± 10 °C (3035 °F)
Điểm sôi
3260 °C (5900 °F)
Nhiệt dung riêng (ở 25 °C)
0,5223 kJ/kg⋅K
Độ dẫn nhiệt
11,4 W/m⋅K
Nhiệt nóng chảy
440 kJ/kg
Nhiệt hóa hơi
9,83MJ/kg
Độ cứng
70 ÷74 HRB
Độ bền kéo
240MPa
Modul đàn hồi
120 GPa (17 × 10 6 psi)
Hệ số Poisson 0,361
Hệ số ma sát:
Ở 40 m/min (125 ft/min) 0,8
Ở 300 m/min (1000 ft/min) 0,68
Hệ số giãn nở nhiệt
8,41 µm/m⋅K
Độ dẫn điện
3% IACS (Cu=100% IACS)
Điện trở suất (ở 20 °C)
420 nΩ⋅ m
Hệ số nhiệt điện trở
0,0026/°C
2.4.3. Bột titan đioxit (TiO 2 )
Hiện nay, trữ lượng titan nước ta tương đối lớn, tập trung phần lớn ở Thái
Nguyên và các tỉnh duyên hải Miền Trung. Titan đioxit được sản xuất chủ yếu lấy từ
nguồn Ilmenit (FeTiO 3 ) là khoáng vật quặng chứa 52÷54% TiO 2 , trong đó nguyên tố:
Fe = 36,8%, Ti = 31,6% và O = 31,6%. Còn rutil (TiO 2 ) là khoáng vật quặng mầu nâu
đỏ tới đen, tỉ trọng 4,26 g/cm 3 , độ cứng (6÷6,5) chứa 98% TiO 2 . Titan và rutil là
nguyên liệu chính để chế tạo ra bột titan đioxit dùng trong sản xuất giấy, sơn, nhựa,
cao su, mực, mỹ phẩm, xà phòng và dược phẩm.
Titan đioxit là loại bột màu trắng hàng đầu, cỡ hạt (0,05÷0,7) µm, có chỉ số
chiết suất cao (2,55÷2,7), tạo độ chắn sáng cao, có độ phản xạ tốt (tạo độ chói và
sáng), không độc hại và chịu nhiệt tốt, dùng trong sản xuất giấy, sơn, nhựa, cao su, đồ
gốm, dệt và mỹ phẩm.

55
Bảng 2.8. Đặc tính cơ lý của bột TiO 2 [23]
Thuộc tính Đơn vị Giá trị
Tỉ trọng g/cm 3 3,84÷4,26
Độ rỗng % -
Độ bền nén MPa 680
Hệ số poisson 0,27
Độ bền chống gãy MPa.m -1/2 3,2
Modul cắt GPa 90
Modul đàn hồi GPa 230
Điện trở suất (25 0 C) Ohm.cm 10 12
Điện trở suất (700 0 C) Ohm.cm 2,5×10 14
Giãn nở nhiệt (RT-1000 0 C)
0 C 9×10 -6
Độ dẫn điện (25 0 C) WmK -1 11,7
Titan đioxit tồn tại ở hai dạng tinh thể cơ bản: rutile và anatase
Rutile:
- Có chỉ số khúc xạ cao hơn.
- Ứng dụng cho chất dẻo.
- Hiệu quả tán xạ ánh sáng tốt (cao hơn 30% so với anatase).
- Khả năng kháng thời tiết tuyệt vời.
Cấu trúc rutile

Anatase:
56
- Kháng tia cực tím UV (Ultraviolet radiation) kém.
- Đẩy nhanh quá trình quang oxy hóa polymer.
- Làm giảm thuộc tính vật lý và màu sắc.
Cấu trúc Anatase
Bảng 2.9. Tính chất quang học của TiO 2
Pha Chỉ số khúc xạ Tỉ trọng (g/cm -3 ) Cấu trúc tinh thể
Anatase 2,49 3,84 Tứ diện
Rutile 2,903 4,26 Tứ diện

57
CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM
3.1. MỤC ĐÍCH CỦA THỰC NGHIỆM
Mục đích chính của đề tài là khảo sát ảnh hưởng của vật liệu gia cường đến
tính chất của vật liệu composite lai trên nền polymer, từ đó có thể ứng dụng vật liệu lai
để làm một số chi tiết trên tàu, trang thiết bị phục vụ cho cuộc sống.
Xuất phát từ mục đích trên, mục tiêu của đề tài là:
- Xác định cơ tính của vật liệu composite lai (epoxy/sợi thủy tinh/bột TiO 2 ).
- Kiểm tra độ hấp thụ nước.
- Kiểm tra trạng thái ma sát và mòn.
3.2. CƠ SỞ LỰA CHỌN VẬT LIỆU THÀNH PHẦN
3.2.1. Vật liệu gia cường
Vật liệu gia cường (cốt) là pha không liên tục, đóng vai trò tạo nên độ bền cao,
modul đàn hồi (độ cứng vững) cao cho composite. Trong nội dung đề tài này ta chọn
cốt là sợi thủy tinh E, vì đây là loại được dùng phổ biến trong công nghệ composite và
đảm bảo đầy đủ các đặc tính trên.
Giá cả vật liệu ($/kg)
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
E-GLASS
METALS
ARAMID
IM GRAPHITE
HM GRAPHITE
Hình 3.1. Giá cả của một số loại vật liệu [18]
T300 GRAPHITE

58
Modul kéo riêng (Gpa/kg.m 3 )
300.00
250.00
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
E-GLASS
FIBER
Hình 3.2. Modul kéo riêng một số loại sợi của vật liệu composite [18]
Hình dạng, kích thước, mật độ và sự phân bố của sợi là những yếu tố có ảnh
hưởng mạnh đến cơ tính của vật liệu composite. Chính vì vậy, chúng ta sẽ đi nghiên
cứu kỹ các yếu tố này.
3.2.2. Phân bố và định hướng sợi
Có nhiều kiểu phân bố và định hướng sợi: do vật liệu làm cốt bao giờ cũng bền,
cứng hơn nền, nên theo phương cốt sợi, composite thể hiện độ bền cao hơn các
phương khác. Khi các sợi phân bố song song hoặc đan vuông góc với nhau thì làm cho
vật liệu có tính dị hướng.
Yêu cầu đặt ra ở đây là phải tạo được vật liệu có tính đẳng hướng, nên ta chọn
phương án sợi phân bố không định hướng, nhiều phương (rối), có tính ngẫu nhiên.
3.2.3. Chiều dài sợi
ARAMID
FIBER
Theo [2], khi sợi dài bằng hay dài hơn một chiều dài tới hạn l th mới làm tăng
một cách có hiệu quả độ bền và độ cứng vững của composite. Chiều dài tới hạn l th này
phụ thuộc đường kính d của sợi, giới hạn bền (σ b ) s của sợi và sức liên kết giữa sợi và
nền (hay giới hạn chảy cắt của nền τ n ) theo biểu thức:
l
th
( σ
b
)
s d
= (1)
τ
n
T300
GRAPHITE
FIBER
IM
GRAPHITE
HM
GRAPHITE
Đối với composite sợi thủy tinh, chiều dài tới hạn l th = 1mm [2] và gấp 20 ÷ 150
lần đường kính sợi. Xét trường hợp ứng suất kéo tác dụng lên composite bằng giới hạn
bền kéo của sợi cho các trường hợp chiều dài sợi khác nhau (Hình 3.3).

( σ )
( σ )
( )
b
s
Tải trọng đặt vào
cực đại
b
s
59
σ b s
Tải trọng
l th /2 l th /2
l th /2
l th /2
0 l 0 l 0
l
Vị trí Vị trí Vị trí
a) l = l th b) l > l th c) l < l th
Hình 3.3. Biểu đồ phân bố ứng suất trên chiều dài sợi
(Với composite cốt sợi chịu ứng suất kéo bằng giới hạn bền kéo của sợi)
Qua biểu đồ phân bố ứng suất ta thấy rằng:
- Khi chiều dài sợi vừa đúng bằng l th như ở hình a thì tải trọng lớn nhất trên
sợi đạt giá trị (σ b ) s ở chính giữa trục sợi.
- Khi chiều dài sợi tăng lên lớn hơn l th như ở hình b, tác dụng gia cường của
sợi trở nên hiệu quả hơn, tức trên phần lớn chiều dài sợi chịu tác dụng của mức ứng
suất đặt vào (σ b ) s .
- Khi chiều dài sợi nhỏ hơn l th như ở hình c thì tác dụng gia cường không có,
ứng suất lớn nhất tác dụng trên sợi không đạt đến ứng suất đặt vào (σ b ) s .
Trong công nghệ composite, người ta quy ước:
- Khi chiều dài sợi l > 15.l th là composite loại cốt sợi dài hay liên tục.
- Khi chiều dài sợi l th ≤ l < 15.l th là composite loại cốt sợi ngắn.
- Khi chiều dài sợi l < l th nền bao quanh sợi bị biến dạng đến mức không có
sự truyền tải, tác dụng gia cường của sợi không có, coi như composite hạt.
Để tạo điều kiện cho việc trộn vật liệu dễ đều hơn và khả năng điền đầy khuôn
tốt hơn, từ cơ sở phân tích trên, ta chọn chiều dài sợi để làm thực nghiệm là l = 3÷5
mm; cụ thể là chọn sợi loại roving mat 800 được cắt ngắn với chiều dài 3÷5 mm để
làm thành phần cốt trong mẫu thử.
Loại sợi
thủy tinh
Bảng 3.1. Đặc tính cơ lý và chiều dài sợi được chọn
Khối
lượng
riêng
(g/cm 3 )
Ứng suất
kéo
(GPa)
Modul
đàn hồi
(GPa)
Đường kính
sợi
cơ bản
(µm)
Chiều dài
sợi
(mm)
E 2,56 3,6 72 15 3 ÷ 5

3.2.4. Hàm lượng sợi
60
Theo [2], nếu tỉ lệ thể tích (hay còn gọi là hàm lượng) của sợi quá nhỏ, sợi
không có tác dụng gia cường cho composite. Khi cốt quá ít, toàn bộ tải sẽ tác dụng lên
nền và làm mẫu biến dạng. Quá trình biến dạng đồng thời của cốt sợi và nền xảy ra
cho tận đến khi độ dãn dài của mẫu bằng độ dãn dài phá hủy của sợi. Lúc này nếu lực
vẫn tiếp tục tác dụng thì toàn bộ số cốt sợi ít ỏi sẽ bị đứt hết. Ngay cả đến lúc này mẫu
vẫn tiếp tục biến dạng và sự phá hủy cuối cùng xảy ra khi độ biến dạng mẫu đạt đến độ
dãn dài khi phá hủy của nền. Tác dụng gia cường của cốt chỉ thực sự bắt đầu khi hàm
lượng cốt V S ≥ V Smin , vì lúc đó giới hạn bền của composite mới cao hơn giới hạn bền
của nền. Theo [2], ta có:
Trong đó:
Theo [2], ta có:
V Smin =
( σb)
( σ )
b
N
S
−σ
N
−σ
(σ b ) N - Giới hạn bền kéo của nhựa nền (= 0,07 GN/m 2 ).
(σ b ) S - Giới hạn bền kéo của sợi (= 3,6 GN/m 2 ).
σ N - Ứng suất trong nền tại thời điểm cốt sợi bị đứt (GN/m 2 ).
σ N =
Đối với cốt sợi ngắn, ta lấy:
Trong đó:
(σ
b
)
E
S
S
(σ
b
)
σ N = β.
E
S
S
N
. E N (3)
(2)
.E N (4)
E N - Modul đàn hồi của nhựa nền (= 3,5 GN/m 2 ).
E S - Modul đàn hồi của sợi (= 72 GN/m 2 ).
β - Hệ số gia cường hữu ích (β = 0,2).
Thay số vào ta được:
Thay các giá trị vào (2) ta được:
3 , 6
σ N = 0,2. .3,5 = 0,035 (GN/m 2 )
72
V Smin =
0,07−0,035
= 9,8.10 -3 ≈ 1%
3,6 −0,035
Vậy, hàm lượng của cốt sợi trong composite phải đảm bảo: V S ≥ 1%

3.2.5. Vật liệu độn
61
Trong nội dung đề tài này chúng tôi chọn chất độn dạng hạt là bột titan đioxit
(TiO 2 ), đây là loại có màu sáng trắng, tính năng chống ăn mòn tốt, chịu nhiệt cao. Hiện
nay được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp như sơn, hàng không, vũ
trụ, y tế, quân sự, v.v…
Loại gia
cường
Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật của bột titan đioxit (TiO 2 )
Khối lượng
riêng
(g/cm 3 )
Modul
đàn
hồi
(GPa)
Modul
cắt
(GPa)
Độ bền
nén
(MPa)
Độ bền
chống gãy
(MPa.m -1/2 )
Kích
thước
hạt
(µm)
Titan đioxit 4,26 230 90 680 3,2 5÷7
3.2.6. Vật liệu nền
Trước những yêu cầu làm việc của vật liệu composite, việc lựa chọn vật liệu nền
rất quan trọng và là nhiệm vụ đầu tiên trong sản xuất vật liệu composite. Như đề cập
trong chương 2, nhựa epoxy là loại nhựa tổng hợp rất cứng và có độ bền cao, chống
mài mòn lớn, độ co thể tích thấp, độ bám dính cao hơn nhiều so với nhựa polyester và
vinylester. Ngoài ra, epoxy có độ bền cơ học cao, do đó nó chịu nước và hóa chất tốt
hơn các loại nhựa khác.
Chính những ưu điểm vượt trội trên, trong nội dung đề tài này chúng tôi chọn
vật liệu nền là nhựa epoxy 128S của Đài Loan, vì đây là loại đang được dùng phổ biến
trong công nghệ tạo vật liệu composite sau UPE.
Bảng 3.3. Đặc tính cơ lý của vật liệu nền được chọn
Loại
nhựa
Epoxy
128S
Khối
lượng
riêng
(g/cm 3 )
Modul
đàn hồi
(GPa)
Ứng
suất
kéo
(MPa)
Ứng
suất
nén
(MPa)
Thể tích
co
(%)
Độ dãn
dài tương
đối
(%)
Độ nhớt
ở 25 0 C
(cps)
1,15 3,5 70 130 0,5 ÷ 1 5 19000 ÷
24000
3.2.7. Chất đóng rắn cho nhựa epoxy
Chọn chất đóng rắn là TETA (trietylentetramin), đây là loại alkylene amin không
biến tính, thuộc hệ đóng rắn nguội được dùng phổ biến trên thị trường hiện nay.
Trietylentetramin là một hỗn hợp của bốn etylenamin TETA với điểm gần sôi bao gồm

62
tuyến tính, nhánh và hai phân tử tuần hoàn. Các amin này phản ứng với nhựa epoxy ở
nhiệt độ phòng và hàm lượng đóng rắn được dùng theo đương lượng của nhóm epoxy và
đương lượng của nhóm hydro hoạt động. Tỉ lệ % trọng lượng giữa chất đóng rắn TETA
với epoxy 128S đã được các nhà sản xuất quy định là 10%.
Bảng 3.4. Đặc tính kỹ thuật của TETA [22]
Tính chất Đơn vị Giá trị
Amin mg KOH/g 1443
Nhiệt độ sôi °C 260
Điểm đóng băng °C - 35
Mật độ ở 20°C g/ml 0,981
Hệ số giãn nở ở 20°C l/°C 0,00075
Hằng số điện môi ở 25°C và 1 kHz 11,4
Hàm lượng Nitơ % 37,0
Sức căng bề mặt ở 20°C dynes/cm 22,2
Trọng lượng phân tử 151
Tỉ trọng ở 25°C g/cm 3 0,983
Nhiệt nóng ở 20°C cal/g°C 0,482
Độ dẫn nhiệt ở 20°C cal/cm-sec-°C 0,00045
Áp suất hơi ở 20°C mm Hg 10
Để tạo ra vật liệu composite lai với các đặc tính như mong muốn, thì cần phải
đảm bảo:
- Tính đồng nhất của của sợi thủy tinh với nhựa epoxy và bột titan đioxit khi
hòa trộn.
- Thời gian đông đặc và đóng rắn của nhựa phải phù hợp với tiến độ quy trình
công nghệ.
Với những vật liệu thành phần đã được nghiên cứu tính chọn ở trên, ta thấy:

63
- Thành phần cốt là sợi ngắn (l = 3 ÷ 5mm) được trộn đều trong nhựa epoxy
có độ nhớt cao (19000 ÷ 24000 cps) với bột gia cường titan đioxit, đồng thời lại được
ép với áp lực nên có khả năng đảm bảo được tính đúc.
- Để đảm bảo phản ánh đúng ảnh hưởng của hàm lượng gia cường bột titan
đioxit đến tính chất vật liệu composite lai ta tiến hành thực nghiệm ở nhiều tỉ lệ.
- Thời gian đông đặc và đóng rắn của nhựa phụ thuộc vào hàm lượng của chất
xúc tác. Với nhựa là epoxy 128S (Đài Loan) và xúc tác là TETA (Nhật) thì tỉ lệ % trọng
lượng giữa xúc tác và nhựa đã được các nhà sản xuất quy định là 10%. Trong quá trình
đóng rắn có pha thêm chất xúc tiến CoBan để phản ứng xảy ra nhanh hơn, theo quy
định trong chế tạo vật liệu composite thì hàm lượng của chất này vào khoảng 0,4%.
3.3. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM
3.3.1. Chọn tỉ lệ vật liệu thành phần
Vật liệu composite có tính chất thay đổi trong một khoảng rộng do ảnh
hưởng của hàm lượng các vật liệu thành phần. Ngay cả đối với cùng một loại sợi,
tính chất của composite có thể thay đổi 10 lần do tỉ lệ nhựa sợi thay đổi và sự định
hướng của sợi.
Thông thường cơ tính của sợi cao hơn của nhựa, do đó tỉ lệ thể tích của sợi càng
cao, cơ tính của composite càng cao. Tuy nhiên, nó cũng có một giới hạn nhất định.
Theo [5], nếu thành phần cốt chiếm quá 60% thể tích thì giữa chúng sẽ nảy sinh tương
tác dẫn đến sự tập trung ứng suất làm giảm sức bền của vật liệu composite. Theo kinh
nghiệm của các chuyên gia đóng tàu thì tỉ lệ % trọng lượng sợi nằm trong khoảng (20
÷ 60)%. Thực tế cho thấy nếu tỉ lệ % trọng lượng sợi > 60% thì lượng nhựa không đủ
để liên kết các sợi, sản phẩm bị xốp, xuất hiện nhiều bọng khí dẫn đến làm giảm sức
bền của vật liệu.
Theo [7], thử nghiệm vật liệu composite với thành phần 40% sợi thủy tinh /
60% nhựa epoxy được tạo áp lực 3 kg/cm 2 có đặc tính cơ lý cao hơn hẳn so với 2 loại
còn lại là composite có tỉ lệ 30% sợi thủy tinh / 70% epoxy và 50% sợi thủy tinh / 50%
epoxy.
Trong phạm vi đề tài, chúng tôi thành phần cốt gia cường gồm sợi thủy tinh cắt
và bột TiO 2 là một, có nghĩa là chỉ thay đổi 2 thành phần này với nhau và nền nhựa
epoxy là không thay đổi.

64
Từ lý luận như vậy, chúng tôi tiến hành thực nghiệm để nghiên cứu sự ảnh
hưởng khi có thành phần TiO 2 tham gia đến tính chất composite lai ở 5 mức tỉ lệ với áp
lực đúc 3 kg/cm 2 :
1) 40% sợi thủy tinh + 60% nhựa epoxy +10% xt TETA
2) 38% sợi thủy tinh + 60% nhựa epoxy + 2% TiO 2 +10% xt TETA
3) 35% sợi thủy tinh + 60% nhựa epoxy + 5% TiO 2 +10% xt TETA
4) 30% sợi thủy tinh + 60% nhựa epoxy + 10% TiO 2 +10% xt TETA
5) 25% sợi thủy tinh + 60% nhựa epoxy + 15% TiO 2 +10% xt TETA
3.3.2. Tính toán các thông số vật liệu composite theo lý thuyết
3.3.2.1. Tỉ lệ % trọng lượng và thể tích
Theo [1], trong sản xuất thường căn cứ vào tỉ lệ về trọng lượng, nhưng trong
tính toán sức bền thì lại căn cứ vào tỉ lệ thể tích của mỗi thành phần tham gia trong
composite. Giữa tỉ lệ % về thể tích V và trọng lượng W có mối quan hệ với nhau và
được tính theo công thức tổng quát sau:
Wn
/ γ
n
Vn
γ
n
V n = (%) ; W n = (%)
W / γ + W / γ + ... + W / γ
V γ + V γ + ... + V γ
1 1 2 2
n n
Trong đó:
1 1 2 2
n n
1, 2, …, n - Số hoặc tên, ký hiệu thành phần trong composite.
V 1 , V 2 , …, V n - Thể tích của các thành phần trong composite (%).
W 1 , W 2 , …, W n - Trọng lượng của các thành phần trong composite (%).
γ 1 , γ 2 , …, γ n - Tỉ trọng của các thành phần trong composite (g/cm 3 ).
Với composite có 3 thành phần cốt sợi (S), nền nhựa (N) và chất gia cường titan
đioxit (T) ta có công thức tính cho từng thành phần là:
WS
/ γ
S
WN
/ γ
N
V S = (%); V N = (%)
W / γ + W / γ + W / γ
W / γ + W / γ + W / γ
S
S
N
N
Ti
Ti
hoặc V N = 1 – V S (%)
Trường hợp 1: W S = 40%; γ S = 2,56 g/cm 3 ; W N = 60%; γ N = 1,15 g/cm 3
→ V S =
0,4/ 2,56
0,4/ 2,56+
0,6/1,15
V N = 1 – 23,05% = 77,95%
N
N
S
S
Ti
Ti
≈ 0,2305 = 23,05%
Trường hợp 2: W S = 38%; γ S = 2,56 g/cm 3 ; W N = 60%; γ N = 1,15 g/cm 3
W Ti = 2%; γ Ti = 4,26 g/cm 3
(5)
(6)

→ V S =
65
0,38/ 2,56
0,38/ 2,56+
0,6/1,15+
0,02/ 4,26
V N = 1 – 22% = 78%
≈ 0,22 = 22%
Trường hợp 3: W S = 35%; γ S = 2,56 g/cm 3 ; W N = 60%; γ N = 1,15 g/cm 3
W Ti = 5%; γ Ti = 4,26 g/cm 3
0,35/2,56
→ V S =
≈ 0,204 = 20%
0,35/2,56+
0,6/1,15+
0,05/4,26
V N = 1 – 20% = 80%
Trường hợp 4: W S = 30%; γ S = 2,56 g/cm 3 ; W N = 60%; γ N = 1,15 g/cm 3
W Ti = 10%; γ Ti = 4,26 g/cm 3
0,3/2,56
→ V S =
≈ 0,177 = 18%
0,3/2,56+
0,6/1,15+
0,1/4,26
V N = 1 – 18% = 82%
Trường hợp 5: W S = 25%; γ S = 2,56 g/cm 3 ; W N = 60%; γ N = 1,15 g/cm 3
→ V S =
3.3.2.2. Tỉ trọng composite
phần:
W Ti = 15%; γ Ti = 4,26 g/cm 3
0,25/ 2,56
≈ 0,149 = 15%
0,25/ 2,56+
0,6/1,15+
0,15/ 4,26
V N = 1 – 15% = 85%
Theo [1], công thức tổng quát để tính tỉ trọng của composite (γ C ) nhiều thành
γ C = Vs . γ S + V N . γ N +V Ti . γ Ti hoặc γ C =
Thay số vào, ta được:
Trường hợp 1:
γ C =
W
W
S
1
/ γ + W / γ + W / γ
1 1
=
/ γ + W / γ 0,4 / 2,56 + 0,6 /1,15
S S N N
γ C ≈ 1,47(g/cm 3 )
Trường hợp 2:
γ C =
W
S
γ C ≈ 1,48(g/cm 3 )
Trường hợp 3:
S
N
N
Ti
Ti
(g/cm 3 ) (7)
1
1
=
/ γ
S
+ WN
/ γ
N
+ WT
/ γ
T
0,38/ 2,56+
0,6/1,15+
0,02/ 4,26

66
γ C =
W
S
/ γ
S
1
+ WN
/ γ
N
+ WT
/ γ
T
1
=
0,35/ 2,56+
0,6/1,15+
0,05/ 4,26
γ C ≈ 1,49(g/cm 3 )
Trường hợp 4:
γ C =
W
S
/ γ
S
1
+ WN
/ γ
N
+ WT
/ γ
T
1
=
0,3/ 2,56+
0,6/1,15+
0,1/ 4,26
γ C ≈ 1,51(g/cm 3 )
Trường hợp 5:
γ C =
W
S
/ γ
S
1
+ WN
/ γ
N
+ WT
/ γ
T
1
=
0,25/ 2,56+
0,6/1,15+
0,15/ 4,26
γ C ≈ 1,53 (g/cm 3 )
Bảng 3.5. Đặc tính tỉ trọng vật liệu composite theo tính toán lý thuyết
Tỉ lệ % trọng lượng sợi /nhựa/TiO 2 Tỉ trọng composite (g/cm 3 )
40% sợi thủy tinh / 60% epoxy / 0% TiO 2 1,47
38% sợi thủy tinh / 60% epoxy / 2% TiO 2 1,48
35% sợi thủy tinh / 60% epoxy / 5% TiO 2 1,49
30% sợi thủy tinh / 60% epoxy / 10% TiO 2 1,51
25% sợi thủy tinh / 60% epoxy / 15% TiO 2 1,53
3.3.3. Tiến hành thực nghiệm
3.3.3.1. Mục đích chế tạo mẫu thử cơ tính
Mẫu thử vật liệu composite được chế tạo nhằm mục đích kiểm tra các tính chất
cơ lý theo tiêu chuẩn ISO:
- Xác định các tính chất căng giãn của composite, bao gồm: Ứng suất kéo và
độ giãn dài tại giới hạn chảy, ứng suất kéo và độ giãn dài khi đứt, ứng suất cực đại và
modul đàn hồi – Theo tiêu chuẩn ISO R527.
- Xác định độ bền uốn của composite, bao gồm: Ứng suất uốn tại độ võng mà
tại đó vật liệu bị gãy hay ứng suất uốn ở độ võng quy định; ứng suất uốn với tải trọng
tối đa của vật liệu – Theo tiêu chuẩn ISO 178.
- Xác định các tính chất bền nén của composite, bao gồm: Ứng suất nén chảy,
độ bền nén ứng suất chảy bù (offset yield stress) phần trăm biến dạng nén tại ứng suất

67
chảy, phần trăm biến dạng nén khi gãy và ứng suất nén tại biến dạng nén xác định –
Theo tiêu chuẩn ISO 604.
- Xác định độ bền va đập của composite để xét khả năng chịu đựng của vật
liệu khi chịu các tải trọng va đập đột ngột – Theo tiêu chuẩn ISO 179.
3.3.3.2. Kích thước, số lượng và ký hiệu mẫu thử
- Kích thước các loại mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO (Hình 3.5).
- Số lượng mẫu thử được xác định theo tiêu chuẩn ISO đối với vật liệu đẳng
hướng, thông thường khi kiểm tra mẫu thử thì số lượng từ 5÷10 hoặc 20 mẫu. Tuy
nhiên đối với việc kiểm tra cơ tính của vật liệu composite theo qui định kiểm tra mẫu
thì chỉ cần 05 mẫu cho mỗi một giá trị kiểm nghiệm. Từ mức chọn tỉ lệ % trọng lượng
vật liệu thành phần và tỉ lệ vật liệu gia cường, ta có tổng số lượng mẫu các loại cần
được chế tạo là 100 mẫu như Bảng 3.6. Các loại mẫu được ký hiệu như Bảng 3.7.
Bảng 3.6. Số lượng mẫu cần tiến hành thực nghiệm
Tỉ lệ % sợi / nhựa / titan / xúc tác
Sl mẫu
kéo
Sl mẫu
uốn
Sl mẫu
nén
Sl mẫu
va đập
40% Sợi/60% E128S/0% TiO 2 /10% TETA 5 5 5 5
38% Sợi/60% E128S/2% TiO 2 /10% xt TETA 5 5 5 5
35% Sợi/60% epoxy/5% TiO 2 /10% xt TETA 5 5 5 5
30% Sợi/60% E128S/10 % TiO 2 /10% xt TETA 5 5 5 5
25% Sợi/60% E128S/15% TiO 2 /10% xt TETA 5 5 5 5
Cộng: 25 25 25 25
Loại
mẫu
thử
Bảng 3.7. Ký hiệu mẫu
Tỉ lệ % trọng lượng sợi thủy tinh / nhựa epoxy/ titan đioxit / xúc tác
TETA
40% / 60% /
0% / 10%
38% / 60% /
2% / 10%
35% / 60% /
5% / 10%
30% / 60% /
10% / 10%
25% / 60% /
15% / 10%
Kéo Ck 40/60/0 Ck 38/60/2 Ck 35/60/5 Ck 30/60/10 Ck 25/60/15
Uốn Cu 40/60/0 Cu 38/60/2 Cu 35/60/5 Cu 30/60/10 Cu 25/60/15
Nén Cn 40/60/0 Cn 38/60/2 Cn 35/60/5 Cn 30/60/10 Cn 25/60/15
Va đập Cv 40/60/0 Cv 38/60/2 Cv 35/60/5 Cv 30/60/10 Cv 25/60/15

68
Chuẩn bị vật liệu
Nhựa epoxy
Bột titan đioxit
Sợi thủy tinh
Tiến hành cân theo tỉ
lệ tính toán
Tiến hành trộn
Cho vào khuôn ép
Tiến hành ép trên
máy ép thủy lực
Gia công mẫu theo
tiêu chuẩn ISO
Kiểm tra cơ tính
mẫu thử
Độ bền kéo
Độ bền nén
Độ bền uốn
Độ bền va đập
Kiểm tra độ hấp thụ
nước của mẫu thử
Hình 3.4. Sơ đồ khối quy trình chế tạo và kiểm tra mẫu

69
KÍCH THƯỚC MẪU THỬ CƠ TÍNH COMPOSITE
- TIÊU CHUẨN ISO -
MẪU THỬ KÉO - ISO R527
MẪU THỬ UỐN - ISO 178
MẪU THỬ VA ĐẬP - ISO 179
MẪU THỬ NÉN - ISO 604
Hình 3.5. Kích thước mẫu thử cơ tính composite theo tiêu chuẩn ISO
Để đảm bảo sự đồng nhất về hàm lượng vật liệu thành phần với lực ép 3
kg/cm 2 , các mẫu thử ở mỗi giá trị kiểm nghiệm đều được thực hiện trong cùng một

70
tấm mẫu và ép một lần trong khuôn, sau đó được gia công lại cho đúng hình dạng và
kích thước tiêu chuẩn. Riêng đối với mẫu thứ kéo, uốn ta tiến hành tạo tấm khuôn
trung gian trên đó ta tiến hành phay hình dạng mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO, mục đích
để tiết kiệm thời gian khi chế tạo và đảm bảo kích thước tiêu chuẩn của mẫu thử. Kết
cấu khuôn đúc mẫu thử và các bước tiến hành đúc mẫu thử được trình bày ở PHỤ
LỤC 1.
3.3.3.3. Xác định thời gian đông đặc và đóng rắn của nhựa
Thời gian đông đặc và đóng rắn là yếu tố quyết định thời gian thực hiện các
bước qui trình công nghệ chế tạo sản phẩm. Xác định thời gian đông đặc và đóng rắn
của nhựa cũng chính là xác định được thời gian ngừng tác dụng lực ép và tháo rỡ
khuôn để lấy sản phẩm.
* Thời gian đóng rắn của epoxy khi chưa trộn sợi
Để xác định được thời gian đông đặc và đóng rắn của nhựa, ta tiến hành pha
trộn nhựa với xúc tác theo đúng tỉ lệ của nhà sản xuất và theo dõi thời gian từng giai
đoạn của quá trình đóng rắn. Kết quả cụ thể như Bảng 3.8.
Bảng 3.8. Thời gian đóng rắn của epoxy 128S khi chưa có sợi (t 0 phòng = 27 0 C)
Tỉ lệ nhựa / xúc tác
Thời gian
bắt đầu
đông đặc
(phút)
Thời gian
đông đặc
hoàn toàn
(phút)
Thời gian
đóng rắn
hoàn toàn
(phút)
Hình ảnh
100g epoxy / 10g TETA 10 60 150
Trong quá trình phản ứng trùng hợp xảy ra, ta thấy:
- Nhựa và xúc tác khi mới hòa trộn có màu trắng trong, tỏa nhiệt.
- Khi nhựa bắt đầu đông đặc thì nhiệt lượng tỏa ra mạnh ở nhiệt độ từ 70 ÷
80 0 C.
- Khi đông đặc hoàn toàn thì nhiệt lượng tỏa ra ở nhiệt độ từ 30 ÷ 35 0 C, nhựa
có màu vàng nhạt.
- Khi đóng rắn hoàn toàn thì hết tỏa nhiệt, bề mặt khô, cứng, dễ dàng lấy ra
khỏi khuôn.

71
* Thời gian đóng rắn của epoxy khi đã trộn với sợi thủy tinh và bột titan
đioxit
Từ thực nghiệm, ta xác định được thời gian đóng rắn của epoxy 128S với xúc
tác TETA khi đã hòa trộn với sợi thủy tinh và bột TiO 2 . Kết quả cụ thể như Bảng 3.9.
Bảng 3.9. Thời gian đóng rắn của epoxy 128S khi đã trộn sợi (t 0 phòng = 27 0 C)
Tỉ lệ sợi/nhựa/gia
cường/xúc tác
40% sợi /
60% E128S/ 0% TiO 2
/ 10% xt TETA
38% sợi /
60% E128S / 2% TiO 2
10% xt TETA
35% sợi /
60% E128S / 5% TiO 2 /
10% xt TETA
30% sợi /
60% E128S / 10% TiO 2 /
10% xt TETA
25% sợi /
60% E128S / 15% TiO 2 /
10% xt TETA
Thời gian bắt
đầu đông đặc
(phút)
Thời gian đông
đặc hoàn toàn
(phút)
Thời gian đóng
rắn hoàn toàn
(phút)
10 50 150
10 48 148
10 45 145
10 43 140
10 40 135
Nhận xét: Ta thấy rằng: thời gian đóng rắn của vật liệu phụ thuộc vào hàm
lượng bột TiO 2 có trong vật liệu, lượng bột càng nhiều thì thời gian đóng rắn càng
nhanh hơn (khi có cùng hàm lượng chất xúc tác, có cùng hàm lượng nhựa); ngoài ra nó
còn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và kích cỡ của khuôn đúc,… Nhìn chung, sự
chênh lệch về thời gian đóng rắn là không đáng kể khi thay đổi các tỉ lệ thành phần.
Từ kết quả trên, để đảm bảo chất lượng sản phẩm, ta có thể xác định thời gian
cụ thể cho các bước công nghệ như Bảng 3.10.
Bảng 3.10. Thời gian thực hiện các bước công nghệ đúc mẫu (t 0 phòng = 27 0 C)
Thời gian hòa trộn nhựa, xúc tác
với sợi thủy tinh, bột titan đioxit
(phút)
Thời gian
duy trì lực ép
(phút)
Thời gian
tháo rỡ khuôn
(phút)
10 50 145

72
Ghi chú: Thời gian tháo rỡ khuôn có thể thực hiện được sau 100 phút (tính từ
khi bắt đầu hòa trộn vật liệu), nhưng lúc này sản phẩm còn mềm (tấm mẫu uốn cong
được). Vì vậy, đối với các sản phẩm cần độ chính xác cao, ta nên để đến thời gian
đóng rắn hoàn toàn (145 phút) rồi mới tháo rỡ khuôn, lúc này sản phẩm rất rắn chắc,
không còn khả năng biến dạng nữa.
3.3.3.4. Chế tạo mẫu thử
Trình tự tiến hành chế tạo mẫu thử được trình bày cụ thể ở PHỤ LỤC 1, bao
gồm các nội dung chính sau:
• Máy và dụng cụ thiết bị được sử dụng để chế tạo mẫu thử
• Khuôn đúc mẫu
• Chế tạo mẫu:
- Chế tạo mẫu thử kéo, uốn
+ Tính khối lượng vật liệu thành phần
+ Quy trình chế tạo mẫu thử kéo, uốn
- Chế tạo mẫu thử nén, va đập
+ Tính khối lượng vật liệu thành phần
+ Quy trình chế tạo mẫu thử nén, va đập
3.3.4. Kết quả thực nghiệm
3.3.4.1. Kiểm tra cơ tính
Kiểm tra cơ tính vật liệu composite được thực hiện tại Viện nghiên cứu chế tạo
tàu thủy Nha Trang:
- Phương pháp thử: TCVN 6282 – 2003
- Thiết bị thử:
Hình 3.6. Máy thử kéo, uốn, nén của Anh: HOUNSFEILD H50K – S

73
Hình 3.7. Máy thử va đập của Mỹ: TINIUS OLSEN, thang đo từ 0 ÷ 460 Jun
- Công thức tính kết quả theo TCVN 6282 – 2003:
+ Độ bền kéo được xác định theo công thức:
P
σ k = (N/mm 2 )
A
(8)
Trong đó:
P - Tải trọng kéo đứt (N).
A - Diện tích tiết diện mẫu thử tại điểm giữa của nó (mm 2 ).
+ Modul đàn hồi kéo được xác định theo công thức:
l
A
∆P
∆l
E k = ( )
(N/mm 2 ) (9)
Trong đó:
l - Chiều dài ban đầu (mm).
A - Diện tích tiết diện tại điểm giữa của mẫu thử (mm 2 ).
(∆P/∆l) - Độ biến thiên của lực so với độ võng được xác định
trên đồ thị thực nghiệm (N/mm).
∆l - Độ dãn dài của khoảng cách giữa 2 điểm đo.
+ Độ bền uốn được xác định theo công thức:
3. Pl
2. bt
σ u =
2
Trong đó:
P - Tải trọng kéo đứt (N).
l - Chiều dài đo được (mm).
(N/mm 2 ) (10)

74
b - Chiều rộng của mẫu thử (mm).
t - Chiều dày của mẫu thử (mm).
+ Modul đàn hồi uốn được xác định theo công thức:
3
l ∆P
E u = ( ) (N/mm 2 ) (11)
3
4. bt ∆y
Trong đó:
(∆P/∆y) - Độ biến thiên của lực so với độ võng được xác định
trên đồ thị thực nghiệm (N/mm).
y - Độ võng tại điểm giữa của chiều dài đo (mm).
l, b, t - Như quy định nêu ở trên.
+ Công thức tính σ n và E n tương tự như công thức tính σ k và E k .
Kết quả thử nghiệm cơ tính của 100 mẫu thử các loại được trình bày cụ thể ở
PHỤ LỤC 4. Sau khi loại bỏ những giá trị đột biến, ta lấy các giá trị trung bình theo
Quy tắc lấy giá trị TCVN 3105 – 93: “So sánh giá trị lớn nhất và nhỏ nhất với giá trị
trung bình. Nếu 2 giá trị đó không lệch quá 15% so với giá trị trung bình thì giá
trị đo được bằng trung bình số học của cả 3 kết quả trên. Nếu 1 trong 2 giá trị đó vượt
quá 15% so với giá trị trung bình thì bỏ cả 2 kết quả lớn nhất và nhỏ nhất, lấy giá trị
còn lại”.
Kết quả kiểm tra cơ tính với giá trị trung bình của các mẫu kéo, uốn, nén, va
đập được tổng hợp trong Bảng 3.11.

75
KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM
(TEST RESULT)
1. Thử nghiệm kéo (Tensile test):
STT
Loại mẫu
Rộng
(mm)
Kích thước
Dày
(mm)
Ứng suất
(MPa)
Modul đàn
hồi (MPa)
1
C K 40/60/0
10,00 4,00 50,54 7588
10,00 4,00 48,13 7764
10,00 4,00 46,08 7659
Trung bình 10,00 4,00 48,25 7670,3
10,00 4,00 34,75 7225,5
2
C K 38/60/2
10,00 4,00 30,63 7267,08
10,00 4,00 32,00 7332,31
Trung bình 10,00 4,00 32,46 7275,0
10,00 4,00 33,96 7203
3
C K 35/60/5
10,00 4,00 40,79 7243
10,00 4,00 38,83 7135
Trung bình 10,00 4,00 37,86 7193,7
10,00 4,00 33,54 6587,4
4
C K 30/60/10
10,00 4,00 36,08 6876,62
10,00 4,00 39,21 6291,03
Trung bình 10,00 4,00 36,28 6585,02
10,00 4,00 27,46 6384,68
5
C K 25/60/15
10,00 4,00 30,33 6375,62
10,00 4,00 30,38 6188,61
Trung bình 10,00 4,00 29,39 6316,3

2. Thử nghiệm uốn (Bending test):
76
STT
Loại mẫu
Rộng
(mm)
Kích thước
Dày
(mm)
Ứng suất
(MPa)
Modul đàn
hồi (MPa)
1
C U 40/60/0
10,00 4,00 94,40 10354
10,00 4,00 97,86 8763,3
10,00 4,00 71,10 7445,4
Trung bình 10,00 4,00 87,77 8854,2
10,00 4,00 86,10 8747
2
C U 38/60/2
10,00 4,00 75,60 7119
10,00 4,00 82,90 8485
Trung bình 10,00 4,00 81,53 8117
10,00 4,00 78,70 7625
3
C U 35/60/5
10,00 4,00 91,48 9451,7
10,00 4,00 73,31 9436,9
Trung bình 10,00 4,00 81,16 8837,9
10,00 4,00 75,50 8551,1
4
C U 30/60/10
10,00 4,00 83,83 8706,6
10,00 4,00 85,11 9760
Trung bình 10,00 4,00 81,48 9005,9
10,00 4,00 50,00 7441,7
5
C U 25/60/15
10,00 4,00 56,42 7386,6
10,00 4,00 66,94 7413,3
Trung bình 10,00 4,00 57,79 7413,9

3. Thử nghiệm nén (Compression test):
77
STT
Loại mẫu
Rộng
(mm)
Kích thước
Dày
(mm)
Ứng suất
(MPa)
Modul đàn
hồi
(MPa)
1
C N 40/60/0
10,00 4,00 104,75 5273
10,00 4,00 112,13 5332
10,00 4,00 118,25 5531
Trung bình 10,00 4,00 111,71 5378,67
10,00 4,00 114,38 6012,5
2
C N 38/60/2
10,00 4,00 116,63 5967,85
10,00 4,00 114 6023,64
Trung bình 10,00 4,00 115,00 6001,33
10,00 4,00 116 5536
3
C N 35/60/5
10,00 4,00 119 5469
10,00 4,00 119 5636
Trung bình 10,00 4,00 118 5547
10,00 4,00 111 5456
4
C N 30/60/10
10,00 4,00 114 5309
10,00 4,00 118 5317
Trung bình 10,00 4,00 114,33 5360,67
10,00 4,00 111 5308
5
C N 25/60/15
10,00 4,00 117 5539
10,00 4,00 115 5436
Trung bình 10,00 4,00 114,33 5427,67

4. Thử nghiệm va đập:
78
STT
Tên mẫu
Kết quả kiểm tra va đập (J)
Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình
1 C V 40/60/0 2,5 2,1 1,9 2,17
2 C V 38/60/2 2,25 2.0 1,7 1,98
3 C V 35/60/5 1 1,1 1,3 1,13
4 C V 30/60/10 1 1 1,2 1,07
5 C V 25/60/15 1 1,1 1 1,03
Loại mẫu
Bảng 3.11. Tổng hợp kết quả kiểm tra cơ tính mẫu thử composite lai
Ứng
suất
kéo
Modul
đàn hồi
kéo
Ứng
suất
uốn
Modul
đàn hồi
uốn
Ứng
suất
nén
Modul
đàn hồi
nén
Năng
lượng
va đập
(MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (J)
C 40/60/0 48,25 7670,3 87,77 8854,2 111,7 5378,67 2,17
C 38/60/2 32,46 7275 81,53 8117 113,63 6079,02 1,98
C 35/60/5 37,86 7193,6 81,16 8837,9 118 5547 1,13
C 30/60/10 36,28 6585,02 81,48 9905,9 114,33 5360,67 1,07
C 25/60/15 29,39 6316,3 57,79 7413,9 114,33 5427,67 1,03
3.3.4.2. Phân tích kết quả thực nghiệm
* Đối với kết quả thử kéo
60
50
48,25
Ứng suất kéo (MPa)
40
30
20
32,46
37,86
36,28
29,39
Ứng suất
kéo (MPa)
10
0
0 2 5 10 15
Tỉ lệ TiO 2 (%)
Hình 3.8. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO 2 đến độ bền kéo của composite lai

79
9000
8000
7000
7670,3
7275 7193,6
6585,02
6316,3
Modul đàn hồi kéo (MPa)
6000
5000
4000
3000
2000
Modul đàn hồi
kéo (MPa)
1000
0
0 2 5 10 15
Tỉ lệ TiO 2 (%)
Hình 3.9. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO 2 đến modul đàn hồi kéo của composite lai
Nhận xét: Từ các đồ thị trên (Hình 3.8, 3.9), ta thấy :
- Độ bền kéo của composite lai khi có thành phần bột TiO 2 tham gia thì giảm
đi từ 0,65÷1,65 lần.
- Composite lai với 5% thành phần TiO 2 tham gia, đạt độ bền kéo cao nhất so
với các loại composite lai có thành phần 2%, 10% và 15% TiO 2 .
đổi.
- Độ bền kéo của composite lai khi có 5% và 10% thành phần TiO 2 ít thay
- Composite lai có thành phần TiO 2 tham gia càng ít thì modul đàn hồi kéo
càng lớn và có giá trị gần bằng composite không có thành phần TiO 2 .
- Composite lai có thành phần TiO 2 tương ứng 5% đạt modul đàn hồi kéo cao
nhất so với các loại composite có thành phần 2%, 10% và 15%.
- Composite lai có thành phần TiO 2 tương ứng với 2% và 5% có modul đàn
hồi kéo ít thay đổi.

* Đối với kết quả thử uốn
80
Hình 3.10. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO 2 đến độ bền uốn của composite lai
Modul đàn hồi uốn (MPa)
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
8,854
8,117
8,838
9,906
7,414
Modul đàn hồi
uốn (MPa)
2000
1000
0
0 2 5 10 15
Tỉ lệ TiO 2 (%)
Hình 3.11. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO 2 đến modul đàn hồi uốn của composite lai

81
Nhận xét: Từ các đồ thị trên (Hình 3.10, 3.11), ta thấy :
- Composite lai khi có thành phần TiO 2 tham gia thì độ bền uốn giảm đi từ
0,93÷1,52 lần.
nhất.
- Composite lai với thành phần 10% TiO 2 tham gia đạt modul đàn hồi uốn cao
- Composite lai với thành phần 5% TiO 2 có modul đàn hồi uốn tương đương
với composite không có hàm lượng TiO 2 .
- Composite lai với thành phần 15% TiO 2 đạt modul đàn hồi uốn thấp nhất so
với các loại composite lai với thành phần 2%, 5% và 10% TiO 2 .
đổi.
- Composite lai với thành phần 2%, 5% và 10% TiO 2 có độ bền uốn rất ít thay
1,1÷1,3 lần.
- Composite lai với thành phần 10% TiO 2 có modul đàn hồi uốn tăng từ
* Đối với kết quả thử nén
Hình 3.12. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO 2 đến độ bền nén của composite lai

82
Hình 3.13. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO 2 đến modul đàn hồi nén của composite lai
Nhận xét: Từ các đồ thị trên (Hình 3.12, 3.13), ta thấy:
- Composite lai với sự tham gia của TiO 2 thì modul đàn hồi nén tăng từ
1,09÷1,13 lần.
- Composite lai với 5% bột TiO 2 đạt độ bền nén cao nhất (118MPa).
- Composite lai có thành phần TiO 2 thì độ bền nén cao hơn so với composite
không có TiO 2 .
- Composite lai với thành phần TiO 2 tương ứng 5%, 10% và 15% bột có
modul đàn hồi nén ít thay đổi.
- Modul đàn hồi nén của composite lai chứa thành phần 2% TiO 2 là cao nhất
so với các loại còn lại.
- Độ bền nén của composite lai có thành phần TiO 2 tăng từ 1,03÷1,05 lần.
- Composite lai có thành phần TiO 2 tương ứng với 10% và 15% có độ bền
nén hầu như không thay đổi.

3
* Đối với kết quả thử va đập
83
Độ dai va đập (J)
2
1
2,17
1,98
1,13
1,07 1,03
Độ dai va đập
(J)
0
0 2 5 10 15
Tỉ lệ TiO 2 (%)
Hình 3.14. Ảnh hưởng tỉ lệ TiO2 đến độ dai va đập của composite lai
Nhận xét: Từ đồ thị trên (Hình 3.14), ta thấy dưới ảnh hưởng của tỉ lệ TiO 2 :
- Composite lai được tạo ra có sự tham gia của thành phần bột TiO 2 càng
nhiều thì độ dai va đập càng giảm.
- Độ dai va đập của composite lai giảm từ 1,1÷2 lần.
Từ kết quả phân tích ở trên, chúng ta thấy rằng với composite có tỉ lệ 35% sợi
thủy tinh / 60% nhựa epoxy / 5% bột TiO 2 được tạo ra với áp lực 3 kg/cm 2 có đặc tính
cơ lý cao hơn so với composite có tỉ lệ 38% sợi thủy tinh / 60% nhựa epoxy / 2% bột
TiO 2 , 30% sợi thủy tinh / 60% nhựa epoxy / 10% bột TiO 2 , 25% sợi thủy tinh / 60%
nhựa epoxy / 15% bột TiO 2 .
3.3.4.3. Kiểm tra độ hấp thụ nước
Đánh giá độ hấp thụ nước của vật liệu composite dựa trên tiêu chuẩn ASTM
D 570 – ISO 62.
Quy trình thử kiểm tra mẫu được trình bày cụ thể ở PHỤ LỤC 2.
Giá trị cần tính là phần trăm tăng trọng lượng, được tính theo công thức:

Trong đó:
84
%P = (P ướt – P 0 )/P 0
P ướt – Trọng lượng của mẫu khi hút nước tời bão hòa.
P 0
– Trọng lượng khô ban đầu của mẫu.
KÍCH THƯỚC MẤU THỬ ĐỘ HẤP THỤ NƯỚC
CỦA COMPOSITE
TIÊU CHUẨN ISO 62
Hình 3.15. Kích thước mẫu thử độ hấp thụ nước của vật liệu composite theo tiêu
chuẩn ASTM D570 – ISO 62
Từ các giá trị cân được trong quá trình kiểm tra như Bảng 2 – PHỤ LỤC 2, ta
có kết quả đánh giá mức độ hấp thụ nước của vật liệu composite lai như Bảng 3.12.
Mẫu
C 35/60/5-1
C 35/60/5-2
Bảng 3.12. Độ hấp thụ nước của composite lai C 35/60/5
Kích thước
Thời
gian
đạt
tới bão
hoà
Trọng
lượng
khô
P 0
Trọng
lượng
bão
hòa
P ướt
Phần
trăm
tăng
trọng
lượng
Composite
không có
TiO 2 [7]
(mm) (giờ) (g) (g) (%) (%)
Ø50,813 X
3,209
Ø50,813 X
3,213
48 9,434 9,450 0,170 0,21
48 9,457 9,472 0,159 0,22
C 35/60/5-3 Ø50,813 X 3,22 48 9,575 9,589 0,146 0,21
Trung bình
Ø50,813 X
3,215
3.3.4.4. Kiểm tra độ trương nở
48 9,489 9,504 0,158 0,21
Từ kết quả đo kích thước mẫu composite sau thời gian ngâm nước như ở Bảng
3 – PHỤ LỤC 2, ta có kết quả đánh giá độ trương nở của composite C 35/60/5 như
Bảng 3.13.

85
Bảng 3.13. Độ trương nở của composite lai C 35/60/5
Mẫu
Kích thước
mẫu khô
Kích thước
sau khi ngâm
24 giờ
Kích thước sau
khi ngâm
48 giờ
Kích thước
sau khi ngâm
1080 giờ
C 35/60/5-1
C 35/60/5-2
C 35/60/5-3
(mm) (mm) (mm) (mm)
Ø50,813 X
3,209
Ø50,813 X
3,213
Ø50,813 X
3,220
Ø50,813 X
3,209
Ø50,813 X
3,213
Ø50,813 X
3,220
Ø50,813 X
3,209
Ø50,813 X
3,213
Ø50,813 X
3,220
Ø50,813 X
3,209
Ø50,813 X
3,213
Ø50,813 X
3,220
Từ kết quả kiểm tra độ hấp thụ nước và trương nở của composite C 35/60/5 như
trên, ta thấy rằng:
Composite C 35/60/5 có hấp thụ nước, tuy nhiên mức độ hấp thụ nước rất nhỏ
%P = 0,158 % so với tiêu chuẩn cho phép [%P] = 1% (Theo tiêu chuẩn ASTM D570
– ISO 62, mẫu đạt tiêu chuẩn về độ hấp thụ nước khi %P ≤1%).
Khi vật liệu composite thành phần TiO 2 tham gia mức độ hấp thụ nước ít hơn
so với so với vật liệu composite không có thành phần TiO 2 .
3.3.4.5. Kiểm tra trạng thái ma sát và mòn
* Thử nghiệm trạng thái ma sát
Kiểm tra trên máy thử nghiệm ma sát, mài mòn [4].
Máy thử
nghiệm ma sát
Máy tính
Tủ điện
điều khiển
Hình 3.16. Máy thử nghiệm ma sát

86
Quy trình kiểm tra ma sát được trình bày cụ thể ở PHỤ LỤC 3, điều kiện kiểm
tra: ma sát khô và ma sát ướt (bôi trơn bằng dầu Castrol Motor Oil SAE 40), với vận
tốc trượt 1m/s, tải trọng trung bình 2,38÷12,138 N. Từ các giá trị đo được trong quá
trình kiểm tra trên máy thử nghiệm ma sát như Bảng 2, 3 trong PHỤ LỤC 3, ta có kết
quả như Bảng 3.14, 3.15.
Bảng 3.14. Hệ số ma sát khô và ướt của vật liệu composite lai
Áp lực P (N)
Hệ số ma sát khô
0% TiO 2 2% TiO 2 5% TiO 2 10% TiO 2 15% TiO 2
2,38 0,96885 0,80802 0,88939 0,83458 1,29597
3,57 0,95056 0,49641 0,72253 0,71515 0,94697
4,998 0,72879 0,34845 0,48099 0,64638 0,77349
6,188 0,47262 0,26474 0,34020 0,54926 0,57281
7,14 0,38231 0,22919 0,30405 0,46298 0,49080
7,854 0,36139 0,22969 0,29130 0,43372 0,47004
8,33 0,33407 0,21691 0,27783 0,42240 0,43748
8,806 0,30483 0,23317 0,24837 0,41829 0,41736
9,044 0,29951 0,25021 0,22396 0,41791 0,39025
9,282 0,29843 0,26878 0,22135 0,37644 0,37007
9,52 0,34967 0,27974 0,23500 0,36597 0,34533
9,996 0,35334 0,25746 0,23894 0,37109 0,32588
10,472 0,32431 0,24850 0,25108 0,37435 0,32749
10,71 0,32472 0,27518 0,25551 0,35753 0,33975
10,948 0,32753 0,27871 0,24754 0,33350 0,34585
11,186 0,34587 0,29103 0,24353 0,33797 0,33689
11,424 0,33878 0,29791 0,25601 0,34982 0,32494
11,662 0,34986 0,30159 0,25482 0,36613 0,32956
11,9 0,36922 0,33076 0,25883 0,36582 0,32680
12,138 0,38873 0,35120 0,26894 0,37478 0,32314
Áp lực P (N)
Hệ số ma sát ướt
0% TiO 2 2% TiO 2 5% TiO 2 10% TiO 2 15% TiO 2
2,38 1,30142 1,64355 1,60688 1,32999 1,60099
3,57 0,99105 0,85741 0,70500 0,75837 0,91349
4,998 0,88902 0,53988 0,40045 0,49971 0,84597
6,188 0,64731 0,41217 0,30394 0,41603 0,59704
7,14 0,55962 0,36973 0,24405 0,31508 0,51741
7,854 0,48925 0,33165 0,18504 0,26846 0,42737
8,33 0,46538 0,27721 0,15861 0,23819 0,38101
8,806 0,42152 0,22684 0,13934 0,21580 0,33397
9,044 0,39987 0,19638 0,12173 0,20468 0,30327
9,282 0,35272 0,18240 0,11369 0,19717 0,28377

87
9,52 0,32931 0,17122 0,10677 0,18600 0,26348
9,996 0,30823 0,16429 0,10208 0,17596 0,24054
10,472 0,28083 0,15818 0,09517 0,17139 0,21842
10,71 0,25641 0,15438 0,09086 0,15815 0,20015
10,948 0,25066 0,14734 0,08694 0,15140 0,19631
11,186 0,25115 0,13830 0,08326 0,14168 0,18415
11,424 0,24105 0,12856 0,08152 0,13567 0,17325
11,662 0,23562 0,12613 0,07992 0,12936 0,16511
11,9 0,22273 0,11910 0,07652 0,12321 0,15656
12,138 0,23609 0,11676 0,07278 0,12383 0,14108
1,4
1,2
Hệ số ma sát µ
1
0,8
0,6
0,4
0,2
Hệ số ma sát
ướt
Hệ số ma sát
khô
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Áp lực P (N)
Hình 3.17. Hệ số ma sát của vật liệu composite khi có 0% TiO 2
Hệ số ma sát µ
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Áp lực P (N)
Hệ số ma sát
ướt
Hệ số ma sát
khô
Hình 3.18. Hệ số ma sát của vật liệu composite khi có 2% TiO 2

88
Hệ số ma sát µ
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
Hệ số ma sát
ướt
Hệ số ma sát
khô
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Áp lực P (N)
Hình 3.19. Hệ số ma sát của vật liệu composite khi có 5% TiO 2
Hệ số ma sát µ
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
Hệ số ma sát
ướt
Hệ số ma sát
khô
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Áp lực P (N)
Hình 3.20. Hệ số ma sát của vật liệu composite khi có 10% TiO 2
Hệ số ma sát µ
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
Hệ số ma sát
ướt
Hệ số ma sát
khô
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Áp lực P (N)
Hình 3.21. Hệ số ma sát của vật liệu composite khi có 15% TiO 2

89
Nhận xét: Từ kết quả kiểm tra (Bảng 3.14, 3.15) và các đồ thị trên (Hình 3.17,
3.18, 3.19, 3.20, 3.21) ta thấy rằng:
Khi không có bôi trơn hệ số ma sát của vật liệu composite cao, đặc biệt là vật
liệu composite không có thành phần TiO 2 .
Hệ số ma sát lớn nhất ở áp lực (2÷3) N, còn ở áp lực (11,9÷12,138) N có hệ số
ma sát thấp nhất.
Khi có bôi trơn bằng dầu Castrol Motor Oil SAE 40 hệ số ma sát của vật liệu
composite giảm đáng kể, trong đó thành phần vật liệu composite 35/60/5 có hệ số ma
sát thấp 0,07278 tương ứng với áp lực tác dụng 12,138N.
* Kiểm tra mài mòn
Kiểm tra độ mài mòn của vật liệu composite theo tiêu chuẩn ASTM D1044 –
99, kích thước như Hình 3.22.
Hình 3.22. Kích thước mẫu thử độ mài mòn theo tiêu chuẩn ASTM D1044 – 99
Để đảm bảo chính xác kết quả đo, với mỗi loại composite ta tiến hành chế tạo 3
mẫu, như vậy tất cả là 15 mẫu cần kiểm tra. Các mẫu được kiểm tra trên máy TABER
5131 ABRASER của Mỹ sản xuất, quy trình kiểm tra được trình bày ở PHỤ LỤC 3.
Hình 3.23. Máy kiểm tra độ mài mòn TABER 5131 ABRASER

90
Mẫu trước khi kiểm tra
Mẫu sau khi kiểm tra
Hình 3.24. Quan sát mẫu thử trước và sau khi kiểm tra mài mòn
Kết quả sau khi kiểm tra các mẫu thử trên máy TABER 5131 ABRASER được
trình bày cụ thể trong Bảng 4 ở PHỤ LỤC 3, từ đó ta có số liệu như Bảng 3.15.
Ký hiệu vật
liệu
Bảng 3.15. Kết quả kiểm tra mài mòn của vật liệu composite lai
Chu kỳ
mòn
(vòng)
Tải
(g)
Trung
bình hao hụt
trọng lượng
(g)
Tỉ lệ
mòn
C m 40/60 2000 500 0,753 0,376
C m 38/60/2 2000 500 0,728 0,364
C m 35/60/5 2000 500 0,696 0,348
C m 30/60/10 2000 500 0,475 0,237
C m 25/60/15 2000 500 0,485 0,242
Nhận xét: Từ kết quả Bảng 3.14, ta thấy rằng vật liệu composite lai có thành
bột TiO 2 tham gia thì cường độ hao mòn theo trọng lượng thấp hơn so với composite
không có thành phần bột TiO 2 , vật liệu composite lai có thành phần bột TiO 2 càng
nhiều thì khả năng chịu mài mòn càng ít, điều này có thể giải thích như sau: do đặc
tính của bột TiO 2 là khả năng chống mài mòn tốt, với cỡ hạt micro thì chúng sẽ len lõi
vào các lỗ trống trong quá trình hình thành sản phẩm.

91
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
4.1. KẾT LUẬN
Từ những nội dung nghiên cứu và kết quả đạt được của đề tài, tôi rút ra một số
kết luận sau:
- Vật liệu composite với những ưu điểm nổi bật là nhẹ, bền, không gỉ, chịu hóa
chất, chịu ăn mòn, chịu thời tiết, độ dẫn điện, dẫn nhiệt thấp và dễ triển khai các thủ
pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất đang ngày càng ứng dụng rộng rãi.
- Hiện nay, vật liệu composite lai đang các nhà khoa học vật liệu rất quan tâm.
Đặc biệt, việc ứng dụng loại vật liệu này trong lĩnh vực ma sát, mài mòn, bôi trơn và
phun phủ bề mặt. Với thành phần composite lai gồm:
+ Sợi thủy tinh roving cắt ngắt.
+ Nhựa epoxy 128S.
+ Bột titan đioxit (TiO 2 ).
Ta thấy rằng:
+ Do ưu điểm của epoxy là độ kết dính và độ thẩm thấu cao nên rất thuận lợi
khi hòa trộn với sợi thủy tinh cắt ngắt, giảm thiểu khuyết tật không thấm nhựa của sợi
(khuyết tật này thường gặp ở các sản phẩm composite với thành phần gia cường là sợi
liên tục hoặc vải với nhựa nền là polyester). Bên cạnh đó, phản ứng đóng rắn của
epoxy ít tạo bọt khí, nên cũng giảm được rất nhiều khuyết tật rỗ trong cũng như rỗ bề
mặt của sản phẩm.
+ Bột titan đioxit là loại bột có cỡ hạt micro, màu sáng trắng, khả năng chịu
mài mòn cao, chịu nhiệt cao. Khi pha trộn bột TiO 2 với nhựa epoxy và sợi thủy tinh
cắt ngắn, đồng thời dưới tác dụng của đúc áp lực thì khả năng điền đầy rất tốt.
+ Việc tạo vật liệu composite lai cốt sợi ngắn với hàm vật liệu gia cường bột
TiO 2 dưới tác dụng của áp lực đúc có ưu điểm: lượng nhựa để hòa trộn tạo vật liệu
composite chỉ cần lấy đúng tỉ lệ như tính toán cho mẫu thử cần chế tạo chứ không cần
phải lấy dư, nên rất tiết kiệm; mật độ sợi phân bố tương đối đồng đều ở toàn bộ thể
tích của mẫu thử.
- Vật liệu composite lai với thành phần 5% bột TiO 2 tạo ra có đặc tính cơ lý
cao hơn so với các loại vật liệu composite lai với hàm lượng 2%, 10% và 15% TiO 2 .

92
- Khả năng chịu mài mòn của vật liệu composite lai có chứa thành phần TiO 2
tốt hơn so với vật liệu composite không có thành phần TiO 2 .
- Hệ số ma sát của vật liệu composite lai (có thành phần TiO 2 ) nhỏ hơn so với
vật liệu composite không lai (không có TiO 2 ), vật liệu composite với thành phần 5%
bột TiO 2 có hệ số ma sát thấp so với các loại composite với thành phần 0% TiO 2 ,2%
TiO 2 , 10% TiO 2 , 15% TiO 2 , đặc biệt khi được bôi trơn bằng dầu.
- Mức độ hấp thụ nước của vật liệu composite lai có chứa thành phần TiO 2 ít
hơn so với vật liệu composite không có TiO 2 .
- Việc chế tạo mẫu trong quá trình thực nghiệm mang tính sản xuất đơn chiếc
và thủ công. Lượng vật liệu cho mỗi lần tạo mẫu thường rất ít, việc cắt sợi thủy tinh,
hòa trộn nhựa với sợi và bột TiO 2 hoàn toàn bằng tay nên trong mẫu thường có nhưng
đột biến về cơ tính mà nguyên nhân chủ yếu là do:
+ Chiều dài sợi thủy tinh không đều.
+ Một số nơi trong mẫu đúc nhựa và sợi chưa thấm.
+ Hỗn hợp vật liệu rãi không đều trong lòng khuôn.
4.2. ĐỀ XUẤT
Từ một số tồn tại trong kết quả thực nghiệm cần phải khắc phục và các yêu cầu
khác đối với sản phẩm composite, mà do điều kiện thời gian và cơ sở vật chất, máy
móc thiết bị không đủ đáp ứng, nên trong nội dung đề tài chưa làm được, tôi có một số
đề xuất như sau:
Cần trang bị máy cắt sợi và máy trộn để đảm bảo sự đồng đều kích thước sợi
cũng như sự hòa trộn đều giữa hỗn hợp nhựa, sợi và bột TiO 2 .
Trong nội dung nghiên cứu với vật liệu composite lai được tạo ra với thành
phần 35% sợi thủy tinh / 60% nhựa epoxy / 5% TiO 2 tạo ra có tính chất cơ lý cao hơn
so với loại vật liệu composite lai còn lại, có thể sử dụng loại này làm bạc đỡ ổ trục, vật
liệu làm vỏ tàu, sử dụng đúc chân vịt cỡ nhỏ.
Tiếp tục ngâm mẫu composite lai được tạo ra trọng nội dung nghiên cứu với
thời gian dài hơn: 3 tháng, 6 tháng, 12 tháng để kiểm tra trương nở.
Cần có đề tài khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu gia cường (bột TiO 2
cỡ hạt nano) đến vật liệu composite lai (sợi thủy tinh cắt ngắn, nền epoxy), để có thể
ứng dụng vật liệu này trong lĩnh vực ma sát, mài mòn chẳng hạn làm bạc đỡ trục chân
vịt.

93
Sản phẩm làm bằng vật liệu composite khi làm việc thực tế ngoài đảm bảo sức
bền còn phải đảm bảo các tác động của yếu tố thời tiết và môi trường như ánh sáng,
nhiệt độ, tạp chất, v.v… vì vậy, cần có đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố thời tiết
và môi trường đến khả năng làm việc của composite, nhằm mục đích tăng tuổi thọ của
sản phẩm, góp phần đưa vật liệu này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và cuộc
sống, nâng cao tính thực tiễn của đề tài.

94
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Đăng Cường (2005), Composite sợi thuỷ tinh và ứng dụng, NXB Khoa
học và kỹ thuật, Hà Nội.
2. Nghiêm Hùng (2002), Vật liệu học cơ sở. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
3. Trần Uyên Ly (2007), Tổng hợp adduct từ cardanol, formalin và deta để đóng
rắn nhựa epoxy, Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh.
4. Phan Quang Nhữ (2010), Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy khảo nghiệm ma sát,
hao mòn, bôi trơn dùng trong ngành kỹ thuật tàu thủy, Luận văn thạc sỹ kỹ
thuật, Đại học Nha Trang.
5. Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức (2002), Vật liệu composite cơ học và
công nghệ. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
6. Trần Ích Thịnh (2007), Vật liệu composite cơ học và tính toán kết cấu. NXB
Giáo dục, Hà Nội.
7. Vũ Phương (2010), Nghiên cứu công nghệ tạo vật liệu composite đảm bảo khả
năng đúc áp lực cánh bơm nước biển, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Nha
Trang.
Tiếng Anh
8. A. Beuker, K. Van Rijwijk, W.D. Brouwer (2001), Application os Natural
Fiber Composites in the Development of Rural Societies, Natural fibre engineer
Delft University of Technology, pp. 14.
9. Deborah D.L.Chung (1994), Carbon Fiber Composites, United States of
America, pp. 201-208.
10. K.J. Wong, S. Zahi, K.O. Low, C.C. Lim (2010) , “Fracture characterisation of
short bamboo fibre reinforced polyester composites”, Materials and Design,

Vol 31, Issue 9, pp. 4147–4154.
95
11. Klaus Friedrich, Stoyko Fakirov, Zhong Zhang (2005), Polymer composite:
From Nano- to Macro-Scale, Springer Science, USA, pp. 55.
12. Klaus Friedrid, Alois K. Schlarb (2008), Tribology of Polymeric
Nanocomposite, No. 55, Elsevier, Amsterdam, The Netherlands.
13. Maries Idicula, Abderrahim Boudenne, L. Umadevi, Laurent Ibos, Yves
Candau, Sabu Thomas (2006) , “Thermophysical properties of natural fibre
reinforced polyester composites”, Composites Science and Technology, Vol
66, Issue 15, pp 2719–2725.
14. Matthew J. Donachie, Jr (2000), Titanium A Technical Guide, Second Edition,
ASM International.
15. Sabu Thomas, Laly Pothan (2008), Natural Fibre Reinforced Polymer
Composites: From Macro to Nanoscale, Old City publishing, Philedaphia,
USA, pp. 315-326.
16. S. Mishra, A.K. Mohanty, L.T. Drzal, M. Misra, S. Parija, S.K. Nayak, S.S.
Tripathy (2003), “Studies on mechanical performance of biofibre/glass
reinforced polyester hybrid composites”, Composites Science and Technology
Vol 63, Issue 10, pp. 1377–1385.
17. S.S. Mahapatra , Amar Patnaik (2009), “Study on mechanical and erosion wear
behavior of hybrid composites using Taguchi experimental design”, Materials
and Design, Vol 30, pp. 2791–2801.
18. S.T.Peters (1998), Handbook of composite, Published by Chapman & Hall, an
imprint of Thomson Science, 2-6 Boundary Row, London SE18HN, UK, pp.
716-717.
19. Subhrajit Ray (5/2009), Processing and characterization of titania filled
epoxy- glass fiber composites, Thesis Master, Department of mechanical
engineer National Institute of Technology Rourkela, India.

96
20. Tarun Aggarwal (2009), Sliding wear behavior of glass fiber reinforced TiO2
filled Epoxy resin composite, Thesis Bachelor, Department of mechanical
engineer National Institute of Technology Rourkela, India.
21. Tensile stress and strain of fiber (Đọc: ngày 22 tháng 9 năm 2010),
http://203.57.155.8/cms/title_Complete-Guide-to-Composites-Part-
1/A_108671/article.html
22. TETA (Đọc: ngày 24 tháng 10 năm 2010) – Thông số kỹ thuật của TETA –
http://www.huntsman.com/performance_products/Media/Triethylene
tetramine_(TETA).pdf
23. Titanium Dioxide – Titania (TiO 2 ) (Đọc: ngày 12 tháng 10 năm 2010),
http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=1179.

97
PHỤ LỤC 1
CHẾ TẠO MẪU THỬ CƠ TÍNH
1. Máy và dụng cụ thiết bị được sử dụng để chế tạo mẫu thử
Để đảm bảo chế tạo mẫu thử đúng yêu cầu kỹ thuật đặt ra, chúng ta cần phải
trang bị tối thiểu một số máy móc, thiết bị chính như Bảng 1. Ngoài ra, còn phải có các
dụng cụ khác như: chậu hoặc gáo nhựa để trộn liệu, cây trộn bằng thép, kéo cắt bavia,
dụng cụ làm sạch, búa và clê để tháo lắp khuôn…
Bảng 1. Máy, thiết bị dùng để chế tạo mẫu thử cơ tính
Stt Máy – Thiết bị Nước SX Hình ảnh
1
Cân điện tử Sartorius
0,001g
Nhật
2 Khuôn đúc áp lực Việt Nam
3 Máy ép thủy lực 10 tấn Việt Nam
4
5
Thước cặp điện tử
0,01mm Absolute
Digimatic 300
Pan me Mitutoyo
0-25 và 25-50 / 0.001
mm
Nhật
Nhật

98
6 Máy mài từ Full Mark Nhật
7 Máy phay UF - 222 Hungary
8
Vật liệu
- Sợi thủy tinh loại E
- Nhựa epoxy
- Bột titan đioxit
- Xúc tác TETA
- Hàn Quốc
- Đài loan
- Australia
- Nhật
2. Khuôn đúc mẫu
Khuôn đúc mẫu có kết cấu và kích thước như bản vẽ thiết kế và được chế tạo
như Hình 2 và 4.
Khuôn trên
Khuôn giữa
Khuôn dưới
Khuôn trong
Hình 1. Bản vẽ chế tạo khuôn đúc mẫu thử kéo, uốn

99
Hình 2. Khuôn đúc mẫu thử kéo, uốn
Hình 3. Bản vẽ chế tạo khuôn đúc mẫu thử nén, va đập
Hình 4. Khuôn đúc mẫu thử nén, va đập

100
Yêu cầu đặt ra đối với khuôn đúc mẫu thử ở đây là:
- Kết cấu phải phù hợp với máy ép thủy lực.
- Chịu được áp lực khi tạo mẫu dưới máy ép.
- Chế tạo chính xác để vật liệu không bị thoát ra trong quá trình ép.
- Tháo lắp dễ dàng để thuận lợi trong việc lấy sản phẩm ra khỏi khuôn.
3. Chế tạo mẫu
3.1. Chế tạo mẫu thử kéo, uốn
3.1.1. Tính khối lượng vật liệu thành phần
Đối với mẫu thử kéo, uốn, để tiết kiệm nguyên công tạo mẫu ta tiến hành phay
khuôn trong (Hình 1) có kích thước đúng tiêu chuẩn ISO: trong đó có 05 mẫu thử kéo
+ 05 mẫu thử uốn. Mặt khác, để đảm bảo tiết kiệm vật liệu cũng nhưa khả năng điền
đầy khuôn ta cho chiều dày tăng lên 1,2 lần, lượng dư sẽ được gia công mài lại. Lượng
epoxy được cộng thêm 1% do co ngót. Khối lượng vật liệu thành phần được tính cụ
thể như Bảng 2.
Bảng 2. Khối lượng vật liệu thành phần khi đúc mẫu thử kéo – uốn
Loại mẫu
Tỉ trọng
Thể
tích
tấm
mẫu
kéo +
uốn
Khối
lượng
tấm
mẫu
kéo +
uốn
Khối
lượng
sợi
thủy
tinh
Khối
lượng
epoxy
Khối
lượng
bột
TiO 2
Khối
lượng
TETA
γ c (g/cm 3 ) V(cm 3 ) m(g) m s (g) m E (g) m Ti (g) m T (g)
40% sợi/60%E128S/
0% TiO 2 /10%TETA
38% sợi/60%E128S/
2%TiO 2 /10%TETA
35% sợi/60%E128S/
5%TiO 2 /10%TETA
30% sợi/60%E128S/
10%TiO 2 /10%TETA
25% sợi/60%E128S/
15%TiO 2 /10%TETA
1,47 91,2 134,52 81,52 53,81 - 8,152
1,48 91,2 135,14 81,89 51,35 2,70 8,189
1,49 91,2 135,89 82,35 47,56 6,79 8,235
1,51 91,2 137,71 83,45 41,31 13,77 8,345
1,53 91,2 139,54 84,56 34,88 20,93 8,456
Ghi chú: Các giá trị trong Bảng 2 được tính như sau:

101
- V = V uốn + V kéo = (15x2x0,4x1,2x5) + (8x1x0,4x1,2x5) = 91,2 (cm 3 )
- m = V x γ C
- m S = % sợi x m
- m E = % epoxy x m + m E ’
- m E ’ = 1% (% epoxy x m)
- m Ti = % TiO 2 x m
- m T = 10% x m E
3.1.2. Quy trình chế tạo mẫu thử kéo, uốn
Nguyên công 1: Lắp ráp khuôn đúc áp lực
Bước 1: Lắp ráp khuôn theo trình tự (Hình 5).
Bước 2: Bôi sáp chống dính (loại 8 Maximum Mold Release Wax) vào
tất cả các mặt trong lòng khuôn.
Hình 5. Lắp ráp khuôn đúc mẫu thử kéo – uốn
Nguyên công 2: Trộn vật liệu
Bước 1: Cân chính xác khối lượng vật liệu thành phần
Bước 2: Trộn đều nhựa epoxy với xúc tác TETA.
Bước 3: Trộn đều hỗn hợp nhựa, xúc tác với sợi thủy tinh.
Bước 4: Trộn đều hỗn hợp nhựa, xúc tác, sợi thủy tinh với bột TiO 2 .
Chú ý: Thời gian thực hiện Bước 2, 3 và 4 cho phép trong khoảng 12 phút.
Nguyên công 3: Ép mẫu
Bước 1: Đổ hỗn hợp nhựa, xúc tác, sợi thủy tinh và bột TiO 2 vào khuôn
đúc; sau đó dùng cây gạt dàn đều hỗn hợp trong lòng khuôn.

102
Bước 2: Đóng nắp khuôn và đưa khuôn lên máy ép thủy lực (Hình 6).
Bước 3: Khởi động máy ép và chỉnh đến áp lực 3 kg/cm 2 . Lực ép được
duy trì liên tục trong thời gian 50 phút.
Hình 6. Ép mẫu
Nguyên công 4: Tháo khuôn lấy sản phẩm
Bước 1: Lấy khuôn đúc ra khỏi máy ép sau khi ép 50 phút.
Bước 2: Sau 145 phút, tính từ khi hòa trộn vật liệu, composite đóng rắn
hoàn toàn, tiến hành tháo rỡ khuôn để lấy tấm mẫu ra.
Nguyên công 5: Gia công chính xác kích thước mẫu, lấy tấm khuôn trong ra gá
lên máy mài từ, sau đó tiến hành mài theo đúng chiều dày của tấm 4 mm là đạt.
Hình 7. Kích thước mẫu thử kéo - ISO R527

103
3.2. Chế tạo mẫu thử nén, va đập
3.2.1. Tính khối lượng vật liệu thành phần
Hình 8. Kích thước mẫu thử uốn - ISO 178
Để đảm bảo độ chính xác hơn, nên ta tăng chiều dày tấm mẫu lên 1,6 lần. Khối
lượng vật liệu thành phần được tính cụ thể như Bảng 3.
Bảng 3. Khối lượng vật liệu thành phần khi đúc mẫu thử nén, va đập
Loại mẫu
Tỉ trọng
Thể
tích
tấm
mẫu
Khối
lượng
tấm
mẫu
Khối
lượng
sợi
thủy
tinh
Khối
lượng
epoxy
Khối
lượng
bột
TiO 2
Khối
lượng
TETA
γ c (g/cm 3 ) V(cm 3 ) m(g) m s (g) m E (g) m Ti (g) m T (g)
40% sợi/60%E128S/
10%TETA
1,47 89,6 132,16 80,09 52,86 - 8,01
38% sợi/60%E128S/
2%TiO 2 /10%TETA
1,48 89,6 132,77 80,46 50,45 2,66 8,05
35% sợi/60%E128S/
5%TiO 2 /10%TETA
1,49 89,6 133,69 81,02 46,79 6,68 8,10
30% sợi/60%E128S/
10%TiO 2 /10%TETA
1,51 89,6 135,3 81,97 40,58 13,53 8,20
25% sợi/60%E128S/
15%TiO 2 /10%TETA
1,53 89,6 136,9 82,95 34,22 20,53 8,29
3.2.2. Quy trình chế tạo mẫu thử nén, va đập
Quy trình đúc mẫu thử nén, va đập bao gồm các nguyên công và các bước hoàn
toàn giống như quy trình đúc mẫu thử kéo, uốn:
Nguyên công 1: Lắp ráp khuôn đúc áp lực

104
Bước 1: Lắp ráp khuôn theo trình tự (Hình 9).
Bước 2: Bôi sáp chống dính vào tất cả các mặt trong lòng khuôn.
Hình 9. Lắp ráp khuôn đúc mẫu thử nén, va đập
Nguyên công 2: Trộn vật liệu
Bước 1: Cân khối lượng vật liệu thành phần.
Bước 2: Trộn đều nhựa epoxy với xúc tác TETA.
Bước 3: Trộn đều hỗn hợp nhựa, xúc tác với sợi.
Bước 4: Trộn đều hỗn hợp nhựa, xúc tác, sợi với bột TiO 2 .
Nguyên công 3: Ép mẫu
Bước 1: Đổ hỗn hợp vào khuôn đúc và dàn đều trong lòng khuôn.
Bước 2: Đóng nắp khuôn và đưa khuôn lên máy ép thủy lực.
Bước 3: Khởi động máy ép và chỉnh đến áp lực 3 kg/cm 2 . Duy trì lực ép
liên tục trong thời gian 50 phút.
Nguyên công 4: Tháo khuôn lấy sản phẩm
Bước 1: Lấy khuôn đúc ra khỏi máy ép sau thời gian 50 phút.
Bước 2: Sau 145 phút, tháo rỡ khuôn để lấy tấm mẫu ra.
Nguyên công 5: Gia công chính xác kích thước mẫu
Bước 1: Mài tấm mẫu trên máy mài từ đạt chiều dày 10 mm.
Bước 2: Lấy dấu, có để lượng dư gia công và cưa tấm mẫu để được các
phôi mẫu:
- Phôi mẫu thử nén: KT 70 x 15 x 10
- Phôi mẫu thử va đập: KT 60 x 15 x 10

105
Bước 3: Gá lắp phôi mẫu trên máy phay và tiến hành phay chính xác
kích thước theo tiêu chuẩn ISO (Hình 10, 11).
Hình 10. Kích thước mẫu thử nén - ISO 604
Hình 11. Kích thước mẫu thử va đập - ISO 179
Hình 12. Toàn bộ mẫu được chế tạo trước khi thử cơ tính

106
PHỤ LỤC 2
KIỂM TRA ĐỘ HẤP THỤ NƯỚC CỦA COMPOSITE
Đánh giá độ hấp thụ nước của vật liệu composite dựa trên tiêu chuẩn ASTM
D570 - ISO 62.
QUY TRÌNH KIỂM TRA
1. Chuẩn bị mẫu kiểm tra
1.1. Thiết bị
Bảng 1. Thiết bị dùng để kiểm tra độ hấp thụ nước của composite
Stt
Thiết bị
Nước
SX
Hình ảnh
1
Cân điện tử
Sartorius 0,001g
Nhật
2
Thước cặp điện tử
0,01mm Absolute
Digimatic 300
Nhật
3
Pan me Mitutoyo
0-25 và 25-50 /
0.001 mm
Nhật
4
Tủ sấy
NABERTHERM
B150
Đức

107
5
Bình nước cất
ngâm mẫu
1.2. Chế tạo mẫu
- Composite để chế tạo mẫu thử độ hấp thụ nước là C 35/60/5.
- Quy trình đúc mẫu và chế tạo mẫu tương tự như quy trình chế tạo mẫu thử cơ
tính được trình bày ở PHỤ LỤC 1. Tuy nhiên, để đảm bảo đúng kích thước ta tiến
hành phay khuôn theo kích thước mầu (Hình 1).
Hình 1. Khuôn đúc mẫu thử độ hấp thụ nước
- Mẫu được làm theo tiêu chuẩn thử D647, mẫu có dạng đĩa tròn đường kính
50,8 mm, chiều dày 3,2 mm (Hình 2).
- Số mẫu cần kiểm tra: 03 mẫu.
C 35/60/5 - 3 C 35/60/5 - 1
C 35/60/5 - 2
Hình 2. Mẫu thử độ hấp thụ nước

108
Chú ý: Sau khi chế tạo xong mẫu, nếu có bất kỳ vết dầu nào trên bề mặt mẫu, ta
rửa mẫu bằng tấm vải len thấm ướt xăng để loại bỏ hết vết dầu và lau lại bằng vải len
khô. Để đứng trong không khí 2 giờ cho bay hơi hết xăng.
2. Tiến hành kiểm tra
2.1. Sấy mẫu
- Mẫu được sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 110 o C trong thời gian 1 giờ.
- Lấy mẫu ra khỏi tủ sấy, để nguội và cân ngay trọng lượng; ta có giá trị trọng
lượng ban đầu P o . Làm như vậy với 2 mẫu còn lại.
2.2. Nhúng mẫu trong nước cất
Tiến hành nhúng mẫu trong 1 bình nước cất: Một cạnh của mẫu phải được tựa
vào thành bình (Hình 3) trong thời gian 24 h, ở nhiệt độ phòng.
Hình 3. Ngâm mẫu trong nước cất
2.3. Sau khi đã ngâm đủ thời gian quy định
- Lấy mẫu ra dốc cho hết nước, lau khô và sạch bằng vải len.
- Đem cân ngay và ghi lại giá trị.
- Lặp lại 2.2 cho tới khi giữa 2 lần cân giá trị của mẫu không thay đổi thì dừng
lại, lúc này mẫu đã hút nước tới bão hòa.

2.4. Kết quả kiểm tra
109
Bảng 2. Trọng lượng mẫu sau thời gian ngâm nước (t 0 phòng = 27 0 C)
Mẫu
Kích thước
Trọng
lượng
khô
Trọng
lượng
sau khi
ngâm
24 giờ
Trọng
lượng
sau khi
ngâm
48 giờ
Trọng
lượng
sau khi
ngâm
72 giờ
Trọng
lượng
sau khi
ngâm
96 giờ
C 35/60/5-1
C 35/60/5-2
(mm) (g) (g) (g) (%) (%)
Ø50,813 X
3,209
48 9,434 9,450 9,450 9,450
Ø50,813 X
3,213
48 9,457 9,472 9,472 9,472
C 35/60/5-3 Ø50,813 X 3,22 48 9,575 9,589 9,589 9,589
Bảng 3. Kích thước mẫu sau thời gian ngâm nước (t 0 phòng = 27 0 C)
Mẫu
Kích thước mẫu
khô
Kích thước sau
khi ngâm
1080 giờ
Phần trăm tăng
trọng lượng
(mm) (mm) (%)
C 35/60/5-1 Ø50,813 X 3,209 Ø50,813 X 3,209 0
C 35/60/5-2 Ø50,813 X 3,213 Ø50,813 X 3,213 0
C 35/60/5-3 Ø50,813 X 3,22 Ø50,813 X 3,22 0
Trung bình Ø50,813 X 3,215 Ø50,813 X 3,216 0
3. Tính toán
Giá trị cần tính là phần trăm tăng trọng lượng, được tính theo công thức:
%P = (P ướt – P 0 ) / P 0
Trong đó:
P ướt
P 0
- Trọng lượng của mẫu khi hút nước tới bão hòa.
- Trọng lượng khô ban đầu của mẫu.
4. Đánh giá
Theo tiêu chuẩn ASTM D570, mẫu đạt tiêu chuẩn về hấp thụ nước khi phần
trăm tăng trọng lượng %P ≤ 1%.

110
PHỤ LỤC 3
QUY TRÌNH
1. Chuẩn bị thiết bị
Bảng 1. Thiết bị dùng để kiểm tra trạng thái ma sát và mài mòn
Stt
Thiết bị
Nước
SX
Hình ảnh
1
Máy đo mài mòn
TABER 5131
ABRASER
Mỹ
2
Cân điện tử
Sartorius 0,001g
Nhật
3
Máy phay UF -
222
Hungary
4
Máy kiểm tra ma
sát
Việt
Nam
5
Thước cặp điện
tử 0,01mm
Absolute
Digimatic 300
Nhật

111
6
Máy mài từ Full
Mark
Nhật
7 Máy tiện đa năng
Đài
Loan
2. Quy trình kiểm tra trạng thái ma sát
- Chuẩn bị mẫu thử (theo tiêu chuẩn mẫu thử nghiệm mẫu trên máy thử
nghiệm ma sát MS- TS2)
Hình 1. Đĩa thử quay (số 1) Hình 2. Mẫu thử hình chữ nhật (số 2)
- Gá lắp mẫu thử
Hình 3. Bộ phận gá mẫu thử

112
+ Mẫu thử (số 2) được thiết kế lắp chặt với nòng gá mẫu bằng mối ghép then
được vặn chặt bằng bu lông. Để lắp mẫu thử (số 2) vào nòng gá mẫu ta tiến hành quay
tay quay ngược chiều kim đồng hồ để nòng gá mẫu (số 2) tiến hết hành trình về phía
trên rồi lắp mẫu (số 2) vào nòng gá mẫu.
+ Mẫu thử (số 1) được thiết kế lắp chặt với đầu trục chính bằng mối ghép ren.
Để lắp mẫu thử (số 1) vào đầu trục chính ta tiến hành vặn mẫu (số 1) cùng chiều kim
đồng hồ, vặn ngược chiều kim đồng hồ để tháo mẫu (số 1) ra khỏi đầu trục chính .
- Kết nối PC với máy thử ma sát
+ Mở cầu dao điện nguồn.
+ Khởi động PC.
+ Kết nối Wireless PC với máy thử ma sát qua cổng USB.
- Khởi động chương trình điều khiển
Hình 4. Màn hình PC (Desktop)
- Nhập các thông số điều khiển máy thử ma sát
Hình 5. Giao diện điều khiển

113
+ Nhập giá trị vận tốc trượt vào ô thiết lập vận tốc trượt, rồi nhấn nút thiết lập.
+ Nhập giá trị nhiệt độ vật liệu bôi trơn vào ô thiết lập nhiệt độ vật liệu bôi trơn,
rồi nhấn nút thiết lập.
+ Để nhập giá trị tải trọng, ta tiến hành quay tay quay ở bộ phận gá mẫu thử
(số 2) cùng chiều kim đồng hồ sao cho mẫu thử (số 2) tiếp xúc với mẫu thử (số 1).
Quan sát ô tải tác dụng ở dao diện điều khiển, dừng quay khi giá trị tải tác dụng cần
khảo sát.
- Ghi và lưu giữ số liệu
Khi dừng chương trình, số liệu sẽ tự lưu vào bảng Excel.
Giao diện kết quả đo hệ số ma sát của các mẫu trên thiết bị kiểm tra ma sát:
Kết quả kiểm tra ma sát khô với 0% TiO 2 Kết quả kiểm tra ma sát khô với 2% TiO 2
Kết quả kiểm tra ma sát khô với 5% TiO 2 Kết quả kiểm tra ma sát khô với 10% TiO 2

114
Kết quả kiểm tra ma sát khô với 15% TiO 2 Kết quả kiểm tra ma sát ướt với 0% TiO 2
Kết quả kiểm tra ma sát ướt với 2% TiO 2 Kết quả kiểm tra ma sát ướt với 5% TiO 2
Kết quả kiểm tra ma sát ướt với 10% TiO 2 Kết quả kiểm tra ma sát ướt với 15% TiO 2

115
Bảng 2. Kết quả kiểm tra hệ số ma sát ướt của vật liệu composite lai
Áp lực
Hệ số ma sát ướt (có bôi trơn) với 0% TiO 2
P (N) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Trung bình
2,38 1,3255 1,1853 1,3535 1,6435 0,9873 1,3135 1,3014
3,57 0,9913 0,9832 0,9755 1,1324 0,9145 0,9493 0,9910
4,998 0,9511 0,9648 0,9336 0,9643 0,6446 0,8757 0,8890
6,188 0,5706 0,6986 0,6211 0,7243 0,5706 0,6986 0,6473
7,14 0,4977 0,5769 0,5928 0,6928 0,3998 0,5977 0,5596
7,854 0,4741 0,4997 0,5125 0,5897 0,3061 0,5535 0,4893
8,33 0,4258 0,4613 0,4898 0,5255 0,3557 0,5341 0,4654
8,806 0,3967 0,4067 0,4032 0,5035 0,3221 0,4967 0,4215
9,044 0,3658 0,3868 0,3891 0,4899 0,3032 0,4644 0,3999
9,282 0,3242 0,3545 0,3127 0,4240 0,2952 0,4057 0,3527
9,52 0,2824 0,3077 0,3176 0,4023 0,2802 0,3857 0,3293
9,996 0,2658 0,2985 0,2985 0,3621 0,2699 0,3545 0,3082
10,472 0,2758 0,2888 0,2453 0,3123 0,2643 0,2985 0,2808
10,71 0,2551 0,2676 0,2555 0,2788 0,2315 0,2500 0,2564
10,948 0,2371 0,2437 0,2382 0,2825 0,2379 0,2646 0,2507
11,186 0,2171 0,2511 0,2432 0,2664 0,2481 0,2809 0,2511
11,424 0,1985 0,2411 0,2511 0,2676 0,2345 0,2535 0,2410
11,662 0,1732 0,2457 0,2499 0,2543 0,2422 0,2484 0,2356
11,9 0,1888 0,2234 0,2275 0,2258 0,2386 0,2321 0,2227
12,138 0,2240 0,2311 0,2179 0,2336 0,2672 0,2428 0,2361
Áp lực
Hệ số ma sát ướt (có bôi trơn) với 2% TiO 2
P (N) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Trung bình
2,38 1,86782 1,65378 1,78213 1,56478 1,67935 1,31345 1,64355
3,57 0,82465 0,82455 0,94650 0,98599 0,94650 0,61625 0,85741
4,998 0,47910 0,46741 0,54191 0,60321 0,69103 0,45663 0,53988
6,188 0,41321 0,40465 0,39677 0,50558 0,45324 0,29955 0,41217
7,14 0,38546 0,35354 0,37454 0,41566 0,48577 0,20344 0,36973
7,854 0,32143 0,30456 0,32324 0,37535 0,48922 0,17607 0,33165
8,33 0,26345 0,24557 0,30043 0,31343 0,37868 0,16170 0,27721
8,806 0,20888 0,21125 0,22145 0,28880 0,28798 0,14265 0,22684
9,044 0,19325 0,19659 0,19146 0,21455 0,25439 0,12803 0,19638
9,282 0,18785 0,18787 0,17135 0,19847 0,21434 0,13453 0,18240
9,52 0,18134 0,18565 0,16354 0,18566 0,19877 0,11234 0,17122
9,996 0,17966 0,18432 0,15337 0,16637 0,18966 0,11233 0,16429
10,472 0,16325 0,16125 0,16325 0,16566 0,16325 0,13246 0,15818
10,71 0,16303 0,16057 0,16817 0,16317 0,15238 0,11897 0,15438
10,948 0,15431 0,15588 0,15445 0,16567 0,15032 0,10343 0,14734

116
11,186 0,14986 0,14568 0,14339 0,13254 0,14489 0,11343 0,13830
11,424 0,13657 0,13453 0,11564 0,13004 0,13785 0,11676 0,12856
11,662 0,13200 0,13124 0,13782 0,12998 0,12898 0,09674 0,12613
11,9 0,12476 0,12572 0,12125 0,12145 0,12195 0,09944 0,11910
12,138 0,12946 0,12243 0,11143 0,11946 0,11044 0,10733 0,11676
Áp lực
Hệ số ma sát ướt (có bôi trơn) với 5% TiO 2
P (N) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Trung bình
2,38 1,84874 1,22271 1,87395 1,71131 1,45327 1,53131 1,60688
3,57 0,76297 0,64005 0,78719 0,69391 0,65194 0,69391 0,70500
4,998 0,39616 0,37349 0,43613 0,41454 0,38576 0,39666 0,40045
6,188 0,24418 0,31453 0,25744 0,32435 0,32546 0,35769 0,30394
7,14 0,21198 0,24356 0,22198 0,26465 0,25457 0,26756 0,24405
7,854 0,17455 0,17343 0,18125 0,19468 0,18897 0,19734 0,18504
8,33 0,15657 0,14553 0,14457 0,17375 0,15528 0,17599 0,15861
8,806 0,14899 0,12155 0,13122 0,16455 0,13757 0,13215 0,13934
9,044 0,11133 0,10059 0,12681 0,15676 0,11343 0,12143 0,12173
9,282 0,10852 0,09783 0,11409 0,13866 0,10651 0,11651 0,11369
9,52 0,10729 0,09353 0,10217 0,12874 0,09896 0,10990 0,10677
9,996 0,10447 0,09150 0,10144 0,11877 0,09734 0,09893 0,10208
10,472 0,09896 0,08745 0,09779 0,10134 0,09017 0,09532 0,09517
10,71 0,09243 0,08233 0,09234 0,09855 0,08823 0,09127 0,09086
10,948 0,08799 0,07801 0,08658 0,09543 0,08671 0,08689 0,08694
11,186 0,08231 0,07673 0,08212 0,09231 0,08055 0,08555 0,08326
11,424 0,08024 0,08012 0,08024 0,08785 0,07855 0,08215 0,08152
11,662 0,08012 0,07846 0,07892 0,08354 0,07755 0,08095 0,07992
11,9 0,07957 0,06864 0,07655 0,08124 0,07456 0,07854 0,07652
12,138 0,07904 0,06092 0,07231 0,08013 0,07126 0,07302 0,07278
Áp lực
Hệ số ma sát ướt (có bôi trơn) với 10% TiO 2
P (N) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Trung bình
2,38 1,33107 1,13067 1,42143 1,38552 1,24549 1,46576 1,32999
3,57 0,95564 0,64333 0,66442 0,75466 0,77568 0,75647 0,75837
4,998 0,44916 0,44567 0,49876 0,51344 0,49679 0,59446 0,49971
6,188 0,32232 0,41454 0,45468 0,40673 0,43223 0,46568 0,41603
7,14 0,27567 0,25677 0,25694 0,36748 0,38678 0,34688 0,31508
7,854 0,21458 0,20134 0,25564 0,31532 0,32932 0,29453 0,26846
8,33 0,18326 0,19458 0,24341 0,25643 0,28687 0,26456 0,23819
8,806 0,17363 0,18810 0,20565 0,21456 0,25636 0,25648 0,21580
9,044 0,17023 0,18554 0,19535 0,21030 0,24245 0,22420 0,20468
9,282 0,16496 0,17989 0,18784 0,19575 0,23568 0,21888 0,19717
9,52 0,14787 0,17323 0,17980 0,18987 0,21652 0,20872 0,18600

117
9,996 0,13100 0,17659 0,16679 0,18005 0,20454 0,19677 0,17596
10,472 0,13301 0,17454 0,15878 0,17749 0,19677 0,18777 0,17139
10,71 0,10760 0,16898 0,14977 0,15986 0,18595 0,17676 0,15815
10,948 0,11545 0,16232 0,13632 0,15323 0,17785 0,16321 0,15140
11,186 0,10760 0,15345 0,12676 0,14323 0,16230 0,15673 0,14168
11,424 0,11463 0,14987 0,11987 0,13429 0,15292 0,14246 0,13567
11,662 0,11454 0,14755 0,11045 0,12823 0,13182 0,14356 0,12936
11,9 0,10344 0,14213 0,12345 0,12688 0,12168 0,12168 0,12321
12,138 0,11343 0,14282 0,12153 0,12589 0,12090 0,11841 0,12383
Áp lực
Hệ số ma sát ướt (có bôi trơn) với 15% TiO 2
P (N) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Trung bình
2,38 1,58463 1,89453 1,45346 1,46339 1,67535 1,53458 1,60099
3,57 0,95465 1,32053 1,05435 0,11565 1,12345 0,91232 0,91349
4,998 0,74635 0,95429 0,82345 0,88985 0,86346 0,79844 0,84597
6,188 0,44929 0,64668 0,65468 0,58343 0,57235 0,67582 0,59704
7,14 0,43268 0,43453 0,58744 0,53679 0,52356 0,58945 0,51741
7,854 0,34115 0,34535 0,44224 0,46679 0,48345 0,48522 0,42737
8,33 0,27568 0,32565 0,39457 0,42096 0,43154 0,43769 0,38101
8,806 0,21703 0,30122 0,31455 0,38769 0,38567 0,39764 0,33397
9,044 0,20224 0,28898 0,30346 0,32459 0,33680 0,36354 0,30327
9,282 0,21565 0,26565 0,29874 0,30127 0,29987 0,32143 0,28377
9,52 0,19688 0,24760 0,26547 0,28796 0,28735 0,29565 0,26348
9,996 0,18452 0,25078 0,24328 0,25648 0,25498 0,25322 0,24054
10,472 0,17547 0,23345 0,22145 0,23522 0,22104 0,22386 0,21842
10,71 0,16629 0,22948 0,20134 0,20105 0,20078 0,20194 0,20015
10,948 0,16897 0,21546 0,19863 0,19844 0,19794 0,19844 0,19631
11,186 0,15969 0,19428 0,18957 0,18795 0,18785 0,18555 0,18415
11,424 0,15345 0,19112 0,17932 0,17657 0,16810 0,17094 0,17325
11,662 0,14590 0,18023 0,17090 0,16588 0,16232 0,16547 0,16511
11,9 0,13868 0,17959 0,16547 0,15453 0,15123 0,14988 0,15656
12,138 0,12896 0,14979 0,15234 0,14514 0,13466 0,13557 0,14108
Bảng 3. Kết quả kiểm tra hệ số ma sát khô của vật liệu composite lai
Áp lực Hệ số ma sát khô (khi không có bôi trơn) với 0% TiO 2
P (N) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Trung bình
2,38 0,92317 0,91703 0,99040 0,99345 0,99453 0,99454 0,96885
3,57 0,87162 0,97692 0,97245 0,96839 0,94752 0,96643 0,95056
4,998 0,75309 0,97389 0,57296 0,72629 0,77253 0,57395 0,72879
6,188 0,53322 0,51626 0,48908 0,58603 0,36567 0,34545 0,47262
7,14 0,46769 0,41267 0,42432 0,45346 0,29679 0,23896 0,38231
7,854 0,39107 0,40234 0,38803 0,45346 0,27877 0,25466 0,36139
8,33 0,36757 0,40424 0,32878 0,45693 0,23343 0,21344 0,33407

118
8,806 0,32219 0,39548 0,30568 0,40031 0,19856 0,20676 0,30483
9,044 0,30247 0,34751 0,33379 0,40238 0,18747 0,22343 0,29951
9,282 0,32123 0,32992 0,31689 0,40674 0,22334 0,19246 0,29843
9,52 0,35902 0,42092 0,46218 0,41679 0,21565 0,22345 0,34967
9,996 0,33687 0,43044 0,44542 0,38927 0,26723 0,25078 0,35334
10,472 0,29330 0,40124 0,42972 0,40243 0,20463 0,21457 0,32431
10,71 0,30323 0,40252 0,41083 0,40757 0,20964 0,21452 0,32472
10,948 0,33019 0,40564 0,44309 0,40845 0,18423 0,19356 0,32753
11,186 0,34085 0,37362 0,43340 0,41234 0,26946 0,24557 0,34587
11,424 0,28371 0,35822 0,42413 0,37563 0,30242 0,28857 0,33878
11,662 0,31041 0,39049 0,42899 0,35474 0,31286 0,30167 0,34986
11,9 0,36958 0,38499 0,41729 0,35620 0,35096 0,33629 0,36922
12,138 0,39862 0,42901 0,38825 0,38024 0,37062 0,36565 0,38873
Áp lực Hệ số ma sát khô (khi không có bôi trơn) với 2% TiO 2
P (N) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Trung bình
2,38 0,76432 0,87545 0,65463 0,87545 0,90970 0,76855 0,80802
3,57 0,60212 0,43654 0,37056 0,47162 0,61074 0,48688 0,49641
4,998 0,43532 0,30135 0,20961 0,32606 0,46181 0,35654 0,34845
6,188 0,38985 0,14317 0,17567 0,25452 0,39069 0,23454 0,26474
7,14 0,36435 0,13205 0,15115 0,22009 0,30305 0,20445 0,22919
7,854 0,30305 0,18795 0,15764 0,22926 0,30305 0,19716 0,22969
8,33 0,25872 0,21829 0,16564 0,21557 0,25872 0,18455 0,21691
8,806 0,33625 0,20739 0,17831 0,23434 0,26492 0,17778 0,23317
9,044 0,42524 0,20119 0,19991 0,22355 0,28769 0,16370 0,25021
9,282 0,38983 0,25840 0,21435 0,24566 0,29676 0,20771 0,26878
9,52 0,38791 0,29719 0,24566 0,21557 0,27565 0,25645 0,27974
9,996 0,35343 0,31030 0,21435 0,21335 0,23547 0,21787 0,25746
10,472 0,36234 0,27625 0,19777 0,24134 0,20786 0,20546 0,24850
10,71 0,37632 0,29671 0,23455 0,27655 0,23456 0,23235 0,27518
10,948 0,32566 0,30325 0,24547 0,29457 0,25465 0,24868 0,27871
11,186 0,30421 0,27631 0,27884 0,32455 0,29677 0,26547 0,29103
11,424 0,31233 0,27987 0,29455 0,29676 0,31455 0,28939 0,29791
11,662 0,33568 0,32213 0,27856 0,30763 0,28875 0,27678 0,30159
11,9 0,34455 0,34409 0,31344 0,33545 0,32134 0,32565 0,33076
12,138 0,36732 0,36324 0,33426 0,35652 0,34234 0,34352 0,35120
Áp lực Hệ số ma sát khô (khi không có bôi trơn) với 5% TiO 2
P (N) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Trung bình
2,38 0,76432 0,87545 0,65463 0,87545 0,90970 0,76855 0,80802
3,57 0,60212 0,43654 0,37056 0,47162 0,61074 0,48688 0,49641
4,998 0,43532 0,30135 0,20961 0,32606 0,46181 0,35654 0,34845

119
6,188 0,38985 0,14317 0,17567 0,25452 0,39069 0,23454 0,26474
7,14 0,36435 0,13205 0,15115 0,22009 0,30305 0,20445 0,22919
7,854 0,30305 0,18795 0,15764 0,22926 0,30305 0,19716 0,22969
8,33 0,25872 0,21829 0,16564 0,21557 0,25872 0,18455 0,21691
8,806 0,33625 0,20739 0,17831 0,23434 0,26492 0,17778 0,23317
9,044 0,42524 0,20119 0,19991 0,22355 0,28769 0,16370 0,25021
9,282 0,38983 0,25840 0,21435 0,24566 0,29676 0,20771 0,26878
9,52 0,38791 0,29719 0,24566 0,21557 0,27565 0,25645 0,27974
9,996 0,35343 0,31030 0,21435 0,21335 0,23547 0,21787 0,25746
10,472 0,36234 0,27625 0,19777 0,24134 0,20786 0,20546 0,24850
10,71 0,37632 0,29671 0,23455 0,27655 0,23456 0,23235 0,27518
10,948 0,32566 0,30325 0,24547 0,29457 0,25465 0,24868 0,27871
11,186 0,30421 0,27631 0,27884 0,32455 0,29677 0,26547 0,29103
11,424 0,31233 0,27987 0,29455 0,29676 0,31455 0,28939 0,29791
11,662 0,33568 0,32213 0,27856 0,30763 0,28875 0,27678 0,30159
11,9 0,34455 0,34409 0,31344 0,33545 0,32134 0,32565 0,33076
12,138 0,36732 0,36324 0,33426 0,35652 0,34234 0,34352 0,35120
Áp lực Hệ số ma sát khô (khi không có bôi trơn) với 10% TiO 2
P (N) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Trung bình
2,38 0,82247 0,83412 0,83412 0,73363 0,87634 0,90678 0,83458
3,57 0,70368 0,71232 0,71232 0,63312 0,69736 0,83209 0,71515
4,998 0,57414 0,62701 0,62701 0,62701 0,64434 0,77877 0,64638
6,188 0,53437 0,54651 0,54651 0,41922 0,57675 0,67217 0,54926
7,14 0,44018 0,47428 0,47428 0,40134 0,44343 0,54434 0,46298
7,854 0,44659 0,44659 0,44659 0,39676 0,41234 0,45344 0,43372
8,33 0,43408 0,45069 0,42141 0,37788 0,40679 0,44357 0,42240
8,806 0,43889 0,48899 0,45529 0,35544 0,37655 0,39457 0,41829
9,044 0,42981 0,48118 0,48118 0,36411 0,36139 0,38981 0,41791
9,282 0,38436 0,43635 0,41246 0,32246 0,33567 0,36735 0,37644
9,52 0,33839 0,41839 0,42854 0,34234 0,34484 0,32334 0,36597
9,996 0,35184 0,37684 0,38388 0,37684 0,38388 0,35324 0,37109
10,472 0,34446 0,35456 0,39642 0,37964 0,39643 0,37457 0,37435
10,71 0,37170 0,37250 0,36250 0,36250 0,34343 0,33250 0,35753
10,948 0,31344 0,33134 0,30243 0,32102 0,35668 0,37610 0,33350
11,186 0,29890 0,29972 0,32778 0,34731 0,36731 0,38678 0,33797
11,424 0,32457 0,32877 0,33877 0,35438 0,36444 0,38798 0,34982
11,662 0,35676 0,34328 0,35566 0,36557 0,37877 0,39677 0,36613
11,9 0,37575 0,35346 0,36457 0,38433 0,35223 0,36457 0,36582
12,138 0,38207 0,36880 0,34123 0,39542 0,37986 0,38129 0,37478

120
Áp lực Hệ số ma sát khô (khi không có bôi trơn) với 15% TiO 2
P (N) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Trung bình
2,38 0,98008 1,32557 1,36741 1,13478 1,43432 1,53367 1,29597
3,57 0,70368 1,10904 0,95955 0,80849 1,11451 0,98655 0,94697
4,998 0,64542 0,76785 0,74860 0,75465 0,86768 0,85678 0,77349
6,188 0,53489 0,43952 0,60557 0,63473 0,57684 0,64532 0,57281
7,14 0,44018 0,30079 0,43284 0,61353 0,53535 0,62214 0,49080
7,854 0,40122 0,26677 0,43048 0,59456 0,52155 0,60565 0,47004
8,33 0,35657 0,24794 0,39346 0,53223 0,49789 0,59679 0,43748
8,806 0,30385 0,24998 0,39738 0,53225 0,47546 0,54522 0,41736
9,044 0,28576 0,26520 0,36580 0,48346 0,44565 0,49566 0,39025
9,282 0,26914 0,29657 0,34988 0,44678 0,41234 0,44568 0,37007
9,52 0,29299 0,25585 0,33839 0,39343 0,38564 0,40565 0,34533
9,996 0,27698 0,21709 0,32655 0,37546 0,37123 0,38798 0,32588
10,472 0,26790 0,23457 0,30246 0,38564 0,38456 0,38980 0,32749
10,71 0,28657 0,27658 0,28868 0,39345 0,39754 0,39567 0,33975
10,948 0,27346 0,29757 0,27231 0,40345 0,41766 0,41065 0,34585
11,186 0,29679 0,21521 0,25974 0,42436 0,42679 0,39847 0,33689
11,424 0,30676 0,19774 0,24072 0,43252 0,38954 0,38234 0,32494
11,662 0,31437 0,24379 0,25454 0,41546 0,37346 0,37576 0,32956
11,9 0,33277 0,26579 0,27332 0,37546 0,35782 0,35565 0,32680
12,138 0,34818 0,30469 0,29655 0,32145 0,32560 0,34235 0,32314
3. Quy trình kiểm tra mài mòn
- Chuẩn bị mẫu thử
Hình 6. Mẫu thử mài mòn
- Thao tác vận hành máy kiểm tra mài mòn
Bước 1: Nhấn nút on để bật công tắc nguồn
Bước 2: Lắp bánh mài

121
Bước 3: Cài đặt lực hút chân không (theo quy định nhà chế tạo lực hút này nằm
trong khoảng 50÷100%), thông thường giá trị chọn để kiểm tra là 70%. Sau khi nhập
số liệu xong ta nhấn nút enter trên bảng điều khiển.
Bước 4: Cài đặt số vòng quay, trong bài kiểm tra này tôi chọn số vòng quay là
2000 vòng.
Bước 5: Lắp tải trọng (gia tải) tùy theo yêu cầu mà ta có thể lắp tải 500g,
1000g., trong thử nghiệm này chúng tôi chọn tải 500g.
Bước 6: Nhấn nút Start cho máy chạy (thời gian máy chạy phụ thuộc vào số
vòng quay chúng ta cài đặt trên máy).
Bước 7: Sau khi chạy xong ta tiến hành nhấn nút Reset để máy trở về trạng thái
ban đầu.
Bước 8: Nhấn nút Stop ngừng máy, nếu tiến hành kiểm tra nhiều mẫu, ta làm
theo thứ tự kể từ bước 2 trở đi.
Chú ý:
Sau khi mẫu kiểm tra xong dùng chổi lông hoặc máy hút thổi sạch bụi rồi mới
tiến hành lấy mẫu ra đi đo, cân.
Vòi hút chân không phải cách tấm mẫu thử từ 0,8÷1,6 mm.
Hình 7. Cấu tạo chung của máy mài TABER 5131 ABRASER

122
- Phương pháp kiểm tra
Theo phương pháp kiểm tra sự hao hụt trọng lượng của mẫu thử.
+ Mẫu sau khi chế tạo đúng kích thước tiêu chuẩn, đem đi cân và ghi lại kết
quả.
+ Tiến hành kiểm tra độ mài mòn của các mẫu trên máy mài TABER 5131
ABRASER, sau khi kiểm tra xong ta tiến hành đem đi cân lại và ghi lại kết quả.
+ Tỉ lệ mòn được xác định theo công thức sau:
Phh
× C
TWI =
C
Trong đó:
TWI : Tỉ lệ mòn (Taber wear index).
P hh
C tc
C kt
: Trọng lượng hao hụt (g).
: Chu kỳ mòn tiêu chuẩn.
: Chu kỳ mòn kiểm tra.
kt
tc
Bảng 2. Bảng tổng hợp độ mài mòn của vật liệu composite
Ký hiệu vật
liệu
C m 40/60
C m 38/60/2
C m 35/60/5
C m 30/60/10
C m 25/60/15
Thứ
tự
mẫu
Chu kỳ
mòn
(vòng)
Trọng lượng (g)
Trọng
lượng
hao
hụt
(g)
Trước khi
thử
Sau khi
thử
1 2000 95,122 94,381 0,741
2 2000 95,089 94,321 0,768
3 2000 95,106 94,356 0,750
1 2000 95,769 95,057 0,712
2 2000 95,753 95,021 0,732
3 2000 95,797 95,055 0,742
1 2000 96,416 95,729 0,687
2 2000 96,434 95,709 0,725
3 2000 96,412 95,735 0,677
1 2000 97,711 97,208 0,503
2 2000 97,699 97,272 0,427
3 2000 97,720 97,227 0,493
1 2000 99,005 98,521 0,484
2 2000 99,101 98,594 0,507
3 2000 99,032 98,570 0,462
Trung
bình
Tỉ lệ
mòn
0,753 0,376
0,728 0,364
0,696 0,348
0,475 0,237
0,485 0,242

123
PHỤ LỤC 4
PHIẾU KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM