Bài Tiểu luận Một số vấn đề chất độn và nền polymer trong composite

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KĨ THUẬT HÓA HỌC TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU POLYME Bài tiểu luận Một số vấn đề chất độn và nền polymer trong composite HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 4/2014 Nhóm sinh viên thực hiện: Họ & Tên SHSV Lớp. Nguyễn Văn Dũng 20103611 Polyme-k55 Nguyễn Đình Hiếu 20103216 Polyme-k55 Mai Đức Hiếu 20103124 Polyme-k55 Nguyễn Tuấn Phương 20092060 Polyme-k54 Hoàng Quang Hưng 20091360 Polyme-k54 1 I. Năm cơ chế phá hủy vật liệu composite. Độ bền phá hủy của một vật liệu phụ thuộc vào các tính chất của vật liệu, các tính chất bao gồm: bền kéo, ứng suất chảy, mô đun đàn hồi, độ bền uốn và độ bền phá hủy. Các tính chất này lại phụ thuộc vào tỉ lệ và loại chất độn có trong vật liệu nền. Do đó, chất độn có vai trò quan trọng, quyết định đến độ bền phá hủy . Chỉ có những hiện tượng liên quan đến va đập, uốn, ứng suất kéo mới có thể gây ra sự phá hủy vật liệu. Tất cả các hiện tượng liên quan tới độ mỏi của vật liệu khi chịu tải trọng động được thảo luận trong từng phần như sau.  Các cách phá hủy.  Các cơ chế phá hủy.  Cấu trúc vi mô của hạt chất độn.  Những sự thay đổi trong nền dưới tác động  Làm bền vật liệu.  Dự đoán và mô phỏng phương thức phá hủy vật liệu. Năm kiểu phá hủy quan sát được trong các thí nghiệm kéo. Phần lớn các vật liệu mềm, dễ uốn bị phá hủy trong lúc biến dạng cứng dẻo( kiểu A) hoặc phát triển cổ chai ( kiểu B). Kiểu C và kiểu D là hai kiểu điển hình trong kiểu phá hủy tương tự phá hủy giòn. Kiểu C, một vùng mỏng được tạo ra trong quá trình hình thành cổ eo. Trong trường hợp này, ứng suất giảm đến ứng suất kéo. Trong kiểu D, phá hủy mẫu thông quá sự hình thành dải băng. Các dải băng này cắt ngang qua mẫu và sự phá hủy xuất hiện khi vượt quá giới hạn đàn hồi. Kiểu E là phá hủy giòn, phát triển vuông góc với phương tác động lực. Sự phá hủy xuất hiện trước biến dạng đàn hồi. 2 H. Sơ đồ biểu diễn năm kiểu phá hủy vật liệu khi kéo Từ sơ đồ ta nhận thấy khi hàm lượng chất độn càng tăng thì sự phát triển cổ eo của mẫu khi chịu tác động của lực càng giảm, sự phá hủy tiến dần tới phá hủy giòn. Các mô tả trong các cơ chế phá hủy dưới đây được quan sát bằng SEM và nhựa nền là polyeste nhiệt dẻo với chất độn sử dụng là Canxi terephalat, Canxi cacbonat. 1.Cơ chế 1( cơ chế A). Vật liệu: có tỉ lệ chất độn thấp so với nền. Hình số 1 mô tả cơ chế phá hủy kiểu A. 3 H.1. Sơ đồ mô tả quá trình phá hủy theo cơ chế A. Dưới tác dụng của lực kéo, các vết nứt phát triển tạo nên vùng thô ráp trên bề mặt mẫu. Biến dạng cứng dẻo giúp mẫu không bị phá hủy dưới tác động của tải trọng. Tỉ lệ chất độn thấp, điều đó giúp có đủ polyme nền để mẫu không bị phá hủy dưới tác động của tải trọng bên ngoài. Bề mặt có 1 vùng rời ra (vị trí phá hủy ban đầu) và 1 vùng hình hoa hầu như tách rời ra (nơi mở rộng vết xé xảy ra). Các đặc điểm hình thái học bao gồm : mất kết dính hạt và kéo dài khoảng trống. Sự phá hủy xuất hiện khi ứng suất cục bộ trong các mạch phân tử polyme đạt tới ứng suất phá hủy của nền. Trong vật liệu cần có tỉ lệ chất độn thấp, thì “ hoa thị” mới có thể hình thành. Hiện tượng trên được giải thích như sau, khi ta tác động lực lên hai đầu của mẫu, mẫu biến dạng, do sự khác nhau về độ cứng nên dẫn tới sự khác nhau về biến dạng giữa hạt độn và nền. Chính vì sự khác nhau giữa biến dạng giữa mẫu và nền, các khoảng trống bắt đầu xuất hiện ( đây chính là các vết nứt tế vi). Tuy nhiên tỉ lệ chất độn so với nền rất thấp nên các 4 khoảng trống lúc nay không tập hợp lại được vớ nhau, độ bền của mẫu lúc này phụ thuộc chủ yếu vào độ bền của nhựa nền. Giả sử là các hạt chất độn đã lấp đầy được hết các khuyết tật của mẫu, thì khi lực tác động, nơi yếu nhất trong mẫu chính là hai bên bề mặt của mẫu bởi vì với các phân tử bên trong lòng mẫu khi lực tác động các phân tử đó được hai phân tử hai bền gánh bớt lực, còn với bên bề mặt ngoài mẫu thì các phân tử chỉ có được một sự trợ lực của phân tử bên cạnh, do vậy sự phá hủy mẫu sẽ xảy ra từ bề mặt ngoài của mẫu. 2. Cơ chế phá hủy B. Vật liệu: tỉ lệ chất độn cao hơn A. Hình 2 mô tả cơ chế phá hủy kiểu B. Sự hình thành và phát triển các khoảng trống tương tự như kiểu phá hủy A. Chỉ khác là ở kiểu này các khoảng trống đó tập trung lại với nhau và sự phá hủy xảy ra khi các tập hợp hạt độn tập kết tụ lại với nhau tạo khoảng trống lớn tối đa. Phá hủy bắt đầu xảy ra ở vị trí bên ( bề mặt ngoài) như kiểu A , cả phá hủy từ bên trong mẫu và không có vùng hoa thị. Các bó sợi ngắn và nhỏ theo đường kính. H.2. Sơ đồ mô tả quá trình phá hủy vật liệu theo cơ chế B. 5 Hiện tượng trên được giải thích như sau: khi ta càng kéo mẫu thì khoảng trống càng dài ra, do hàm lượng chất độn lớn nên các khoảng trống sẽ tập hợp lại với nhau theo chiều dọc. Ta càng kéo, chiều rộng của mẫu càng giảm, các khoảng trông lớn càng tiến lại gần nhau, khi chúng đủ gần, thì sẽ tập hợp lại với nhau và lúc đó vết phá hủy sẽ phát triển hướng ra bên ngoài bề mặt mẫu. Kết thúc quá trình là sự phá hủy mẫu. 3. Cơ chế phá hủy C. Vật liệu : tỉ lệ chất độn cao hơn B. Hình số 3 mô tả cơ chế phá hủy kiểu C. Không những có sự hình thành khoảng trống và kết tụ các hạt độn xảy ra bên trong mẫu mà còn cả hướng ra bề mặt ngoài của mẫu. Phá hủy bắt đầu trong lòng mẫu và có nhiều vết nứt thứ cấp. Kiểu phá hủy này là điển hình của phá hủy thể tích, các hạt chất độn đủ gần để kết tụ lại và dẫn tới làm giảm thể tích, hình thành một chút nhỏ cổ eo dẫn tới sự phá hủy vật liệu. Đây là kiểu phá hủy tương tự phá hủy giòn. H.3. Sơ đồ mô tả quá trình phá hủy vật liệu kiểu C. 6 4. Phá hủy kiểu D. Vật liệu: tỉ lệ chất độn cao hơn C. Trường hợp D, do hàm lượng chất độn rất lớn, khi tác động lực vào hai đầu của mẫu, mẫu chưa kịp biến dạng thì trong mẫu đã xuất hiện các vết nứt, khi các vết nứt xuất hiện, cộng với hàm lượng polyme nền ít, các vết nứt sẽ phát triển rất nhanh và kết thúc bằng sự phá hủy mẫu. Hình H.4 mô tả cơ chế phá hủy kiểu D. Phá hủy bắt đầu từ một bên của khối mẫu và phát triển theo một góc sang phía cạnh bên kia. Khi tốc độ phát triển vết nứt tăng, sự phá hủy không phát triển theo hướng cũ nữa mà nó phát triển theo hướng vuông góc với phương chịu lực tác động. Kiểu D không xuất hiện hiện tượng Stress-whitening ( stress-whitening là hiện tượng khi ta tác động lực đủ lớn vào một thanh vật liệu polyme, tại nơi chịu ứng suất lớn nhất ta sẽ quan sát thấy chỗ đó có màu trắng, đó là do sự xuất hiện và phát triển của các vết nứt tế vi) mà là phá hủy giòn. Các hạt chất độn trong mẫu không kết tụ lại với nhau nhưng một số hạt sẽ bị vỡ. H.4. Sơ đồ mô tả quá trình phá hủy vật liệu theo cơ chế D. Khi đó hình thành một dải băng hình được hình thành theo phương ngang với phương của lực ( nó hơi chéo chéo), dải băng đó chính là nơi mà mẫu chịu ứng suất lớn nhất và các đại phân tử bị dãn kéo căng ra, kết thúc của sự dãn kéo căng này là mạch polymer sẽ bị đứt, do lực tác động vượt quá năng lượng liên kết. Khi các vết nứt ( sự phá hủy) đầu tiên xuất hiện ở một cạnh bên mẫu, thì nó nhanh chóng phát triển theo hướng góc mở sang cạnh đối diện, khi mà vết nứt này phát triển tới một giới hạn đủ lớn thì nó sẽ phát triển theo phương vuông 7 góc với phương tác động của lực. Các vết nứt đó phát triển với tốc độ rát nhanh và kết thúc bằng sự phá hủy mẫu. Kiểu phá hủy này là kiểu phá hủy tương tự phá hủy giòn. 5. Cơ chế phá hủy E. Cơ chế phá hủy E. Trong cơ chế phá hủy E không có sự kết tụ của các hạt chất độn, mẫu cũng không có biến dạng mà thay vào đó cả chất độn và nền polyme đều bị phá hủy cùng nhau, đây là phá hủy giòn. Trong trường hợp E, do hàm lượng chất độn quá lớn, nên polyme nền không thấm ướt hoặc thấm ướt một lớp rất mỏng lên hạt chất độn, nên liên kết giữa chất độn và nền yếu dẫn tới mẫu yếu. Khi có lực tác động, các vệt nứt xuất hiện và phát triển sẽ cực kì nhanh, nhanh hơn ở trường hợp D. II.Sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ bền của compozit. Các sản phẩm polymer trong quá trình gia công, hay trong quá trình tổng hợp luôn có những khuyết tật. Khi một mẫu polymer chịu tác động của một lực, thì các đại phân tử ở mép các khuyết tật sẽ chịu ứng suất lớn hơn các đại phân tử khác, và chính sự chịu ứng xuất tập chung đó gây ra sự phá hủy mạch đại phân tử ở gần mép khuyết tật, cho dù lực tác động chưa cần vượt quá lực thực tế để phá hủy vật liệu. Sự phá hủy đó, các khuyết tật bắt đầu phát triển rộng ra và kết thúc bằng sự phá hủy mẫu. Bởi vậy, người ta đưa hạt chất độn vào, nhằm lấp đầy tối đa có thể những chỗ trống đó. Khi chất độn được đưa vào, các lực tương tác giữa nền và chất độn xảy ra, chính sự tương tác này đã giúp vật liệu bền hơn nhờ chất độn đã gánh bớt một phần năng lượng khi vật liệu chịu lực tác động và hơn nữa chất độn đã giảm bớt được rất nhiều sự tập chung ứng suất vào một hay một số đại phân tử nào đó.Việc một chất độn được đưa vào một polymer nền có ảnh hưởng tới sự thay đổi về tính chất, mà rõ nhất là tính chất cơ học của polymer đó như thế nào phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Sau đây là một vài yếu tố đó: bản chất hóa học của chất độn và polymer, kích thước hạt chất độn, sự đồng đều trong phân tán, tỉ lệ giữa chất độn và polymer, sự tương hợp giữa chất độn và nền polymer. Bảng dưới đây cho ta thấy sự ảnh hưởng của các một số loại chất độn ( kích cỡ, loại, tỉ tệ so với nền ) đến cơ chế phá hủy của vật liệu. 8 Bảng 1.1 Filler Vol % CaT-1 CaT-2 CaCO3-1 CaCO3-2 CaCO3-3 0 Mode A 2,4 4,5 7,0 14,0 B 18,0 24,0 C 27,0 D 45,0 E 54,0 Biểu đồ ảnh hưởng của của các loại chất độn và tỉ lệ chất độn đến các cơ chế phá hủy A, B, C, D. Từ bảng trên ta có thể thấy rằng, ví dụ ta xét trường hợp của CaT-1, CaT-2 ( calcium terephthalate) với cùng một lại chất độn nhưng lại có kích thước khác nhau và cùng một kích thước nhưng có tỉ lệ so với nền khác nhau thì cơ chế phá hủy mẫu cũng khác nhau. CaT-1 có kích thước nhỏ hơn CaT-2, khi tỉ lệ chất độn-polymer là 14% thể tích thì cơ chế phá hủy mẫu của nền-CaT1 là cơ chế A, trong khí đó với mẫu nền-CaT2 là cơ chế B. Giờ ta lại đi xét cặp nền-CaT1 với CaCO3-3, ta cũng nhận thấy điều tương tự, CaT-1 thì có tính chất rất khác so với CaCO3-3, nó tương tác với nền tốt hơn, nó có kích thước nhỏ hơn cho nên nó có hiệu quả tăng cường tính chất tốt hơn, còn với CaCO3-3 thì có hiệu quả tăng cường tính chất kém hơn, thậm chí là không có bởi nó có d=6,1μm, khi tỉ lệ độn nền là 14,0 thì với CaCO3-3 đã phá hủy theo cơ chế tươn tự phá hủy giòn. Với CaCO3, mẫu phá hủy theo cơ chế phá hủy giòn là do, mức độ tương tác giữa nền và chất độn tỉ lệ thuận với diện tích tiếp xúc pha, khi hạt chất độn càng to thì diện tích tiếp xúc pha càng nhỏ, do vậy mà khi hạt chất độn to dần tới mẫu yếu và khi chịu lực tác động, sự phá hủy mẫu sẽ xảy ra theo cơ chế phá hủy giòn. Độ tương hợp giữa nền và chất độn có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền phá hủy của vật liệu. Độ tương hợp tăng lên thì tính chất của vật liệu cũng được tăng lên. Nếu độ tương hợp kém, khi có lực tác động chất độn và nền rất dễ tách ra khỏi này làm giảm tính chất của vật liệu. Mức độ tương hợp phụ thuộc vào khá nhiều 9 yếu tố như, hình dạng của hạt chất độn ( hình cầu, hình kim..), bản chất hóa học của nền và chất độn, bề mặt chất độn. Hình dạng hạt chất độn, ví dụ như bột tacl có cấu trúc hình kim( cấu trúc bất đẳng hướng) gây giảm độ bền xé rách- độ bền theo chiều dọc các hạt độn lớn hơn rất nhiều so với chiều ngang( định hướng của hạt trong quá trình gia công), nhưng với chất độn aramid thì lại làm tăng độ bền của vật liệu đặc biệt là độ bền kéo lên rất nhiều. Bề mặt hạt chất độn, ví dụ như chất độn CaCO3 chưa biến tính bề mặt trong PE làm giảm độ bền kéo, tuy nhiên khi biến tính photphate thì lại làm tăng độ bền kéo rất nhiều. Hay với chất độn silica với cao su, nếu ra không biến tính bề mặt silica ( sử dụng silan) thì độ tương hợp với nền rất kém, đưa vào sẽ làm giảm tính chất nền ( độ chịu mài mòn, bền kéo, xé..). Hay về bản chất của chất độn và nền, nếu một chất độn mà không phân cực, hay không có các nhóm chức, nhóm hoạt động ở bề mặt đưa vào một nền polymer phân cực như Epoxy thì sẽ làm giảm tính chất cơ lí của vật liệu do độ tương hợp rất thấp. Tuy nhiên không phải cứ độn tương hợp càng cao càng tốt, ta chần một độ tương hợp phù hợp với tính chất mà ta cần cải thiện, ví dụ như trường hợp chất độn Alumino-silicate với PVAc ( polyvinyl axetat) do sự tương tác quá mạnh dẫn tới độ cứng của vật liệu tăng và làm giảm độ bền kéo – chọn cặp nền –độn phù hợp. Tỉ lệ chất độn với nền, độ bền, cụ thể là bền kéo không tăng tuyến tính với tỉ lệ chất độn, mà nó sẽ có một tỉ lệ gọi là tỉ lệ tối ưu.Đó là tỉ lệ mà tại đó cho ta độ bền cơ lí và giá thành sản phấm phù hợp nhất. Tỉ lệ chất độn cao quá có thể dẫn tới sự tập hợp các hạt chất độn lại do khi đó tương tac độn-độn cao hơn độn- nền, làm bất đồng nhất về tính chất cơ lí, thậm chí có thể xảy ra đảo pha. Với tỉ lệ chất độn thấp quá thì độ bền của vật liệu lại được cải thiện quá ít, không đạt được yêu cầu. Sự biến dạng của hạt chất độn theo chiều lực tác động, điều này khá quan trọng. Nếu khi có lực tác động vào vật liệu, làm nền polymer biến dạng, mà khi đó hạt chất độn không phần nào biến dạng theo, sẽ dần tới khác nhau về sức căng, liên kết độn-nền sẽ bị phá vỡ hoặc suy giảm, tạo điều kiện cho vết nứt tế vi xuất hiện Nhưng phần lớn khả năng biến dạng của các chất độn vô cơ rất kém, điều này ngược lại hoàn toàn với khả năng biến dạng của các chất độn polymer.Với các chất độn là polymer thì sự biến dạng khi có lực tác động không thành vấn đề, còn với chất độn vô cơ ta phải tìm cách khắc phục khả năng biến dạng của nó.Với chất độn vô cơ ta sử dụng polymer liên kết, polymer này sẽ tạo một vỏ bọc bền ngoài hạt chất độn, và nó tương hợp tốt với nền. Dưới đây là một vài ví dụ về sử dụng chất độn trong polymer và sự khác biệt giữa một polymer có sử dụng cao su liên kết và một polymer không có. 10 a b c H.5. Ba sơ đồ biểu diễn việc sử dụng chất độn trong nền polymer. X: chất độn, : hạt cao su. a. Sử dụng hỗ hợp cả chất độn vô cơ và cao su, cao su liên kết trông nền polymer. b. Sử dụng cao sư và chất độn vô cương một cách riêng biệt. c. Sử dụng cao su liên kết và chất độn vô cơ. Trong trường hợp ta không sử dụng cao su liên kết, nhận thấy rằng khi có lực tác động đủ lớn, các hạt talc không biến dạng, tạo điều kiện thuận lợi cho xuất hiện các vết nứt tế vi dẫn tới làm suy giảm tính chất của vật liệu. Nhưng trường hợp có sử dụng cao su liên kết, khi có lực tác động, một vùng đàn hồi sẽ hình thành xung quanh hạt được bao bọc bởi màng cao su liên kết, làm giảm thiểu sự hình thành các vết nứt tế vi. Sực khác biệt giữa sử dụng hay không sử dụng cao su liên kết 11 Mô hình biểu diễn sự khác biệt Giữa sử dụng và không sử dụng cao su Liên kết. Đưa các hạt cao su nhỏ, hay sử dụng cao su liên kết vào trong các polymer có tính giòn nhằm tăng độ bền va đập của vật liệu. Các hạt cao su, hay cao su liên kết sẽ hạn chế sự phát triển của các “ khoảng trống” từ đó giảm sự hình thành vết nứt tế vi, điều đó xảy ra được là nhờ chúng có khả đàn hồi khi có lực tác động, nhờ đó sẽ định hướng lại ứng suất và chia đều ra trên một khoảng diện tích bề mặt rộng. Độ bền của một composite được tính như sau: Độ bền phá hủy có thể được tính toán từ phương trình Einstein: Trong đó: là độ bền phá hủy của composite. là độ bền phá hủy của nền. là phần thể tích chất độn. Phương trình này phù hợp với những hệ thống không có sự kết dính giữa chất độn và nền. Phương trình này dự đoán rằng độ bền phá hủy của composite bị giảm khi mà mật độ chất độn tăng lên. Với những vùng chứa các hạt cùng kích cỡ, lượng tự do, có phần thể tích chất độn tập trung là 0,56> >0, phương trình như sau: 12 Phương trình này dự đoán sẽ có vài sự tăng nhẹ trong độ bền phá hủy khi mà mật độ chất độn tăng lên. Với composite độn sợi, phương trình sau dưới đây được xây dựng nhờ những số liệu thực nghiệm. ∂c = ∂m ( 1 + 1.64.∅) Phương trình này giải thích tại sao sợi gia cường có vai trò quan trọng trong việc tăng khả năng chịu phá hủy. Những phương trình trên quan trọng với việc phân loại cơ bản của chất độn xét về mặt ảnh hưởng của chúng trên khả năng chịu phá hủy nhưng chúng không đủ khả năng trong việc miêu tả ảnh hưởng của nền và tương tác của chất độn. Một phương pháp được sử dụng là sự tính toán tốc độ năng lượng của tích phân J. Nó được thừa nhận rằng có 2 hằng số đánh giá một là ở điểm khởi đầu vết nứt, Jc, và cái khác ở điểm hư hỏng,Jr, được đưa ra bởi phương trình: Trong đó: B là độ dày mẫu đo. Uc là năng lượng khởi đầu. a là chiều dài vết nứt. UT là tổng năng lượng phá hủy. Những giá trị của 2 năng lượng này có thể tìm thấy nhờ vẽ đồ thị U trên một đơn vị chiều dày (U/B) với a. Những giá trị J có thể được xác định từ những dốc của những đường thẳng. Vẽ đồ thị những giá trị J với phần thể tích chất độn cho thấy ảnh hưởng của chất độn với việc bắt đầu vết nứt và với năng lượng phá hủy. Những phương pháp khác của việc xử lí dữ liệu gồm tính toán cường độ tới hạn (độ bền phá hủy), tốc độ phát triển vết nứt, năng lượng phá hủy, và khả năng chịu phá hủy. Những mẫu này tiên đoán sự phân tán lực và tính chất lưu biến của nền xung quanh hạt. 13 III. Độ bền ma sát và bền mài mòn trong vật liệu polymer. 1. Độ bền ma sát. Sự ma sát xuất hiện khi ta cho hai bề mặt vật liệu trượt trên nhau, lúc này lực ma sát xuất hiện do sự cản trở dịch chuyển hai bề mặt bởi các chỗ lồi lõm trên bề mặt vật liệu hay do các lực bán dính của hai bề mặt vật liệu tại các điểm tiếp xúc. Lực ma sát được đặc trưng bởi một hệ số, gọi là hệ số ma sát. Hệ số ma sát này phụ thuộc rất lớn vào tải trọng và nhiệt độ. Sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào tải trọng được tính như sau. µ = K.W0.3-0.4 Ở đây: K – hệ số tỷ lệ W – Tải trọng Ở một nhiệt độ cố định, thì khi ta tăng tải trọng lên mẫu hệ số ma sát sẽ giảm, nếu tải trọng cố định và nhiệt độ tăng thì hệ số ma sát tăng. Khi thay đổi nhiệt độ và tốc độ trượt thì chất dẻo có thể thay đổi tính cách: chúng có thể như vật thể ở trạng thái thủy tinh, có thể là vật thể mềm cao hoặc vật thể dẻo. Quan sát quá trình ma sát trong điều kiện đẳng nhiệt là rất khó vì trong vùng tiếp xúc giữa hai mặt phẳng luôn luôn có sự tỏa nhiệt. Ngoài ra có thể có hai loại tương tác của các vật liệu khi cọ xát với nhau. Loại thứ nhất là do các lực bám dính tại các điểm tiếp xúc gây ra. Các lực này cản trở sự trượt, do đó sự trượt chỉ có thể xảy ra khi phá vỡ các liên kết cục bộ tương ứng. Loại thứ hai là do các chỗ lồi lõm trên bề mặt tiếp xúc mắc vào nhau và sự biến dạng nhiều lần của các chỗ lồi lõm đó khi trượt. Trong trường hợp này, công của lực ma sát sẽ tiêu thụ vào tổn hao trễ của các biến dạng nhiều lần. Đối với những vật liệu polymer sử dụng chất độn thì hệ số ma sát còn phụ thuộc vào tỉ lệ chất độn, loại chất độn trong vật liệu. Bảng dưới đây cung cấp một số ví dụ về tỉ lệ chất độn ảnh hưởng tới hệ số ma sát trong vật liệu ( hệ số ma sát động) 14 Bảng 2. Hệ số ma sát trong một số chất dẻo. Polyme Chất độn Tỉ lệ, wt% Hệ số ma sát Động Polycarbonate PTFE 10 0.12 Polycarbonate Aramid 15 0.15 Polycarbonate PTFE 15 0.10 Polyoxymethylene PTFE Aramid Silicone 10 5 3 0.05 Polybutyleneterephthalate PTFE 15 0.20 Polyethyleneterephthalate PTFE 10 0.15 Polyamide-6 PTFE 15 0.23 Polyamide-6 PTFE Silicone 18 2 0.11 Polyamide-6,6 PTFE Glass fiber 15 30 0.26 Polyamide-6,6 PTFE Glass fiber Silicone 13 30 2 0.14 Polyamide-6,6 PTFE Carbon fiber 15 30 0.11 Polyamide-11 PTFE 15 0.31 Polyamide-12 PTFE 20 0.20 Polyamide, amorphous PTFE 20 0.22 Polypropylene PTFE Glass fiber 15 20 0.09 Polyurethane, thermoplastic PTFE 15 0.32 Từ bảng số liệu trên ta nhận thấy rằng, với cùng một nền polymer, khi tỉ lệ chất độn tăng lên ( tổng chất độn) thì hệ số ma sát sẽ giảm xuống. Với cùng một loại chất độn, cùng một tỉ lệ nhưng trên hai nền polymer khác nhau thì hệ số ma sát cũng khác nhau. 15 2. Độ bền mài mòn. Sự mài mòn của chất dẻo xảy ra khi có sự tương tác bám dính chất, sự mềm mỏi, biến dạng kéo lớn, tác động mài mòn tương tác nhiệt và tương tác nhiệt oxy hóa, sự ăn mòn, sự tạo lỗ..v.v.. Thể tích bị mài mòn của vật liệu chất dẻo được tính bằng công thức: Ở đây: K – Hằng số tỷ lệ µ - Hệ số ma sát P – Trọng lực E – Modun D – Khoảng cách trượt W – Tải trọng Is – Cường độ biến dạng giữa các lớp với nhau. Một chất độn được sử dụng như một phụ gia để làm giảm sự mài mòn bởi không hạ thấp sức căng cho phép, µP/E. Cả chất nền và chất độn đều góp phần làm tăng độ bền mài mòn. Một số Polyme điển hình sử dụng trong những ứng dụng chống mài mòn như: polyamit, polyaxetat, polybuten terePhtalat, và polycacbonnat. Những polymer này có những tính chất phù hợp như khả năng ma sát thấp, tính cơ học tốt, chịu va đập, độ ổn định hình khối. Việc lựa chọn chất độn thông qua hệ số ma sát sao cho ảnh hưởng ít nhất đến tính chất cơ học của nên và bám dính tốt với nền. Thường thì rất khó có được những chất độn theo tiêu chuẩn như trên vì chất độn có hệ số ma sát thấp làm tiếp xúc với các chất khác không được tốt. Polyterafloetylen thường sử dụng làm phụ gia chống mài mòn, ví dụ ta thêm 20% PTFE vào polyamit 66 làm bền kéo xuống 40%. Để khắc phục hiện tượng này PTFE thường được sử dụng cùng với với sợi thủy tinh. Sợi thủy tinh làm tăng độ mài mòn của vật liệu nhưng cũng tăng cường tính chất cơ học cho vật liệu và do đó làm bù lại những khuyết điểm nhờ sử dụng PTFE 16 Một số chất độn điển hình sử dụng giúp tăng độ bền gồm :PTFE, silicon, bột graphit, molipden, disunfit và chất độn aramit. Với hỗn hợp mica và oxit ziroconi cũng cho hiệu quả gia cường tương tự. Hình.6biểu diễn tác dụng tăng độ chịu mài mòn cho nền Epoxy của mica và mica trong hỗn hợp với oxit ziriconi. H.6 Wear volume vs amount of filler. Hình.7 cho thấy, MoS2 kết hợp với PTFE có hiệu quả tăng chống mài mòn cho nền cao hơn là sử dụng Graphite kết hợp với PTFE. Kết quả này là giới hạn tới 1 dãy khá nhỏ của chất độn tập trung bởi vì PTFE không tương tác với chất độn và tính chất cơ học của nó bị giảm đi nhanh chóng như việc chất độn tập trung tăng lên. Việc thêm vào 40% chất độn (graphit hay MoS2) làm giảm độ dãn dài từ 240% về gần đến 0. Thêm vào chỉ 20% chất độn cũng làm giảm độ dãn dài xuống khoảng không đầy một nửa giá trị. 17 H.7. Wear rate vs filler content Hình 7.9 minh họa ảnh hưởng của sự định hướng sợi trong tốc độ mài mòn. Sự bám dính của sợi tới nền và chất phân tán của chúng là những thông số chủ yếu của sợi aramit. Diện tích bề mặt của sợi aramit tạo ra sự bao bọc bề mặt phân chia cơ học và giới hạn phân tán của chúng trong nền. Một số chất độn có kích thước nhỏ làm tăng độ bám dính nhưng cũng khiến cho các sợi tạo bó, các bó này rất khó bị phá vỡ sau quá trình gia công cắt. Một loại dầu gia công đặc biệt được dùng để ngăn tạo bó. Mài mòn là sự phá hủy các lớp bề mặt polymer trong khi cọ xát.Trong quá trình mài mòn vật liệu bị tách khỏi bề mặt cọ xát. Sự mài mòn chất dẻo xảy ra theo các cơ chế khác nhau: cơ chế “giấy ráp”, cơ chế cọ xát và cơ chế kết dính nội. Mài mòn kiểu “giấy ráp” xảy ra do sự cắt, cào bề mặt vật liệu bởi các mấu lồi cứng của vật liệu gay ra cọ xát. Dấu hiệu bên ngoài của mài mòn theo cơ chế này là các vạch đặc trưng trên bề mặt sắp xếp dọc theo hướng chuyển động tương hỗ của hai vật cọ xát. Mài mòn do cọ xát xuất hiện do lực ma sát của các điểm lôi kéo mạnh các lớp bề mặt chất dẻo. Vi vậy, vùng tiếp xúc sẽ chịu tải trọng động lien tục và kết quả là xảy ra phá hoại do mỏi. Tùy thuộc vào trạng thái của chất dẻo và điều kiện thử nghiệm, cơ chế mài mòn dạng này có thể chuyển sang dạng khác. Có 2 vấn đề sẽ được thảo luận là khả năng chống chịu của vật liệu và sử dụng chất độn trong vật liệu ma sát. Cả 2 đều có những đặc điểm riêng biệt và khác nhau. Thông thường, cao su có tính chống mài mòn thấp do khả năng đàn hồi của nó. Ta có thể tăng khả năng chống mài mòn bằng cách cho thêm silica và 18 carbon đen. Đồ thị dưới đây cho ta thấy các mức độ mài mòn khác nhau khi cho carbon đen. Từ đó ta thấy khoảng cách liên hợp giảm thì độ mài mòn cũng giảm Một đồ thị khác dưới đây cho thấy việc tăng chất độn trong vật liệu làm giảm độ mài mòn. Do tương tác hóa học giữa gốc hydroxyl trong đất sét và liên kết ion trong EPDM, đất sét giúp giảm mài mòn tốt hơn carbon đen. H.8. Abrasion loss of SBR containing different types of carbone balck Vs interaggregate distance. H.9. Abrasion loss EPDM vs filler content. 19 Carbon black tạo sự tương tác yếu với mạch chính, tăng độ bám dính giữa chất độn và nền góp phần làm tăng khả năng chống mài mòn. Dựa vào nghiên cứu cao su thiên nhiên với chất độn silica, ta có thể cải thiện khả năng kết dính giữa chất độn và nền bằng 1 chất độn đa chức . Như vậy nồng độ của các chất độn tăng, sự mất mát mài mòn giảm. Vật liệu ma sát điển hình được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô là má phanh. Trong quá khứ, amiăng là chất độn được sử dụng nhiều nhất nhưng sau năm 1983, việc sử dụng amiăng đã được dần dần giảm bớt và thay vào đó là vật liệu thay thế (đã được tìm thấy sau khi thử nghiệm rộng rãi trên hơn 1200 vật liệu khác nhau). Có ba công nghệ chính được sử dụng để sản xuất má phanh: lót kim loại, phanh carbon - carbon composite, vật liệu ma sát từ cao su. Chúng ta sẽ nói về vật liệu ma sát từ cao su. Các vật liệu ma sát được lựa chọn qua một quá trình phức tạp với một số yêu cầu nhất định. Ngoài hệ số ma sát, hệ thống phanh cần tính toán để không bị ảnh hưởng quá lớn của ma sát trong chu kỳ lặp đi lặp lại từ quá nhiệt và trở về nhiệt độ bình thường. Phanh nên có khả năng phục hồi nhanh chóng tổn thất ma sát khi tiếp xúc với nước, chúng cần có khả năng chống chịu với cao độ lớn khác nhau của tải và ma sát. Chất độn hiếm khi được sử dụng một mình mà thường kết hợp với các chất khác . Có thể bao gồm một dây dẫn để tạo điều kiện tản nhiệt (bột kim loại, thường xuyên nhất đồng hoặc đồng thau), một chất độn hạt cho bề mặt (điển hình là barytes, canxi cacbonat, và đất sét) và gia cố (sợi mà có thể chịu được nhiệt độ và duy trì cơ tính và khả năng ma sát như aramid, thủy tinh, carbon ) . Tuy vậy tất cả các sợi được sử dụng ngày nay vẫn không thể bằng amiăng với sự ổn định nhiệt, tính chất cơ học cao, độ đàn hồi và đủ để ngăn chặn đứt gãy cấu trúc (thủy tinh thông thường và sợi carbon) IV. Độ bền trầy xước. Trong thực tế, chống trầy xước là một yêu cầu rất quan trọng, vì một sản phẩm có bề mặt trầy xước không ổn định, có thể làm hỏng sản phẩm( do có khuyết tật trên bề mặt dẫn đến phá hủy sản phẩm trong khi sử dụng) tuy nhiên lại có rất ít nghiên cứu tin cậy được thực hiện vì rất khó để thực hiện chính xác. Gần đây, kĩ thuật phân tích hình ảnh đã trợ giúp quá trình khắc phục các lỗi kĩ thuật xảy ra trong quá trình thực nghiệm. Ngoài những thiệt hại tại chính nơi bị trầy xước, các khu vực xung quanh vết xước cũng bị ảnh hưởng. Sử dụng nhựa trong công nghiệp sản xuất oto, đặc biệt là việc nghiên cứu sử dụng 20 polypropylene để phát triển các sản phẩm có chất lượng cao hơn, độ bền trầy xước cao hơn. Phương pháp trong việc nghiên cứu bằng phân tích hình ảnh gồm các bước sau:  Sử dụng một thiết bị kiểm soát bề mặt bị trầy xước,  Phân tích khu vực bị trầy xước bằng ánh sáng phân cực trong kính hiển vi quang học  Sao chép và phân tích các hình ảnh thu được. Ví dụ về chất độn chống trầy xước. Bột talc là một chất độn làm giảm độ bền trầy xước của vật liệu polyme compozit: Đồ thị dưới đây thể hiện các dữ liệu thu được khi phân tích bề mặt trầy xước có phụ gia propylene: H.10. Average scattering difference vs talc load in polypropylene. Như vậy lượng bột talc tăng thì khả năng chống trầy xước giảm. Độ bám dính giữa chất độn và nền ở đây có thể được tăng cường vì bột talc có độ cứng kém, hoàn toàn có thể thêm chất độn vào để cải thiện. 21 Dưới đây là một chất độn nano có tác dụng tăng khả năng chống trầy xước của vật liệu. Hình.11. cấu trúc của 1 chuỗi nano composite và phản ứng hình thành. Nanocomposite này có khả năng chống trầy xước tốt. Nó thường được phủ thêm một lớp màng kính, nhờ đó khả năng chống xước của nó tăng gấp 3 lần so với vật liệu thường khi cắt bằng kim cương, và gấp 2 lần các vật liệu khác với cùng màng phủ đấy. Vậy ta có thể nhận thấy rằng, khi kích thước hạt chất độn càng nhỏ, với cùng một diện tích bề mặt thì mật độ hạt chất độn có ở lớp bề mặt đôi với chất độn kích thước nhỏ cao hơn rất nhiều so với hạt độn có kích thước lớn, sự tương tác chất độn-nền càng tăng, thì vật liệu có khả năng chống chày xước cao hơn, tuy nhiên vấn đề phân bố chất độn đồng đều trong khối hỗn hợp là rất khó khăn bởi kích thước hạt chất độn càng nhỏ thì sự kết tụ lại với nhau càng lớn. V. Độ bền mỏi. Chất độn ảnh hưởng đến tính đàn hồi của vật liệu, do đó ảnh hưởng đến độ bền mỏi. Chúng ta sẽ đề cập đến những vấn đề sau :  Yếu tố ảnh hưởng sự kháng mỏi  Cơ chế của sự suy giảm độ bền mỏi của chất độn  Ảnh hưởng của chất độn trong việc tăng cường độ bền mỏi. Định luật Paris chỉ ra quan hệ tốc độ phát triển vết phá hủy và mức độ mỏi: 22 a: độ dài vết phá hủy N: Số chu kỳ C,m: Hằng số phụ thuộc vật liệu ∆K= Kmax - Kmin, khoảng hệ số độ mỏi Giá trị của hằng số C và m không kèm theo ý nghĩa vật lý riêng nào. ∆K tăng lên khi lượng chất độn tăng. Điều này chỉ ra rằng chất độn tăng độ bền mỏi.Dữ liệu phát triển vết phá hủy có thể thu được với máy kiểm tra độ bền kéo hoạt động trong một chế độ tuần hoàn với sự kết hợp phần mềm/phần cứng có khả năng xác định chiều dài vết phá hủy tại một khoảng chu kỳ. Phương trình sau được dùng để tính toán: n: số lần lặp . Hình H.12 chỉ ra kết quả của vài nghiên cứu. Việc cộng thêm vào bề mặt các hạt thủy tinh đã được xử lý đòi hỏi ứng suất thực tế cao hơn để hỗ trợ tốc độ phát triển giống nhau của các vết nứt so với epoxy nguyên chất. Độ kết dính tốt và khả năng phân phối lực đóng vai trò quan trọn trong việc cải thiện tính chất. H.12. Crack growth rate of epoxy with and without glass beads vs stress intensity factor Nhân tố khác quan trọng trong việc nghiên cứu kháng mỏi liên quan đến việc phân tán năng lượng. Nội năng vật liệu phải được phân tán. Năng lượng phân tán được tính bằng phương trình : 23 Hình 13. cho thấy sự khác biệt trong sự tác động của vật liệu có chất độn và không có chất độn. Đó là sự khác biệt lớn về năng lượng trong hai hệ do sự gia cường của cacbon đen. Các hệ được độn khác về phản ứng của chúng trước các lực liên tục tác động vào. Ở trong hệ chất độn, Tính chất không tuyến tính được theo dõi với mức năng lượng liên quan đến chu kỳ. Cái này ảnh hưởng đến hiệu quả của sự phân tán năng lượng và hình thành các liên kết ngang. Hiệu ứng làm mềm là một hiện tượng liên quan đến chất độn gia cường. Khi vật liệu biến dạng đến mức căng nhất định, trở về ban đầu và bị kéo căng lần thứ hai thì đường cong biến dạng lần 2 sẽ nằm dưới đường cong thứ nhất. Có vài lí do cho hiện tượng này,bao gồm hồi phục đàn hồi không hoàn toàn,sự đảo pha từ cứng sang mềm, phá vỡ mạng lưới, sự trượt cửa chuỗi từ các điểm tách rời. Hình 13.Modun của cao su nitril có và không có than đen Phương trình biểu diễn sự mất mát năng lượng biến dạng . 24 ∆W : năng lượng biến dạng mất mát σ : giá trị ứng suất ở chu kỳ 2 ( biến dạng) Ɛ : biến dạng tối đa σ0 : giá trị ứng suất ở chu kỳ đầu Phương trình Mooney-Rivlin thường được sử dụng để giải thích kết quả thí nghiệm liên quan đến Hiệu ứng làm mềm: g(Ɛ) = 1 +(C2/C1)*(1/ƛ). Trong đó: g(Ɛ) Hàm tắt dần ( dựa trên thực tế là sự phản ứng của vật liệu không còn tỉ lệ thuận với sự biến dạng ). C1 hằng số đàn hồi (thước đo độ kết nối các thành phần mạng lưới). C2 hằng số hồi phục ứng suất (đóng góp của những sự tập trung đến modun cân bằng) ƛ tỉ lệ giãn nở Quá trình phá hủy diễn ra theo 2 bước: xuất hiện vết phá hủy và phát triển vết phá hủy. Những ví dụ trên và một vài ví dụ ở dưới chỉ ra rằng đưa thêm các chất độn vào có thể giúp can thiệp vào bước phát triển vết phá hủy. Những chất độn không đồng nhất với nền có thể góp phần tạo và phát triển vết phá hủy . Trong phương diện này, tính chất của nền rất quan trọng. Nếu nền có đặc tính giòn, độ bền mỏi sẽ phụ thuộc vào việc xuất hiện vết phá hủy. Một khi đã xuất hiện vết phá hủy thì quá trình phát triển của nó rất nhanh. Trong nền có tính mềm dẻo, có sức kháng mỏi lớn hơn để phát triển vết phá hủy, do vậy sự xuất hiện vị trí có vết nứt không gây ra bất lợi cho toàn sự kháng mỏi. Sự bám dính giữa nền và chất độn và đặc tính nền quyết định ảnh hưởng của chất độn trên sự xuất hiện của vết phá hủy. Sự phát triển vết phá hủy bị ảnh hưởng bởi bản chất của chất độn và tương tác của nó với nền. Hình.14 cho thấy cơ chế các hạt chất độn làm chậm quá trình phát triển vết phá hủy. Mặt trước vết phá hủy tiến đến các hạt chất độn có độ kết dính tốt tới nền. Mặt trước của vết phá hủy sẽ phát triển chậm lại bởi các hạt chất độn do tương tác của chúng tới vùng ứng suất trên đỉnh. Sự hình thành và tập trung các khoảng trống thường đi kèm với phá hủy nền từ các hạt độn và mặt trước của vết phá hủy phát triển tiếp tục. [H.14] 25 H.14. Crack front propagation slowed down by a pinning mechanism. Hình.16 cho thấy số liệu thực nghiệm từ nguồn khác xác nhận cơ chế ghim. Trong vật liệu có chất độn bám dính tố với nền, để phát triển các vết phá hủy cần có ứng suất tác động vào mẫu cao hơn nhiều so với trong vật liệu có các hạt chất độn bám dính với nền kém ( từ Eq). Hình 16.Ảnh hưởng của sự gắn kết lên tốc độ phát triển vết nứt trong HDPE độn cao lanh Hình.17 cho thấy ảnh hưởng của sự phát triển vết phá hủy trên toàn bộ các hạt chất độn. Vết nứt phát triển có thể bị cản trở bởi cơ chế ghim nếu ứng suất nhỏ hơn độ bám dính ngoại và độ bám dính nội của hạt chất độn. Nếu ứng suất cao hơn độ bám dính nội hạt chất độn thì hạt sẽ bị vỡ. Các bằng chứng thực nghiệm hoạt động của cơ chế này được đưa ra ở hình [7.31]. 26 H.17. Crack growth mechanism. Cơ chế mất kết dính sợi được đưa ra ở hình 8.47. Có nhiều giai đoạn, bao gồm mất kết dính, hình thành khoảng trống, tập hợp, và cuối cùng là hình thành vết phá hủy. Bởi vì có một ứng suất lớn hơn xung quanh các điểm cuối của sợi, Mất kết dính có nhiều khả năng xảy ra ở các chỗ này. Có những bằng chứng thực từ nghiên cứu của SEM xác nhận rằng cơ chế đó xảy ra trong composites. H.18. Failure mechanism in fiber reinforce system. Một vài ví dụ dưới đây minh họa sự ảnh hưởng của chất độn lên sự kháng mỏi. Hình.19 cho thấy chiều dài vết phá hủy phụ thuộc vào số chu kỳ. Bột Talc tăng thời gian phá hủy lên khoảng 50%. Quá trình hình thành và phát triển vết phá hủy đều được cải thiện bằng cách thêm vào bột Talc. 27 Hình.19 Độ dài vết phá hủy và số chu kỳ của PC/ABS độn talc Hình.20 chỉ ra ảnh hưởng của mật độ chất độn tới độ bền mỏi. Sự mất mát trọng lượng trong suốt quá trình tác dụng lực theo chu kỳ được gây ra bởi phản ứng lại của các mảnh ion cùng với mạch polyme. Kết quả phản ứng là các mẫu bay hơi biến mất. Trong thí nghiệm này, mỗi mẫu được thực hiện đến 60 lần. H.20. Weight loss vs filler amount in PDMS. HÌnh.20 chỉ ra kết quả của các nghiên cứu tương tự cho các chất độn khác nhau trong PDMS. Trong phần lớn các trường hợp, Modun Young tăng lên của composite có độn làm giảm sự mất mát khối lượng. Điều này chỉ ra 1 lần nữa ảnh hưởng của sự tương tác trên khả năng chịu phá hủy. 28 H.20. Weight loss vs filler type. VI. Sự phá hủy bên trong vật liệu composite. Các nhận xét sau được đánh giá dựa trên ảnh các ảnh hưởng của các hiện tương (hiệu ứng) liên quan đến chất độn đến sự phá hủy của vật liệu. Có vài lí do cho phá hủy chất dẻo liên quan đến chất độn. Bao gồm hiện tượng tách lớp của của vật liệu composites dạng phiến mỏng, mất kết dính trong vật liệu đc độn dạng hạt. Phân tích sự phá hủy của ống composite cho thấy rằng phần lớn các vấn đề có liên quan đến bó sợi - nó ngăn cản sự thấm ướt của mỗi sợi, độ xốp của nhựa cho phép thâm nhập vào composite bởi chất lỏng ăn mòn, và sự thiếu kết dính ngoại giữa nền và chất độn. Tất cả những phá hủy này có thể giảm đáng kể và thời gian sử dụng được kéo dài nếu sử dụng những kỹ thuật thích hợp. Độ xốp cao trong lớp kết dính sẽ tăng tốc độ ăn mòn, làm giảm độ bền ban đầu của sợi còn 1/3 trong khoảng 10 năm. Với sự bảo vệ sợi tốt, độ bền cơ học chỉ giảm 30%. Hình.21 và 22 chỉ ra sự khác biệt giữa tính chất của PP độn hạt thủy tinh ở nhiệt độ khác nhau. Trong tất cả các trường hợp, mất kết dính giữa chất độn và nền đòi hỏi mức năng lượng thấp nhất có thể,cái mà gần như là một kiểu phá hủy. Phần thể tích chất độn có ít ảnh hưởng trong việc mất kết dính, tạo khoảng 29 trống, và đàn hồi ở 0oC. Ở -60oC, Đàn hồi được cải thiện bằng việc tăng mật độ chất độn, mất kết dính được bắt đầu ở các điểm cực và bắt đầu đàn hồi chất dẻo trong nền cái mà cuối cùng dẫn đến phá hủy. Sức căng đòi hỏi phá hủy ban đầu bị cắt giảm đi khi mà mật độ độn tăng lên . H.21. Global stress vs volume fraction of glass beads in polypropylene at - 600V 30 H.22. Global stress vs volume fraction of glass beads in polypropylene at 00C Sự kết dính ngoại giữa nền và chất độn có ảnh hưởng vô cùng quan trọng với cơ chế phá hủy. Trong Polyeste độn các hạt quartz, các hạt quarz không kết hợp (kết dính ngoại thấp) bị tách ra từ nền nếu các hạt quartz vẫn ở trong hướng phát triển cũ của vết phá hủy. Các hạt Quartz kết hợp Silane đưa ra nhiều ví dụ về các vết phá hủy hạt theo hướng phát triển cũ của vết phá hủy. Rõ ràng , lực kết dính ngoại cao hơn lực kết dính nội của bản thân vật liệu độn. Trong polymer blend, sự phân bố chất độn giữa hai hay nhiều polyme gây ảnh hưởng đến sự phá hủy kéo, phá hủy xé, phá hủy mỏi. Ví dụ, khi than đen phân bố đều trong hai pha thì tuổi thọ lớn hơn 30% so với khi than đen chỉ phân tán trong một pha. Đồng thời, sự phân bố đều của than đen làm tăng độ kháng mỏi. VII. Độ bám dính. Phần này trình bày dữ liệu có sẵn dựa trên độ bám dính nhựa với các loại bề mặt liên quan đến mật độ chất độn. Độ bám dính giữa chất độn và nền đã được bàn luận ở mục khác. Hình.23 cho thấy ảnh hưởng của silica hóa hơi trên độ bám dính của silicone silant. Cái này có thể ứng dụng đặc biệt khi độ bám dính của các silicone silant được cải thiện bởi silanes. Việc tăng diện tích bề mặt của 31 silica hóa hơi có liên quan đến việc tăng mật độ nhóm chức trên bề mặt, vì thế sự cải thiện liên quan đến ảnh hưởng của silane hơn là chất độn. H.23. Effect of fumed silica surface area on peel adhesion of silicone sealant. Trong một ứng dụng cụ thể của chất kết dính nóng chảy, sự lựa chọn chất độn có ảnh hưởng đến độ bám dính (Hình 8.54). 4 dạng hình cầu tăng kết dính so sánh với kết dính không độn (K-20, S-22, Z-light, và ML 3050). Loại 1 và 2 ( K-20, S-22) là những vi cầu rỗng có tỉ trọng thấp. Hai loại này có tỷ trọng( mật độ) thấp hơn thủy tinh nhưng có thành dày hơn. Ba loại chất độn ( CaCO3, Zeospheres, và aluminum) là sản phẩm rắn. Các chất độn làm giảm độ bám dính có độ dẫn nhiệt cao hơn đáng kể so với các chất độn làm tăng tính bám dính. Từ những nghiên cứu cấu hình tinh thể, rõ ràng thời gian kết tinh lâu hơn còn cho phép mạng để định hướng trên bề mặt, kết quả là bám dính tốt hơn. 32 MỤC LỤc Trang I. Năm cơ chế phá hủy vật liệu composite..1. 1. Cơ chế 1..1. 2. Cơ chế B.....2. 3. Cơ chế C.3. 4. Cơ chế D.4. 5. Cơ chế E.....5. II. Sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ bền của compozit..5. III. Độ bền ma sát và bền mài mòn trong vật liệu polymer......10. 1. Độ bền ma sát..10. 2. Độ bền mài mòn...12. IV. Bền chày xước.....16. V. Độ bền mỏi...18. VI. Sự phá hủy bên trong bật liệu composite....25. VII. Độ bám dính.. 27.