Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chế tạo đến độ nhám bề mặt lớp gelcoat trong kết cấu composite

Lớp gelcoat được chế tạo nhằm cải thiện một số tính chất bề mặt cho các kết cấu composite. Tuy nhiên, nếu điều kiện chế tạo không phù hợp thì lớp này có thể bị rỗ, co và nhăn. Hiện tượng này ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm như độ bền, tính thẩm mỹ,…
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chế tạo đến độ nhám bề mặt lớp gelcoat trong kết cấu composite Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2015 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CHẾ TẠO ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT LỚP GELCOAT TRONG KẾT CẤU COMPOSITE STUDY ON THE MANUFACTURING CONDITIONS TO ROUGHNESS OF GELCOAT SURFACEIN COMPOSITE STRUCTURES Phạm Thanh Nhựt1 Ngày nhận bài: 03/9/2014; Ngày phản biện thông qua: 03/10/2014; Ngày duyệt đăng: 10/2/2015 TÓM TẮT Lớp gelcoat được chế tạo nhằm cải thiện một số tính chất bề mặt cho các kết cấu composite. Tuy nhiên, nếu điều kiện chế tạo không phù hợp thì lớp này có thể bị rỗ, co và nhăn. Hiện tượng này ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm như độ bền, tính thẩm mỹ,… Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá hiện rỗ bề mặt lớp gelcoat là rất cần thiết. Ba yếu tố đầu vào (biến độc lập) để xét điều kiện chế tạo bao gồm nhiệt độ môi trường, hàm lượng chất đóng rắn và lưu lượng phun. Yếu tố đầu ra (biến phụ thuộc) nhằm đánh giá chất lượng bề mặt là hai thông số độ nhám bề mặt được sử dụng phổ biến: sai lệch trung bình số học của biên dạng (Ra) và chiều cao mấp mô trung bình (Rz). Khảo sát thực nghiệm và phân tích mô hình hồi quy đa biến được áp dụng trong nghiên cứu này. Từ khóa: gelcoat, bề mặt, độ nhám, hồi quy đa biến ABSTRACT Gelcoat layer is designed to improve the surface properties of composite structures. However, the surface can occur a shrinkage, roughness or wrinkle if manufacturing conditions are not good. This phenomenon affects the quality of products (strength, aesthetics, etc.). Therefore, investigation and evaluation of roughness phenomenon of gelcoat layer is necessary. Three input factors (independent variables) for manufacturing conditions are temperature, hardener fraction and spraying flow. Output factors (dependent variables) for evaluation of surface quality are arithmetic mean value of roughness (Ra) and mean height of profile irregularities of roughness (Rz). Experimental investigation and multiple regression analysis are used in this study. Keywords: gelcoat, surface, roughness, multiple regression I. ĐẶT VẤN ĐỀ Gelcoat là một loại nhựa polyester đặc biệt với các thành phần xúc biến nhằm tăng độ nhớt và chống lún. Đây là một trong những thành phần quan trọng của vật liệu composite, quyết định đến khả năng sử dụng, độ bền, đẹp của sản phẩm. Gelcoat có nhiều ưu điểm nổi bật như có khả năng kháng nước, chịu thời tiết, khả năng chống hầu hà, tạo màng bóng đẹp, chịu bức xạ mặt trời, kháng hóa chất, dễ tạo màu sắc theo ý muốn,… [5]. Nó được ứng dụng làm lớp bề mặt cho nhiều sản phẩm composite sử dụng trong hàng không, hàng hải, thể thao, nội thất,… 1 Trong công nghệ chế tạo composite dạng tiếp xúc khuôn, lớp gelcoat được trát đầu tiên lên bề mặt khuôn. Về mặt lý thuyết, sau khi tách khuôn, độ nhám bề mặt lớp gelcoat gần tương đương với bề mặt khuôn. Tuy nhiên, thực tế, việc phủ gelcoat lên bề mặt của vật liệu composite sao cho hợp lý, sản phẩm đạt được chất lượng tốt, đảm bảo tính năng khi sử dụng không phải là vấn đề đơn giản. Điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tay nghề công nhân, các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm,… hoặc một số yếu tố công nghệ khác trong quá trình chế tạo như hàm lượng chất đông rắn, lưu lượng phun,… TS. Phạm Thanh Nhựt: Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 43 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Tùy theo các điều kiện khác nhau mà sau khi hình thành, trên bề mặt lớp gelcoat có thể xuất hiện các vết nứt, nhăn, rỗ ở dạng vĩ mô (có thể quan sát bằng mắt thường) hoặc dạng rỗ vi mô. Trong nghiên cứu này, các mẫu gelcoat được chế tạo bằng phương pháp phun nên một trong những yếu tố quan trọng hàng đầu để đánh giá chất lượng của chúng đó chính là độ nhám bề mặt dạng vi mô. Đã có nhiều công trình nghiên cứu về nguyên nhân và cách khắc phục hiện tượng rỗ bề mặt lớp gelcoat ở cả dạng vĩ mô (nhìn thấy bằng mắt thường) và vi mô [1], [3]. Tuy nhiên, các nghiên cứu đó chỉ quan tâm đến ảnh hưởng của cấu trúc các lớp bên trong đến chất lượng bề mặt lớp gelcoat theo các phương pháp chế tạo mẫu khác nhau. Trong nghiên cứu này, các yếu tố trực tiếp ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt ngay trong quá trình hình thành lớp gelcoat được xem xét, đó là nhiệt độ môi trường, hàm lượng chất đóng rắn và lưu lượng phun. II. ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 1. Đối tượng nghiên cứu Độ nhám bề mặt lớp gelcoat được khảo sát, đo đạc và đánh giá theo hai thông số: + Sai lệch trung bình số học của biên dạng (Ra); + Chiều cao mấp mô trung bình (Rz). Gelcoat có xuất xứ từ Hàn Quốc với các đặc tính cơ bản được thể hiện ở bảng 1. Chất đóng rắn được sử dụng là loại MEKP-925 (Methyl ethyl ketone peroxide). Khuôn để chế tạo các mẫu gelcoat là tấm kính 10x10x0.5cm, có độ nhám bề mặt Ra = 0.1mm và Rz = 1.2mm; bao gồm 9 khuôn đảm bảo đủ cho một lượt chế tạo. Thiết bị phun (súng phun) tương tự như súng phun sơn thông thường nhưng áp lực phun được điều chỉnh trong khoảng 6 – 7 bar. Hai thông số độ nhám bề mặt được đo trên kính hiển vi đồng tiêu chuyên dụng KEYENCE tại phòng Thí nghiệm vật liệu và kết cấu composite, Trường Đại học Ulsan, Hàn Quốc. Bảng 1. Đặc tính cơ bản của gelcoat* Thông số Đơn vị Giá trị Màu Tỷ trọng Độ nhớt tại 250C Thời gian lên gel tại 250C Tỷ lệ đóng rắn (MEKP-925) Mô đun Young Hệ số Poisson Hệ số giản nở nhiệt g/cm3 poise phút % MPa 1/oC Trắng 1.2-1.3 120-160 12-15 ~1 2500 0.35 5x10-5 * Số liệu do nhà sản xuất cung cấp 44 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Số 1/2015 2. Phương pháp nghiên cứu Trên cơ sở lý thuyết qui hoạch thực nghiệm, tiến hành lựa chọn tổng số mẫu cần thiết. Các mẫu thí nghiệm được chế tạo bằng súng phun trên bề mặt khuôn, với sự thay đổi của các điều kiện chế tạo là nhiệt độ môi trường tại thời điểm phun T(0C), hàm lượng chất đóng rắn dùng để pha trộn với gelcoat F(%) và lưu lượng phun Q(ml/phút). Các giá trị và hình ảnh độ nhám bề mặt của mẫu Ra, Rz được dùng làm kết quả chính để đánh giá. B ...