Nghiên cứu tính chất cơ học của vật liệu composite từ nhựa PEKN và sợi tre

Vật liệu composite đã được sử dụng từ xa xưa, ví dụ như nhà tranh vách đất. Tuy nhiên, việc nghiên cứu và ứng dụng vật liệu composite một cách khoa học chỉ mới bắt đầu vào đầu thế kỷ 20. Năm 1938, composite nền polyeste gia cường sợi thủy tinh lần đầu tiên được sử dụng trong hàng không. Đến năm 1950, sự ra đời của nhựa epoxy và các loại sợi gia cường mới như sợi carbon, aramid đã mở ra một kỷ nguyên mới cho vật liệu composite. Từ đó, vật liệu composite được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

Vật liệu composite là hệ thống gồm hai hay nhiều pha khác nhau về bản chất, không hòa tan vào nhau và phân cách nhau bởi bề mặt phân chia pha. Trong đó, pha liên tục gọi là pha nền (nhựa PEKN), pha phân bố gián đoạn được bao bọc bởi pha nền gọi là pha gia cường (sợi tre). Sợi tre được kết hợp để tạo nên vật liệu composite mang những tính chất ưu việt hơn so với các thành phần riêng lẻ. Vật liệu composite được phân loại theo pha nền (nhựa nhiệt rắn/nhiệt dẻo) hoặc theo pha gia cường (dạng phân tán, sợi ngắn, sợi liên tục).

Tỷ lệ pha trộn giữa nhựa PEKN và sợi tre có ảnh hưởng lớn đến độ bền vật liệu composite. Tỷ lệ sợi tre quá cao có thể dẫn đến khó khăn trong quá trình gia công và làm giảm độ cứng vật liệu composite. Ngược lại, tỷ lệ nhựa PEKN quá cao có thể làm giảm độ bền kéo vật liệu composite. Vì vậy, việc tìm ra tỷ lệ pha trộn tối ưu là rất quan trọng.

Độ bám dính giữa sợi tre và nhựa PEKN là yếu tố quyết định tính chất cơ học vật liệu composite. Bề mặt sợi tre thường không đồng nhất và có chứa các tạp chất, làm giảm khả năng bám dính với nhựa. Các phương pháp xử lý bề mặt sợi tre như xử lý hóa học, xử lý nhiệt có thể giúp cải thiện độ bám dính và tăng cường độ bền vật liệu composite.

Để vật liệu composite nhựa PEKN sợi tre cạnh tranh được trên thị trường, cần kiểm soát và tối ưu giá thành vật liệu composite. Giá thành phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giá nguyên liệu, chi phí gia công, chi phí năng lượng. Sử dụng các nguồn sợi tre địa phương, tối ưu hóa quy trình sản xuất có thể giúp giảm giá thành vật liệu composite.

Các thử nghiệm độ bền kéo, nén, uốn được thực hiện theo các tiêu chuẩn thử nghiệm vật liệu composite quốc tế. Các mẫu thử được chuẩn bị theo hình dạng và kích thước quy định. Kết quả thử nghiệm cho phép xác định các thông số quan trọng như giới hạn bền kéo, giới hạn bền nén, mô đun đàn hồi và độ dãn dài.

Thử nghiệm va đập được sử dụng để đánh giá khả năng chịu lực tác động đột ngột của vật liệu composite. Các mẫu thử được đặt trong máy thử va đập và chịu tác động của một vật nặng rơi từ độ cao nhất định. Năng lượng hấp thụ trong quá trình va đập được ghi lại và sử dụng để đánh giá độ bền va đập.

Phân tích ứng suất biến dạng vật liệu composite là một phương pháp quan trọng để hiểu rõ cơ chế làm việc và phá hủy của vật liệu. Sử dụng các phần mềm mô phỏng vật liệu composite, các nhà nghiên cứu có thể dự đoán ứng suất vật liệu composite, biến dạng vật liệu composite và khả năng chịu tải của vật liệu trong các điều kiện khác nhau.

Khuôn RTM cần được thiết kế chính xác và có độ kín khít cao. Sợi tre được cắt và định hình theo yêu cầu, sau đó được đặt vào khuôn. Việc bố trí sợi tre trong khuôn ảnh hưởng đến tính chất cơ học vật liệu composite cuối cùng.

Nhựa PEKN và chất xúc tác được trộn đều và bơm vào khuôn dưới áp suất. Quá trình bơm nhựa cần được kiểm soát để đảm bảo nhựa thấm đều vào sợi tre. Sau khi bơm đầy khuôn, nhựa được giữ ở nhiệt độ thích hợp để đóng rắn.

Sau khi nhựa đóng rắn, sản phẩm được lấy ra khỏi khuôn và gia công hoàn thiện. Kiểm tra chất lượng sản phẩm được thực hiện để đảm bảo sản phẩm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật. Các phương pháp kiểm tra bao gồm kiểm tra kích thước, kiểm tra khuyết tật và kiểm tra tính chất cơ học.

Vật liệu composite nhựa PEKN sợi tre có thể được sử dụng để sản xuất các tấm vách ngăn, tấm lợp, cửa và các cấu kiện xây dựng khác. Ưu điểm của vật liệu composite so với các vật liệu truyền thống là nhẹ, bền, chịu nước và chống mối mọt.

Vật liệu composite nhựa PEKN sợi tre có thể được sử dụng để sản xuất bàn, ghế, tủ và các đồ nội thất khác. Vật liệu composite tre mang lại vẻ đẹp tự nhiên và độ bền cao cho sản phẩm.

Vật liệu composite nhựa PEKN sợi tre có thể được sử dụng để sản xuất vỏ tàu thuyền. Vật liệu composite nhẹ giúp giảm trọng lượng của tàu thuyền, tiết kiệm nhiên liệu và tăng tốc độ di chuyển. Ngoài ra, vật liệu composite còn có khả năng chống ăn mòn tốt, giúp kéo dài tuổi thọ của tàu thuyền.

Cần tiếp tục nghiên cứu để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của sợi tre đến tính chất cơ học vật liệu composite. Các yếu tố cần được xem xét bao gồm loại sợi tre, kích thước sợi tre, phương pháp xử lý bề mặt sợi tre và tỷ lệ pha trộn.

Cần phát triển các phương pháp gia cường vật liệu composite mới để nâng cao độ bền vật liệu composite, độ cứng vật liệu composite và khả năng chịu lực vật liệu composite. Các phương pháp gia cường có thể bao gồm sử dụng các loại sợi gia cường khác nhau, sử dụng các chất phụ gia và áp dụng các quy trình gia công tiên tiến.

Việc phát triển các vật liệu composite thân thiện môi trường và bền vững là một xu hướng tất yếu. Sử dụng các nguồn nguyên liệu tái tạo, giảm thiểu chất thải trong quá trình sản xuất và tăng cường khả năng tái chế của vật liệu composite là những giải pháp quan trọng.