TAP CHi HOA HOC T. 50(6) 747-750 THANG 12NAM2012
ANH HUdNG CCIA K H 6 I L U O N G DIEN TICH VAI GIA CUONG B^N
TiNH CHAT CO HOC CUA VAT LIEU POLYME COMPOZIT
Nguyen Nhat Trinh
Vi^n Det May-Da gidy vd Thdi trang. Tnrdng Dgi hgc Bdch khoa Hd Ngi Den Toa soan 12-7-2012
Abstract
Reinforced materials in polymer composite are usually fiber, yam and fabric. Fabrics used as reinforced materials include woven fabric, knitting fabric and braided fabric composed of different yarns such as: glass, carbon, aramid, polyester, and polyamide yarns. Of the above fabrics, woven fabric was widely used. Fabric's parameters influencing on its mechanical properties include, weaving pattern, warp density, weft density, warp count, weft count, surface weight, and cover index. That study presents ihe influences of fabric surface weight's parameter and the number of fabric sheet on the mechanical strengths of polymer composite based on phenol-formaldehyde reinforced PET's woven fabric. The experiments show that when surface weight of reinforced fabric increases, polymer composite's mechanical strengths have an upward tendency, tensile strenglh increases about 10% to 12%, compression and impact strength increases about 7% to 9%. In the condition of constant fabric mass, polymer composite used fabric of lower surface weight has a tensile strength increasing from 7.3% lo 17.58%,
Keywords: Polymer composite, woven fabric, warp density.
l.DATVANDE
Vat lieu polyme compozit (PC) la mpt to hgp gom mgt hay nhieu pha gian doan dugc phan bo trong mgt pha lien tyc [I, 2]. Pha gian doan la vat lieu gia cudng trong polime compozit thudng d dang xa, dgng sgi va dang vai. Vai sir dung Iam cot gia cudng bao gom cac logi: vai det thoi, vai del kim va vai dan moc, trong do vai del thoi dugc su dyng nhieu nhlt [3]. Khi ch6 tao vat lieu PC, tiiy theo yeu cSu ky thuat cac nha san xuat thiel ke lya chpn logi nguyen lieu va dang vgl lieu gia cudng phii hgp.
vai del thoi dugc ciu tao bdi hai hay nhieu he thong sgi dgc va sgi ngang lien ket vdi nhau theo quy lugt nhat djnh, quy lugt do gpi la kiiu dgt. Kieu dgt ph6 bign nhat va dan gian nhat la kiiu dgt van diem, ngoai ra con cac kieu dgt van cheo va van dogn tgo cho vai cd cac dac trung khac nhau khi sii dyng [4]. Trong lmh vyc vat lieu polime compozit, vai sir dung iam c6t gia cudng thudng la vai det thoi van diem do vai cd cau triic chat che, cong nghg san xuat don gian va chi phi san xu§t thap hon nhieu so vdi cac ki8u dgt khac.
Cac thong s6 eg ban ciia vai gia cudng trong vat ligu polime compozit bao gdm: kieu del, mgt dg sgi dgc, mat dO sgi ngang, dg manh sgi dpc, dp manh sgi ngang, khdi lugng vai, dp chua day vai. Trong
cac thong sd do, thong so khoi lugng vai co ban phan anh mgt each tuang doi bao ham cac thong so khac [5].
Ifinh 1: Cku Iriic vai det thoi a. Vai van diem 1/1 b. Vai van cheo 1/3
c. Vai van doan 5/3
Bai bao phan tich anh hudng ciia thong so khoi lugng vai gia cudng va so Idp vai toi uu den linh chat CO hpc ciia vat lieu PC gia cudng vai xa polyeste tren ca sd nhua nen phenol fomandehyt Irong dieu kign ty phan khdi lugng cac cau tii khong d6i.
2. NGUYEN VAT LIEU VA PHUONG PHAP NGHIEN CUU
2.1. Nguyen vat lieu Vai thi nghiem
TCHH, T. 50(6), 2012
Vai gia cudng cho vgt ligu PC la vai cau triic kieu del thoi van diem do Cdng ty dgt HUALON Malaixia san xuat, nguyen ligu 100% xo polyeste.
Thong so vai:
Ma vai 49007, khoi lugng dign tich vai 200 g/m'; dg manh sgi dgc D300/96x2, mgt dp dpc 34 sgi/inch; dp manh sgi ngang D300/96x2, mgt dg ngang 34 sgi/inch.
Ma vai 49272, khoi lugng dign tich vai 300 g/m^ dp manh sgi dgc D300/96x3, mgt dp dgc 20 sgi/inch; dp manh sgi ngang D300/96x6, mgi dp ngang 26 spi/inch.
Ma vai 49275, khoi lugng dign tich vai 250 g/m'; dg manh sgi dgc D300/96x3, mgt dp dpc 33 sgi/inch; dp manh sgi ngang D300/96x3, mgt dg ngang 25 sgi/inch.
• Nhya nen phenolfomandchit (PF) dgng novolac do Vign hda Trung tam ung dyng Khoa hpc Ky thuat Quan sy san xuat. Ham lugng phenol ty do 3,25%.
• Cac chai phy gia khac: chat dong ran urotropin, chat dgn bgt nhg.
2.2. Che tao vat lieu PC
Vai col gia cudng dugc ngam va giat sach cac lap chat ban dau md, chat chong tmh dien bang xa phong, sau do phoi kho. Vai dugc ngam tam dung dich nhya PF Ian Irong con vdi nong do 35%, sau dd phai va say kho. Cac Iam ban thanh pham dugc xep vao khuon gom 12 Idp va ep bang may ep thuy lyc ket hgp vdi gia nhiet.
Thong so cong nghg che tgo vat lieu PC: Nhigt dp che tao I45T, lyc ep 2,15 MPa, ti phan vai gia cudng/nhya nen 58/42.
Xu ly mau vai dugc thyc hign tai Phdng thi nghiem ciia Bp mon Cdng nghe del, Trudng Dai hgc Bach khoa Ha Ngi.
2.3. Phuong phap xac djnh dac trung ca hgc Cac dac trung eg hpc ciia vat ligu PC dugc kiem nghiem la dg ben keo, dp bin nen va dg ben va dap CLia vat lieu PC.
Do ben keo dugc xac dinh theo tieu chuan ASTM D3039 tren may van nang MTS Alliance RF/300 (My) cimg vdi chau kgp Aventagc Vedge Action Gripe Model No 300. Bien dang ciia mlu dugc do bang dung cy do bien dgng Extensometer Model 634.I1F-24. Toe dp keo ciia may dugc giir khong doi 3 mm/phiit
Dp ben nen dugc xac djnh theo lieu chuan ASTM D3410 tren may vgn nang MTS Alliance RF/300 (My) ciing vdi ban nen 643 Compression
Nguyen Nhgt Trinh Platen, Model 643.06A-0I, Toe dg nen 0,5 mm/phut.
Dp ben va dgp Charpy dugc xac dinh theo tieu chuan ASTM D256-90b tren thiet bj MK-30A cua Nga.
Thi nghigm dugc thyc hign tgi Phdng thi nghiem bg mdn su'e ben vgt ligu Trudng Dgi hpc Bach khoa Ha Npi.
3. KET QUA VA BAN LUAN
3.1. Anh hudng cua khoi lugrng vai gia cudng den linh chat ca hgc cua vat ligu PC
Thyc nghigm dugc ticn hanh tren ba mau cot vai CO khoi lugng dign tich khac nhau (200 g/m^, 250 g/m^ 300 g/m') vdi 12 \crp vk\ trong vgt ligu PC nham xac djnh anh hudng ciia khoi lugng dign tich vai gia cudng den dac trung co hpc dp ben keo, dg ben nen va dp ben va dgp ctia vgt ligu PC tren coscr nhya nen phenolfomandchit (PF) dgng novolac.
Kel qua thi nghigm dp ben keo, dp ben nen vado ben va dap ciia vat ligu PC tren co sd nhya n6n novolac doi vdi cac jnau vai gia cudng dugc bieu hien dbang I.
Cac hinh 2, 3 va 4 bieu thi anh hudng ciia khoi lugng dien tich vai gia cudng den cac dgc trung dg ben keo, dp ben nen va do ben va dap cua vat lieu PC tren ca sd nhya nen novolac.
Anh huKWig ciia kh6i liri^g dl^n tich vii d4n d^ bin k6o vft li$u PC
100
i »
S so J 40
S 20
.. ___
—
20O 250 300 Khil Iw-Tng dtf n tich v<ti Ia'm2)
Hinh 2: B^ ben keo vat ligu PC Khi khoi lugmg dign tich vai gia cudng tang Ien vai se day hon, cac sgi dugc sap xep chat che hon, do do mgt dp sgi trong vai se cao han. Ket qua thi nghigm cho thay khi tang khoi lugng vai gia circmg cac dgc trung co hpc ciia vat ligu PC cung co xu hudng tang len, dp b£n keo vgt ligu PC tang khoang 10%i den 12%, dp ben nen va dp ben va dgp tang khoang 7-9%. Thyc nghigm cho thdy vdi dilu ki?n cdng nghg da chgn, kh6i lugng vai cdt gia cucmg cang ldn thi co tinh ciia vat ligu PC cang cao. Dieu
TCHH, T. 50(6), 2012 ^'n/, fjj^^g ^ua khdi lugng...
nay dugc giai thich nhu sau khi su dung vai gia chju lyc cang nhieu do dd dg hin vat ligu PC cd xu cudng cd khoi lugng dign tich cang Idn thi so lugng hudng tang len.
sgi tren don vj dign tich trong vgt ligu PC tham gia
1 «>
i 40 20
Anh h i r d n g hhAI lirg-ng di^n lich vAI ain dO bin n6n v ^ t ll«u PC
—
200 250 300 Khil IwTng difn tlnh vil (e'm2)
E 160 a 120 S 80
1"
Anh hirimg k h i l iirgmg dl^n tich vdi d6n d f b i n v a d ^ p v ^ t l i ^ u P C
— - --
—
200 250 300 Kh6l lumg dl^n tich vi\ (0/m2)
Hinh 3: Dp ben nen vgt ligu PC Hinh 4: Dg ben va dap vgl lieu PC
Bdng 1: Dp ben vat ligu PC theo khoi lugng vai gia cudng
TT 1 2 3
Vat lieu PC vai 1 vai 2 vai 3
Kli6i lu(?iig dien tich vai, g/m^
200 250 300
So lap vai trong PC
12 12 12
Do ben keo, MPa 76,5 88,1 97,8
Dg ben nen, MPa 81,3 88,9 95,6
Do ben va dap, kJ/m^
165 176 189
3.2. Anh hudng cua so Idp vai gia cudng den linh chat eg hoc cua vat lieu PC
Phan tich mlu vat lieu PC trong difiu kign ti phan khoi lugng vai gia cudng/nhya nen la 58/42 nhan dugc so ligu tren bang 2. Tur so lieu thyc nghiem trong bang 2 cho thay khi tang khoi lugng vai gia cudng thi khoi lugng vgt lieu PC tang len theo ti Ie.
Tuy nhien, Irong ITnh vyc vat lieu PC thudng quan tam so sanh ca tinh ciia cac ket cau vgt lieu vdi dieu kien khoi lugng vat lieu PC khong doi, dieu nay CO y nghTa vdi mgt khdi lugng hogc the tich kel cau khong doi che tgo tir vat ligu PC phai lya chgn loai cot vai gia cudng co kh6i lugng sao cho vai ligu PC dgt dugc co tinh cao nhat hogc phai lya chpn Ioai cot vai gia cudng cd kh6i lugng sao cho vat lieu PC dgt dugc CO tinh vdi kich thudc tdi uu theo yeu cau lhi6t ki.
De thay dugc anh hudng ciia khdi lugng vai cot gia cudng d^n dg hin vat lieu PC trong trudng hgp idi6i lugng hoac thi tich vgt ligu PC khdng doi, sau khi phan tich vat ligu PC cot vai tt phin vai/nhya la 58/42 ta cd nhgn xet nhu sau:
- Vdi vai c6t gia cudng khoi lugng dign tich 300
g/m , khoi lupng vat lieu PC la 186,2 g tuong irng vdi khoi lugng dien tich vai la 108 g va gom 12 Idp.
- De dam bao khoi lugng vat lieu PC khong thay doi (186,2 g), thi khoi lugng dien tich vai gia cudng cung phai khong doi (108 g), nhu vgy khi thay the bang cac loai vai co khoi lugng dien tich nho hon thi so ldp vai trong vat lieu PC phai tang Ien de dam bao khoi lugng vai gia cudng trong PC khong doi. Nhu vay trong vat lieu PC thay the vai khoi lugng dign tich 300 g/m^ kel cau 12 Idp bang vai khoi lugng dien tich 250 g/m^ vdi ket cau 14 Idp hoac bang vai khoi lugng dign tich 200 g/m"^ vdi ket cau 18 Idp vai.
Tir bang 3 nhan thay de dgt dugc khoi lugng vat lieu PC khong doi Ihi so ldp vai tuong irng vdi khoi lugng khac nhau trong vat lieu PC phai thay doi, vai khoi lugng cang thap thi so ldp vai cang nhieu de dam bao dung ti phan kh6i lugng vai/nhya,
Ket qua Ihi nghigm cho thay trong dieu kien khoi lugng vat ligu PC khong thay doi, khi thay the vai gia cudng khoi lugng dien tich 300 g/m^ bang vai khoi lugng dign tich 250 g/m^ dp ben keo vat lieu PC tang 7,3%; thay the vai gia cudng khoi lugng dien tich 300g/m^ bang vai khdi lugng dien tich 200 g/m^ dp b6n keo vat lieu PC tang 17,58% (hinh 5).
TCHH, T. 50(6), 2012 Nguyen Nhdt Trinh Trong dieu kign khoi lugng hogc the tich vgt ligu tich ho§c khoi lugng vgt ligu PC, bing each sir dung PC khong doi vigc lya chgn cot vai gia cudng cd
khoi lugng dign tich (g/m^) cang nh6 thi dg ben eg hgc vat ligu PC nhgn dugc cang cao. Dieu nay c6 y nghTa nhu sau: trong dieu kign khong thay doi the
. i vai gia cudng c6 kh6i lugng dign tich cang nho (sgi cang manh) thi dp ben eg hgc ciia vgt ligu PC nhgn dugc cang cao.
Bdng 2- Khoi lugng vgl ligu PC theo li phin khoi lugng vai/khoi lugng nhya nen 58/42 Loai vai
Vai 300 g/m^
Vai 250 g/m^
Vai 200 g/m'
Khoi iu(?ng di?n tich vai, g 108 90 72
Khoi lugng nh^ra, g 78,2 65,17 52,14
Khoi lir<?ng v^t li?u PC, g 186,2 155,17 124,14 Bdng 3: Khoi lugng cau lir tugng irng vdi khoi lugng PC = 186,2 g
Logi vai
Vai 300 g/m' vai 250 g/m^
vai 200 g/m^
Khoi lugng dign lich vai (s)-58%
108 108 108
s6 ldp vai
12 14 18
Khoi lugng nh\ra (g)-42%
78,2 78,2 78,2
Khoi lugfng v^t li?u PC
186,2' 186,2 186,2
Dp ben keo PC MPa 97,8 107 115
Quan he kh6i \\T<^t\q di^n tich
120
^ ICO
1 "
_c 60 o •"
20
—
ai-d^ b&n k^o
200 250 Khii lirgng di^n Dch yi
- i
300 (9/m2|
Hmh 5: Dp ben keo vat lieu PC
4. KET LUAN
- Kh6i lugng dign tich vai gia cudng anh hudng den cac dgc trung eg hpc ciia vgl ligu PC, khi tang khoi lugng dien tich vai dg ben vgt ligu PC cd \u hudng tang Ien, doi vdi ba mau vai co khoi luong dien tich 200 g/m^ 250 g/m^ 300 g/m^ dg bin keo vat lieu PC tang khoang 10% den 12%, dg ben nen va dp ben va dgp tang khoang 7-9%.
- Trong dieu kign khdi lugng vgt ligu PC khong thay doi (nghTa la kh6i lugng dign tich vai gia cudng
Irong PC khong ddi) khi thay thi vai gia cudng kh6i lugng dign tich 300 g/m^ bang vai khdi lugng di?n tich 250 g/m^ dp keo cua vgt ligu PC tang 7,3%;
thay Ihe vai gia cudng khdi lugng dign tich 300 g/m bang vai khdi lugng dien tich 200 g/m^ dp ben keo ciia vat lieu PC tang 17,58%.
TAI LIEU THAM K H A O
i Nguyln Hoa Thjnh, Nguyen Dinh Dire. Vgl lieu compozil-Ca hgc vd Cong ngh?, Nxb. Khoa hgc v^ Ky Ihugt, Ha Ngi (2002).
2. Tran VTnh Digu, Le Thj Phai. Vgt li^u compozit, CSc van de khoa hgc, hudng phat tri^n \k ling dyng, trung lam KHTN va CNQG (1998).
3. Joon-Hyung Byun, Tsu-wei Chou. Mechanics of Textile Composites, Comprehensive Composite Materials, \, Fiber Reinforcement and General Theory of Composites, 720-730 (2001).
4. Nguyen Trung Thu. Vgt li^u d^t, Nxb. Khoa hpc va Ky thugt. Ha Npi (1990).
5. P. Tan, L. Tong and G. P. Steven. Modelling for Predicting the Mechanical Properties of Textile Composites - A Review, Composites Part A, 903-922 (1997). •
Lien he: Nguyen Nhat Trinh
Vien Dgt May-Da giay va Thdi trang, Trudng Dai hpc Bach khoa Ha NOi S6 1,DgiC6Vigt, HaNpi.
Email: [email protected].
