Ung Dung Cua Compozite Trong Hang Khong Vu Tru

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Bộ môn: Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất - dầu khí *********************

ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG HÀNG KHÔNG- VŨ TRỤ

Sinh viên hướng dẫn: dẫn: Trương Thị Yến Thi Sinh viên thực hiện hiện : Vũ Duy Khương Lớp

: Máy Hóa K50

Hà Nội 11- 2009

MỤC LỤC



Lời nói đầu……………………………………………………… đầu…………………………………………………………………3 …………3



Phần I: Lịch sử phát triển và ứng dụng………………………………... dụng………………………………... 5



Phần II: Thành phần và cấu tạo composite dùng trong ngành hàng không- vũ trụ 9…………………………… 9……………………………………9 ………9



Phần III: Công nghệ chế tạo một số chi tiết chính cho vật thể bay….. 18



Phần IV: Ứng dụng vật liệu composite ở Việt Nam…………………….21 Nam…………………….21



Tài liệu tham khảo……………………………………………………… khảo……………………………………………………… 23

Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ

GVHD: TRƯƠNG THỊ YẾN THI

Lời nói đầu Vật liệu composite được sủ dụng rộng rãi trong những lĩnh vực khác nhau của ngành chế tạo máy và của nền kinh tế quốc dân.Ngày nay vật liệu composite được sủ dụng ngày càng nhiều trong thiết kế chế tạo những kết cấu hàng không, tên lửa, vũ trụ hiện đại…Việc nghiên cứu, chế tạo những vật liệu mới và các kết cấu sản phẩm từ chúng ta là một trong những thành tựu quan trọng nhất của tiến bộ khoa học kĩ thuật và đó cũng là nhiệm vụ có tính cấp bách chiến lược của đất nước Việt Nam đang phát triển, có đầy đủ trong tay nguyên liệu và năng lượng. Nhờ ứng dụng của vật liệu composite, con người đã nâng được tầm cao, tầm tầm xa và thời gian bay của các vật thể bay. Năm 1987, máy máy bay thử nghiệm Voyager nặng chỉ có 450 kg, chế tạo từ 100% từ vật liệu composite đã thực hiện thành công chuyến bay liên tục vòng quanh trái đất. Ngày nay đang chế tạo máy bay siêu tốc, chủ yếu từ composite, bay trên tầng khí quyển với vận tốc gấp 25 lần vận tốc truyền âm trong không khí.Nhờ ứng dụng của vật liệu mới, đã có những chuyến bay dài ngày của các vệ tinh, tàu vũ trụ và con người trong không gian. Cũng chính nhờ những ứng dụng vật liệu mới composite, con người ngày càng chinh phục mạnh mẽ khoảng không vũ trụ.Có nhiều điều trước đây chỉ dám mơ ước,nay đã trở thành hiện thực. Sở dĩ composite được ứng dụng và phát triển rộng rãi như vậy vì chúng rất bền và nhẹ. Rất nhiều đòi hỏi khắt khe của kĩ thuật và công nghệ hiện đại, chỉ có vật liệu mới composite mới đáp ứng nổi. Vì thế ngành khoa học- công nghệ vật liệu mới là một trong những mũi nhọn then chốt của sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Vật liệu composite chính là vật liệu của tương lai.Ngày nay việc nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng ngày một lan rộng với quy mô ngày càng lớn sang tất cả các nước, đặc biệt là nước đang phát triển. Thế kỉ XXI là thế kỉ của công nghệ cao và vật liệu liệu composite.

SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50

Trang 3



Nếu đối với các vật liệu khác, phải từ vật liệu rồi sau đó mới mới chế tạo các kết cấu- sản phẩm, thì vật liệu composite composite nhiều khi được hình thành ngay trong quá trình trình chế tạo kết cấu- sản phẩm( như trong quá trình quấn thân vỏ động cơ, quấn các ống kĩ thuật…khi sản phẩm hình thành cũng đồng thời tạo ra vật liệu composite). Khả năng và đặc tính tính của composite phụ thuộc vào ba yếu tố: các vật liệu thành phần composite, cấu trúc phân bố của chúng, công nghệ chế tạo. Chỉ cần thay đổi một trong ba yếu tố đó cũng đủ dẫn đến thay đổi composite. Nội dung của tài liệu này gồm 4 phần chính: “Phần I :Lịch sử phát triển và ứng dụng của vật liệu composite composite trong ngành hàng không- vũ trụ. trụ. Phần II: Thành phần và cấu tạo composite dùng trong ngành hàng không- vũ trụ. Phần III: Công nghệ chế tạo một số chi tiết chính cho vật thể bay. Phần IV: Ứng dụng vật liệu composite ở Việt Nam.” Vì tài liệu này được copy- paste lần đầu tiên, ah không, lần đầu tiên được chép trong sách ra với sự hướng dẫn của bạn Thi ngố( chính xác là VN ko có đủ vốn từ để miêu tả tớ yêu cô ấy như thế nào!) chưa biết tý gì về môn môn vật liệu composite này, nên không thể tránh khỏi thiếu sót. DK rất mong nhận được sự góp ý của bạn đọc. Mọi chi tiết xin liên hệ theo: Email: [email protected] [email protected].. Iphone: +841697478822.

Tác giả

Duy Khuong!


Trang 4



PHẦN I :LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG NGÀNH HÀNG KHÔNG_ VŨ TRỤ 1. Lịch sử phát triển . 

Composite được ứng dụng trong ngành hàng không và kĩ thuật tên lửa lần đầu tiên ở Mỹ vào khoảng những năm 50. Hãng Boeing của Mỹ dùng vật liệu composite cốt sợi thủy tinh chế tạo máy bay từ năm 1958. Ở Liên Xo cũ, việc ứng dụng composite trong hàng không và kĩ thuật tên lửa muộn hơn Mỹ chút ít, vào khoảng đầu những năm 60. Kể từ đó cho tới nay đã xuất hiện nhiều vật liệu mới khác như: composite sợi cacbon, sợi hữu cơ, sợi bor,…với những tính năng kì diệu mà không vật liệu tự nhiên nào có thể cạnh tranh được, điều đó đã mở ra khả năng vô cùng rộng lớn để có thể nâng cao tầm cao, tầm xa của các vật thể bay. Chỉ trong một thời gian ngắn áp dụng, nghiên cứu và phát triển công nghệ vật liệu mới, công nghệ chế tạo các vật thể bay đã phát triển một cách vượt bậc: đã có những chuyến bay rất dài, và thậm trí cả du lịch trong vũ trụ của con người.

 Năm

1987, máy bay thử nghiệm Voyager Voyager của Mỹ do Hercules Aerospace Company

sản xuất đã thực hiện thành công chuyến bay không nghỉ vòng quanh trái đất với trọng lượng chỉ có 450 kg từ composite carbon.. Mỹ đang thực hiện chế tạo máy bay chở khách bay cao trên tầng khí quyển, có tên là “ Tốc hành Phương Đông”. 

Trong năm 2008 sợi carbon và DuPont Kevlar (mạnh hơn thép 5 lần) đã được kết hợp với nhựa thermoset nâng cao để chế tạo cho các máy bay vận chuyển quân sự của ECS Composites giảm 30% trọng lượng và chịu được cường độ cao.



Hiện nay 2 chiếc Boeing 747 và 767 đang sử dụng vật liệu composite để giảm trọng lượng và bay đường dài,còn chiếc boeing 787 mới nhất phần cánh và thân máy bay kết cấu gồm phần lớn vật liệu composite


Trang 5



Như vậy không chỉ trong công nghiệp chế tạo vật thể bay, mà trong tất cả mọi ngành công ngiệp khác, nhu cầu sử dụng composite trên thế giới ngày càng tăng. Vì vậy composite là vật liệu chủ lực của tương lai và thế kỷ XXI là thế kỷ của vật liệu mới composite.

2. Ứng dụng của vật liệu composite composite trong ngành hàng hàng không -vũ trụ


Trang 6

Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ 


“Voyager”, máy bay thử nghiệm của Mỹ đầu tiên với 100% composite.. •

“Tàu tốc hành Phương Đông”, máy bay chở khách làm từ 100% composite.

•

“Ruslan”, máy bay khổng lồ của Nga, có tổng vật liệu composite sử dụng lên tới 5500kg, giảm được 1500kg trọng lượng.

•

“ IL-96, TU-204” cỡ lớn, máy bay chở khách cũng chiếm 55% trọng lượng là composite, giảm 1/3 tải trọng.



Tên lửa chiến lược nguyên liệu rắn, composite chiếm 75÷90% trọng lượng. •

Trực thăng chiến đấu, composite chiếm 45÷60% trọng lượng.

•

MiG 29, MiG 31, MIG-X, máy bay chiến đấu đều sử dụng 100÷790 kg vật liệu composite.



AN-124, tầu lượn của Mỹ, sử dụng tới 2200kg vật liệu composite.



Tên lửa vũ trụ có động cơ nhiên liệu rắn, phóng lên vũ trụ năm 1987 được chế tạo từ composite.

Như vậy composite được sử dụng rộng rãi trong: trong: Airplanes, rockets and missiles.


Trang 7




Trang 8



PHẦN II: THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO COMPOSITE DÙNG TRONG HÀNG KHÔNG- VŨ TRỤ Vật liệu composite là vật liệu được chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều thành phần khác nhau, nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có những tính năng ưu việt hơn hẳn những vật liệu ban đầu. Những thành phần của vật liệu composite gồm: thành phần cốt( các sợi, hạt…) hạt…) nhằm đảm bảo cho composite có được các đặc tính cơ học cần thiế và vật kiệu nền đảm bảo cho sự liên kết là làm việc hài hòa giữa các thành phần của composite với nhau. Khả năng khai thác và sử dụng vật liệu composite phụ thuộc vào các đặc tính cơ, lý, hóa của các vật liệu thành phần, cấu trúc phân bố của các vật liệu cốt, cũng như độ bền vững của sự liên kết giũa nền và cốt. Các loại conposite được sử dụng trong các vật thể bay: composite sợi thủy tinh, composite sợi bor, composite sợi cac bon, composite sợi hữu cơ, composite cacbon-cacbon, composite kim loai. Ưu điểm quan trọng nhất của vật liệu composite đó là khả năng chế tạo chúng từ những kết cấu, sản phẩm theo yêu cầu kĩ thuật mà ta mong muốn. Tùy theo đòi hỏi về độ bền, độ cứng, nhiệt độ làm việc, điều kiện khai thác sủ dụng…mà chúng ta lựa chọn những vật liệu thành phần, kết cấu tỷ lệ…và công nghệ sản xuất phù hợp.

I.

Các Các th thành ành ph phần cấu cấu th thành ành vậ vật liliệu comp omposi osite

1. Các Các thàn thành h phầ phần n cốt cốt - Thành phần cốt của của composit compositee thường thường dùng dùng là các sợi sợi ngắn, ngắn, sợi sợi dài đơn, các dạng dạng sợi sợi tết, các cốt lưới, vải, các băng dải sợi và các loại băng với các tính năng cơ lý đã được xác định. - Các vật vật liệu liệu composi composite te có pha nền nền là nhựa tổng hợp, cốt cốt thường thường là sợi sợi thủy thủy tinh, tinh, sợi sợi cacbon, sợi bor.Các vật liệu composite nền kim loại sử dụng cốt là sợi thép,vonfram, berili, neobi… SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50

Trang 9



1.1Sợi thủy tinh (glass fibers) - Cấu tạo: tạo: sợi sợi thủy thủy tinh tinh có 2 dạng dạng:: sợi dài( dài( dạng dạng chỉ) chỉ) và và sợi ngắn ngắn,, có dạng dạng hình hình trụ tròn, nhiệt độ làm việc của composite sử dụng sợi thủy tinh từ 500÷700oC. - Chế tạo: tạo: được được chế chế tạo tạo từ quá quá trình trình nhiệt nhiệt phân phân một một chất chất hữu hữu cơ thích thích hợp hợp để phân hóa thành polyme và cacbon, bằng nung nóng rất lâu hàng tuần để pha khí(polyme) khuếch tán khỏi vật liệu. Sau khi xử lý như vậy thể tích khối giảm 50% và tinh thể nhỏ mịn, độ bền cao đạt 70÷200 Mpa - Đặc điểm điểm:: nhẹ, nhẹ, chịu chịu nhiệt nhiệt khá,ổ khá,ổnn định định với tác động động hóa hóa sinh, sinh, có có độ bền bền cơ lý cao và độ dẫn nhiệt thấp, và giá thành rẻ. - Ứng dụng dụng tron trongg sản xuất xuất compo composit sitee polyme, polyme, chế chế tạo tạo vỏ tàu thuy thuyền, ền, oto, oto, nạp nạp rẽ dòng của vật thể bay, cách quạt trong trong tua bin nước… - Mác Mác sợi sợi:: MAC MAC,, AБC AБC,, KC KC của của Nga Nga sản sản xuấ xuất. t. 1.2 Sợi hữu cơ.( aramid or Kevlar) - Cấu tạo: tạo: gồm gồm 2 loại loại sợi sợi phổ biến: biến: sợi sợi hữu hữu cơ aramid aramid và và sợi polye polyetyl tylen, en, nhiệ nhiệtt độ làm việc của composite sử dụng sợi hữu cơ thường dưới 200oC. - Chế tạo: tạo: phụ phụ thuộc thuộc vào vào thành thành phần phần poly polyme me và phư phương ơng pháp pháp kéo kéo sợi mà ta thu được sợi hữu cơ có khối lượng riêng từ 1410÷1450 kg/cm3, độ bền kéo 70÷150 Pa, nhiệt độ than hóa dưới 180oC. - Đặc điểm điểm:: có modu modunn đàn hồi hồi cao, cao, độ bền bền cao cao khi kéo, kéo, ổn ổn định định cao về về nhiệt nhiệt độ, độ, bền va đập, không chảy,tính cách điện cao - Ứng dụng dụng:: sử dụng dụng rộng rộng rãi rãi để sản sản xuất xuất chế tạo tạo thân, thân,vỏ vỏ tên tên lửa, lửa, động động cơ nhiê nhiênn liệu rắn, bình, ống chịu lực,găng tay cách nhiệt,mũ-áo giáp, chi tiết của tàu lượn, thiết bị thể thao - Mác vật liệu:K liệu:Kevl evlar-2 ar-29,K 9,Kevl evlarar-129 129 do Mỹ sản sản xuất. xuất. Armoc, CVM, Terlon do Nga sản xuất. 1.3 Sợi cacbon(carbon fibers). - Cấu tạo: tạo: là là loại loại vật liệu liệu quan quan trọng trọng nhất, nhất, có có vai trò trò ngày ngày càng lớn lớn trong trong kĩ kĩ thuật thuật do khối lượng riêng nhỏ(khoảng 2g/cm3), độ bền rất cao 2000÷3000 Mpa, nhiệt độ làm việc composite sử dụng sợi cacbon lên tới 2000oC. SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50

Trang 10



- Chế tạo: tạo: sợi sợi cacbo cacbonn chủ yếu yếu được được chế chế tạo từ từ 3 nguồn nguồn nhiên nhiên liệu liệu chín chính: h: polyacrilonitril (Pan), thứ 2 từ pec dầu mỏ và than đá,nguồn thứ 3 từ xenlulohidrat. - Ưu điểm: điểm: rất rất nhẹ, nhẹ, chịu chịu được được nhiệt nhiệt độ cao, cao, hệ hệ số ma ma sát, sát, dãn nở nhiệ nhiệtt thấp, thấp, rất bền vững với khí hậu, có độ cứng cao. Độ bền từ 2000÷4000 Mpa, modun đàn hồi 200÷700Mpa, composite polyme sợi cac bon cứng hơn cả sắt. - Ứng dụng dụng:: compos composite ite sợi sợi cacbon cacbon sản sản xuất các các tấm chịu chịu lực lực của máy máy bay, bay, thân thân vỏ oto, máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ, thân vỏ các loại động cơ tên lửa, cánh tuabin, khuôn dập…chi tiết đòi hỏi có độ bền cao và siêu bền khi chịu nhiệt. - Mác sợi sợi cacbo cacbon: n: BMHBMH-3, 3, Culon Culon,, LY ( Nga) Nga);; Tornel Tornel,, Khitec Khitecx-4 x-46H 6H của của Mỹ 1.4Sợi Bor - Cấu tạo: tạo: sợi sợi bor(B bor(B)) cho phép phép tăng tăng độ bền, bền, tăng tăng modu modunn đàn hồi hồi của của vật liệu liệu,, nhiệt độ trong khoảng làm việc nhỏ hơn 500oC. - Chế tạo: tạo: công công nghệ nghệ sản sản xuất xuất sợi bor trên trên cơ sở thu thu được được bor kết kết tủa tủa từ luồng luồng khí thường sử dụng H2 và BCl3 (2BCl3 +3H2  2B + 6HCl). Được sản xuất trong các lò phản ứng. - Đặc điểm điểm:: sợi bor dùng dùng sản sản xuất xuất compo composit sitee trên trên vật liệu liệu nền nền nhôm nhôm hoặc hoặc polyme, làm giảm độ dẫn nhiệt, nhiệt, dẫn điện của vật liệu, có độ bền cao hơn hẳn sợi cacbon từ 300÷3500 Mpa, nhưng nhiệt độ làm việc thấp và giá thành rất cao. - Ứng dụng dụng:: compos composite ite bor bor ứng ứng dụng dụng sản xuất xuất các các chi chi tiết tiết cho cho hàng hàng không, không, lĩ lĩ thuật tên lửa và vũ trụ, đòi hỏi chỉ tiêu về độ bền và độ cứng cao. Sử dụng để chế tạo các thanh dầm, khung, tấm, cũng như các chi tiết khác của vật thể bay. - Mác Mác sợi sợi:: Avc Avco(B o(B/W /W)-M )-Mỹ, ỹ, SMPE SMPE-Ph -Pháp áp.. 1.5 Sợi kim loại - Sợi kim kim loại loại dùng dùng làm làm cốt: cốt: làm làm việc việc ở miền miền nhiệt nhiệt độ độ cao dùng dùng vonf vonfram ram hoặc hoặc molipden, nhiệt độ thấp: sợi thép hoặc berilic. - Sử dụng dụng sợi sợi kim kim loại loại trong trong nghiề nghiềuu trườn trườngg hợp để có có hiệu hiệu quả và kinh kinh tế hơn. hơn. 2. Thàn Thành h phần phần nền nền SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50

Trang 11



- Vật liệu nền cần cần có độ độ cứng cứng cần thiết thiết để đảm bảo bảo cho composite composite chịu chịu được được tải, tải, và và cấu trúc đồng nhất của composite. - Vật liệu nên giữ giữ vai trò cực cực kì quan trọng trọng trong trong việc việc chế tạo vật vật liệu liệu composit composite. e. Vật liệu nền phải đáp ứng được yêu cầu khai thác và công nghệ. 2.1Chất nền polyme nhiệt rắn. 2.1. 2.1.11 Nhựa Nhựa phe pheno noli licc:

- Sản Sản xuất xuất từ từ quá quá trìn trìnhh poly polyme me hóa hóa phe pheno noli lic. c. - Quá trìn trìnhh đóng đóng rắn 120÷ 120÷180 180oC oC ở nhiệt nhiệt độ phòng phòng hoặc hoặc dùng dùng axit axit mạnh. mạnh. - Ưu điểm: điểm: nguyên nguyên liệu sẵn có, có, giá thành rẻ, nhược nhược điểm điểm là làm làm cho composite composite giòn, độ bền thấp và độ rỗng cao. - Ứng dụng: dụng: làm làm một một số chi tiết tiết bên bên trong trong máy máy bay: bay: cửa, cửa, vách vách ngăn, ngăn, bếp,cá bếp,cácc tấm nhiều lớp. 2.1.2 2.1.2 Nhựa Nhựa phenol phenol fomand fomandehi ehitt. - Tổng Tổng hợp hợp bằn bằngg cách cách đa đa tụ phe pheno noll và fom foman ande dehi hit. t. - Quá trình trình đóng đóng rắn ở 160÷2 160÷200o 00oC, C, áp suất suất 30÷40 30÷40 Mpa. Mpa. - Có tính giòn cao. - Chế Chế tạo tạo bán bán thàn thànhh phẩm phẩm hoặ hoặcc các các chi chi tiế tiếtt vỏ dày. dày. 2.1. 2.1.33 Pol Polyest yestee

- Este Este không không no ( UPE) UPE),, hoặc hoặc hỗn hợp hợp chúng chúng với với nhau nhau hoặc hoặc với với nhiều nhiều phân phân tử thấp monome - Sản phẩm phẩm đa đa tụ của của axit axit hữu hữu cơ không không no, no, đóng đóng rắn rắn ở nhiệt nhiệt độ phòn phòngg như khi khi đốt nóng. SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50

Trang 12



2.1. 2.1.44 Các Các nhự nhựaa cơ cơ sil silic ic:: nhận được từ sự đa tụ các sản phẩm của sự thủy phân hỗn hợp các mono, đi, tri và tetracloslen; là các chất giòn, cứng. 2.1. 2.1.55 Nhựa hựa epox epoxyy

- Hỗn hợp hợp của của oligom oligomer er có nhữn nhữngg nhóm nhóm epoxy epoxy cuối cuối mạch, mạch, thôn thôngg thườn thườngg được được điều chế từ epiclohidrin và diphenil hoặc từ epiclohidrin và những sản phẩm đa tụ của metylphenol(epoxy)

- Có nhiều nhiều ưu ưu điểm: điểm: cơ tính tính cao, cao, độ độ bám dính dính cao cao với với nhiều nhiều loại loại cốt, cốt, có có thể khai khai thác sử dụng đến 150÷200oC. 2.1. 2.1.66 Pol Polyimi yimitt: được trùng hợp từ oligome và hỗn hợp của imit-mônme. Thường dùng dung dịch 40% của chúng trát lên cốt sợi.

2.1. 2.1.77 Nhựa Nhựa Bit Bitma male leim imit it:: công thức phân tử H795, chịu nhiệt độ cao, khoảng 180÷200oC. → trên 180% các sản phẩm, chi tiết composite được khai thác ở nhiệt độ dưới 130oC, vì vậy loại nền hay sử dụng nhất là các loại nhựa epoxy. Khi đòi hỏi composite polyme làm việc lớn hơn 130oC dùng Bitmaleimit, lớn hơn 180oC là polyimit. 2.2Chất 2.2 Chất nền polyme polyme dẻo SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50

Trang 13



- Không Không có công công đoạn đoạn đóng đóng rắn, rắn, khả khả năng năng thi thi công công tạo dáng dáng sản sản phẩm phẩm dễ thực thực hiện. - Công Công nghệ nghệ chế chế tạo: tạo: dập, dập, đùn, đùn, uốn, uốn, hàn… hàn…giá giá thành thành thấp thấp.. - Nhược Nhược điểm điểm là khôn khôngg chịu chịu được được nhiệt nhiệt độ cao, cao, xử lý lý độ nhớt nhớt của của dung dung dịch dịch khó khăn. - Vật liệu liệu dẻo dẻo : nylon, nylon, poly-ph poly-pheny enylin lin,, rolivx rolivxan, an, polys polysonp onphon hon và polye polyeste ste nhiệt nhiệt dẻo. 2.3Chất 2.3 Chất nền cacbon cacbon - Nền cacb cacbon on có tính tính chất chất cơ cơ lý tươn tươngg tự như như sợi cacbon cacbon,, đảm bảo bảo tính tính chịu chịu nhiệt cao và khai thác triệt để ưu điểm của cốt sợi cacbon trong vật liệu composite. - Nền cacbo cacbonn có 3 loại: loại: piroca pirocacbo cbon:t n:thu hu được được do kết kết lắng lắng từ luồng luồng khí khí ga, thủy thủy tinh cacbon thu được do xử lý ở nhiệt độ cao các xenlulozo hoặc các polyme nhiệt rắn, nền cacbon- cốc của pec than đá hoặc dầu mỏ. 2.4Chất 2.4 Chất nền kim loại - Thường Thường là là kim loại loại nhẹ nhẹ : nhôm, nhôm, magie magie,, berili berili hoặc hoặc các các kim loại loại chịu chịu nhiệt nhiệt cao cao ( titan, niken, niobi), hoặc là dạng hợp kim. - Phổ biến biến hiện hiện nay nay dùng dùng nền nền dưới dưới dạng dạng hợp kim kim nhôm nhôm,, chúng chúng có khả khả năng năng kết kết hợp hài hòa với cốt đảm bảo tốt những đòi hỏi cơ lý cũng như công nghệ.

II. II.

Vật Vật liệ liệu u comp compos osit itee dùng dùng tro trong ng ngà ngành nh hàn hàngg khô không ng vũ trụ trụ


Trang 14



1. Vật liệu liệu comp composi osite te polyme polyme - Thành phần: •

Nền: thường được dùng rộng rãi là các polyme polyme nhiệt rắn(epoxy, polyeste…) và các polyme nhiệt dẻo khác.

•

Cốt: sợi thủy tinh, sợi bazan, sợi cacbon, sợi hữu cơ, sợi bor, sợi tạp lai…

- Ưu điểm: điểm: nhẹ, nhẹ, độ bền bền cơ lý cao, bền tron trongg môi trườ trường ng hóa hóa học, dẫn điện điện,, dẫn nhiệt thấp, công nghệ chế tạo không phức tạp. Với các cấu trúc chịu lực quan trọng ( gân cánh máy bay) chỉ có thể dùng sợi với biến dạng không thấp hơn 2%, độ bền trượt lớn hơn 100Mpa. - Việc Việc chọn chọn vật liệu liệu nền nền là vấn đề đề quan quan trọng trọng hàng hàng đầu đầu trong trong việc việc chế chế tạo composite polyme. - Công Công nghệ chế chế tạo tạo bởi nhiề nhiềuu phương phương pháp: pháp: truy truyền ền thống: thống: nén, nén, dập, dập, đổ đổ khuôn khuôn và khuôn tiếp xúc chân không đến những phương pháp đặc biệt: quấn(khô hoặc ướt), đúc đẩy, đúc giọt, phun… - Ứng dụng dụng:: thân, thân, vỏ, vỏ, vách vách ngăn ngăn tầu vũ vũ trụ sử sử dụng dụng compos composite ite poly polyme me sợi sợi cacbon •

Thân vỏ máy bay vận tải Lirphan làm hoàn toàn từ composite cốt sợi cacbon

•

Một số chi tiết của máy bay chở khách được chế tạo từ composite nền epoxy cốt sợi thủy tinh và cacbon:

•

Mũ nắn dòng và thân vỏ tên lửa được chế tạo từ composite

•

Ghế hành khách trên máy bay

•

Vỏ bảo vệ khởi động của tàu vũ trụ Apolo: polyme cốt sợi thủy tinh và nhựa nền phenolic

- Compos Composite ite sợi sợi bor: bor: dầm, dầm, khung khung pane panen, n, các các sống sống dọc của của những những phần phần chịu chịu lực, càng, khoang, vỏ cánh máy bay, nâng cao độ bền, đọ cứng, độ tĩnh và bền rung giảm trọng lượng. SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50

Trang 15



2. Vật liệu liệu comp composi osite te cacbo cacbonn- cacbo cacbon n - Thàn Thànhh phần phần:: nền nền cac cacbo bon, n, cốt cốt:: sợi sợi cacb cacbon on.. - Ưu điểm điểm nổi nổi trội: trội: chịu chịu nhiệt nhiệt độ độ rất cao, cao, lại lại rất nhẹ, nhẹ, rất rất bền với với ứng suất suất nhiệ nhiệtt độ và với sự chiếu sáng. Khả năng làm việc lâu dài ở 773oK môi trường oxi hóa, và đạt đến 3273K trong môi trường chân không hoặc trơ - Sản xuất xuất theo theo 3 phươ phương ng pháp: pháp: phươ phương ng pháp pháp lắng, lắng, kết kết tủa tủa cacbo cacbonn từ luồng luồng khí nóng giữa các sợi cốt.Phương pháp tẩm các sợi cốt bằng nhựa nền( phenol, furan, epoxy, polyeste…hoặc pec) rồi sau đó tiến hành quá trình cacbon hóa.phương pháp tổ hợp cả 2 phương pháp trên: vừa tẩm sợi vừa lắng kết tủa. - Ứn Ứngg dụng: dụng: dự dựaa vào vào độ bền bền nhiệ nhiệtt và độ dai dai va va đập đập cao cao •

Hãng Danlop chế tạo các đĩa phanh dùng cho các máy bay Concord( hiện nay đã dừng bay) dựa trên nền pec, cốt vải hoặc sợi cacbon. Thông số hình học: đường kính 0.6 mm, chiều dài 1.2 mm, độ dày 25mm. Thông số cơ tính: độ bền uốn 103Mpa, độ bền nén 138 Mpa, và bền nhiệt 2500oC

•

Các hộp Pirocard-400 mà chương trình Apollo sử dụng để bảo vệ an toàn các trang thiết bị và các nguồn đồng vị khi đưa về trái đất.

•

Thiết bị cách nhiệt trên tàu vũ trụ vận tải Shutle, hãng Vout của Mỹ.

•

Loa phụt,thân vỏ, xylanh, côn nạp nguyên liệu của tên lửa nhiên liệu rắn, chóp khí động của tên lửa đạn đạo.

3. Vật Vật liệu liệu com compo posi site te gốm gốm - Thành phần: nền gốm,t gốm,thủy hủy tinh tinh ( ceramic, ceramic,borsil borsilicat, icat, nhôm silicat), silicat), cốt có thể thể là sợi kim loại hoặc phi kim loại( vonfram, molipden, thép, niobi). - Chế tạo: tạo: phươ phương ng pháp pháp dập dập nóng nóng nhiều nhiều lần lần những những dải dải sợi cốt và và bột thủy thủy tinh tinh trong môi trường agon. - Ưu điểm: điểm: có rất nhiều nhiều triển triển vọng vọng,, đùng đùng để chế chế tạo các các chi chi tiết tiết làm làm việc việc ở nhiệt đọ lên tới 2073K. SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50

Trang 16



- Ứng dụng: dụng: cơ cấu cấu ăngten ăngten ở mũi mũi những những vật vật thể thể bay vũ vũ trụ cần phải phải thu thu hồi hồi trở về trái đất, mũi nắn dòng tên lửa. 4. Vật liệu liệu compo composit sitee kim kim loại loại - Thành Thành phần phần nền: kim kim loại loại hoặc hoặc hợp kim( kim( hợp hợp kim nhôm nhôm,, titan titan,, megie) megie),, cốt: cốt: sợi kim loại hoặc phi kim loại. - Chế tạo: tạo:sử sử dụng dụng các các phương phương pháp pháp có có cường cường đọ lực lực và nhiệt nhiệt độ cao cao bao bao gồm: gồm: •

Phương pháp pha rắn: ép dẻo, hàn nổ, khuếch tán…

•

Phương pháp pha lỏng: tẩm sợi cốt bằng dung dịch nền nóng chảy.

•

Kết dẻo và phun( khí ga+ hóa học + điện hóa).

- Ưu điểm: điểm: ứng dụng dụng rộng rộng rãi rãi đòi hỏi vật vật liệu liệu làm làm việc việc ở các các miền miền nhiệt nhiệt độ khắc nhiệt, những nơi mà điều kiền sử dụng không cho phép dùng kim loại truyền thống. - Ứng dụng: dụng: Vật liệu liệu compos composite ite bor bor sợi sợi nhôm: nhôm: máy máy bay bay tàu lượn lượn F-106 F-106A A (Mỹ), giảm 30% trọng lượng. •

IL-62 (Nga), giảm 17% trọng lượng.

•

Vật thể bay vũ trụ: chi tiết khung cứng, vỏ, vòng đai chịu lực bao quanh động cơ tên lửa, những bậc ngăn nối tên lửa đạn đạo.

•

Vật liệu composite nhôm sợi cacbon: độ cứng cao, độ bền mỏi cao, dùng cho chi tiết chị tải cao, thân vỏ cách tua bin, ống xả của động cơ máy bay-tên lửa


Trang 17



PHẦN III: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA VẬT THỂ BAY

1. Công nghệ nghệ chế tạo tạo thân,vỏ thân,vỏ động cơ tên tên lửa nguyên nguyên liệu liệu rắn - Thành phần: •

Vật liệu nền: chủ yếu dùng nền epoxy

Quấn ướt sủ dụng mác: EDT-10, UP612M, EXD-M, EXM Quấn khô dùng mác: XEDT-10P, EFB-33, EXT-1, PA •

Vật liệu cốt: sợi cacbon, sợi hữu cơ hoặc dùng sợi thủy tinh, vật liệu cốt được chuẩn bị trước ở dạng băng vải cốt đồng phương, các dải sợi tết.

- Chế tạo: tạo: theo theo công công nghệ nghệ quấn quấn vỏ: vỏ: công công nghệ nghệ quấn quấn xoắn xoắn và quấn quấn theo theo quỹ quỹ đạo. đạo. SVTH: Vũ Duy Khương-Máy hóa K50

Trang 18



2. Công nghệ nghệ chế chế tạo một một số chi tiết tiết loa loa phụt động động cơ - Nguyên liệu: liệu: composit compositee polyme polyme sợi cacbon đặc biệt là composi composite te cacboncacbon- cacbon. cacbon. - Phương Phương pháp pháp:: quấn quấn ngang ngang lên lên những những băng băng vải vải cốt bán thàn thànhh phẩm phẩm xếp dọc dọc theo theo trục khuôn và được lắp với nhũng thanh dầm cốt theo chiều hướng tâm. Việc quấn thực hiện trên máy quấn vạn năng thông thường. - Mác vật liệu liệu:: KIMFM KIMFMB, B, KUPKUP-BMBM-PU( PU( Nga), Nga), Sepca Sepcard-5 rd-570 70 (Mỹ). (Mỹ).

3. Chế tạo cánh cánh máy máy bay bay - Công Công đoạn: đoạn: gồm 3 phần phần chính: chính:thi thiết ết kếkế- chế tạotạo- thử thử nghiệm nghiệm :chế :chế tạo tạo cánh cánh tàu lượn lượn T-2B( hải quân Mỹ), với cốt thủy tinh S-994 và nhựa nền Sell 58-68R - Công Công nghệ: nghệ: sử dụng dụng công công nghệ nghệ quấn, quấn, công công việc việc thực thực hiện hiện bằng bằng tự động. động. - Kết Kết cấu cấu nhận nhận đượ đượcc có cấu trúc trúc com compo posi site te 3 lớp. lớp. - Lớp ngoài ngoài cùng lót bằng một lớp màng polyvinyl polyvinyl florua( florua(tedla tedlar), r), bảo bảo vệ cánh với tác động của khí quyển, tia hồng ngoại và độ ẩm…các màng tedlar không chứa hóa chất dư, giữ được bền, không bị hóa giòn trong khoảng nhiệt độ rộng.


Trang 19



4. Chế tạo tạo bình khí khí N2,O2 N2,O2 dùng cho cho các nhà nhà du hành hành vũ trụ trụ - Mỗi trạm trạm có 12 bình bình,, dung dung tích tích 27 lít, lít, chịu chịu áp 30Mpa. 30Mpa. - Lớp vỏ trong trong chế chế tạo từ từ màng màng polyet polyetyle ylenn tereph terephtal talat at và polyi polyimi mitt PMF352 PMF352 - Lớp vỏ vỏ ngoài ngoài chế chế tạo tạo theo theo quấn quấn sợi sợi cacb cacbon, on, sợi cacb cacbon on YKH YKH nền epox epoxyy EDT-10 EDT-10P P


Trang 20



Phần VI: ỨNG DỤNG VẬT LIỆU COMPOSITE Ở VIỆT 

Ở nước phát triển vật liệu composite được phát triển từ rất lâu, nhưng với nước ta thì composite được coi là vật liệu mới, do thời gian đưa vào chưa lâu.



Vật liệu composite được bắt đầu nhiên cứu và áp dụng thử ở nước ta từ 1988. Đến thập kỉ 90 của thế kỉ 20, một cài đơn vị sản xuất composite đã hình thành với các sản phẩm ghe thuyền, bồn chứa với khối lượng lượng không lớn. Tuy nhiên composite bắt đầu được phát triển từ 1995 đến nay, đã tăng kể cả số lượng và chủng loại sản phẩm.



Hiện nay chỉ có khoảng 40 đơn vị lớn nhỏ nhưng chỉ có một số đơn vị sản xuất mặt hàng composite, còn lại là kết hợp với các sản phẩm nhựa khác. Các mặt hàng đã mở rộng, đa dạng phong phú cùng với chất lượng cao hơn: thiết bị giáo dục, bàn ghế, các giải phân cách đường giao thông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống máng trượt, máng hứng và ghế ngồi, mái che của các nhà thi đấu, các sân vận động và các trung tâm văn hoá…Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liều Composite vào các lĩnh vực điện dân dụng, hộp công tơ điện, sào cách điện, đặc biệt là sứ cách điện. ...



Mỗi năm Việt Nam tiêu thụ khoảng 5.000 tấn nguyên liệu, nhưng chủ yếu vẫn là nhập liệu.



Lĩnh vực này hạn chế là do: tất cả nguyên liệu đều ngoại nhập, người tiêu dùng, nhà quản lý, kĩ sư trưởng chưa am hiểu rõ vật liệu này. Các Các nhà sản xuất cũng chưa mạnh dạn đầu tư dây truyền sản xuất tiên tiến, chất lượng , chủng loại mặt hàng chưa đáp ứng yêu cầu…Tất cả các yếu tố trên làm composite phát triển chưa được như mong muốn.



Về công nghệ, ở nước ta vẫn chủ yếu sử dụng công nghệ thủ công: trải tay ( Hand lay up), công nghệ phun(spray up) và các công nghệ tiên tiến khác còn rất ít được áp dụng. Tuy nhiên sản phẩm composite đã và đang có xu thế phát triển ở nước ta.


Trang 21

Ñề tài: Composite với ngành hàng không- vũ trụ 


Hầu hết các nước trong khu vực đều có nhà máy chế tạo cốt sợi và vật liệu nền chuyên dùng cho composite phục vụ trong nước và xuất khẩu. Nước ta có cát, mỏ dầu, tiên đề cho sự ra đời nhà máy sản xuất composite.

 Nếu

được quan tâm của các cấp vĩ mô, các nhà sản xuất mạnh dạn đầu tư công n ghệ

tiên tiến, cùng với nguyên liệu trong nước thì chắc chắn vật liệu composite ở nước ta sẽ phát triển mạnh và trở thành một nguồn vật liệu có ý nghĩa, đóng góp cho sự phát triển của kinh tế xã hội.


Trang 22



Tài liệu tham khảo: 1. Gs.Nguyễn Gs.Nguyễn Hoa ThịnhThịnh- Gs.Nguy Gs.Nguyễn ễn Đình Đức, Đức, “Vật liệu liệu composite: composite: Cơ Cơ học và công nghệ”,Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật- 2002. 2. Ths.Nguyễn Ths.Nguyễn Đăng Cường,”Com Cường,”Compozit pozit:: Sợi thủy tinh và ứng ứng dụng”, dụng”, Nhà Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật-2005. 3. Ngiêm Hùng, “ Vật Vật liệu liệu học cơ sở”, sở”, Nhà xuất xuất bản khoa khoa học và kĩ kĩ thuậtthuật2007. 4. B.A.Sander B.A.Sanders,edi s,editor; tor; “Short “Short fiber reinforced reinforced composite composite material materials”, s”, American Society for Testiny and Materials- 1982. 5. Sanjay Sanjay K.Mazundar,P K.Mazundar,Ph.D; h.D; “Composit “Composites es manufacturing: manufacturing: Materia Materials, ls, Product, and Process Engineering”, CRC Press LLC- 2002.


Trang 23

Ung Dung Cua Compozite Trong Hang Khong Vu Tru

Recommend Documents