Page 1
LỜI CẢM ƠN
Luận án này được thực hiện và hoàn thành tại Viện Hoá học, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Viện Kỹ thuật Hoá-Sinh và Tài liệu nghiệp
vụ, Tổng cục Hậu cần- Kỹ thuật, Bộ Công an.
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Đức Nghĩa, PGS.TS Ngô
Trịnh Tùng, những người Thầy đã định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn
trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án này.
Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, đồng chí thuộc Viện Hoá học, Viện
Kỹ thuật Hoá-Sinh và Tài liệu nghiệp vụ; Trung tâm Phát triển Công nghệ cao đã
giúp đỡ và tạo điều kiện nghiên cứu thuận lợi cho tác giả trong thời gian thực hiện
luận án.
Xin chân thành cảm ơn TS Lê Văn Thụ, Ths Vũ Minh Thành đã cùng tác giả
tiến hành các thí nghiệm chế tạo mẫu và thảo luận đóng góp ý kiến cho luận án.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè đã động viên,
cổ vũ để tôi hoàn thành bản luận án này.
Nghiên cứu sinh
Ngô Cao Long
Page 2
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả được nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.
Nghiên cứu sinh
Ngô Cao Long
Ngô Cao Long
Page 3
M C C
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
anh mục các bảng
anh mục các hình
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
M Đ ..................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 4
1.1. Vật liệu nanocompozit ......................................................................................... 4
1.1.1. Các phương pháp chế tạo nanocompozit ...................................................... 7
1.1.1.1. Trộn hợp nóng chảy .............................................................................. 7
1.1.1.2. Trộn hợp ung ịch ................................................................................ 8
1.1.1.3. Trùng hợp tại chỗ ................................................................................... 8
1.1.1.4. Phủ core-shell ......................................................................................... 8
1.1.2. Chế tạo nanocompozit trên cơ sở polyme dẫn .............................................. 9
1.1.3. Tính chất điện của nanocompozit trên cơ sở polyme dẫn ........................... 11
1.1.4. Vật liệu nanocompozit CNT/polyme .......................................................... 13
1.1.5. Vật liệu nanocompozit graphen/polyme ..................................................... 14
1.2. Vật liệu hấp thụ sóng điện từ ............................................................................. 15
1.2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán ............................................................................. 15
1.2.2. Cấu trúc và vật liệu hấp thụ sóng điện từ .................................................... 17
1.2.2.1. Lớp hấp thụ Dallenbach ....................................................................... 17
1.2.2.2. Cấu trúc hấp thụ dạng màn chắn Salisbury .......................................... 17
1.2.2.3. Lớp Jauman .......................................................................................... 18
1.2.3. Vật liệu hấp thụ sóng điện từ trên cơ sở nanocompozit của polyme dẫn ... 19
1.3. Compozit chống đạn .......................................................................................... 20
1.3.1. Lý thuyết chống đạn vật liệu compozit ....................................................... 21
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống đạn của compozit ................... 24
1.3.2.1. Ảnh hưởng của vải, sợi gia cường ....................................................... 24
Page 4
1.3.2.2. Ảnh hưởng của nhựa nền ..................................................................... 24
1.3.2.3. Ảnh hưởng của tấm chống đạn ............................................................ 25
1.3.2.4. Ảnh hưởng của các đầu đạn ................................................................. 25
1. . . Phương pháp xác định khả năng chống đạn của vật liệu ............................ 26
1.3.3.1. Phương pháp mô phỏng số bằng phần mềm Ansys 12 ........................ 26
1.3.3.2. Bắn thử nghiệm theo tiêu chuẩn........................................................... 29
1.4. Vật liệu hấp thụ sóng điện từ và chống đạn ....................................................... 32
CHƯƠNG - TH C NGH M V PHƯƠNG PH P NGH N CỨU ................. 40
2.1. Hóa chất, thiết bị ................................................................................................ 40
2.1.1. Hóa chất ...................................................................................................... 40
2.1.2. Thiết bị, ụng cụ ......................................................................................... 40
2.2. Phương pháp chế tạo .......................................................................................... 41
2.2.1. Chế tạo CNT P Ni và graph n P Ni ........................................................ 41
2.2.2. Chế tạo CNT PPy và graph n PPy .............................................................. 41
2.2. . Chế tạo nanocompozit vải sợi ..................................................................... 42
2.2. .1. Chế tạo compozit vải sợi cacbon poxy và compozit vải sợi
Kevlar/epoxy ..................................................................................................... 42
2.2. .2.Chế tạo nanocompozit CEGPY, KEGPY, CKEGPY ........................... 43
2. . Các phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 43
2. .1. Xác định độ dẫn của vật liệu ....................................................................... 43
2. .2. Xác định khả năng hấp thụ sóng điện từ ..................................................... 44
2.4.3. Hiển vi điện tử quét (SEM) ......................................................................... 45
2.4.4. Phổ hồng ngoại FT-IR ................................................................................. 46
2.4.5. Phổ Raman .................................................................................................. 46
2. .6. Xác định tính chất cơ học ............................................................................ 46
2.4.7. Phân tích nhiệt ............................................................................................. 49
2.4.8. Xác định hàm lượng phần gel ..................................................................... 50
2.4.9. Mô phỏng khả năng chống đạn của vật liệu ................................................ 51
2.4.10. Bắn thử nghiệm thực tế theo tiêu chuẩn .................................................... 51
CHƯƠNG . T Ả V THẢ L N ............................................................ 53
Page 5
3.1. Chế tạo nanocompozit MWCNT và graphen với PPy, PANi ............................ 53
3.1.1. Khảo sát vật liệu MWCNT và graphen ....................................................... 53
3.1.1.1. Hình thái học của vật liệu .................................................................... 53
3.1.1.2. Phổ Raman của CNT và graphen ......................................................... 55
.1.2. hảo sát điều kiện chế tạo .......................................................................... 56
3.1.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng BS đến độ dẫn của PANi và PPy ....... 56
3.1.2.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ dẫn của PANi và PPy ...... 57
3.1.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng MWCNT, graph n đến độ dẫn của PANi và
PPy ..................................................................................................................... 58
3.1.2.4. Khảo sát tính chất nanocompozit MWCNT và graph n với PPy ........ 58
3.1.3. Khả năng hấp thụ sóng điện từ của nanocompozit ..................................... 61
3.2. Chế tạo nanocompozit vải sợi cacbon/epoxy/graphen/PPy (CEGPY) .............. 63
3.2.1. Khảo sát nhựa nền epoxy ............................................................................ 63
3.2.1.1. Phổ hồng ngoại của epoxy ................................................................... 63
3.2.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất đóng rắn DDM ................................. 64
3.2.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới mức độ đóng rắn của nhựa epoxy ........... 65
3.2.1.4. Tính chất cơ học của pha nền đã đóng rắn ........................................... 66
3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa epoxy đến tính chất cơ học của CEGPY 67
3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng GPY đến tính chất cơ học của CEGPY........... 68
3.2.4. Ảnh hưởng của điều kiện chế tạo đến tính chất cơ học của CEGPY .......... 70
3.2.5. Tính chất của CEGPY ................................................................................. 73
3.2.5.1. Phân tích nhiệt ...................................................................................... 73
.2. .2. Hình thái học của vật liệu .................................................................... 74
3.3. Chế tạo nanocompozit vải sợi vlar poxy GP GP ........................... 75
. .1. Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa poxy đến tính chất cơ học của KEGPY 75
3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng GPY đến tính chất cơ học của KEGPY .......... 76
3.3.3. Tính chất của KEGPY ................................................................................. 78
3.3.3.1. Phân tích nhiệt ...................................................................................... 78
. . .2. Hình thái học của KEGPY ................................................................... 79
. . hảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của các vật liệu nanocompozit ........... 79
Page 6
3.4.1. Ảnh hưởng hàm lượng GP đến khả năng hấp thụ sóng điện từ ............... 80
a. Vật liệu KEGPY ............................................................................................ 80
b.Vật liệu CEGPY ............................................................................................. 80
. .2. hả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu nanocompozit trên ải tần 8-
12GHz ................................................................................................................... 81
. .2.1. Vật liệu GP ................................................................................... 81
. .2.2. Vật liệu C GP ................................................................................... 82
. .2. . Vật liệu C GP ................................................................................ 83
3.5. Khảo sát khả năng chống đạn............................................................................. 85
. .1. Xác định khả năng chống đạn của vải sợi xếp lớp ...................................... 85
3. 5.1.1. Mô phỏng số ........................................................................................ 85
3.5.1.2. Khảo sát khả năng chống đạn của vải xếp lớp bằng bắn thử nghiệm thực tế 95
3.5.2. Khảo sát khả năng chống đạn của nanocompozit ....................................... 99
3.5.2.1. Kết quả mô phỏng với đạn súng K54................................................. 100
a. Tấm KEGPY ............................................................................................... 100
b. Tấm CEGPY ............................................................................................... 102
c. Nanocompozit tổ hợp vải sợi cacbon vlar poxy GP C GP ...... 103
3.5.2. 2. Kết quả mô phỏng với đạn súng AK47 ............................................. 105
a. Tấm GP ............................................................................................... 105
b. Tấm C GP ............................................................................................... 107
c. Tấm CKEGPY ............................................................................................. 107
3.5.3. Khảo sát khả năng chống đạn bằng thử nghiệm thực tế th o tiêu chuẩn NIJ
01.01.04, Hoa Kỳ. ............................................................................................... 109
T L N ............................................................................................................. 117
Page 7
AN M C C C ẢN
Bảng 1.1. Một số mô hình vật liệu ............................................................................ 29
Bảng 1.2. Một số mô hình tương ứng cho các vật liệu thường dùng ........................ 29
Bảng 1.3. Các cấp chống đạn và điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04
(Hoa Kỳ) .................................................................................................. 30
Bảng 1.4. Các cấp chống đạn và điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn Stanag 4569
(NATO) .................................................................................................... 31
Bảng 1.5. Các cấp chống đạn và điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn Gost R
50744-95 (Nga) ........................................................................................ 31
Bảng 3.1. Mô hình và thông số vật liệu của vải Kevlar 129 ..................................... 88
Bảng 3.2. Thông số mô phỏng giáp vải cacbon ........................................................ 92
Bảng 3.3. Thông số các tấm giáp vải Kevlar xếp lớp và điều kiện thử nghiệm ....... 96
Bảng 3.4. Kết quả bắn thử nghiệm giáp vải Kevlar .................................................. 96
Bảng 3.5. Thông số các tấm giáp vải cacbon xếp lớp và điều kiện thử nghiệm ....... 98
Bảng 3.6. Kết quả bắn thử nghiệm tấm giáp vải cacbon xếp lớp ............................. 98
Bảng 3.7. Mô hình và thông số vật liệu của nanocompozit ...................................... 99
Bảng . . hả năng chống đạn súng của nanocompozit th o t lệ vải
cacbon/Kevlar ........................................................................................ 105
Bảng . . hả năng chống đạn của vật liệu C GP th o t lệ số lớp vải .......... 108
Bảng .10. Điều kiện chế tạo, bắn thử nghiệm tấm chống đạn .............................. 110
Bảng 3.11. Kết quả bắn thử nghiệm với đạn 7,62x25 mm của súng K54 .............. 110
Bảng 3.12. Kết quả bắn thử nghiệm với đạn 7,62x39 mm của súng AK47 ........... 113
Page 8
AN M C C C N
Hình 1.1. Sơ đồ tổng hợp chất lai polyme-hạt nano ................................................... 9
Hình 1.2. Các bước chế tạo compozit nền polym gia cường ICP bằng phương
pháp dung dịch và nóng chảy .................................................................. 10
Hình 1. . Sơ đồ tổng hợp nanocompozit nền ICP bằng phương pháp trùng hợp tại chỗ 11
Hình 1.4. Quá trình kích thích bằng axit của polyanilin ........................................... 12
Hình 1. . Sơ đồ nguyên lý hấp thụ sóng điện từ ....................................................... 16
Hình 1.6. Lớp hấp thụ Dallenbach ............................................................................ 17
Hình 1.7. Cấu tạo màn chắn Salisbury ...................................................................... 18
Hình 1.8. Cấu tạo lớp Jauman ................................................................................... 18
Hình 1.9. Sự tạo thành hình nón khi va chạm đạn đạo ở mặt sau của tấm chống đạn ..... 21
Hình 1.10. Sự lan truyền phá hu trong tấm compozit khi va chạm đạn đạo .......... 22
Hình 1.11. Sự tạo thành hình nêm khi va chạm đạn đạo đối với vật liệu dòn .......... 23
Hình 2.1. Sơ đồ đo độ dẫn bằng phương pháp mũi ò .......................................... 43
Hình 2.2. Hệ đo hấp thụ sóng điện từ trường gần ..................................................... 44
Hình 3.1. Ảnh FESEM của mẫu MWCNT mẫu CNT ban đầu (a), mẫu CNT sau khi
rung siêu âm (b) (2014) ........................................................................... 53
Hình 3.2. Ảnh FESEM của graph n độ phóng đại10000 lần (a), 60000 lần (b)...... 54
Hình 3.3. Phổ Raman của MWCNT ......................................................................... 55
Hình 3.4. Phổ Raman của graphen ............................................................................ 56
Hình 3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng BS đến độ dẫn của PANi và PPy ............ 57
Hình 3.6 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ dẫn của P Ni và PPy ............ 57
Hình 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng MWCNT, graph n đến độ dẫn của PANi và PPy .. 58
Hình 3.8. Phổ FTIR của PPY (a), nanocompozit MWCNT/PPy (b) và graphen/PPy (c) .. 60
Hình 3.9. Ảnh FESEM của nanocompozit MWCNT/PPy (a), graphen/PPy (b) ...... 60
Hình .10. Tổn hao hấp thụ sóng điện từ của các nanocompozit ............................. 61
Hình .11. Đồ thị hấp thụ sóng điện từ của nanocompozit graphen/PPy ở dải tần 4-8
GHz (a) và 8-12 GHz (b) ......................................................................... 62
Hình 3.12. Phổ hồng ngoại của nhựa epoxy Epikote 815 ......................................... 63
Page 9
Hình 3.13. Ảnh hưởng của hàm lượng M đến hàm lượng phần gel của nhựa
epoxy Epikote 815 ở 80oC ....................................................................... 64
Hình 3.14. Phân tích nhiệt vi sai của hệ nhựa Epikote 1 đóng rắn bằng DDM .... 65
Hình 3.15. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng phần gel của hệ nhựa Epikote
815/DDM = 100/22 (PKL) ...................................................................... 66
Hình 3.16. Giản đồ ứng suất biến dạng của nhựa poxy đã đóng rắn ...................... 66
Hình .1 . Tính chất cơ học của poxy đã đóng rắn bằng DDM ở hàm lượng khác
nhau .......................................................................................................... 67
Hình .1 . Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa poxy đến tính chất cơ học của CEGPY ... 68
Hình 3.19. Ảnh hưởng của hàm lượng GP đến tính chất cơ học của CEGPY ...... 69
Hình .20. Ảnh hưởng của hàm lượng GP đến độ ẫn của C GP ..................... 70
Hình 3.21. Ảnh hưởng của nhiệt độ ép đến tính chất cơ học của CEGPY ............... 71
Hình 3.22. Ảnh hưởng của thời gian p đến tính chất cơ học của CEGPY .............. 71
Hình 3.23. Ảnh hưởng của áp suất ép đến tính chất cơ học của CEGPY ................. 72
Hình .2 . ết uả phân tích nhiệt compozit cacbon poxy và C GP ................ 74
Hình .2 . Ảnh S M của compozit cacbon poxy a , C GP b .................... 74
Hình 3.26. Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa đến tính chất cơ học vật liệu KEGPY 75
Hình .2 . Ảnh hưởng của hàm lượng GP đến tính chất KEGPY......................... 76
Hình .2 . Đồ thị biểu iễn độ ẫn GP ............................................................. 77
Hình .2 . ết uả phân tích nhiệt compozit vlar poxy và GP ................. 78
Hình . 0. Ảnh FESEM của compozit Kevlar/epoxy (a) và KEGPY (b) ................ 79
Hình . 1. hả năng hấp thụ sóng điện từ của GP th o hàm lượng GPY ở tần
số 10 GHz ................................................................................................ 80
Hình . 2. hả năng hấp thụ sóng điện từ của C GP th o hàm lượng GPY ở tần
số 10 GHz ................................................................................................ 81
Hình . . Tổn hao hấp thụ a và tổn hao phản xạ b của GP ....................... 82
Hình . . Tổn hao hấp thụ a , tổn hao phản xạ b của C GP ........................... 83
Hình . . hả năng hấp thụ sóng điện từ của C GP th o tần số khác nhau .... 84
Hình . 6. So sánh khả năng hấp thụ sóng điện từ của GP , C GP , C GP .... 85
Hình . . Đầu đạn 7,62x25 mm của súng K54 ....................................................... 86
Page 10
Hình . . Đầu đạn 7,62x39 mm của súng .................................................... 86
Hình 3.39. Mô hình mô phỏng hình học và chia lưới của các đầu đạn va chạm vào
tấm chắn vải Kevlar ................................................................................. 87
Hình 3.40. Mô phỏng quá trình va chạm của đầu đạn súng K54 vào tấm chắn vải
Kevlar xếp lớp ......................................................................................... 89
Hình . 1. Động năng và vận tốc của đầu đạn súng K54 theo thời gian khi va chạm
với tấm vải Kevlar xếp lớp ...................................................................... 90
Hình . 2. Hình ảnh mô phỏng khả năng chống đạn súng của tấm giáp vải
Kevlar xếp lớp ......................................................................................... 91
Hình 3.43. Biểu diễn động năng của đầu đạn súng AK47 và vận tốc của đầu đạn
theo thời gian khi va chạm với tấm vải Kevlar xếp lớp .......................... 92
Hình 3.44. Mô phỏng quá trình va chạm của đầu đạn súng với vải cacbon xếp lớp . 93
Hình . . Đồ thị vận tốc và động năng của đạn súng th o thời gian .............. 93
Hình . 6. Mô phỏng quá trình va chạm của đầu đạn súng với vải cacbon xếp lớp 94
Hình . . Đồ thị động năng và vận tốc của đầu đạn súng AK47 khi va chạm với
tấm giáp vải cacbon xếp lớp .................................................................... 94
Hình . . Súng và đạn 7,62x25 mm a , súng và đạn 7,62x39 mm (b)
sử dụng trong bắn thử nghiệm thực tế ..................................................... 95
Hình 3.49. Mẫu giáp vải cacbon và Kevlar xếp lớp.................................................. 96
Hình 3.50. Kết quả bắn thử nghiệm vải Kevlar xếp lớp ........................................... 97
Hình 3.51. Mô phỏng khả năng chống đạn súng của nanocompozit KEGPY 100
Hình . 2. Đồ thị động năng và vận tốc của đầu đạn súng K54 theo thời gian va
chạm với KEGPY .................................................................................. 101
Hình 3.53. Mô phỏng khả năng chống đạn súng của CEGPY ........................ 102
Hình . Đồ thị động năng a và vận tốc của đầu đạn súng K54 (b) theo thời gian
va chạm với CEGPY.............................................................................. 102
Hình . . Mô phỏng khả năng chống đạn súng của tấm CKEGPY .............. 103
Hình . 6. Đồ thị vận tốc và năng lượng của đầu đạn súng th o thời gian va
chạm với CKEGPY ............................................................................... 104
Hình 3.57. Mô phỏng khả năng chống đạn súng của KEGPY ..................... 106
Page 11
Hình . . Đồ thị động năng và vận tốc của đầu đạn súng AK47 theo thời gian va
chạm với KEGPY .................................................................................. 106
Hình 3.59. Quá trình va chạm của đầu đạn súng AK47 vào tấm chống đạn
CKEGPY ............................................................................................... 107
Hình 3.60. Đồ thị năng lượng và vận tốc đầu đạn súng theo thời gian va
chạm với tấm CKEGPY ........................................................................ 108
Hình 3.61. Tấm chống đạn compozit Kevlar/epoxy (a), CEGPY (b), CKEGPY (c) .... 109
Hình 3.62. Thử nghiệm thực tế khả năng chống đạn .............................................. 110
Hình 3.63. Kết quả bắn thử nghiệm compozit vải Kevlar/epoxy với đạn súng K54 ...... 112
Hình 3.64. Kết quả bắn thử nghiệm compozit vải Kevlar/epoxy với đạn súng AK47 .. 114
Hình 3.65. Tổn hao hấp thụ và phản xạ của mẫu vật liệu CKEGPY CK1 ............. 115
Hình 3.66. Tổn hao hấp thụ và phản xạ của mẫu CKEGPY CK2 .......................... 116
Page 12
DANH M C CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CDES Clo-dietylsunfit
CEGPY Nanocompozit vải sợi cacbon/epoxy/graphen-polypyrol
CKEGPY Nanocompozit tổ hợp vải sợi cacbon/Kevlar/epoxy/graphen-Ppy
CVD Lắng đọng hóa học từ pha hơi
DBSA Dodecyl benzen sunfonic axit
DDM Diamin diphenyl metan
DDS Diamino diphenyl sunfua
DMF Dimetylfocmamit
EM Sóng điện từ
GPY Nanocompozit graphen/polypyrol
ICP Polyme dẫn
KEGPY Nanocompozit vải sợi Kevlar/epoxy/graphen-polypyrol
MEK Metyl etyl keton
MWCNT Ống nano cacbon đa tường
NMP 1-Methyl-2-pyrolidinon
PANi Polyanilin
PBO poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol)
PKL Phần khối lượng
PPy Polypyrol
PTHH Phần tử hữu hạn
SWCNT Ống nano cacbon đơn tường
UHMWPE Polyetylen khối lượng phân tử siêu cao
Page 13
1
M Đ
Lịch sử phát triển của vũ khí luôn kèm th o sự phát triển của hệ vật liệu giáp
nhằm đảm bảo an toàn cho phương tiện và con người khi chiến đấu. Hiện nay, nhu
cầu trang bị giáp có khả năng chống đạn cao, bền, nhẹ, ngụy trang tốt, sử dụng
thuận tiện ứng dụng trong quốc phòng và bảo vệ an ninh quốc gia là rất cần thiết.
Compozit chống đạn trên cơ sở vải sợi polyetylen khối lượng phân tử siêu cao
(UHMWPE), aramit, sợi cacbon có khả năng chống đạn tốt, được sử dụng phổ biến
trong các lực lượng uân đội, công an, trang bị cho cá nhân và làm giáp chống đạn
bao bọc các phương tiện chiến đấu. Cho đến nay, việc phát triển vật liệu
nanocompozit trên cơ sở sợi siêu bền gia cường các vật liệu nano nhằm tăng độ bền,
giảm trọng lượng và tạo ra sản phẩm chống đạn cấp cao hơn đang được nghiên cứu
và bắt đầu đưa vào sản xuất thử nghiệm.
Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng chế tạo được giáp chống lại các vũ khí
sát thương có sức công phá lớn như đạn pháo, tên lửa... o đó, các phương pháp
ngụy trang luôn được quan tâm nhằm đảm bảo cho con người và phương tiện, khí
tài chiến đấu không bị phát hiện bằng mắt, ra đa, hồng ngoại, siêu âm.... trên chiến
trường, nhất là trong các yêu cầu tác chiến bí mật, bất ngờ. Việc phát triển vật liệu
hấp thụ sóng điện từ trên cơ sở vật liệu điện môi bao phủ lên các phương tiện, khí
tài để tránh bị phát hiện bởi ra đa, để nâng cao hiệu quả, khả năng sống sót và tác
chiến bất ngờ khi chiến đấu là rất cần thiết.
Thực tế, với compozit chống đạn có cấp độ càng cao thì số lớp và độ dầy
càng lớn, đồng thời khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu cũng tăng th o độ
dầy và độ dẫn điện của các hạt nano gia cường, cho thấy tiềm năng kết hợp hai tính
chất này trong một hệ compozit duy nhất ưu việt hơn. Luận án lựa chọn chế tạo vật
liệu nanocompozit hấp thụ sóng điện từ có khả năng chống đạn trên cơ sở vải sợi độ
bền cao, nền polyme nhiệt rắn, gia cường vật liệu nano: đầu tiên là chế tạo vật liệu
gia cường ẫn điện trên cơ sở ống nanocacbon đa tường (MWCNT) và graphen với
polyme dẫn nhằm tạo ra nanocompozit có độ dẫn tốt, sau đó sử dụng vật liệu này
Page 14
2
gia cường cho compozit chống đạn tạo thành vật liệu nanocompozit mới chống đạn
tốt hơn và có khả năng hấp thụ sóng điện từ.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, luận án “
nanocompozit và đặt ra mục tiêu chế
tạo thành công hệ vật liệu nanocompozit có khả năng chống đạn tốt, hấp thụ sóng
điện từ tối ưu trên cơ sở vật liệu nanocompozit, polyme dẫn và vải sợi có độ bền
cao nhằm ứng dụng có hiệu quả trong ngành kỹ thuật cao phục vụ an ninh quốc
phòng.
Nội dung cần nghiên cứu của luận án:
- Chế tạo nanocompozit trên cơ sở nanocompozit của graph n và MWCNT với
polym ẫn như PANi, Polypyrol và lựa chọn hệ vật liệu có khả năng hấp
thụ sóng điện từ tốt nhất.
- Tối ưu điều kiện công nghệ chế tạo vật liệu chống đạn trên cơ sở vải sợi
vlar và vải sợi cacbon nền nhựa poxy gia cường vật liệu nanocompozit.
- Tính toán đưa ra kết cấu chống đạn tối ưu trên cơ sở mô phỏng số và bắn thử
nghiệm thực tế, khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu chế tạo
được.
Đóng góp của luận án:
Chế tạo thành công các hệ vật liệu nanocompozit MWCNT PPy, graphen/
PPy, MWCNT/PANi, graphen/P Ni và khảo sát độ dẫn, khả năng hấp thụ
sóng điện từ, hình thái học, phân tích nhiệt ... của vật liệu thu được.
Đã chế tạo được các hệ vật liệu chống đạn trên cơ sở nanocompozit vải sợi
cacbon poxy graph n-PPy và nanocompozit vải sợi vlar poxy graph n-
PPy, sử ụng hệ nhựa đóng rắn nóng poxy pikot 1 M ở t lệ 100 22
P L với cùng chế độ công nghệ tối ưu.
hảo sát khả năng chống đạn của các nanocompozit vải sợi đối với đạn súng
, đạn súng bằng phương pháp mô phỏng số sử ụng phần mềm
auto yn nsys 12 và bắn thử nghiệm thực tế từ đó lựa chọn được kết cấu
chống đạn tối ưu.
Page 15
3
hảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của các nanocompozit vải vlar
epoxy/graphen-PPy, vải cacbon poxy graph n-PPy và vải cacbon/Kevlar/
epoxy/graphen-PPy từ đó đưa ra hệ vật liệu có khả năng hấp thụ sóng điện từ
hiệu quả.
Chế tạo được vật liệu nanocompozit tổ hợp vải sợi cacbon vlar poxy
graph n-PPy có khả năng hấp thụ sóng điện từ và chống đạn tốt đối với súng
, . ết uả của luận án mở ra hướng nghiên cứu vật liệu mới ứng
ụng trong chế tạo giáp chống đạn bền hơn, nhẹ hơn đồng thời có khả năng
ngụy trang hiệu uả cho các phương tiện cá nhân, khí tài uân sự, tránh bị
phát hiện bởi ra đa băng X nhằm nâng cao hiệu quả tác chiến khi chiến đấu,
phục vụ thiết thực cho công tác đảm bảo an ninh quốc phòng.
Page 16
4
C ƯƠN 1. TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu nanocompozit
Vật liệu compozit là vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo
nên vật liệu mới có tính năng vượt trội so với các vật liệu ban đầu. Nhìn chung, vật
liệu compozit gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên
tục duy nhất. Pha liên tục gọi là vật liệu nền matrix , thường làm nhiệm vụ liên kết
các pha gián đoạn lại. Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu gia cường
r inforc m nt được trộn vào pha nền để làm tăng tính chất cơ học, độ kết dính,
khả năng chống mòn, chống xước ... của vật liệu [1, 2].
Vật liệu nanocompozit là compozit với vật liệu gia cường có kích thước
nanomet. Tính chất đặc biệt của loại vật liệu này là sự kết hợp thành công các tính
chất riêng nổi trội của mỗi vật liệu riêng rẽ trong hiệu ứng kích thước lượng tử. Khi
phân tán đều vật liệu nano trong vật liệu nền, chúng sẽ tạo ra diện tích tương tác
khổng lồ giữa các tiểu phân nano với vật liệu nền cho hiệu ứng bề mặt lớn (diện tích
này có thể đạt đến 700 m2/g trong trường hợp chất gia cường là nanoclay). hi đó
khoảng cách giữa các phân tử nano sẽ tương đương với kích thước của chúng và tạo
ra những tương tác hoàn toàn khác các bột độn gia cường kích thước micromet
truyền thống. Khi trộn trong polyme, vật liệu nano cho các tính chất đặc biệt khác
với khi trộn các hạt thông thường, nó làm tăng độ bền ứng suất nhưng vẫn duy trì
được độ dẻo. Điều này có được là do hạt độn nano làm giảm đáng kể các khuyết tật
trong vật liệu so với hạt độn thông thường [1, 2].
Có thể chia vật liệu nano thành 3 loại tùy thuộc vào số chiều có kích thước
nằm trong khoảng nanomet của chúng:
+ Loại 1: Vật liệu có kích thước nanomet ở cả ba chiều (mỗi chiều nhỏ hơn
100 nm) trong không gian bao gồm các hạt nano (SiO2, u, g và Zn … , full r n
(C60, phân tử hình cầu có đường kính khoảng 1 nm, gồm 60 nguyên tử cacbon sắp
xếp thành 20 hình lục giác và 12 hình ngũ giác, th o hình ạng của một quả bóng),
hoặc dendrimer (phân tử polyme hình cầu được hình thành thông qua quá trình tự
Page 17
5
lắp ráp cỡ nano), chấm lượng tử (hạt bán dẫn kích cỡ nano xuất hiện hiệu ứng lượng
tử …
+ Loại 2: Vật liệu có kích thước nanomet ở hai chiều trong không gian và
chiều còn lại lớn hơn, ví dụ như ống nanocacbon, ống nano vô cơ MoS2, TiO2… ,
sợi nano, các polyme sinh học…
+ Loại 3: Vật liệu ch có một chiều mang kích thước nanomet, hai chiều còn
lại lớn hơn, ví dụ như các màng mỏng, lớp, graph n, nanoclay… Hình dạng của
chúng ở dạng những lớp mỏng xếp chồng lên nhau hoặc tách hẳn ra thành từng lớp
phân bố trong vật liệu nền [3].
Vật liệu polyme nanocompozit
Vật liệu polyme compozit và vật liệu polyme nanocompozit (PNC) là sự kết
hợp của hai hay nhiều cấu tử khác nhau với thành phần chính là nền polyme và vật
liệu gia cường ở dạng hạt, dạng sợi hoặc dạng lớp, ngoài ra còn có chất đóng rắn,
hoá dẻo, chất độn và chất mầu nếu cần.
- Pha nền polyme là chất kết dính (pha liên tục) có nhiệm vụ bao bọc, liên kết
và chuyển ứng suất tập trung cho vật liệu gia cường. Nền polyme tốt phải đáp ứng
các yêu cầu sau:
+ Có khả năng thấm ướt tốt hoặc tạo được liên kết hoá học với vật liệu gia
cường.
+ Có khả năng biến dạng để làm giảm ứng suất nội xảy ra do sự co ngót khi thay
đổi nhiệt độ.
+ Thích hợp với các phương pháp chế tạo thông thường.
+ Bền với môi trường ở các điều kiện sử dụng, có chứa nhóm phân cực hoạt
động.
Trong thực tế, để lựa chọn vật liệu nền tối ưu, cần phải dung hoà các yếu tố
về độ bền, khả năng chế tạo và các tính chất khác.
Polym nền có thể là nhựa nhiệt rắn hoặc nhựa nhiệt dẻo:
+ Nhựa nhiệt ẻo: P , PP, P , PS, BS, PVC… thường được chế tạo ở trạng
thái nóng chảy.
Page 18
6
+ Nhựa nhiệt rắn: polyur tan, epoxy, polyeste không no... thường có thể tiến
hành chế tạo bằng tay ở điều kiện thường.
- P a a ường được trộn vào nền polym , đóng vai trò chịu ứng suất tập
trung, làm tăng độ bền của vật liệu. Cấu trúc ban đầu của cốt, hàm lượng cốt, hình
dạng kích thước cốt, tương tác giữa cốt tăng cường và nhựa nền, độ bền mối liên kết
giữa chúng ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu và quyết định khả năng chế tạo của
vật liệu.
Polyme compozit là vật liệu quan trọng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực,
từ lĩnh vực yêu cầu cao như máy bay, tầu vũ trụ đến những ứng dụng thông thường
trong cuộc sống hàng ngày. Trong những năm gần đây, những tính chất tối ưu của
vật liệu compozit sử dụng chất gia cường với kích thước micro đã đạt đến mức tới
hạn do tính chất chung của compozit luôn là sự hài hoà của các tính chất riêng biệt.
Thêm vào đó những khuyết tật kích thước micro luôn tồn tại do chất độn chiếm
phần thể tích rất lớn trong vật liệu dẫn đến làm giảm tính chất của compozit [1].
Độ bền liên kết giữa nền polyme và chất gia cường có ảnh hưởng đến hiệu
quả truyền lực qua vùng phân chia pha. Sự tương tác pha ảnh hưởng đến độ bền liên
kết giữa các cấu tử, o đó ảnh hưởng đến các tính chất đặc trưng của vật liệu. Vì
vậy điều khiển quá trình này là một khâu quan trọng trong việc hình thành các tính
chất vượt trội của vật liệu polyme nanocompozit. Chất gia cường kích cỡ nano
thường được xử lý bề mặt trước khi sử ụng, ví ụ như phủ chất liên kết lên bề mặt
chất gia cường để tạo một lớp chuyển tiếp giữa chúng và nền polym hoặc biến tính
chất gia cường bằng các chất chứa nhóm chức có khả năng phản ứng với polym và
các nhóm hoạt động trên bề mặt chất gia cường để tạo khả năng tương hợp tốt hơn
với nền polym .
Vật liệu nanocompozit có diện tích mặt phân cách lớn làm cho nó có tính
chất khác so với polym ban đầu. Để hiểu được các ảnh hưởng của chất gia cường
thang độ nano lên đặc tính polyme, cần nghiên cứu khu vực mặt phân cách này [3].
Mặt phân cách là khu vực polyme bao quanh hạt nano, có cấu trúc dạng chuỗi, làm
thay đổi độ linh động của pha nền. Bên cạnh sự thay đổi về độ linh động, các dạng
Page 19
7
chuỗi của polym cũng có thể bị biến dạng kiểu dáng hay mức độ kết tinh. Chất gia
cường nano làm thay đổi tốc độ kết tinh, làm gia tăng sự hình thành pha tinh thể và
làm ổn định pha phát triển thêm. Sự thay đổi về hoá học có thể xảy ra ở khu vực
mặt phân cách, điển hình là sự hấp thụ ưu tiên tác nhân phản ứng trên chất gia
cường nano, làm khu vực xung quanh hạt nano trở thành trung tâm phản ứng, o đó
nó được bao bọc bởi một lớp polyme liên kết ngang hoá học với nhau, có mật độ
liên kết lớn hơn so với vùng xa mặt phân cách. Hiện tượng này được quan sát thấy
trong nanocompozit của poxy gia cường nano TiO2 [4].
Một trong những hạn chế trong chế tạo nanocompozit là sự phân tán chất gia
cường. Nếu không phân tán và phân bố chất gia cường tốt thì diện tích bề mặt bị thu
hẹp, và sinh ra các khối kết tụ có thể trở thành khuyết tật trong pha nền, làm hạn chế
các tính chất của vật liệu.
1.1.1. Các phương pháp chế tạo nanocompozit
1.1.1.1. Trộ ảy
Các polyme nhiệt dẻo bị nóng chảy và chuyển sang trạng thái chảy mềm ở
nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của nó. Phương pháp trộn nóng chảy là một kỹ
thuật rất có giá trị để chế tạo nanocompozit và được dùng phổ biến cho các nhựa
nhiệt dẻo. Phương pháp này không sử dụng dung môi nên thuận tiện hơn nhiều trong
quá trình chế tạo (không phải tách, xử lý và thu hồi dung môi). Quá trình trộn nóng
chảy có thể thực hiện trên máy trộn kín hoặc hệ thống máy p đùn.
Whiney và cộng sự [5] nghiên cứu trộn nóng chảy SWCNT với nền PMMA.
Hỗn hợp thu được đ m đúc vào khuôn T flon và sấy khô. Màng tạo thành được đập
vỡ thành nhiều phần nhỏ và p nóng để tạo ra một màng mới. Sau đó lại được chia
nhỏ và p nóng, uá trình được lặp đi lặp lại khoảng 25 lần. Các tác giả quan sát
thấy sự phân tán của SWCNT được cải thiện sau mỗi quá trình. Màng
nanocompozit cuối cùng được p đùn ua một máy kéo sợi nóng chảy có đường
kính lỗ 600 μm để tạo sợi. Do sự sắp xếp của các ống dọc theo trục sợi, mo ul đàn
hồi và độ bền kéo của sợi tổng hợp tăng th o t lệ ống nano, với hàm lượng 8 %
SWCNT, độ bền kéo của vật liệu tạo thành tăng 0 % và mo ul đàn hồi tăng 100 %.
Page 20
8
Goh và cộng sự [6] sử dụng một cách khác để phối trộn nóng chảy MWCNT
với PMMA ở tốc độ 120 vòng/phút (nhiệt độ trộn 200oC) và hỗn hợp này được nén
bằng máy ép thủy lực ưới áp suất cao, ở nhiệt độ 210oC để tạo màng
nanocompozit. Potschke và cộng sự [7] chế tạo nanocompozit MWCNT/
polycacbonat bằng cách ép nóng chảy và n n p trong khuôn. Đo lưu biến của
compozit ở 260oC cho thấy sự tăng đáng kể độ nhớt khi tăng hàm lượng MWCNT,
đặc biệt là với hàm lượng MWCNT trên 2 %.
1.1.1.2. Trộ ịch
Một số hạn chế của trộn nóng chảy có thể được khắc phục nếu cả polyme và
hạt nano được phân tán đều trong dung dịch. Điều này cho phép biến tính bề mặt
hạt mà không phải sấy, giảm sự kết tụ hạt. Hệ nano polym sau đó có thể được đúc
thành thể rắn, hoặc thành dạng hạt nano/polyme bằng cách sử dụng phương pháp
bay hơi ung ịch hay kết tủa [1, 3].
1.1.1.3. Trùng h p tại chỗ
Có rất nhiều loại nanocompozit được xử lý và chế tạo bằng phương pháp
trùng hợp tại chỗ. Trong phương pháp này, các hạt nano được phân tán trong
monome hoặc dung dịch chứa monome, sau đó trùng hợp monom và thu được
nanocompozit chứa lớp polyme bao phủ lên bề mặt hạt nano. Điều then chốt để
trùng hợp tại chỗ là phân tán thích hợp hạt nano trong monom . Điều này đòi hỏi
phải biến tính và hoạt hoá bề mặt hạt. Mặc dù hạt nano phân tán trong chất lỏng dễ
hơn phân tán trong ạng nóng chảy nhưng uá trình lắng cũng xảy ra nhanh hơn, o
đó cần sử dụng các chất hoạt động bề mặt để ổn định huyền phù [3, 8].
1.1.1.4. Phủ lõi – võ (core-shell)
Nghiên cứu [9] cho thấy lớp phủ core-shell đã làm tăng tính tương hợp và
cường độ tương tác của polyme với chất nền. Lớp phủ này hấp phụ hoặc tạo được
liên kết hóa học với bề mặt hạt. Sau khi phủ, các hạt có thể phân tán dễ dàng trong
chất nền hoặc dung môi để chế tạo nanocompozit. Phương pháp này không ch tạo
được lớp như đơn lớp mà còn có thể chế tạo được lớp phủ đa lớp vô cơ hoặc hữu cơ.
Page 21
9
Phương pháp cor -shell tạo lớp phủ polyme lên các hạt vô cơ và hữu cơ bằng
phương pháp trùng hợp. Quá trình này xảy ra th o hai bước: hấp phụ monome lên
bề mặt hạt và phản ứng trùng hợp polyme. Phương pháp sử dụng phổ biến là
monom được hấp phụ, sau đó trùng hợp bằng khơi mào hóa học hoặc chiếu xạ tạo
thành lớp phủ polyme lên bề mặt hạt. Nghiên cứu [10] đã đưa ra phương pháp biến
tính hạt nano silica trong monome styren bằng cách chiếu xạ để khơi mào phản ứng
trùng hợp quang hóa trên bề mặt hạt, làm cho bề mặt hạt trở nên kỵ nước hơn, dễ
pha trộn với polypropylen và giúp các hạt nano phân bố đều hơn trong nhựa nền,
tăng tính dẻo của nanocompozit. Trong một số trường hợp, polyme không ghép trực
tiếp lên bề mặt hạt nhưng có tương tác mạnh với bề mặt hạt bằng các liên kết hydro.
Ví dụ như các axit cacboxylic bị nhôm hấp phụ mạnh, nếu axit này chứa gốc trùng
hợp được thì sau khi hấp phụ có thể tiến hành trùng hợp và phát triển phân tử
polyme gắn lên bề mặt hạt [11,12, 13].
Hì 1.1. Sơ đồ tổng h p chất lai polyme-hạt nano[10]
Một phương pháp khác để chế tạo nanocompozit có mạng lưới hạt nano trật
tự là ghép chất khơi mào lên bề mặt hạt nano sau đó trùng hợp polym đã gắn trên
bề mặt. Hình 1.1 là ví dụ áp dụng của phương pháp này đối với các hạt silica có
polystyren ghép trật tự trong chất nền. Quá trình này thích hợp với lớp phủ
copolyme khối và thậm chí là copolyme triblock [14, 15].
1.1.2. Chế tạo nanocompozit trên cơ sở polyme dẫn
a) Polyme dẫn là chất gia cường
Polyme dẫn có độ dẫn tôt, tính chất điện môi cao, có khả năng tương thích
tốt với nhiều nền polym cách điện khác nhau, nên có thể sử dụng làm vật liệu để
chế tạo compozit. Hình 1.2 trình bày các bước chế tạo vật liệu nanocompozit bằng
Page 22
10
cách xử lý trong dung dịch hoặc trộn hợp trong pha nóng chảy [16]. Trong quá trình
chế tạo, cả polyme dẫn thuần (ICP) và nền polyme được hòa tan/phân tán trong
dung môi và khuấy, trộn, rung siêu âm nhằm đạt được sự pha trộn đồng đều nhất,
cuối cùng là ép (tạo hình) và sấy khô hoặc đóng rắn. Quá trình trộn hợp nóng chảy
liên uan đến việc pha trộn chất gia cường với nền polyme nóng chảy, tiếp theo là
tạo hình và làm mát hay đóng rắn. Trong một số trường hợp nhựa nhiệt rắn, ICP
được trộn lẫn với tiền chất polyme bằng kỹ thuật hòa trộn dung dịch và khâu mạch
tạo liên kết bằng chất đóng rắn có thể được kết hợp với quá trình gia nhiệt, áp suất
[17, 18].
Hình 1.2. Chế tạo nanocompozit nề olyme ia ường polyme dẫn bằ ươ
pháp dung dịch và nóng chảy [17]
b) Polyme dẫn là polyme nền
Ưu điểm của việc sử dụng polyme dẫn như là polyme nền trong
nanocompozit là sự kết hợp các chất gia cường linh hoạt, tương tác tốt với các chất
gia cường và cho khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt. Sự kết hợp của chất dẫn điện
khác nhau, của các hạt nano từ tính trong điện môi với nền polyme dẫn… Có thể đạt
được bằng quá trình trộn vật lý “ x-situ” hoặc bằng trùng hợp tại chỗ [18]. Quá
trình trộn vật lý “ x-situ” thường phân tán chất độn k m và khuynh hướng tích tụ
của chúng vẫn xảy ra, kết quả là cho các sản phẩm có thuộc tính điện và từ không
đồng đều. Ngược lại, các tính chất điện của nanocompozit được kiểm soát chặt chẽ
Nano compozit trên cơ sở polyme ẫn
Đổ khuôn, sấy khô/ đóng rắn
Dung môi
(siêu âm, khuấy)
Polyme ẫn
Polyme nền
Định hình: làm
nguội/đóng rắn
Hỗn hợp nóng chảy
Hỗn hợp nóng chảy polyme nền/polyme
ẫn
Polyme nền
Polyme ẫn
Page 23
11
bằng trùng hợp tại chỗ trong đó tập trung kiểm soát các điều kiện phản ứng của
dung dịch chứa chất kích thích và chất gia cường [19]. Xét một phản ứng điển hình
gồm monom , chất gia cường và chất pha tạp (doping) (hoặc xúc tác) cho vào một
bình phản ứng được thiết kế phù hợp để có thể uy trì điều kiện nhiệt độ xác định
(T), áp suất (P) và tốc độ khuấy. Trước khi trùng hợp, monom thường được hấp
phụ lên các hạt gia cường nano và quá trình trùng hợp xảy ra khi thêm một lượng
chất khơi mào hoặc oxy hóa sau đó tiến hành phản ứng đến khi hoàn thành, thu
được nanocompozit nền polyme dẫn như trình bày tại hình 1.3.
Hình 1.3. Chế tạo nanocompozit nền polyme dẫn bằ ươ á trùng h p
tại chỗ [17]
1.1.3. Tính chất điện của nanocompozit trên cơ sở polyme dẫn
Từ cơ chế hấp thụ sóng điện từ cho thấy vật liệu cần có các hạt mang điện tự
do (electron/lỗ trống) để có thể tương tác với các trường điện từ tới. điều kiện
thường, các polyme liên hợp hữu cơ là chất cách điện nếu chưa được kích thích, ví
dụ độ dẫn điện σdc) ở nhiệt độ phòng của PANi là ~10-9
S/cm. Tuy nhiên, khi
chúng được “ oping” dẫn đến hình thành các hạt mang điện, tăng cường tính dẫn
điện. Tức là hình thành các polarons/bipolarons có thể di chuyển ưới ảnh hưởng
của điện thế bên ngoài hoặc điện trường tạo ra bởi các ion trái dấu phân bố dọc theo
chuỗi [20, 21].
Nanocompozit trên cơ sở polym ẫn
Phản ứng trùng hợp
Monome
Chất độn
Xúc tác
Chất oping
Page 24
12
Hình 1.4. Quá trình kích thích bằng axit của polyanilin
Vì vậy, khi hàm lượng chất kích thích tăng, nồng độ và tính linh động của
các hạt mang điện tăng, dẫn đến tăng độ dẫn điện. Các hạt ICP khi gia cường trong
nền polym cách điện làm hình thành độ dẫn điện trong compozit. hi tăng hàm
lượng CP đến một giới hạn nhất định, hạt ICP hình thành một mạng lưới dẫn điện
liên tục trong nền chủ, tạo thành độ dẫn của nanocompozit, hàm lượng đó gọi là
ngưỡng điện thẩm của nanocompozit. Đo độ ẫn biểu diễn phù hợp với quy luật
hàm mũ [22]:
(1)
Trong đó, σ là độ dẫn điện của compozit, σo là độ dẫn đặc trưng, υ là t trọng
thể tích của chất độn, υc là t trọng thể tích ở ngưỡng điện thẩm và t là hệ số mũ.
Biểu diễn đồ thị log σ th o log υ-υc) tạo thành một đường thẳng th o phương
trình trên. Theo quy luật suy rộng thông số, υc và t có thể thu được sau đó bằng cách
phân tích đường trung bình đồ thị logarit đó.
Sự hình thành của mạng lưới như vậy tại ngưỡng điện thẩm phụ thuộc vào
bản chất của CP, độ dẫn nội tại, hình dạng hạt, hình thái, t lệ, nồng độ, độ phân tán
và mức độ phù hợp với nền. Tuy nhiên, tại ngưỡng điện thẩm, độ dẫn σp) vẫn thấp.
Để cho khả năng hấp thụ chấp nhận được cần tăng nồng độ hạt gia cường lên cao
Page 25
13
[20]. hi CP được kết hợp với các chất gia cường dẫn điện khác như MWCNT ,
nó làm giảm đáng kể ngưỡng điện thẩm, tăng độ dẫn và hiệu quả hấp thụ tốt hơn so
với ch sử dụng ICP [22, 23].
1.1.4. Vật liệu nanocompozit CNT/polyme
MWCNT được coi như sợi cacbon cơ bản với độ bền cơ học tốt, độ bền kéo
đứt cao 200 GPa , mô đun đàn hồi cao (1 TPa), o đó có nhiều nghiên cứu sử dụng
MWCNT làm chất gia cường cho polyme [24]. Khi MWCNT có liên kết cộng hóa
trị với chuỗi polyme, tính chất cơ học vật liệu cao hơn o nó làm tăng cả sự phân
tán MWCNT và sự truyền ứng suất đến nền. Theo [25] khi trộn MWCNT chưa biến
tính với PVA cho thấy tính chất cơ học tăng đáng kể. Điều này là do các vách
MWCNT đóng vai trò làm trung tâm cho sự kết tinh của polym , o đó ẫn đến tạo
ra vật liệu có độ bền cao hơn.
Khả năng phân tán MWCNT trong polym là một trong những thông số quan
trọng để điều ch nh tính chất nanocompozit [26]. Nếu MWCNT tồn tại ưới dạng
bó hoặc bị kết tụ tạo nên các vị trí khuyết tật và hạn chế khả năng truyền tải lực
trong pha nền, vị trí này dễ bị phá hu trước tiên khi chịu tác động của lực.
Có thể tăng độ phân tán bằng cách biến tính MWCNT như chức hoá đầu ống
bằng amin hữu cơ mạch dài hoặc chức hoá thành ống bằng muối fluorin alkan. Tuy
nhiên, việc sử dụng chất hoạt tính bề mặt làm cho compozit có tạp chất. Chức hoá
đầu CNT hạn chế sự kiểm soát liên kết với chất nền, và phản ứng ở thành ống có thể
ảnh hưởng đến tính chất cơ học [27, 28]. Dung môi phân tán trực tiếp MWCNT
được biết là NMP, DMF, hexametyl phosphor amit, cyclopentan, tetrametylen
sulfoxit và -caprolacton [29]. Ngoài ra, nghiên cứu trên cũng cho thấy MWCNT
cũng được phân tán trực tiếp trong polyacrylat uretan lỏng, monome
metylmetaacrylat và nhựa poxy, sau đó tiến hành phản ứng trùng hợp để tạo thành
các nanocompozit [6, 26].
Đáng chú ý trong chế tạo sợi cacbon macro, MWCNT được gia cường vào
chất nền làm cho tính chất của vật liệu được cải thiện đáng kể, giảm nhiệt độ nhiệt
Page 26
14
phân, tăng khả năng tản nhiệt và không làm tăng nhiệt cục bộ [30-32]. Các kết quả
nghiên cứu cũng cho thấy sợi micro CNT/polyme compozit sản xuất bằng kỹ thuật
quay/kéo sợi nóng chảy tăng cường tính chất cơ học so với sợi polyme không chứa
MWCNT ban đầu [33].
1.1.5. Vật liệu nanocompozit graphen/polyme
Lee và cộng sự đo tính chất đàn hồi và độ bền phá hủy nội tại của graphen tự
do bằng đầu AFM [34]. Kết quả cho thấy, những tấm graph n đơn lớp có tính chất
cơ học tốt như mô đun đàn hồi lớn (~1 TPa , độ bền kéo rất cao (~130 GPa và độ
bền phá hủy 42 N.m-1. o đó, có thể nghiên cứu sử dụng graphen làm chất gia
cường cho polyme compozit. Các nghiên cứu của Ramanathan và cộng sự cho thấy
khi thêm 1% graphen vào PMMA sẽ làm tăng 0% mođun đàn hồi và 20% độ bền
k o đứt [35]. So sánh cho thấy trong số tất cả các vật liệu nano dạng lớp được
nghiên cứu thì graph n đơn lớp chức hóa cho kết quả tốt nhất, có thể là do bề mặt
của nó có kích thước nano nhám tạo liên kết được với các chuỗi polyme. Tấm
graphen chức hóa có chứa nhóm hydroxyl trên bề mặt tạo liên kết hydro với nhóm
cacbonyl của PMM o đó tương tác mạnh mẽ hơn với PMMA. Hiệu ứng tăng
cường tương tác với nền polyme giúp chuyển tải lực tốt hơn giữa nền và sợi dẫn đến
nâng cao cơ tính. ết quả cho thấy, ch cần thêm 0,6% graphen vào poly vinyl
alcohol (PVA) thì mô đun đàn hồi tăng % và độ cứng tăng % [36]. Rafiee và
cộng sự [37] so sánh tính chất cơ học của compozit epoxy 0,1% graphen với 0,1%
CNT thấy rằng, compozit graph n tăng mô đun đàn hồi 1% , độ bền kéo (40%),
độ bền đứt gãy (53%) so với compozit poxy CNT. Độ bền mỏi của vật liệu
compozit epoxy/CNT suy giảm đáng kể khi cường độ ứng suất gia tăng; ngược lại,
nanocompozit poxy graph n có độ bền mỏi tăng lên. ạng hình học lớp phẳng và
bề mặt có nhiều nếp gấp của graphen giúp bám dính tốt hơn với nền, từ đó làm tăng
tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit.
Compozit epoxy graph n được chế tạo bằng cách trùng hợp tại chỗ và được
nghiên cứu khả năng hấp thụ sóng điện từ. Trên toàn bộ dải tần số, hiệu quả hấp thụ
tăng khi tăng hàm lượng hạt gia cường graph n. Như vậy compozit epoxy/graphen
Page 27
15
có thể được sử dụng trong các ứng dụng hấp thụ bức xạ điện từ. Liang và cộng sự
điều chế compozit polydiaxetylen (PDA)/graphen bằng phương pháp chế tạo trong
dung dịch [38], compozit này có độ dẫn tốt, tốc độ đáp ứng nhanh và tần số cộng
hưởng cao. Nhựa poxy có độ dẫn nhiệt rất k m nhưng khi được gia cường graphen
oxit cho thấy sự cải thiện tốt hơn, với hàm lượng GO 5% làm tăng độ dẫn nhiệt lên
4 lần so với nhựa poxy ban đầu.
Liu và cộng sự [39] chế tạo nanocompozit graph n oxit G gia cường cho
nhựa epoxy bằng cách chuyển GO từ ưa nước sang ưa ax ton. hi sử dụng 1% GO,
nó làm tăng độ bền uốn, mô đun uốn, độ bền va đập và mô đun ự trữ. Pang và
cộng sự [40] nghiên cứu chế tạo compozit graphen với polyetylen trọng lượng phân
tử siêu cao (UHMWPE) cho thấy khả năng dẫn điện và xác định cấu trúc điện thẩm
của chúng. Pan và cộng sự [41] chế tạo lớp phủ polyamit/graphen bằng phương
pháp phun phủ, kết quả cho thấy khả năng chịu mài mòn của lớp phủ compozit cao
hơn polyamit ban đầu.
1.2. Vật liệu hấp thụ sóng điện từ
1.2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán
Sóng điện từ bao gồm hai thành phần điện trường và từ trường ao động theo
phương vuông góc với nhau. Để làm triệt tiêu năng lượng của sóng điện từ có hai
hướng là triệt tiêu từ trường hoặc triệt tiêu điện trường. Vật liệu tổn hao điện là vật
liệu có hằng số điện môi lớn như polym ẫn, các chất điện ly rắn, hay compozit
của hạt dẫn điện với polyme hữu cơ.... Vật liệu tổn hao từ là vật liệu có độ từ thẩm
lớn như bột sắt từ, hợp kim của sắt, phức từ tính...[42, 43, 44].
Khả năng hấp thụ tổng của vật liệu hay là hiệu quả che chắn (schielding
effective) SE của nó được tính bằng tổng tổn hao phản hồi và tổn hao hấp thụ theo
công thức:
(2)
SET: Tổn hao hấp thụ tổng
Page 28
16
SER: Tổn hao phản xạ
SEA: Tổn hao hấp thụ
Hiệu quả che chắn SE của vật liệu còn phụ thuộc vào độ dày d, tính chất điện
như hằng số điện môi ( , độ từ thẩm () của vật liệu và tần số làm việc (f) của sóng
ra đa [28].
Hì 1.5. Sơ đồ nguyên lý hấp thụ s điện từ [17]
Tổn hao phản xạ:
(3)
Trong đó: σT là độ dẫn tổng, f là tần số Hz , μr độ từ thẩm của vật liệu, εo là
hằng số điện môi của không khí.
Tổn hao hấp thụ:
( 4)
Trong đó: t là độ dầy vật liệu (cm) và f là tần số H rtz . σT là độ dẫn tổng
của vật liệu, μr là độ từ thẩm của vật liệu .
Tổn hao phản xạ (SER) và hấp thụ (SEA tăng tương ứng th o xu hướng tăng
hằng số điện môi và độ từ thẩm. Tuy nhiên, SEA chịu ảnh hưởng lớn với đặc tính
điện từ hơn S R. Hai thông số quan trọng nhất quyết định độ lớn tương đối của SER
và SEA là độ dẫn th o sóng điện từ σT và độ dày lớp phủ δ .
Page 29
17
Từ lý thuyết hấp thụ luận án rút ra kết luận vật liệu hấp thụ sóng điện từ tốt
cần độ dầy lớn, độ dẫn cao, độ từ thẩm lớn.
1.2. . Cấ tr c ật iệ hấp thụ sóng điện từ
1.2.2.1. Lớp hấp thụ Dallenbach
Một lớp Dallenbach là một lớp hấp thụ đồng nhất đặt trên một mặt dẫn điện.
Độ dày của lớp, hằng số điện môi và độ từ thẩm được điều ch nh để phản xạ được
giảm thiểu cho một bước sóng mong muốn. Nguyên lý của lớp Dallenbach là triệt
tiêu qua hiện tượng giao thoa của sóng phản xạ từ bề mặt phân cách đầu tiên và thứ
hai, giảm sóng phản xạ tối thiểu, trở kháng hiệu quả của lớp phải bằng trở kháng
của môi trường lan truyền [45].
Hình 1.6. Lớp hấp thụ Dallenbach
Thực tế có thể sử dụng nhiều lớp hấp thụ Dallenbach có tính chất khác nhau
kết hợp với nhau cho băng thông cộng hưởng lớn hơn
1.2.2.2. Cấu trúc hấp thụ dạng màn chắn Salisbury
Màn chắn Salisbury là một lớp hấp thụ điện môi, đặt cách bề mặt kim loại
một khoảng 1 bước sóng. Màn chắn Salisbury đã được chế tạo và tính toán phản
xạ. Cấu trúc ban đầu được làm bằng vải phủ than chì dán trên khung gỗ. Polyme
dẫn đã được sử dụng trong thiết kế các màn chắn Salisbury. Hệ số phản xạ đã được
tính toán nhờ sử dụng các phương pháp ma trận quang học, là hàm của độ dày lớp
polym , độ dày khoảng trống và góc tới [46].
Page 30
18
Hình 1.7. Cấu tạo màn chắn Salisbury
Độ dày tấm trở kháng được xác định theo công thức
(5)
Với Z0 là trở kháng của không khí, σ là độ dẫn của tấm. Độ dày của tấm điện
trở cho sự hấp thụ tối ưu t lệ nghịch với độ dẫn tấm.
1.2.2.3. Lớp Jauman
Lớp Jauman là hình thức cải tiến kết cấu kẹp song song của các màn chắn
Salisbury.
Hình 1.8. Cấu tạo lớp Jauman
Lớp trở kháng được chế tạo từ bột cacbon trong phenol-fomandehyt, xenlulo
hay polyvinyl axetat với xốp polyetylen thay thế khoảng trống không khí. Từ năm
Page 31
19
1991 các polyme dẫn đã được sử dụng làm vật liệu hấp thụ trong các lớp Jauman.
Việc tối ưu các lớp Jauman rất khó o khi tăng số lớp thì các tham số tính toán rất
phức tạp [46].
1.2.3. Vật liệu hấp thụ s điện từ trê ơ sở nanocompozit của polyme dẫn
Với vật liệu tổn hao điện môi, tính chất quan trọng nhất là khả năng phân cực
của nó ưới tác dụng của điện trường ngoài. Hiện tượng phân cực là sự thay đổi vị
trí trong không gian của những thành phần mang điện và hình thành momen điện
trường. ưới tác dụng của điện trường xảy ra sự thay đổi trật tự điện tích trong phân
tử điện môi. Tham số xác định khả năng hình thành điện dung là hệ số điện môi ε
của vật liệu. Khi một mẫu điện môi đặt trong điện áp nào đó sẽ xuất hiện những
òng điện bao gồm: òng điện rò (Ir) do một số điện tích tự do chuyển dịch gây nên.
Dòng điện phân cực (Ipc) do sự chuyển dịch của các điện tích ràng buộc khi có phân
cực điện tử hay phân cực ion, òng điện dung (Ic ) do sự dịch chuyển của các điện
tử trong các dạng phân cực khác của điện môi. Đối với điện áp xoay chiều nó tồn tại
liên tục. Tổng òng điện trong điện môi: I = Ir + Ic+ Ipc. Như vậy ưới tác động
của sóng điện từ, độ dẫn của vật liệu điện môi polyme dẫn sẽ luôn bị thay đổi [47].
Với vật liệu dẫn tương đối như polym ẫn) hằng số điện môi ε và độ dẫn
đóng một vai trò quan trọng trong việc quyết định giá trị tổn hao SER và SEA. Sự
hấp thụ sóng điện từ trên cơ sở vật liệu có lưỡng cực điện hoặc từ có thể tương tác
với v ctơ điện (E) và từ (H) của sóng điện từ tới sinh ra tổn thất sóng. Đây là cơ chế
chính của vật liệu hấp thụ trên cơ sở polyme dẫn.
Hầu hết các polyme dẫn ở trạng thái cơ bản có tính chất điện môi và tính chất
từ thấp. Khi polyme dẫn bị kích thích sẽ hình thành các polarons/bipolarons, cho
thấy sự phân cực rõ rệt [48, 49]. Tính chất điện môi tăng th o mức độ kích thích là
do sự hình thành và tăng nồng độ của điện tích cục bộ.
Với ICP, bên cạnh việc kích thích làm chất gia cường phân cực còn gây ra sự
phân cực mặt phân cách cũng góp phần vào tính chất điện môi của nanocompozit.
Khi chất độn dẫn điện như các hạt kim loại, than chì, CNT và graph n được đưa vào
Page 32
20
nền CP làm tăng tính chất điện môi. Sự khác biệt độ dẫn điện giữa polyme dẫn và
chất gia cường dẫn điện khác dẫn đến phân cực điện tích tại bề mặt phân cách gọi là
hiện tượng phân cực bề mặt Maxwell-Wagner-Sillars [17, 50]. Sự phân cực đó và
hiện tượng “tích thoát” góp phần liên uan đến sự tích trữ năng lượng và gây ra tổn
hao năng lượng sóng. Những tổn hao thực có thể được tính bằng cách chuẩn hóa
những tổn hao này với các điều kiện tích trữ như t lệ tổn hao điện môi/hằng số
điện môi ảo ε" và hằng số điện môi/hằng số điện môi thực ε' tới giá trị tổn thất
tang δ.
Đặc tính che chắn vượt trội của vật liệu nanocompozit khác với sự hấp thụ
của kim loại làm cho ICP có thể ứng dụng rộng rãi trong công nghệ tàng hình.
Trong nhiều trường hợp, các hạt ICP ở mức độ kích thích cao được sử dụng như
chất gia cường dẫn điện cho nền polym cách điện, dẫn đến việc thành lập và cải
thiện tính dẫn điện, đồng thời góp phần làm tăng giá trị hằng số điện môi thực và
ảo. Các vật liệu này đã được sử dụng chế tạo các tấm hấp thụ sóng điện từ dạng lớp
[17, 51].
Polyanilin là polyme dẫn có giá thành thấp, dễ chế tạo, có độ dẫn và tính chất
điện môi tốt phù hợp cho một chất hấp thụ sóng điện từ. Vật liệu hấp thụ sóng điện
từ trên cơ sở vật liệu compozit của polypyrol với các vật liệu khác như cao su, vải
sợi hoặc hỗn hợp polyme đã được sử dụng rộng rãi, cho thấy polypyrol có tiềm
năng ứng dụng rất lớn do tính bền trong môi trường không khí.
1.3. Compozit chống đạn
Compozit khối lượng nhẹ chống đạn sử dụng các sợi polym có mô đun và
độ bền cao như sợi aramit, sợi cacbon, UHMWPE, PBO... Những sợi này ở dạng
liên tục hoặc vải sợi dệt được xếp thành nhiều lớp, được nhúng và gắn kết với nhau
qua nhựa nền tạo thành compozit chống đạn. Các kiểu compozit chống đạn dạng
tấm đa lớp được sử dụng rộng rãi trong các hệ giáp cứng, như mũ, áo giáp chống
đạn cá nhân, chống mảnh bom. Compozit sợi aramit, UHMWPE chống đạn cũng
được sử dụng ở xe bọc thép hạng nhẹ [52, 53]. Tham số quan trọng nhất trong đánh
giá khả năng chống đạn của vật liệu là khả năng chịu tác động ở các mức vận tốc
Page 33
21
đạn theo cấp độ khác nhau. Tính chất này gọi là “giới hạn đạn đạo” VC hoặc V50 là
mức trung bình của vận tốc cao nhất thâm nhập một phần và tốc độ thấp nhất thâm
nhập hoàn toàn [54, 55]. Độ bền ứng suất biến dạng của các sợi là thông số quan
trọng nhất trong dự đoán khả năng chống đạn của compozit. Cơ chế chính của sự
hấp thụ năng lượng động học khi tác động đạn đạo là sợi bị k o căng và đứt sợi,
thực tế hiện tượng này rất phức tạp bởi tính động lực học cao vốn có của nó. Tuy
nhiên, không thể sử dụng tính chất cơ học của sợi như là thông số chủ yếu để dự
đoán khả năng chống đạn cho các compozit chế tạo từ nó, do những khác biệt trong
tính chất vật lý và nhiệt trong quá trình va chạm [56].
1.3.1. Lý thuyết chống đạn vật liệu compozit
Để hiểu đầy đủ về va chạm đạn đạo của compozit, cần biết các cơ chế hấp
thụ năng lượng và phá hủy khác nhau. Các cơ chế hấp thụ năng lượng có thể xảy ra
là: sự tạo thành hình nón trên mặt sau của mục tiêu, sự biến dạng của các sợi thứ
cấp, sự đứt gãy của các sợi sơ cấp, sự tách lớp, sự rạn nứt ma trận, sự hãm trượt và
ma sát giữa đầu đạn và mục tiêu. Với các vật liệu khác nhau như cacbon, thủy tinh,
aramit, HMP … thì các cơ chế xảy ra khác nhau. Vật liệu gia cường cũng làm
ảnh hưởng đến cơ chế hấp thụ năng lượng của compozit [57, 58].
Hình 1.9. Sự tạo thành hình nón khi va chạm đạ đạo ở mặt sau của tấm chố đạn
Zhu và cộng sự [58] tiến hành thử nghiệm va chạm đạn đạo trên compozit
Kevlar/polyeste có bề ày thay đổi, cho thấy hình nón được tạo thành ở mặt sau của
compozit khi xảy ra va chạm đạn đạo. Sự tạo thành hình nón trên mặt sau của
compozit được giải thích trên cơ sở sự lan truyền sóng ngang khi va chạm đạn đạo.
Hình 1.9 và hình 1.10 giải thích sự tạo thành hình nón ở mặt phía sau của
tấm compozit trong quá trình va chạm đạn đạo. Khi xảy ra va chạm, vận tốc của đầu
đạn và tốc độ tạo thành hình nón là như nhau.
Page 34
22
Hình 1.10. Sự phát triển hình nón trong quá trình va chạm đạ đạo của compozit
Các sợi nằm trong tiết diện tiếp xúc của đầu đạn gọi là sợi sơ cấp. Sợi sơ cấp
này tạo ra lực cản xuyên chủ đạo với đầu đạn. Các sợi còn lại bên trong vùng hình
nón được gọi là các sợi thứ cấp, chịu sự ảnh hưởng của va chạm đạn đạo. Các sợi
này biến dạng và gây ra một vài sự hấp thụ năng lượng.
Để phân tích cơ chế va chạm đạn đạo, cần chia thành nhiều giai đoạn khác
nhau th o đó khoảng thời gian tiếp xúc được chia nhỏ thành các khoảng thời gian.
Các giai đoạn này có tính chất nối tiếp, liên tục o đó cơ chế phá hủy và sự hấp thụ
năng lượng được xác định ở khoảng thời gian này được đưa vào tính toán khi tiến
hành nghiên cứu với các khoảng thời gian tiếp theo. Thứ nhất, sự phát triển đường
kính mặt đáy của hình nón tạo thành có thể tính được nhờ sự lan truyền sóng ngang,
vận tốc sóng ngang phụ thuộc vào đường cong ứng suất biến dạng ở tốc độ biến
dạng lớn của vật liệu compozit.
Khoảng thời gian thứ hai, bán kính bề mặt của hình nón tăng lên. Bán kính
bề mặt được tính dựa trên mức độ xuất hiện lan truyền sóng ngang diễn ra trong
khoảng thời gian đó. hi sự lan truyền sóng ngang tiếp tục, bán kính bề mặt của
hình nón, độ sâu hình nón, khối lượng hình nón và độ biến dạng trong các sợi tăng.
hi độ biến dạng trong sợi vượt quá biến dạng kéo cho phép, sợi bị đứt. Sự tăng các
giá trị này tiếp tục cho đến khi toàn bộ các sợi sơ cấp bị đứt hoặc toàn bộ năng
lượng của đầu đạn được hấp thụ bởi mục tiêu. Trong quá trình va chạm, sức căng
Page 35
23
của các sợi sơ cấp không phải là hằng số. bất kỳ thời điểm nào, sức căng lớn nhất
tại điểm va chạm và sẽ giảm khi di chuyển lệch khỏi điểm va chạm.
Nếu vận tốc đầu đạn thoát ra bằng không và toàn bộ sợi sơ cấp bị đứt, thì vận
tốc ban đầu của đầu đạn chính là giới hạn đạn đạo.
Năng lượng bị hấp thụ bởi các sợi thứ cấp phụ thuộc vào sự phân bố biến
dạng bên trong các sợi thứ cấp. Các sợi thứ cấp càng xa điểm va chạm, biến dạng
này càng giảm, có thể về đến giá trị 0 [54, 59].
Biến dạng ở các lớp trên cùng lớn hơn biến dạng ở các lớp ưới cùng và mỗi
sợi sơ cấp lại có biến dạng khác nhau. Khi biến dạng của từng sợi vượt quá giới hạn
ngưỡng cho phép, sợi đó sẽ đứt. Kết quả là, sẽ có sự đứt liên tiếp các sợi bắt đầu từ
lớp trên cùng, sau đó tiếp tục đến lớp ưới cùng. Sự đứt sợi dẫn đến sự hấp thụ năng
lượng của đầu đạn. Có thể nhận thấy rằng biến dạng bên trong sợi sơ cấp không
phải là hằng số. bất kỳ thời điểm nào, biến dạng luôn đạt cực đại tại điểm va
chạm và giảm ở xa điểm va chạm.
Lee và Sun [59] khi nghiên cứu compozit với pha nền dòn cho thấy sự hãm
cắt trượt là một trong số các nhân tố phá hủy chính của compozit sợi
cacbon/polybismaleimit với viên đạn trụ đáy phẳng. Hình 1.11 biểu diễn sự tạo
thành hình nêm khi va chạm đạn đạo. Tính dòn của các compozit trên cơ sở cacbon
là nguyên nhân gây ra sự thay đổi trong cơ chế phá hủy. Sự tạo thành nêm cắt trượt
không được quan sát thấy trong các compozit gia cường K vlar có độ biến dạng phá
hủy cao ở tốc độ biến dạng cao [60].
Hình 1.11. Sự tạo thành hình nêm khi va chạm đạ đạo đối với vật liệu dòn
Ngoài ra, sự tách các lớp vải, sự rạn nứt của nhựa nền, ma sát giữa đầu đạn
với mục tiêu cũng góp phần hấp thụ năng lượng động năng của viên đạn.
Page 36
24
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống đạn của compozit
1.3.2.1. Ả ưởng của vải, s i ia ường
Vải, sợi dùng chế tạo giáp chống đạn cần một số tính năng đặc biệt độ bền
cao, ứng suất chịu rạn nứt cao và khả năng chịu nhiệt tốt). Thực tế hiện nay thường
sử dụng là vải sợi cacbon, aramit, poly (p-phenylen-2,6-benzobisoxazol) (PBO) và
UHMPE [61, 62].
Tính chất của sợi theo chiều ngang đóng vai trò uan trọng trong sự hấp thụ
năng lượng của vải. Vì các sợi vải bị kéo giãn nên biến dạng chủ yếu theo chiều
ngang sợi, việc hai sợi giao nhau có thể k o ãn đến mức nào, dẫn đến sự xuất hiện
của các cơ chế hấp thụ động năng khác nhau trong mục tiêu. các compozit cứng,
việc xử lý sợi có thể làm thay đổi rất lớn đến mức độ bám dính giữa sợi và nền cơ
bản. Sợi và nền có độ bám ính cao cho độ bền phá hu cao hơn so với ở các tấm có
sự bám dính kém. Sự bám ính k m được biểu hiện là sự tách lớp lớn khi va chạm.
Tuy nhiên, ở năng lượng va chạm đạn đạo cao hơn, sự bám dính phù hợp để thúc
đẩy sự tách lớp là cơ chế giúp hấp thụ năng lượng hiệu quả [56, 61].
Hệ số ma sát bị ảnh hưởng bởi kiểu dệt vải, mật độ sợi thấp hơn cho hệ số
ma sát lớn hơn, có thể là do số các điểm va chạm dọc theo sợi cao hơn. Sự có mặt
của lực ma sát không những làm ổn định cấu trúc của vải trong vùng va chạm, mà
còn ảnh hưởng đến chuyển hóa các cơ chế hấp thụ động năng của compozit khác
như các thành phần biến dạng, động năng của đầu đạn. Các đặc tính cơ học của vải
khác với các sợi, do cấu trúc phức tạp của nó. Sự có mặt của nếp gấp, lực ma sát,
tương tác giữa các sợi và nhiều yếu tố khác làm thay đổi phản hồi của vải với va
chạm. Về hình dạng của kiểu dệt, các vải có cấu trúc phẳng đồng đều hấp thụ nhiều
năng lượng hơn các vải không đồng phẳng [63, 54].
1.3.2.2. Ả ưởng của nhựa nền
Sự khác nhau phổ biến nhất giữa các hệ nhựa là độ cứng và độ bền của
chúng. Sự khác nhau chủ yếu giữa các hệ nhựa cứng và dòn là phản hồi ngay sau
khi bắt đầu sự tách lớp. Các hệ vật liệu dòn có xu hướng trải qua sự tách lớp ngay
lập tức với rất ít sự phát triển vết nứt sau đó, trong khi đó các hệ mềm trải qua sự
tách lớp ổn định hơn và sự phát triển tách lớp được kiểm soát [62, 64].
Page 37
25
1.3.2.3. Ả ưởng của tấm chố đạn
a) Ảnh hưởng của kích thước bề mặt
ích thước bề mặt tấm chống đạn có tính quyết định trong va chạm tốc độ
thấp nhưng có thể hoàn toàn không quan trọng ở va chạm tốc độ cao [65, 66]. Kích
thước bề mặt tấm chống đạn có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả chống đạn của nó
khi tốc độ va chạm gần với giới hạn đạn đạo của vải. tốc độ va chạm cao hơn, ảnh
hưởng này được giảm bớt, khi đó các cơ chế cục bộ chiếm ưu thế dẫn đến sự lựa
chọn các biên của mục tiêu là không quan trọng.
b) Ảnh hưởng của độ dày
Với tấm compozit chống đạn, t số giữa độ dày tấm và đường kính đầu đạn
là thông số quan trọng trong việc xác định cơ chế xâm nhập chiếm ưu thế. hi độ
dày tấm nhỏ hơn đường kính đầu đạn 2Rp, sự lõm là cơ chế xâm nhập chiếm ưu thế.
hi độ dày tấm nhỏ hơn 3/ 2 đường kính đầu đạn, sự tạo thành nêm mềm, tạo
thành hình nón là cơ chế xâm nhập ưu thế. Với các tấm mục tiêu ày hơn, sự phá
hủy lõm trở nên quan trọng hơn o sự biến dạng uốn cong ít hơn [62, 67].
c) Ảnh hưởng của các tham số biên
Các tham số biên làm thay đổi sự hấp thụ năng lượng của tấm mục tiêu nhờ
sự phản xạ của sóng biến dạng dọc từ các biên. Điều này được thể hiện khi quan sát
có sự giảm tốc độ đầu đạn, trong sự phản hồi của sóng biến dạng đến điểm va chạm.
Phần lớn năng lượng động năng, được hấp thụ bởi tấm mục tiêu là từ chuyển động
ngang của vật liệu sang biến dạng hình nón. Các compozit cứng hạn chế chuyển
động không đồng phẳng bằng cách sử dụng nền nhựa cứng giảm phản hồi toàn bộ,
phản hồi cục bộ chiếm ưu thế [55, 68].
1.3.2.4. Ả ưởng của á đầ đạn
Đầu đạn có bốn kiểu hình dáng khác nhau: bán cầu, bẹt, hình cung nhọn và
hình nón. Đạn đầu bẹt có xu hướng trượt các sợi trên bề mặt tiếp xúc, trong khi đó
đạn đầu hình bán cầu có xu hướng k o căng các sợi đến phá hu [69]. Đạn hình
Page 38
26
cung nhọn và hình nón khoan thủng mục tiêu theo kiểu ép sợi trượt sang bên và
xuyên ua. Đạn có đầu dạng bán cầu có sự suy giảm năng lượng nhanh nhất so với
các dạng khác. Hình dạng đầu đạn có ảnh hưởng trực tiếp đến sự hấp thụ năng
lượng của vải và cơ chế phá hu của sợi. Nghiên cứu các tấm compozit bị bắn bởi
đầu đạn có hình dạng khác nhau cho thấy: ở vận tốc thấp, đạn có đầu nhọn bị giảm
tốc độ nhanh hơn, trong khi ở các vận tốc cao thì đạn có đầu tù giảm tốc độ nhanh
hơn [69].
Độ cứng tương đối của đạn có tính quyết định hơn độ cứng tuyệt đối và phụ
thuộc vào vận tốc đầu đạn. Nếu tấm mục tiêu đủ cứng làm đầu đạn biến dạng và trở
nên tù, thì sau đó sẽ có sự tăng iện tích va chạm ở bề mặt đầu đạn, tạo sự phân tán
tác động từ đầu đạn. Sự bẹt ra của đạn, có thể hấp thụ đáng kể các mức năng lượng
lên đến 25%). Khối lượng của đầu đạn quyết định một phần đến cơ chế hấp thụ
năng lượng. Đạn có khối lượng nhẹ sẽ dễ bị chặn lại ở vận tốc thấp nhưng cơ chế
khoan thủng của chúng ở vận tốc cao sẽ được tập trung cao hơn. Đầu đạn có khối
lượng nặng hơn sẽ gây ra cả cơ chế cục bộ và toàn bộ ở các vận tốc va chạm khác
nhau.
1.3.3. hương pháp ác đ nh khả năng chống đạn của ật iệ
1.3.3.1. P ươ á mô ỏng số bằng phần mềm Ansys 12
a. Phần mềm Ansys 12
Ansys là một trong nhiều chương trình sử dụng phương pháp phần tử hữu
hạn để phân tích các bài toán vật lý – cơ học, chuyển động, chuyển các phương
trình tích phân vi phân, đạo hàm riêng từ dạng giải tích sang dạng số, với việc sử
dụng phương pháp rời rạc hoá và gần đúng để giải.
Trong bài toán kết cấu, phần mềm NS S ùng để giải các bài toán trường
ứng suất - biến dạng, trường nhiệt cho kết cấu. Giải các bài toán tĩnh, ao động,
cộng hưởng, bài toán ổn định, bài toán va đập, tiếp xúc, va chạm tốc độ thấp và cao.
Các bài toán được giải cho dạng cấu trúc xây dựng, bài toán với vật liệu đàn hồi,
đàn hồi phi tuyến, đàn ẻo lý tưởng, đàn nhớt… [70] ANSYS là phần mềm mạnh về
Page 39
27
xử lý đa môi trường, cho phép giải các bài toán trong môi trường gần với thực tế
nhất.
ANSYS cho phép xây dựng mô hình hình học 2D và 3D với kích thước thực,
hay mô hình như vật thật. Là phần mềm sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, nên
khi xây dựng xong mô hình hình học, NS S cho ph p chia lưới phần tử o người
sử dụng chọn hoặc tự động chia lưới. Số lượng nút và phần tử quyết định đến độ
chính xác của bài toán vì mỗi nút được xem như một phần tử được tính toán trong
phần mềm.
Để giải một bài toán bằng phần mềm ANSYS, cần đưa vào các điều kiện ban
đầu, điều kiện biên cho mô hình hình học. Các ràng buộc về ngoại lực, vận tốc,
phương va chạm, cố định một số phần tử…
Lĩnh vực đã được ứng dụng nghiên cứu: Sóng lan truyền nhanh trong môi
trường rắn, lỏng, khí và tương tác giữa chúng; nghiên cứu tính toán không tuyến
tính trạng thái vật liệu, trạng thái cấu trúc, tiếp xúc tương tác, tương tác cấu trúc
lỏng; nghiên cứu biến dạng lớn/cực lớn, phân mảnh và ứng suất lớn/rất lớn; nghiên
cứu va chạm với vận tốc từ thấp đến cao, siêu thanh, truyền nổ, sự nổ ảnh hưởng
đến cấu trúc... [71, 72].
Lĩnh vực ứng dụng trong an ninh quốc phòng: vật liệu chống đạn, vật liệu
chống nổ, xét ảnh hưởng của quá trình nổ, thử nghiệm khiên chống va đập và áo
giáp chống đâm [73-75].
b) hương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)
Phương pháp PTHH xuất hiện từ cuối những năm 1 0, được phát triển và
ứng dụng rộng rãi từ những năm 1 0. Cùng với sự bùng nổ của công nghệ thông
tin với các máy tính có ung lượng lớn và tốc độ xử lý nhanh, phương pháp PTHH
trở thành phương pháp chính trong tính toán kết cấu, thay thế cho các phương pháp
truyền thống như phương pháp lực, phương pháp chuyển vị… o thuật giải của nó
rất gần gũi với ý tưởng của công nghệ thông tin như thông tin được phân tầng, có
thể đóng gói trong các ma trận để chuyển, hợp và xử lý. Phương pháp PTHH cho
phép tính toán các kết cấu đơn giản hơn các phương pháp khác của sức bền vật liệu
vì có thể dùng các kết quả trung gian là các ma trận phần tử được thiết lập sẵn có
Page 40
28
trong các sách cẩm nang. Phương pháp PTHH có những n t đặc sắc của công nghệ
thông tin hiện đại: các thông tin của đối tượng tính toán được nhập đóng gói vào
các ma trận phần tử và được kèm th o địa ch là các ma trận ch số nút. Sau đó được
nhập tiếp (kết nối) vào ma trận tổng thể thu gọn [76].
c) Nguyên tắc mô phỏng số
Autodyn dựa trên sự chênh lệch giới hạn, thể tích giới hạn và kỹ thuật
nguyên tố giới hạn, sử dụng cả cơ sở ô tọa độ và phương pháp số toạ độ. Một tập
hợp các phương trình vi phân từng phần với sự bảo toàn khối lượng, xung lượng và
năng lượng được giải cùng với phương trình cơ bản sử dụng giản đồ thống nhất về
thời gian. Cùng với việc mẫu vật liệu được cố định điều kiện ban đầu và điều kiện
biên sẽ xác định được hướng giải quyết hoàn toàn vấn đề. Autodyn sử dụng một
giản đồ tích hợp thời gian thực để tính toán trạng thái của vật liệu tại thời điểm t+t,
từ trạng thái đã biết của vật liệu ở thời điểm t. Độ biến thiên thời gian t sử dụng để
giải phương trình vi phân, được dựa trên thời gian cho một sóng siêu âm chuyển
qua một chiều nhỏ nhất của ô chia lưới.
uto yn có phương pháp chia lưới, giải khác nhau: Lagrange, Shell, Beam,
ALE, SPH, Euler-FCT, Euler-Go unov trong đó phương pháp Lagrang và SPH là
phù hợp nhất đối với bài toán mô phỏng đạn bắn vào tấm chống đạn [77]. Phương
pháp Lagrange yêu cầu một kỹ thuật để xử lí dữ liệu biến đổi lớn nếu đòi hỏi độ
chính xác hơn khi tính toán bề mặt phân cách vật liệu. SHP, thu động lực hạt làm
trơn, là một kỹ thuật chia lưới lỏng lẻo hơn phương pháp Lagrang , ựa trên sự
cộng hưởng của các hạt cạnh nhau để giải quyết các vấn đề động học sử dụng máy
điện toán và có lợi thế chia lưới dựa trên hai giản đồ. SPH là phương pháp phát triển
từ phương pháp mô phỏng vật lí học thiên thể và nó cho phép chủ động theo dõi
biến dạng vật liệu và những đặc tính vật liệu trước đó.
c) Một số mô hình vật liệu cho mô phỏng
Trong các bài toán biến dạng lớn, ứng xử cơ học của vật liệu được mô tả
bằng: phương trình trạng thái (equation of state - EOS), mô hình sức bền vật liệu
(strength material model) và mô hình phá hủy (failure model). Có nhiều mô hình
vật liệu tương ứng cho một hay một số loại vật liệu tùy thuộc vào bản chất cơ học
tính của vật liệu đó, hơn nữa với cùng một loại vật liệu có thể có nhiều mô hình mô
Page 41
29
tả, bảng 1.1 trình bày các mô hình vật liệu và bảng 1.2 trình bày các ưu tiên lựa
chọn mô hình vật liệu tương ứng với các loại vật liệu hay sử dụng [71].
Bảng 1.1. Một số mô hình vật liệu
hương trình trạng thái Mô hình sức bền vật liệu Mô hình phá hủy
Tuyến tính Đàn hồi Th o hướng
Mie-Gruneisen Von Mises Johnson -Cook
Đa thức Johnson-Cook Grady Spall
Tillotson Steinberg-Guinan Tsai - Hoffman - Hill
Dạng P-alpha. Hạt MO Ngẫu nhiên
Độ cứng tuyệt đối Bê tông RHT Phá hủy tích lũy
Sốc Siêu biến dạng Johnson Holmquist
…. …. ….
Bảng 1.2. Một số mô ì tươ ứng cho các vật liệ t ường dùng
Loại vật liệu hương trình trạng thái Mô hình sức bền
vật liệu Mô hình phá hủy
Thép Tuyến tính Johnson Cook Johnson Cook
Gốm Crack Drucker-Prager Hư hại tích lũy
Kevlar-epoxy Trực hướng Đa thức Ứng suất/biến dạng
Chì Va đập Steinberg-Guinan Không có
Đồng Va đập Johnson Cook Không có
Bê tông P-alpha và hàm đa thức RHT RHT
1.3.3.2. Bắn thử nghiệm theo tiêu chuẩn
Trên thế giới hiện nay có nhiều tiêu chuẩn để xác định khả năng chống đạn
của vật liệu như tiêu chuẩn NIJ 01.01.04 [78] của Hoa Kỳ, tiêu chuẩn GA141 [79]
của Trung Quốc, tiêu chuẩn Stanag 4569 của NATO [80], tiêu chuẩn Gost R 50744-
95 của Nga [81]... Các yêu cầu về cấp độ chống đạn và điều kiện cơ bản của thử
nghiệm theo tiêu chuẩn và ch tiêu chống đạn các cấp của các tiêu chuẩn này được
trình bày tại bảng 1. , 1. và 1. . Trong nghiên cứu này, luận án sử dụng tiêu chuẩn
NIJ 01.01.04 (Hoa Kỳ để xác định khả năng chống đạn của vật liệu.
Page 42
30
Bảng 1.3. Các cấp chố đạ và điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04 (Hoa Kỳ)
Page 43
31
Bảng 1.4. Các cấp chố đạ và điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn Stanag 4569 (NATO)
Bảng 1.5. Các cấp chố đạ và điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn Gost R 50744-95 (Nga)
Page 44
32
1.4. Vật liệu hấp thụ sóng điện từ và chống đạn
Vật liệu compozit chống đạn được quan tâm nghiên cứu từ rất lâu, với nhiều
công trình công bố, nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau. Các sản phẩm
thương mại của nó cũng phổ biến trên thị trường do nhu cầu rất lớn của các sản
phẩm này. Compozit chống đạn có nhiều loại khác nhau từ trang bị cho cá nhân tới
trang bị cho các khí tài, xe chống đạn. Hệ vật liệu sử dụng cơ bản là compozit vải
sợi chống đạn, compozit đa lớp, đa thành phần kết hợp nhiều loại compozit vải sợi
hoặc nhiều vật liệu khác nhau như gốm, thép với compozit vải sợi). Các sản phẩm
thương mại còn phát triển th o hướng xa hơn nữa là chế tạo các lớp vải có tẩm sẵn
nhựa (dạng prepreg) có thể dễ dàng chế tạo compozit chống đạn.
Năm 1 1 , người Nga sử dụng lụa làm tấm chắn chống đạn súng ngắn,
người Pháp ùng mũ chống đạn bằng th p. Hoa Kỳ là uốc gia đầu tiên sử dụng
compozit sợi nylon làm mũ, áo giáp chống đạn. Đến những năm 1 0, với những
tiến bộ của khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực vật liệu mới, đặc biệt là công nghệ vật
liệu compozit, người ta đã chế tạo ra các sản phẩm chống đạn với khối lượng nhẹ,
khả năng chống đạn cao và cơ động trong chiến đấu [82].
Trên thế giới, các vật liệu và thiết bị sử ụng vật liệu nano bắt đầu được sản
xuất với số lượng ngày càng nhiều, có tiềm năng thương mại cao và mang lại lợi
nhuận khổng lồ. Khoa học và công nghệ nano là lĩnh vực mới, đang được khám phá
nên nhiều ứng dụng của nó mới ch ở dạng tiềm năng; chúng bao trùm lên phạm vi
rộng gồm nhiều lĩnh vực (từ hóa học, vật lý, sinh học, kỹ thuật điện tử...). Ngoài ra,
mỗi một lĩnh vực của khoa học và công nghệ nano lại có những ứng dụng chuyên
biệt, đặc thù riêng. Ngay từ lúc đầu, triển vọng ứng dụng của công nghệ vật liệu
nano vào lĩnh vực an ninh, quốc phòng đã được nhiều nhà quản lý, nhà khoa học và
chuyên gia đánh giá là rõ ràng và uan trọng [83]. Xuất hiện rất nhiều lĩnh vực mà ở
đó an ninh uốc gia có thể được cải thiện nhờ các tiến bộ về công nghệ vật liệu,
công nghệ điện tử, quang học, chất xúc tác và chất hấp thụ.
CNT được gia cường trong chế tạo các vật liệu sợi mạch ài cho độ bền rất
cao, ví ụ như HMWP được gia cường CNT có độ bền cao hơn 20% so với sợi
Page 45
33
ban đầu. Compozit sợi cacbon lai CNT tạo ra loại sợi cacbon mới với độ bền rất
cao. Quá trình quay chế tạo sợi SWCNT/polyvinylalcohol với 60% khối lượng
SWCNT làm tăng khả năng hấp thụ năng lượng gấp 3,5 lần tơ nhện [25]. Các nền
nhựa compozit của CNT, graph n cũng đã được nghiên cứu và cho tính chất cơ học
rất tốt. Khi thêm 1% trọng lượng MWCNT và phân bố đều vào UHMWPE thì độ
biến dạng tăng ≈1 0% và độ dẻo tăng ≈1 0% [30].
Nghiên cứu vật liệu hấp thụ sóng điện từ bắt đầu vào những năm 1 0 [45]
với các bằng sáng chế đầu tiên xuất hiện vào năm 1 6 ở Hà Lan. Hấp thụ này là
loại cộng hưởng một phần tư bước sóng, sử dụng cacbon black để tăng độ dẫn và
TiO2 tăng giá trị hằng số điện môi giúp giảm độ dày lớp phủ.
Trong Thế chiến , Đức ngụy trang cho tàu ngầm chống ra đa, phát triển
nguyên liệu "Wesch", dạng compozit gia cường bột sắt cacbonyl trong nền cao su,
dày khoảng 0,3 inch và tần số cộng hưởng tại 3 GHz. Có thể ghép nhiều lớp vật liệu
này để tạo sản phẩm với băng thông lớn hơn. Họ cũng sản xuất vật liệu hấp thụ đa
lớp, xen kẽ các tấm điện trở và nhựa cứng, dày khoảng 3 inch với điện trở giảm
theo cấp số nhân từ trước ra sau. Vật liệu này làm tổn hao phản xạ -20 dB trên dải
2-15 GHz. Cùng thời gian này, Halpern tại Phòng thí nghiệm bức xạ MIT phát triển
vật liệu "H RP" ùng cho sơn Halp rn chống bức xạ điện từ [84].
Vật liệu MX- 10 được sử dụng trên máy bay quân sự, có bề dày 0,025 inch
cộng hưởng trên băng X. Trên cơ sở vật liệu có hằng số điện môi cao, vật dẫn là các
đĩa nhôm mỏng được phân tán đều, định hướng cao trong pha nền cao su và cacbon
black. Vật liệu này làm tổn hao 15-20 dB sóng phản xạ. Trên tàu biển, vật liệu hấp
thụ với lớp vật liệu có độ dày 0,07 inch (X-ban , là compozit gia cường hạt sắt từ
với nền cao su, có hằng số điện môi cao và độ từ thấm đủ để tạo ra cộng hưởng mở
rộng [85].
Vật liệu Salisbury scr n đã được các công ty cao su Hoa Kỳ chế tạo với sản
phẩm vải tàng hình gọi là Uskon. Một thiết kế hấp thụ cấu trúc hình kim tự tháp với
lớp phủ Salisbury Scr n bên trong và định hướng th o phương truyền sóng. Sự phản
xạ nhiều lần giữa các lớp hấp thụ dẫn đến sự suy giảm triệt để sóng điện từ [86].
Page 46
34
Thời kỳ sau chiến tranh (1945-1 0 được đặc trưng bởi sự phát triển của vật
liệu hấp thụ băng thông rộng kết hợp thiết kế hình học phù hợp. Những vật liệu này
được ứng dụng trong các phòng sạch sóng điện từ. Vật liệu khảo sát làm suy giảm
sóng điện từ bao gồm cacbon trộn thạch cao, than chì, oxit sắt, sắt bột, bột nhôm và
đồng, thép, dây kim loại. Chất kết dính bao gồm các loại nhựa khác nhau như gốm,
chất tạo độ xốp như xà phòng, chất xơ và vỏ bào. Vật liệu suy giảm băng thông
rộng nhiều chức năng được tạo ra với một bề mặt phẳng bằng cách sử dụng sắp xếp
các lớp tấm điện trở giống như hình kim tự tháp, hoặc cấu trúc hình nón [46].
Những năm 1 0, xuất hiện sản phẩm thương mại của vật liệu hấp thụ sóng
rada là "Spongex", dựa trên lông động vật tráng cacbon, là sản phẩm Công ty
Sponge (sau này trở thành một bộ phận của Công ty BF Goodrich). Vật liệu này,
dày 2 cm, tổn hao phản xạ tới -20 B trên băng tần 2,4-10 GHz, độ dầy 4 và 8 cm
cũng được chế tạo để hấp thụ các tần số thấp hơn [87].
Nghiên cứu các thiết bị mạch analog đã được bắt đầu bởi Severin và Meyer.
Các mạch analog xuất phát từ việc sử dụng các lý thuyết mạch thay thế cho các
thành phần, quá trình xảy ra trong chất hấp thụ và cho mô hình phản xạ số học. Kỹ
thuật này đã được sử dụng từ các chương trình nghiên cứu về vật liệu hấp thụ âm
thanh. Severin và Meyer [88] đã nghiên cứu thực nghiệm khả năng hấp thụ của vật
liệu với điện trở dạng vòng, dạng mảnh, điện trở nạp lưỡng cực với định hướng
khác nhau, dải vật liệu từ tính với định hướng khác nhau, tạo hình bề mặt và từ tính
của vật liệu cộng hưởng. Vật liệu này khởi nguồn cho một lĩnh vực mới trong
nghiên cứu các bề mặt chọn lọc tần số, metamaterial (FSS) [89].
Thập niên 1960-1970, tiếp tục phát triển của hệ vật liệu analog và giảm đáng
kể độ dầy lớp hấp thụ ferrit. Chất hấp thụ dạng kim tự tháp được sử dụng trong
phòng sạch sóng điện từ đạt được tới -60 dB, gần như không phản xạ một số nghiên
cứu công bố cho thấy đã điều khiển được quá trình chế tạo lớp Jauman và chất hấp
thụ được làm từ dạng bọt, có cấu trúc mạng, đan x n hoặc dạng tổ ong được phủ với
sơn độn các hạt nano hoặc CNT cho kết quả hấp thụ rất tốt. Đáng chú ý, ù chưa có
thực nghiệm nhưng đã có một phát minh mô tả hiện tượng hấp thụ sóng điện từ
bằng plasma [45].
Page 47
35
Thập niên 1980, thiết kế vật liệu hấp thụ được cải thiện bằng công nghệ tối
ưu hóa. Cải tiến băng thông của chất hấp thụ Jauman được đánh giá bằng sử dụng
các lớp phân độ và biên dạng điện trở khác nhau có thể cho băng thông rộng tối đa.
Mô hình máy tính được sử dụng để tính toán phản xạ từ các tính chất của vật liệu,
bề mặt chọn lọc tần số được biểu diễn như mạch đương lượng, áp dụng mô hình
đường truyền sóng [90].
Vật liệu hấp thụ dạng mạch analog được thiết kế với nhiều dạng cấu trúc
khác nhau, được phân tích trên cơ sở định lý Floquet. Vật liệu hấp thụ được sử dụng
vẫn là cacbon đ n hay graphit, sắt cacbonyl và ferrit, mặc dù vật liệu điện môi đã
được chế tạo là compozit gia cường dạng sợi, đĩa, cầu, xoắn [91]. Chất độn dạng
xoắn được sử dụng để tăng sự hấp thụ và kết quả là chế tạo được vật liệu chiral có
cấu trúc phi đối xứng. Có nhiều nghiên cứu về lý thuyết trộn hợp để sử dụng tính
toán hằng số điện môi và độ từ thẩm của các vật liệu mới, trong đó polyme dẫn là
vật liệu hấp thụ ra đa tiềm năng [92].
Thập niên 1990 tới nay đã có nhiều các công nghệ tối ưu hóa cấu trúc
Jauman trong đó có tối ưu hóa bằng thuật toán phát sinh. Mạch analog và bề mặt
chọn lọc tần số tiếp tục là lĩnh vực được quan tâm lớn nhất. Polyme dẫn và vật liệu
compozit, được sử dụng rộng rãi với sợi và vải sợi phủ polyme dẫn hấp thụ sóng
điện từ. Một lớp vật liệu mới trong lĩnh vực polyme dẫn là R M linh động, trong
đó tần số cộng hưởng của vật liệu hấp thụ được điều ch nh được thông qua các giá
trị điện trở và điện dung của vật liệu hấp thụ [85].
Trên thế giới nhiều uốc gia đầu tư nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ sóng
điện từ, tuy nhiên các công trình công bố còn rất hạn chế. Vật liệu chống đạn cũng
được phát triển sử dụng rất nhiều loại sợi với nhiều tính năng ưu việt, ần thay thế
th p trong chế tạo phương tiện, khí tài chiến đấu, làm giảm tối đa trọng lượng, giảm
phản xạ từ sóng rađa. o đó vật liệu compozit chống đạn có tính năng hấp thụ sóng
điện từ được nghiên cứu ứng ụng rộng rãi [53].
Hiện chưa có công trình công bố chế tạo thành công vật liệu nanocompozit
vừa có khả năng chống đạn vừa có khả năng hấp thụ sóng điện từ ở trong nước. Tuy
Page 48
36
nhiên, các nghiên cứu riêng lẻ về vật liệu compozit chống đạn và vật liệu hấp thụ
sóng điện từ đã được nhiều đơn vị công bố. Trong những năm gần đây, trước yêu
cầu cấp bách về việc đổi mới trang thiết bị, nâng cao hiệu quả công tác an ninh quốc
gia và trật tự an toàn xã hội, nhiều cơ uan, viện nghiên cứu đã nghiên cứu chế tạo
các sản phẩm chống đạn nhằm bảo vệ con người sử dụng trong đấu tranh, trấn áp tội
phạm... và đã đạt được những kết quả nhất định, cụ thể là:
Viện Vũ khí; Học viện Kỹ thuật Quân sự; Viện Khoa học và Công nghệ
Quân sự đã có các công trình nghiên cứu về giáp chống đạn trên cơ sở hợp kim, vật
liệu gốm, compozit cốt sợi thu tinh. Sản phẩm tạo thành có khả năng chống đạn
súng ngắn nhưng khối lượng vẫn còn cao [93].
Trung tâm Công nghệ Vật liệu, Viện nghiên cứu Ứng dụng Công nghệ, Bộ
Khoa học và Công nghệ đã có các nghiên cứu sử dụng vật liệu sợi Kevlar chế tạo áo
giáp mềm chống đạn cấp IIIA (theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04, Hoa Kỳ) và vật liệu
polyetylen chế tạo tấm compozit chống đạn cấp III (theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04,
Hoa Kỳ).
Năm 2009, Viện Công nghệ, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng đã chế tạo
được tấm chống được đạn cấp trên cơ sở gốm oxit nhôm tăng bền bằng ZrO2
nano và sợi UHMWPE [94].
Từ năm 2002, Viện Kỹ thuật Hóa Sinh và Tài liệu nghiệp vụ, Tổng cục Hậu
cần Kỹ thuật, Bộ Công an đã nghiên cứu, ứng dụng các vật liệu vải sợi Kevlar,
Dyneema, Spectra... chế tạo áo giáp mềm chống được đạn súng ngắn K59 và K54.
Năm 200 , Viện hợp tác với Bộ Nội vụ Cu Ba nghiên cứu chế tạo thành công tấm
chống đạn gốm-compozit trên cơ sở nguyên liệu gốm Bát Tràng [95]. Năm 200 ,
Viện hợp tác với công ty Dupont, Hoa Kỳ nghiên cứu công nghệ sản xuất mũ chống
đạn cấp IIIA (theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04, Hoa Kỳ) từ vật liệu Kevlar và hợp tác
với công ty DSM, Hà Lan nghiên cứu công nghệ sản xuất tấm chống đạn cấp III
(theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04, Hoa Kỳ) từ vật liệu Dyneema.
Một trong những hướng nghiên cứu quan trọng là sử dụng vật liệu nano chế
tạo các hệ vật liệu bền hơn, nhẹ hơn để trang bị cho người lính. Năm 200 , tác giả
Page 49
37
Lê Quốc Trung đã thực hiện thành công đề tài cấp Bộ Công an trong đó có nghiên
cứu chế tạo giáp chống đạn súng ngắn từ vật liệu ống cacbon nano [96]. Trên cơ sở
đó, năm 2011, tác giả Lê Văn Thụ đã thực hiện thành công luận án tiến sĩ ưới sự
hướng dẫn khoa học của GS Nguyễn Đức Nghĩa, Trung tâm Phát triển Công nghệ
cao thu được các kết quả khoa học và công nghệ mang tính đột phá trong việc sử
dụng ống cacbon nano chế tạo áo giáp chống đạn [97]. Năm 2012, tác giả Vũ Đình
hiêm đã bảo vệ thành công luận án tiến sĩ về chế tạo các sản phẩm chống đạn trên
cơ sở vật liệu compozit và vật liệu gốm để chống đạn cấp cao [98]. Kết quả này mở
ra triển vọng sản xuất áo giáp và các khí cụ che chắn hiệu quả cao trên cơ sở các
công nghệ mới có sử dụng vật liệu nano.
Vật liệu hấp thụ sóng điện từ ở Việt Nam được bắt đầu từ cuối những năm
1990, khi Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cho phép triển khai
nghiên cứu đề tài polyme dẫn điện do Viện Hóa học chủ trì. Đề tài đã có kết quả
khoa học và công nghệ quan trọng khi chế tạo được polyme dẫn điện, đã nghiên cứu
tính chất và ứng dụng polyme dẫn, đặc biệt đã nghiên cứu khả năng hấp thụ sóng
điện từ. Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam là đơn vị
đi đầu trong lĩnh vực nghiên cứu vật liệu hấp thụ sóng điện từ. Tiêu biểu là nhóm
nghiên cứu của GS Nguyễn Đức Nghĩa đã chế tạo thành công vật liệu hấp thụ sóng
điện từ trên cơ sở vật liệu polyanilin, polypyrol, gia cường cacbon black, CNT, oxit
sắt từ; chế tạo cấu trúc hấp thụ khác nhau như ạng chóp nón, dạng đa lớp, vật liệu
gradien... thử nghiệm tại hiện trường thực tế tại Học viện Hải quân (Nha Trang), đạt
kết quả rất tốt [99].
Nhóm nghiên cứu của PGS.TS Vũ Đình Lãm, Viện Khoa học Vật liệu đã có
các nghiên cứu tàng hình cho vật liệu th o hướng sử dụng hợp chất nano từ tính,
m tamat rial cho độ hấp thụ sóng điện từ gần như tuyệt đối th o phương xác định.
TS Hoàng nh Sơn và cộng sự đã chế tạo và nghiên cứu các tính chất cơ điện và
chắn sóng điện từ của vật liệu tổ hợp polym và MWCNT định hướng trong chế tạo
lớp phủ chắn sóng điện từ [100, 101].
Page 50
38
Năm 200 , GS.TS Nguyễn Việt Bắc và cộng sự, Viện hoa học và Công
nghệ Quân sự đã nghiên cứu các lớp phủ, vật liệu compozit ferit từ tính nền cao su
và khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu vừa chế tạo; Năm 2011,
nhóm nghiên cứu có công trình chế tạo và khảo sát tính chất hấp thụ sóng điện từ
của lớp phủ polyferocen và spinel ferit trên nền kim loại, đồng thời chế tạo vật liệu
hấp thụ vi sóng chống ô nhiễm sóng điện từ.
TS ương Ngọc Hiền và cộng sự, Viện Vật lý kỹ thuật – Đại học Bách khoa
Hà Nội có các nghiên cứu về khả năng hấp thụ sóng điện từ ở dải tần 7,5 -12 GHz
của vật liệu polyme dẫn PPy, PANi và bột Al2O3, khảo sát độ giảm cường độ sóng
điện từ SE.
Bên cạnh đó, một số luận án tiến sĩ nghiên cứu về hấp thụ sóng điện từ cũng
được công bố trong thời gian gần đây như: “Nghiên cứu và chế tạo sơn ngụy trang
hấp thụ sóng điện từ ra ar trên cơ sở polyme dẫn chứa f roc n và spin l f rit” năm
2010 của nghiên cứu sinh Hoàng Anh Tuấn thuộc Đại học Khoa học Tự nhiên
[102]; “Nghiên cứu tổng hợp và chế biến ẫn xuất P Ni ứng ụng chế tạo vật liệu
bảo vệ” năm 201 của nghiên cứu sinh Phạm Minh Tuấn thuộc Viện hoa học và
Công nghệ uân sự [103]; “Nghiên cứu chế tạo và tính chất hấp thụ tuyệt đối sóng
vi ba của vật liệu m ta m tamat rials ” năm 201 của nghiên cứu sinh Đỗ Thành
Việt thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [104].
N N T
Vải sợi vlar, sợi cacbon và compozit của chúng có tính bền nhiệt cao, bền
hóa chất tốt, khối lượng nhẹ, độ bền cao và được sử ụng phổ biến trong chế tạo
giáp chống đạn cá nhân và các phương tiện chiến đấu.
Vật liệu hấp thụ sóng điện từ có tính chất điện, điện môi thay đổi theo tần số
sóng điện từ tác động. Để tăng khả năng hấp thụ, các thành phần thực, ảo của
độ từ thẩm, hằng số điện môi thực và ảo phải lớn. Nghiên cứu vật liệu hấp thụ
sóng điện từ là làm tăng các giá trị này trong tất cả các dải tần số khác nhau.
Vật liệu polypyrol và polyanilin có tính chất điện môi rất cao, phù hợp ứng
dụng chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ. Vật liệu nanocompozit của CNT và
Page 51
39
graphen với polyme dẫn có tính chất điện môi tốt, độ dẫn điện cao, có tiềm
năng ứng dụng chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ, luận án lựa chọn nghiên
cứu chế tạo vật liệu này gia cường cho compozit chống đạn, tạo thành compozit
có cả hai tính chất chống đạn và hấp thụ sóng điện từ.
Luận án sử dụng phương pháp thử nghiệm vật liệu chống đạn theo tiêu chuẩn NIJ
01.01.06 của Hoa Kỳ. Phương pháp mô phỏng số đã được đánh giá tốt qua nhiều
công trình nghiên cứu trong nước và ngoài nước, nó cho thấy nhiều ưu điểm như
giảm số lần thử nghiệm thực tế, giảm chi phí chế tạo mẫu thực. Phần mềm
ANSYS 12 mô phỏng động lực học với vận tốc cao, phương pháp giải tối ưu
được sử dụng phổ biến trên thế giới trong nghiên cứu vật liệu chống đạn. Luận án
sử dụng phần mềm ANSYS 12 trong nghiên cứu chế tạo vật liệu chống đạn.
Đã có nhiều công trình nghiên cứu vật liệu chống đạn và vật liệu hấp thụ sóng
điện từ. Để có vật liệu hấp thụ sóng điện từ tốt cần có độ dầy lớn, khi phủ lên
vật liệu chống đạn hay thép thì khối lượng và độ dầy vật liệu lớn. Trong nước,
chưa có công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit có cả hai tính chất này.
Do vậy luận án tập trung nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu nanocompozit
có khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt và hiệu quả chống đạn cao, giảm khối
lượng và độ dầy của vật liệu.
Page 52
40
C ƯƠN II- T C N IỆM VÀ ƯƠN N IÊN CỨU
.1. óa chất thiết
.1.1. óa chất
- Ống nanocacbon đa tường do Trung tâm Phát triển Công nghệ cao, Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ chế tạo bằng phương pháp CV , với đường kính ống
10- 0 nm và độ tinh sạch > 95 %.
- Graphen N008N, Angstron material, Hoa Kỳ, độ dầy từ 50-100nm, chiều rộng
µm, độ tinh sạch > 97%.
- Vải sợi cacbon loại CF3327, Hankuk Carbon, Hàn Quốc, loại sợi cacbon 3k, t
trọng diện tích 209 g/m2, chiều dầy 0,27 mm.
- Vải sợi Kevlar A802F, Dupont, Hoa Kỳ. T trọng diện tích 190 g/m2, chiều dầy
0,26 mm.
- Nhựa epoxy loại Epikote 815, Shell Chemical, Hoa Kỳ.
- Metyletylketon (> , % , M rck, Đức.
- , ’-diamino diphenyl methan (> 97%), Merck, Đức
- Axit nitơric HNO3 (63%), loại PA, Merck, Đức.
- Axit sunfuric H2SO4 (98%), loại P , M rk, Đức.
- Pyrol (98%), M rck, Đức.
- Metanol , % , M rck, Đức.
- Anilin (98%), M rck, Đức.
- Sắt (III) clorua hexahydrat (>99%), M rck, Đức.
- Chống dính Wax8 (Hoa Kỳ).
.1. . Thiết ụng cụ
- Máy p thủy lực Hanchang 1 0 tấn, Đài Loan.
- Máy đo phổ hồng ngoại FT-IR model IMPACT- 410.
- Máy kéo nén uốn đa năng Tinius ls n H100 KT, Hounfield, Anh.
- Máy phân tích nhiệt lượng vi sai quet (DSC), nhiệt khối lượng (TGA) Labsys,
Stearam, Pháp.
Page 53
41
- Kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hitachi S4800, Nhật Bản.
- Máy đo độ bền va đập Radmana ITR 2000, Úc.
- Bể siêu âm SW60H với tần số siêu âm 38kHz, Elma.
- Máy khuấy cơ, tốc độ 50 -3000 vòng/phút, Đức.
- Súng ngắn , Toka v, Nga, đạn ,62x2 mm, đầu lõi thép, số hiệu 38.77,
Nga.
- Súng tiểu liên AK47, Nga, đạn ,62x mm, đầu lõi thép, số hiệu 539.82, Nga.
. . hương pháp chế tạo
2.2.1. Chế tạo CNT ANi graphen/PANi
Chế tạo nanocompozit PANi/CNT bằng phương pháp trùng hợp in-situ trong
dung dịch. Đưa vào một lượng CNT th o khảo sát vào 00 ml dung dịch chứa , g
monom anilin, 10 ml BS và 100 ml HCl 5 M. Hỗn hợp được làm lạnh đến oC
và tiến hành rung siêu âm trong 0 phút sau đó nhỏ giọt thật chậm một lượng 50 ml
amonipersulfat 20% vào hỗn hợp phản ứng trong 8 giờ. Tiến hành lọc, rửa sạch
bằng nước cất, sấy hỗn hợp sản phẩm trong chân không 24 giờ ở 0oC, thu được vật
liệu nanocompozit PANi/CNT.
Chế tạo mẫu nanocompozit graph n P Ni th o phương pháp tương tự như
trên với việc thay đổi CNT bằng graphen.
. . . Chế tạo CNT graphen/PPy
Chế tạo polypyrol/CNT nanocompozit bằng phương pháp trùng hợp trong
dung dịch. Đưa vào một lượng CNT th o khảo sát vào 00ml ung ịch chứa 6,6 g
monom pyrol, 10 ml BS và 100 ml ung ịch HCl M, làm lạnh hỗn hợp đến
5oC, rung siêu âm trong 0 phút. Thêm 20 ml ung ịch Cl31 M vào ung ịch
phản ứng, khuấy đều, giữ nhiệt độ ở oC, phản ứng tiến hành trong 8 giờ. Sản phẩm
được rửa bằng dung dịch hỗn hợp m tanol nước, sấy khô trong chân không ở 70oC
trong 24 giờ ta nhận được sản phẩm nanocompozit CNT/PPy.
Chế tạo mẫu nanocompozit graph n PPy th o phương pháp tương tự như
trên với việc thay đổi CNT bằng graphen.
Page 54
42
. . . Chế tạo nanocompozit ải s i
. . .1. ế tạo om o it vải s i a o e o y và om o it vải s i evlar e o y
- Hoà tan DDM trong methyl ethyl keton, khảo sát thời gian g l hóa, hàm lượng
phần gel của nhựa poxy pikot 1 đóng rắn bằng DDM ở hàm lượng và nhiệt độ
đóng rắn khác nhau.
- Vải cacbon được cắt thành các tấm kích thước 25 x 30 cm, sấy trong tủ sấy
chân không ở 80oC trong 2 giờ để loại hết ẩm. Hỗn hợp nhựa và đóng rắn được
khuấy đều bằng máy khuấy trong 15 phút, tốc độ 800 vòng/phút. Tiến hành phân bố
đều nhựa nền cho thấm vào vải bằng rulô và chổi lông, lặp lại uá trình đến khi tấm
vật liệu đạt được số lớp vải cacbon khảo sát. Chống dính khuôn ép thu lực bằng
Wax8, cho tấm vật liệu vào khuôn và ép theo qui trình hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: Gia nhiệt khuôn đến 80oC trong 45 phút ở chế độ không áp lực.
Giữ nhiệt độ ở 80oC và nâng áp lực ép lên 10 kg/cm
2 trong phút để gel hoá một
phần nhựa nền, phân bố nhựa nền vào sợi cacbon và p đuổi khí.
Giai đoạn 2: Tăng nhiệt độ và áp lực p để định hình và đóng rắn hoàn toàn tấm
vật liệu ở các điều kiện chế tạo khác nhau (áp lực ép 120 - 160 kg/cm2, thời gian ép
30 - 120 phút, nhiệt độ ép 120 - 160oC). Giữ nguyên áp lực ép, làm nguội sản phẩm
bằng hệ thống làm mát trong 30 phút và hạ khuôn, lấy sản phẩm. Khảo sát tính chất
của vật liệu thu được và tìm điều kiện chế tạo vật liệu compozit vải cacbon/epoxy
tối ưu.
Tiến hành các khảo nghiệm tương tự như trên với việc thay đổi vải sợi cacbon
bằng vải sợi vlar, thu được compozit vải sợi vlar poxy tối ưu.
Page 55
43
2.2.3.2.C ế tạo a o om o it P , KEGPY, CKEGPY
- Hoà tan DDM trong methyl ethyl ketone, khảo sát thời gian gel hóa, hàm
lượng phần gel của nhựa poxy pikot 1 đóng rắn bằng DDM ở hàm lượng và
nhiệt độ đóng rắn khác nhau. Thay đổi hàm lượng graph n-PPy khảo sát vào hỗn
hợp nhựa ở trên, tiến hành khuấy, rung siêu âm trong 1 giờ.
Các bước còn lại chế tạo như mục 2.2. .1.
Cần lưu ý với nanocompozit tổ hợp vải sợi cacbon vlar poxy graph n-PPy,
các tấm pr pr g của vải sợi cacbon và vlar được đặt trong khuôn sao cho vải
cacbon ở phía trước, vlar ở phía sau với số lớp vải th o khảo sát.
. . Các phương pháp nghiên cứ
. .1. ác đ nh độ dẫn của vật liệu
Có bốn đầu dò bằng kim loại Vonfram có khoảng cách bằng nhau được dùng
để tiếp xúc với bề mặt mẫu (hình 2.1). òng điện đi ua giữa hai kim loại bên
ngoài, trong khi đó hiệu điện thế được đặt giữa hai mũi kim bên trong. Vì không có
òng điện (rất nhỏ đi xuyên ua nên không có sự sai biệt hiệu điện thế đưa vào
giữa các kim tiếp xúc. Tuy nhiên, có sự giảm thế ngang ở chỗ tiếp xúc của các kim
bên ngoài nhưng chúng ta ch đo òng trong phạm vi giữa chỗ tiếp xúc các kim.
Các đầu ò mang òng đầu dò bên ngoài) giống như nguồn lưỡng cực, thiết
lập trường phân bố bên trong mẫu khi đo. p các điện thế khác nhau giữa hai đầu
dò lân cận ưới sự biến đổi của điều kiện biên, tập hợp bởi kích cỡ và bề dày mẫu,
từ đó suy ra biểu thức liên hệ giữa dòng cấp, hiệu điện thế và điện trở suất của mẫu.
Hì .1. Sơ đồ đo độ dẫn bằ ươ á 4 mũi ò
Page 56
44
Công thức điện trở suất khi đó:
(6)
Trong đó: s: khoảng cách giữa hai mũi ò.
U: hiệu điện thế giữa hai mũi ò trong.
: òng đi ua mẫu từ hai mũi ò ngoài.
Trong trường hợp màng hai chiều mỏng. Điện trở này được định nghĩa là
điện trở bề mặt Rs. hi đó điện trở suất của thanh vật liệu có chiều dày d là:
ρ=Rs.d (7)
Màng mỏng có kích thước ds có:
(8)
Màng mỏng có kích thước hữu hạn:
(9)
Trong đó, G là số hiệu ch nh phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của mẫu
và khoảng cách s giữa các đầu dò.
2.4.2. ác đ nh khả năng hấp thụ sóng điện từ
Hình 2.2. Hệ đo ấp thụ s điện từ trường gần
Đo chính xác các thông số điện là rất quan trọng để mô hình hóa hiệu suất
của vật liệu hấp thụ sóng điện từ. Xác định hằng số điện môi điện ε* = ε'-jε" và độ
từ thẩm μ* = μ'-jμ" trong các hàm chung của tần số, phải sử dụng phương pháp u t
Page 57
45
tần số. tần số thấp (<1 GHz) các thông số có thể đo được bằng cách sử dụng một
máy phân tích trở kháng. Máy xác định hằng số điện môi, đo điện dung của hai đầu
thử nghiệm song song với nhau lúc có và không có vật liệu thử nghiệm. Hằng số
điện môi sau đó được tính từ điện ung đo được. Độ từ thẩm được xác định từ sự
thay đổi trong cảm kháng của mẫu trong một ống hình trụ [105].
tần số cao, đo điện ung hay độ tự cảm không còn chính xác nữa o đó
phải sử dụng lý thuyết trường. Thử nghiệm đo lường thông số ở các tần số là phát
sóng vào vật liệu và đo thông số vật liệu. Từ 4 thông số cần thiết (các giá trị thực và
ảo của ε, μ , tương ứng có ph p đo cần được thực hiện trên một mẫu, thường là
cường độ và giai đoạn của S11 (phản xạ) và S21 (truyền) của mẫu. Nếu biết rằng
các vật liệu không từ tính thì hằng số điện môi có thể được xác định bằng 2 phép
đo, độ lớn S11 và pha hoặc độ lớn S21 và pha.
2.4.3. Hiể vi điện tử quét (SEM)
Nguyên tắc: Chùm l ctron được tạo ra tại catot đi th o một đường thẳng
ua trường điện từ, thấu kính, trường quét rồi hội tụ xuống mẫu nghiên cứu. Chùm
l ctron đập vào mẫu phát ra các điện tử phản xạ thứ cấp. Mỗi điện tử phát xạ này
ua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu, chúng được khuếch đại
đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mẫu nghiên
cứu cho một điểm trên màn ảnh. Độ sáng tối trên màn ảnh tuỳ thuộc lượng điện tử
thứ cấp phát ra tới bộ thu, đồng thời phụ thuộc vào khuyết tật bề mặt của mẫu
nghiên cứu.
Cách tiến hành: Mẫu vật liệu bị phá hu ở điều kiện nghiên cứu với kích
thước phù hợp và được gắn lên giá đỡ. Phủ lên bề mặt phá hu của mẫu bằng một
lớp platin mỏng bằng phương pháp bốc bay trong chân không để tăng độ dẫn điện.
Mẫu nghiên cứu được đưa vào buồng đo để chụp bề mặt phá hu của vật liệu.
Thiết b : Thiết bị hiển vi điện tử quét FESEM loại S-4800, Hitachi, Nhật Bản,
với độ phóng đại 5 ÷ 300.000 lần.
Page 58
46
2.4.4. Phổ hồng ngoại FT-IR
Nguyên tắc: Các phân tử khi bị kích thích bởi bức xạ hồng ngoại λ = 2, ÷ 1
µm) sẽ sinh ra chuyển động quay phân tử và ao động của nguyên tử trong phân tử.
- ao động hoá trị () là những ao động làm thay đổi chiều dài liên kết của
các nguyên tử trong phân tử nhưng không làm thay đổi góc liên kết.
- ao động biến dạng () là những ao động làm thay đổi góc liên kết nhưng
không làm thay đổi chiều dài liên kết của các nguyên tử trong phân tử.
Các nhóm chức khác nhau sẽ có tần số ao động khác nhau và cho phổ hồng
ngoại đặc trưng cho từng nhóm, mỗi nhóm chức sẽ có một vài đ nh hấp thụ ứng với
các tần số riêng.
Cách tiến hành: Mẫu vật liệu cần nghiên cứu được trộn và ép viên với KBr.
Mẫu nghiên cứu được đưa vào vào buồng đo để tiến hành chụp phổ và máy sẽ tự
động ghi lại các đ nh hấp thụ của vật liệu.
Thiết b : Máy đo phổ hồng ngoại FT-IR, Impact-410, Nicolet, Hoa Kỳ,
khoảng đo 7400 ÷ 375 cm-1
.
2.4.5. Phổ Raman
Phổ Raman đo trên hệ Renishaw Invia Microscope (UK) tại PTN vật liệu,
Trường Đại học hoa học Tự nhiên Hà nội.
Hệ sử dụng nguồn laze He-N bước sóng 633 nm với công suất laze 3mW
tương đương mật độ công suất 105W/cm
2), bán kính cổng laze là 1µm.
2.4.6. ác đ nh tính chất cơ học
2.4.7.1. Độ bền kéo đứt
Nguyên tắc: Xác định độ bền k o đứt theo tiêu chuẩn ISO 527-2012 bằng
cách k o hai đầu mẫu vật liệu trên máy k o đứt cho đến khi mẫu bị đứt. Máy đo độ
bền k o đứt sẽ tự động ghi lại lực k o, độ dãn dài khi đứt và tính lực k o đứt mẫu
thử. Độ bền k o đứt được tính theo công thức:
k
F =
a.b
(10)
Page 59
47
Với: k: Độ bền giới hạn khi kéo, MPa.
F: Tải trọng phá hu mẫu, N.
a: Chiều dày của mẫu, mm.
b: Chiều rộng mẫu, mm.
Cách tiến hành: Chế tạo mẫu vật liệu có bề mặt nhẵn, bằng phẳng, không
phồng rộp. Cắt mẫu vật liệu thành hình chữ nhật với chiều dài 150 mm, chiều rộng
20 mm. Sử dụng máy cắt mẫu Ceast, Italia cắt các mẫu vật liệu trên thành hình dạng
mái chèo theo tiêu chuẩn ISO 527-2012.
+ Chiều dài khoảng làm việc (lo): 100 mm.
+ Đường kính góc lượn: 20 25 mm.
+ Chiều ày a : th o kích thước thực của mẫu.
+ Chiều rộng khoảng làm việc (b): 10 mm.
Gắn chặt hai đầu mẫu vật liệu vào ngàm kẹp và tiến hành k o đứt trên máy xác
định tính chất cơ học với tốc độ kéo 1 mm/phút, máy đo sẽ tự động cho kết quả. Số
lượng mẫu đo từ 3 5 mẫu để lấy kết quả trung bình.
Thiết b : Máy xác định tính chất cơ học, Tinius Olsen H100KU, Hounsfield,
Anh, đặt tại Phòng thí nghiệm Vật liệu chuyên dụng, Viện Kỹ thuật Hoá Sinh và
Tài liệu nghiệp vụ, Bộ Công an.
2.4.7.2. Độ bền uốn
Nguyên tắc: Xác định độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO 178:2010 (E) bằng
cách sử dụng đầu đo cơ học phá hủy mẫu theo cách tác dụng lực vào giữa mẫu cho
đến khi mẫu bị gãy. Độ bền uốn được tính theo công thức:
u 2
3.F.L =
2.b.a
(11)
Page 60
48
Với: u: Độ bền giới hạn khi uốn, MPa.
F: Tải trọng phá hu mẫu, N.
b: Chiều rộng của mẫu, mm.
a: Chiều dày của mẫu, mm.
Cách tiến hành: Chế tạo mẫu vật liệu có bề mặt nhẵn, bằng phẳng, không
phồng rộp. Cắt mẫu vật liệu thành hình chữ nhật với chiều dài 80 mm, chiều rộng
15 mm và chiều ày th o kích thước thực của mẫu. Để mẫu vật liệu lên gối đỡ, đặt
tải trọng ở điểm giữa của khoảng cách 2 gối đỡ và trùng với điểm giữa của mẫu.
Tiến hành đo trên máy xác định tính chất cơ học với tốc độ uốn 1 mm/phút, máy sẽ
ghi lại lực phá gãy mẫu và tiết diện mẫu để xử lý và tự động cho kết quả. Số lượng
mẫu đo từ 3 5 mẫu để lấy kết quả trung bình.
Thiết b : Máy xác định tính chất cơ học, Tinius Olsen H100KU, Hounsfield,
Anh, đặt tại Phòng thí nghiệm Vật liệu chuyên dụng, Viện Kỹ thuật Hoá Sinh và
Tài liệu nghiệp vụ, Bộ Công an.
2.4.7.3. Độ bền a đập
Nguyên tắc: Xác định độ bền va đập Charpy theo tiêu chuẩn ISO 179-1:2010
bằng cách sử dụng đầu đo cơ học tác dụng lực vào giữa mẫu, phá hủy nhanh mẫu
với tốc độ cao. Độ bền va đập được tính theo công thức:
3
vd
W = .10
b.h
(12)
Với: vd: Độ bền giới hạn va đập, kJ/m2.
W: Tải trọng phá hu mẫu, J.
b: Chiều rộng của mẫu, mm.
h: Chiều dày của mẫu, mm.
Page 61
49
Cách tiến hành: Chế tạo mẫu vật liệu hình chữ nhật có bề mặt nhẵn, bằng
phẳng, không phồng rộp. Để mẫu vật liệu lên giá đỡ, đặt tải trọng ở điểm giữa của
giá đỡ và trùng với điểm giữa của mẫu. Tiến hành đo trên máy xác định độ bền va
đập với tốc độ va đập lớn (1 7 m/giây), máy sẽ ghi lại lực phá hu mẫu và tiết
diện mẫu để xử lý và tự động cho kết quả. Số lượng mẫu đo từ 3 5 mẫu để lấy kết
quả trung bình.
Thiết b : Máy xác định độ bền va đập Radmana ITR 2000, tốc độ va đập 1-7
m/giây, Úc, đặt tại Phòng thí nghiệm Vật liệu chuyên dụng, Viện Kỹ thuật Hoá Sinh
và Tài liệu nghiệp vụ, Bộ Công an.
2.4.7. Phân tích nhiệt
Nguyên tắc: hi thay đổi nhiệt độ thì các đại lượng vật lý như năng lượng
chuyển pha, độ nhớt, ntropy…, khối lượng của mẫu vật liệu cũng bị thay đổi. Phân
tích nhiệt là phương pháp đo một cách liên tục các mẫu vật liệu nghiên cứu ưới
ạng hàm của nhiệt độ.
Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng TG là phương pháp xác định khối
lượng chất biến đổi o uá trình chuyển pha hoặc xuất hiện các phản ứng hoá học
của mẫu vật liệu. Đường TG thay đổi th o trục nhiệt độ ùng để xác định thành
phần khối lượng các chất có mặt trong mẫu, ung môi, chất phụ gia…
Phương pháp nhiệt vi sai quét ( SC là phương pháp phân tích mà khi xuất
hiện sự chuyển pha trên mẫu, năng lượng sẽ được thêm vào hoặc mất đi trong mẫu
đo hoặc mẫu chuẩn sao cho nhiệt độ giữa mẫu chuẩn và mẫu đo luôn bằng nhau.
Năng lượng cân bằng này được ghi lại và cung cấp kết uả đo về năng lượng
chuyển pha của vật liệu. Đường cong SC thu được thay đổi th o trục nhiệt độ và
xuất hiện các đ nh thu nhiệt và toả nhiệt ứng với uá trình chuyển pha của mẫu.
Cách tiến hành: Lấy mẫu vật liệu cần nghiên cứu cho vào cốc gốm và đặt vào
vào buồng đựng mẫu, mở van bình khí nitơ tạo môi trường khí trơ cho mẫu vật liệu.
Đặt chế độ đo mẫu với dải đo từ 25 ÷ 800oC, tốc độ gia nhiệt 10
oC/phút. Máy sẽ tự
động ghi lại và xuất các kết quả ở dạng phân tích nhiệt khối lượng (TGA) và nhiệt
vi sai quét (DSC).
Page 62
50
Thiết b : Máy phân tích nhiệt DSC/TGA, Labsys, Stearam, Pháp, với dải đo
từ 25 ÷ 1400oC, tốc độ gia nhiệt 5 ÷ 10
oC/phút, trong môi trường không khí hoặc
môi trường khí trơ nitơ, argon , đặt tại Phòng thí nghiệm Vật liệu chuyên dụng,
Viện Kỹ thuật Hoá Sinh và Tài liệu nghiệp vụ, Bộ Công an.
2.4.8. Xá đị àm lư ng phần gel
Xác định hàm lượng phần gel của nhựa epoxy Epikote 815 đóng rắn bằng
M là cơ sở để đánh giá mức độ đóng rắn của pha nền.
Nguyên tắc: Trích ly nhựa epoxy Epikote 815 đóng rắn bằng DDM trong
dung môi axeton bằng thiết bị soxlet để hòa tan phần khối lượng chất chưa đóng rắn
và các tạp chất khác, từ đó xác định được hàm lượng phần khối lượng vật liệu đã
đóng rắn.
Cách tiến hành: Chuẩn bị thiết bị soxlet của Đức. Giấy lọc trước khi cân
phải trích ly bằng axeton trên dụng cụ soxlet khoảng 3 giờ. Sấy khô giấy lọc đến
khối lượng không đổi, cho vào bình hút ẩm và tiến hành cân giấy lọc. Pha trộn nhựa
epoxy Epikote 815 và chất đóng rắn DDM theo t lệ khảo sát. Cho lên giấy lọc một
lượng nhỏ khoảng 0,1 0,2 gam nhựa. Khi nhựa đã đóng rắn ở nhiệt độ và thời gian
khảo sát, cân lấy mẫu và tiến hành trích ly bằng axeton trong thời gian 16 giờ. Lấy
mẫu ra, sấy khô và cân lại. Hàm lượng phần gel (% khối lượng vật liệu đã đóng rắn)
được xác định theo công thức:
(%) (13)
Với: m0 là khối lượng giấy lọc.
m1 là khối lượng giấy lọc + mẫu nhựa ban đầu.
m2 là khối lượng giấy lọc khô + mẫu nhựa sau khi trích ly.
Thiết b : Thiết bị soxl t, Đức đặt tại Phòng thí nghiệm Vật liệu chuyên dụng,
Viện Kỹ thuật Hoá Sinh và Tài liệu nghiệp vụ, Bộ Công an.
Page 63
51
2.4.9. Mô phỏng khả năng chống đạn của vật liệu
Mô phỏng khả năng chống đạn của các hệ vật liệu trên cơ sở phần mềm
Autodyn Ansys 12. Qui trình tiến hành mô phỏng số bao gồm các bước:
- Tiến hành thí nghiệm lấy số liệu tính toán. Tùy theo yêu cầu độ chính xác
của bài toán mà chọn số thông số phù hợp. Số lượng càng nhiều các thông số chính
xác thì kết quả càng chính xác. Ngoài ra, mỗi mô hình vật liệu cần những thông số
khác nhau và phải lựa chọn cho mô hình.
- Xây dựng mô hình hình học cho bài toán va chạm với kích thước thực
- Chia lưới mô hình. Việc chia lưới giới hạn số phần tử tính toán cho phần
mềm. Mỗi một nút lưới là một phần tử tính toán. Chia lưới càng mịn thì số phần tử
tính toán càng nhiều.
- Chọn mô hình vật liệu phù hợp, nhập thông số vật liệu.
- Chọn điều kiện ban đầu, điều kiện biên gần đúng trong khoảng sai số cho
phép. Chọn thuật giải bài toán.
- Thiết lập điều kiện suất kết quả và cho phần mềm chạy tính toán.
- Kết quả thu được là các thông số vật liệu, trạng thái vật liệu sau va chạm.
2.4.10. Bắn thử nghiệm thực tế theo tiêu chuẩn
- Vật liệu bắn thử nghiệm được cố định trên bia đo độ lún
- Sử dụng các loại súng bắn thử nghiệm bắn các loại đạn theo yêu cầu.
- Súng bắn đạn thử nghiệm được đặt theo các cự ly khác nhau tùy th o điều
kiện nghiên cứu và thử nghiệm.
- Đặt các bia cảm uang để xác định tốc độ của đầu đạn
- Điểm bắn của đầu đạn trúng vào mẫu thử nghiệm được ui định cách biên
ngoài của vật liệu bắn thử nghiệm tối thiểu là 5 cm và mỗi viên đạn bắn trúng cách
nhau tối thiểu là 5 cm.
Page 64
52
- Tại mỗi lần bắn thử nghiệm, vật liệu chống đạn sẽ được bắn trúng 06 viên
theo các yêu cầu như điều kiện trên, kiểm tra kết quả sau mỗi lần bắn và đánh ấu
xác định vị trí bắn trúng của viên đạn.
- Kiểm tra độ xuyên của các vết đạn đối với từng vật liệu chống đạn. Viên
đạn bắn trúng và xuyên qua mẫu thử nghiệm thì được coi là bắn thủng mẫu. Viên
đạn bắn trúng và không xuyên qua mẫu thì được coi là không bắn thủng.
- Kiểm tra độ lún của bia đo độ lún, nếu độ lún nhỏ hơn mm thì vật liệu
đạt yêu cầu chống đạn (theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04 của Hoa Kỳ); nếu lớn hơn
mm thì không đạt yêu cầu chống đạn.
Page 65
53
C ƯƠN . ẾT Ả VÀ T ẢO N
3.1. Chế tạo nanocompozit MWCNT và graphen với PPy, PANi
Với mục đích chế tạo được vật liệu nanocompozit có cả hai chức năng chống
đạn và hấp thụ sóng điện từ, đầu tiên cần phải chế tạo vật liệu gia cường dẫn điện và
có khả năng làm tăng tính chất điện môi của compozit. Do đó, luận án chế tạo vật
liệu nanocompozit trên cơ sở polyanilin, polypyrol với MWCNT, graphen (Gr), từ
đó lựa chọn hệ vật liệu có độ dẫn và khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt nhất, sử dụng
làm vật liệu gia cường cho compozit vải sợi chống đạn.
3.1.1. Khảo sát vật liệu MWCNT và graphen
3.1.1.1. Hình thái học của vật liệu
Kết quả khảo sát hình thái học bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường
(FESEM) của mẫu MWCNT ban đầu và mẫu MWCNT sau khi rung siêu âm được
trình bày tại hình 3.1.
Hình 3.1. Ảnh FESEM của mẫu MWCNT mẫ NT a đầu (a), mẫu CNT sau
khi rung siêu âm (b)
Kết quả cho thấy, đối với MWCNT ban đầu (hình 3.1a) thì các sợi MWCNT
bện vào nhau trong quá trình chế tạo, tạo thành các cuộn lớn. Trong quá trình hình
thành MWCNT theo phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi CVD), các sợi
MWCNT hình thành do xúc tác sắt ở đ nh của sợi và định hướng lên trên nhưng
(a) (b)
Page 66
54
không có giá đỡ nên các sợi có xu hướng xoắn, đồng thời giữa các sợi có lực tương
tác Vanderwaals làm cho chúng ễ tụ lại thành khối lớn cuộn tròn. Nếu không có
biện pháp tách và phân tán sợi nano thì nó sẽ gây ra các búi tập trung trong nền vật
liệu ch có tác dụng gia cường như bột độn thông thường, thậm chí có thể gây ra các
khuyết tật trong pha nền, giảm độ bền của vật liệu thu được. Đối với MWCNT phân
tán trong nước bằng phương pháp rung siêu âm trong dung dịch chứa DBSA 15%
trong thời gian 2 giờ, sau đó tiến hành lọc, rửa sạch bằng nước cất, sấy khô (hình
3.1b) thì các búi sợi lớn không còn nữa, được đánh bung ra và tạo điều kiện để các
ống nano phân tán đều hơn trong nhựa nền. Kết quả cũng cho thấy các sợi MWCNT
có kích thước tương đối đồng đều và đường kính ống của chúng vào khoảng 20-40
nm.
Kết quả khảo sát hình thái học bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường
(FESEM) của mẫu graph n ban đầu độ phóng đại 10000 lần và mẫu graphen sau khi
rung siêu âm có độ phóng đại 60000 lần được trình bày tại hình 3.2.
Hình 3.2. Ảnh FESEM của graphen
Kết quả cho thấy graphen sau khi rung siêu âm với dung dịch nước chứa
15% trong thời gian 2 giờ, có cấu trúc dạng phiến lớp với kích thước khoảng 3-5
µm (hình 3.2a) và độ dầy khoảng 50÷100 nm (hình 3.2b). Cũng như MWCNT,
graphen sau khi rung siêu âm cho thấy chúng có thể phân tán trong nhựa nền và
dung dịch. Để kiểm nghiệm, luận án tiến hành so sánh phổ Raman của MWCNT và
graphen trong khảo sát tiếp theo.
Page 67
55
3.1.1.2. Phổ Raman của CNT và graphen
Quang phổ Raman là phương pháp quan trọng trong xác định cấu trúc của
vật liệu nanocacbon. Kết quả phổ Raman của MWCNT được trình bày tại hình 3.3.
Kết quả cho thấy, đối với MWCNT thì vùng D ở khoảng 1350 cm-1
cho biết
mức độ hỗn loạn của cấu trúc graphit hay biểu thị mức độ của cấu trúc sáu cạnh của
cacbon trong MWCNT bị phá vỡ mà nguyên nhân là do sự có mặt của các sai hỏng
mạng (tạp chất, chỗ trống, ống bị xoắn… hoặc sự tồn tại của cacbon vô định hình.
Vùng G ở khoảng 1600 cm-1
mô tả các mo ao động th o phương tiếp tuyến với
cấu trúc graphit, o đó đặc trưng cho cấu trúc sắp xếp trật tự trong mạng graphit tức
là liên uan đến sự ổn định của cacbon lai hóa sp2 trong MWCNT. Vùng G’ ở
khoảng 2700 cm-1
là kiểu bội âm hai phonon của dải D (còn gọi là vùng 2D).
Hình 3.3. Phổ Raman của MWCNT
Đối với MWCNT của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam thì
đ nh D khá cao, chứng tỏ ống vẫn còn có khuyết tật tồn tại sự hỏng mạng và cacbon
vô định hình. Trên hình cũng xuất hiện đ nh 2D khá lớn, chứng tỏ vật liệu sử dụng
là ống cacbon nano đa tường.
Kết quả phổ Raman của graph n được trình bày tại hình 3.4
D
G
G’ 2
Page 68
56
Hình 3.4. Phổ Raman của graphen
Phổ Raman của graphen có thể xác định số lượng các lớp graphen, mật độ
của các khuyết tật và các tạp chất. Ba đ nh đặc trưng trong phổ Raman của graphen
là các dải tần G ở ~1580 cm-1
, dải tần 2D ở ~2680 cm-1
và dải tần D ở ~1350 cm-1
đều xuất hiện kết quả cũng cho thấy đ nh D khá cao chứng tỏ mẫu graphen vẫn còn
các khiếm khuyết, đ nh 2D G’ của graphen thấp và tù cho thấy số lớp khá lớn.
Điều này cũng phù hợp với các kết quả khảo sát hình thái học ở trên.
3.1.2. hảo sát điều kiện chế tạo
3.1.2.1. Ả ưởng của àm lư ng DBSA đế độ dẫn của PANi và PPy
Mẫu nanocompozit được chế tạo như trình bày tại mục 2.1 được ép thành
viên ở áp suất 120 kg/cm2 và đo độ dẫn bằng phương pháp mũi ò. Kết quả đo độ
dẫn của vật liệu PANi, PPy chế tạo được với hàm lượng chất doping DBSA thay
đổi từ 0-30% monome, được trình bày tại hình .6. Kết quả cho thấy hàm lượng
DBS càng tăng thì độ dẫn của PPy càng tăng, o tăng các phần tử điện tích
(polaron và dipolaron) trong PANi và PPy. hi hàm lượng BS tăng lên 20% thì
độ dẫn của PPy tăng lên không nhiều. o đó luận án lựa chọn hàm lượng DBSA ở
20% để chế tạo PPy trong các nghiên cứu tiếp theo. Tương tự, luận án lựa chọn hàm
lượng DBSA tối ưu trong tổng hợp PANi là 15%.
D
G
G’ 2
Page 69
57
Hình 3.5. Ả ưởng của àm lư DBSA đế độ dẫn của PANi và PPy
3.1.2.2. Ả ưởng của thời gian phản ứng đế độ dẫn của PANi và PPy
Các mẫu nanocompozit được chế tạo như trình bày tại mục 2.3 với thời gian
phản ứng thay đổi từ 2 đến 12 giờ, kết quả biểu diễn sự phụ thuộc độ dẫn của PANi,
PPy vào thời gian phản ứng được trình bày trên hình 3.6. Kết quả cho thấy lúc đầu
thời gian phản ứng càng ài thì độ dẫn càng tăng, sau giờ thì độ dẫn của vật liệu
giảm xuống. Do hàm lượng monome pyrol trong nước thấp dần, lượng PPy tạo
thành quá ít dẫn đến hàm lượng các hạt dẫn trong PPy đã tạo thành giảm theo thời
gian. Hiện tượng tương tự cũng xảy ra với uá trình chế tạo P Ni với thời gian
phản ứng tốt nhất ở 8 giờ. o đó luận án lựa chọn thời gian phản ứng là 8 giờ để
chế tạo PANi, PPy trong các nghiên cứu tiếp.
Hình 3.6. Ả ưởng của thời gian phản ứ đế độ dẫn của PANi và PPy
0
5
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30
Độ ẫn (S cm)
m ư ng SA (%)
PPy PANi
0
5
10
15
20
25
30
35
0 2 4 6 8 10 12
Độ ẫn (S cm)
Thời gian phản ứng (giờ)
PPy PANi
Page 70
58
3.1.2.3. Ả ưởng của àm lư ng MWCNT, graphen đế độ dẫn của PANi và PPy
Các mẫu nanocompozit chế tạo trong dung dịch nước ở thời gian 8 giờ, hàm
lượng DBSA 20% với PPy, 15% với PANi, ở hàm lượng graphen, MWCNT thay
đổi từ 0 đến 7 % (PKL), các mẫu được ép thành viên ở áp suất 120 kg/cm2 và tiến
hành đo độ dẫn bằng phương pháp mũi ò, kết quả được trình bày tại hình 3.7.
Hình 3.7. Ả ưởng của àm lư ng MWCNT và graphen đến độ dẫn của PANi
và PPy
Kết quả cho thấy, o MWCNT và graph n đều có độ dẫn điện tốt nên khi
tăng hàm lượng của chúng thì độ dẫn của nanocompozit đều tăng lên đáng kể. Hình
. cũng cho thấy hàm lượng graphen cho độ dẫn tốt ở 5% P L đạt độ dẫn 48,5
S/cm với nanocompozit graphen/PPy, và 4% (PKL) với nanocompozit
graphen/PANi. Tương tự, vật liệu có độ dẫn tốt ở hàm lương MWCNT là % (PKL)
với nanocompozit MWCNT/PPy, 4% (PKL) với nanocompozit MWCNT/PANi, với
hàm lượng cao hơn thì độ ẫn tăng không đáng kể.
3.1.2.4. Khảo sát tính chất nanocompozit MWCNT và graphen với PPy
Các mẫu PPy và nanocompozit MWCNT/PPy, graphen/PPy được p viên
với Br và đo phổ hồng ngoại, kết uả được trình bày tại hình .8.
Kết quả cho thấy, phổ FTIR của PPy, graphen/PPy, MWCNT/PPy đều xuất
hiện đ nh hấp thụ rộng ở số sóng 3200 - 3400 cm-1, tương ứng với ao động liên kết
20
25
30
35
40
45
50
55
0 1 2 3 4 5 6 7
Độ
dãn
(S/
cm)
Hàm lượng (%)
MWCNT/PPy
Graphen/PPy
MWCNT/PANi
Graphen/PANi
Page 71
59
N-H của PPy và OH có trong nước. Trong cấu trúc của PPy, vòng pyrol được đặc
trưng bởi các đ nh hấp thụ 780, 912 và 1546 cm-1
Các đ nh hấp thụ này rất nhạy
cảm với mức độ oxi hóa và độ dài liên hợp trong cấu trúc của PPy và ua đó ảnh
hưởng mạnh tới đến độ dẫn của PPy (a). hi PPy được biến tính với MWCNT (b)
ta thấy các đ nh hấp thụ của vòng pyrol bị dịch chuyển lên số sóng 791, 950, 1560
cm-1. Điều này cho thấy giữa PPy và MWCNT có các tương tác nhất định và làm
thay đổi vòng pyrol.
(a)
(b)
Page 72
60
Hình 3.8. Phổ FTIR của PPY (a), nanocompozit MWCNT/PPy (b) và
graphen/PPy (c)
Trên phổ hồng ngoại của graphen/PPy (c) đ nh đặc trưng của PPy ở 1583,
1465 cm-1
. Ta thấy đ nh 912 cm-1
và 1546 cm-1
của PPy có xu hướng tăng trong
nanocompozit graphen/PPy thành đ nh 1010 và 1675 cm-1
, cho thấy PPy được trùng
hợp trên bề mặt graphen.
Hình 3.9. Ảnh FESEM của nanocompozit MWCNT/PPy (a), graphen/PPy (b)
Hình 3.9 là ảnh S M khảo sát hình thái học vật liệu của nanocompozit
MWCNT/PPy, nanocompozit graphen/PPy. Hình 3.9a cho thấy, PPy phủ lên bề mặt
MWCNT làm đường kính của vật liệu tăng lên. Trên hình 3.9b cho thấy PPy bám
quanh graphen, nanocompozit vẫn giữ nguyên được cấu trúc lớp.
(a) (b)
(c)
Page 73
61
3.1.3. Khả năng hấp thụ sóng điện từ của nanocompozit
Các mẫu nanocompozit graphen/PPy, MWCNT/PPy, graphen/PANi,
MWCNT/PANi chế tạo th o các điều kiện tối ưu trình bày tại mục 3.1.2. Được
phân tán trong nhựa nền với hàm lượng 20% (PKL) poxy đóng rắn bằng M ở
150oC. Tiến hành đổ rót trong khuôn thành các khối có độ ầy 10 mm, và 20%
(PKL), đo khả năng hấp thụ sóng điện từ của các nanocompozit thu được, kết quả
tại hình 3.10.
Hình 3.10. Tổ ao ấp thụ s điện từ của các nanocompozit
Đồ thị tổn hao hấp thụ theo tần số cho thấy ở hầu hết các mẫu nanocompozit
đều có sự thay đổi khác nhau, không theo quy luật tuyến tính chung nào, điều này là
do ở mỗi tần số khác nhau thì có điện trường khác nhau và cường độ luôn thay đổi,
o đó độ dẫn của vật liệu thay đổi tùy thuộc vào tần số.
Kết quả khảo sát cho thấy các mẫu nanocompozit đều cho độ hấp thụ tốt trên
dải tần số từ 8-12 GHz. Đây là ải tần mà các rađa thường sử dụng để quét và xác
định các mục tiêu.
Đồ thị hấp thụ sóng điện từ của MWCNT/PPy cho khả năng hấp thụ thấp
nhất ở GHz với -8,2 B, cao nhất ở 10 GHz với -26,9 dB.
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Tổ
n h
ao hấp
thụ (
dB
)
Tần số (GHz)
MWCNT/PPy
Graphen/PPy
MWCNT/PANi
Graphen/PANi
Page 74
62
Đồ thị hấp thụ sóng điện từ của MWCNT/PANi cho khả năng hấp thụ thấp
nhất ở GHz với -6, B, cao nhất ở -9 GHz với -23,7 dB.
Đồ thị hấp thụ sóng điện từ của graphen/PANi hấp thụ thấp nhất ở GHz với
- ,1 B, hấp thụ cao nhất ở -8,1 GHz với -25,8 dB.
Đồ thị hấp thụ sóng điện từ của graphen/PPy cho khả năng hấp thụ thấp nhất
ở 5 GHz với -7,2 dB và cao nhất ở 10 GHz với -32 dB.
Hình 3.11. Đồ thị hấp thụ s điện từ của nanocompozit graphen/PPy ở dải tần
4-8 GHz (a) và 8-12 GHz (b)
(a)
(b)
Page 75
63
Qua so sánh thấy rằng mẫu nanocompozit graphen/PPy có khả năng hấp thụ
sóng điện từ tốt nhất, độ ẫn điện cao nhất, do vậy luận án sử dụng nanocompozit
graphen/PPy trong các nghiên cứu tiếp theo với các điều kiện công nghệ chế tạo tối
ưu ở hàm lượng DBSA 20%, thời gian phản ứng là 8 giờ, hàm lượng graphen là
%, cho độ dẫn đạt 48 S/cm và khả năng hấp thụ sóng điện từ cao nhất ở 10 GHz
với -32 dB.
3.2. Chế tạo nanocompozit vải s i cacbon/epoxy/graphen/PPy (CEGPY)
3.2.1. Khảo sát nhựa nền epoxy
3.2.1.1. Phổ hồng ngoại của epoxy
Phổ hồng ngoại của nhựa epoxy epikote 815 được trình bày tại hình .12.
ết uả cho thấy sự hiện iện của nhóm chức trong nhựa poxy được ở các
đ nh 1 cm-1 đặc trưng cho ao động hóa trị của nhóm -C- của vòng oxy, đ nh
1247 cm-1
, 830 cm-1
đặc trưng cho nhóm poxy, đ nh 0 6 cm-1 đặc trưng cho ao
động hóa trị của liên kết C-H với oxi. Đ nh 1 10 và 160 cm-1
đặc trưng cho dao
động vòng thơm trong bisphenol.
Hình 3.12. Phổ hồng ngoại của nhựa epoxy Epikote 815
Page 76
64
3.2.1.2. Ả ưởng của hàm lư ng chất đ rắn DDM
Hình 3.13. Ả ưởng của àm lư DDM đế àm lư ng phần gel của nhựa
epoxy Epikote 815 ở 80oC
Hàm lượng chất đóng rắn có ảnh hưởng lớn đến tính chất của nhựa sau khi
đóng rắn. Nếu tổng số nhóm hoạt động của chất đóng rắn nhỏ hơn số nhóm epoxy
có trong nhựa thì số các liên kết ngang được tạo ra ít, kết quả là sau khi đóng rắn vật
liệu sẽ có tính chất cơ học thấp. Nếu tổng số nhóm hoạt động của chất đóng rắn lớn
hơn số nhóm epoxy có trong nhựa thì tốc độ đóng rắn sẽ diễn ra nhanh, vật liệu thu
được bị dòn và thời gian gel hóa ngắn không thích hợp để chế tạo prepregs. Nếu t
lệ nhóm hoạt động của chất đóng rắn phù hợp với nhóm epoxy có trong nhựa, ta sẽ
nhận được vật liệu với các cấu trúc liên kết ngang đều đặn, có các tính chất cơ học
cao nhất. Kết quả khảo sát uá trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 815 bằng DDM ở
80oC được trình bày tại hình 3.13.
Kết quả cho thấy, thời gian gel hóa của nhựa epoxy Epikote 815 t lệ nghịch
với hàm lượng chất đóng rắn, nếu hàm lượng chất đóng rắn càng cao thì thời gian
gel hóa càng ngắn. hi tăng hàm lượng chất đóng rắn sẽ làm giảm thời gian gel hoá,
gây khó khăn cho chế tạo và t lệ khâu mạch lớn dẫn đến vật liệu bị cứng, dòn, dễ
đứt gãy hơn. Với mục đích chế tạo pregregs, hệ nhựa/chất đóng rắn cần phải có thời
Page 77
65
gian sống của nhựa dài, tức là cần có thời gian g l hóa đủ ài o đó luận án lựa
chọn hàm lượng chất đóng rắn DDM ở 22% (PKL) để tiến hành các nghiên cứu tiếp
theo.
3.2.1.3. Ả ưởng của nhiệt độ tới mứ độ đ rắn của nhựa epoxy
Tiến hành khảo sát nhiệt độ đóng rắn của hệ Epikote 815/DDM ở t lệ
100/22 (PKL) bằng phương pháp phân tích nhiệt vi sai quét (DSC), kết quả được
trình bày tại hình 3.14.
Tại giản đồ DSC, kết quả cho thấy xuất hiện một đ nh pic toả nhiệt lớn tại
nhiệt độ 173,8oC chứng tỏ phản ứng đóng rắn của DDM với nhựa epoxy Epikote
815 diễn ra mãnh liệt ở 165 175oC. Nếu chế tạo compozit ở nhiệt độ này thì tốc
độ đóng rắn sẽ diễn ra nhanh, vật liệu thu được bị dòn o đó ta phải chế tạo ở nhiệt
độ đóng rắn thấp hơn.
Hình 3.14. Giả đồ DSC của hệ nhựa ikote815 đ rắn bằng DDM
Kết quả khảo sát hàm lượng phần gel của hệ nhựa Epikote 815/DDM =
100/22 (PKL) ở các nhiệt độ khác nhau được trình bày tại hình 3.15.
Kết quả cho thấy khi tăng nhiệt độ thì mức độ đóng rắn tăng nhanh đáng kể:
hàm lượng phần g l đạt tối đa 6% ở 120oC, mất thời gian gấp 2 lần so với ở 140
oC,
gấp 4 lần so với ở 150oC và gấp 8 lần so với ở 160
oC. Tùy thuộc vào mục đích của
Page 78
66
công nghệ chế tạo mà ta có thể lựa chọn nhiệt độ đóng rắn thích hợp và có thể chế
tạo compozit ở 130oC ÷150
oC để rút ngắn thời gian chế tạo.
Hình 3.15. Ả ưởng của nhiệt độ đế àm lư ng phần gel của hệ nhựa
Epikote 815/DDM = 100/22 (PKL)
3.2.1.4. Tính chất ơ ọc của pha nề đã đ rắn
Các mẫu nhựa nền epoxy với hàm lượng DDM thay đổi từ 20-26 (PKL)
đóng rắn ở 150oC, trong thời gian 0 phút, để yên sau 48 giờ và tiến hành khảo sát
tính chất cơ học của mẫu vật liệu thu được. Kết quả được trình bày tại hình 3.16 và
3.17.
Hình 3.16. Giả đồ ứng suất biến dạng của nhựa e o y đã đ rắn
Page 79
67
Hình 3.16 là giản đồ ứng suất biến dạng của poxy đóng rắn bằng DDM 22%
(PKL) trong 48 giờ. Kết quả cho thấy đường cong k o đứt có độ dốc lớn, mođun
kéo lớn và độ dãn dài khi đứt rất nhỏ, đặc trưng cho tính chất của các vật liệu dòn.
Hì .17. Tính chất ơ ọc của e o y đ rắn bằng DDM ở àm lư ng khác nhau
Kết quả khảo sát tính chất cơ học của nhựa poxy đóng rắn bằng DDM ở các
hàm lượng M thay đổi từ 20-26% P L được trình bày tại hình 3.17. Kết quả
cho thấy hàm lượng chất đóng rắn DDM 22 % (PKL) cho nền nhựa epoxy có tính
chất cơ lý tốt nhất. Với hàm lượng DDM cao hơn 22 % thì tính chất cơ lý tăng lên
không nhiều, đến 26 % (PKL) thì giảm nhẹ. o đó, luận án sử dụng hàm lượng
đóng rắn DDM ở 22% (PKL) để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.
3.2.2. Ảnh hưởng của h m ư ng nhựa epoxy đến tính chất cơ học của CEGPY
Tiến hành chế tạo các mẫu CEGPY theo qui trình công nghệ hai giai đoạn
được trình bày tại mục 2.3, ở nhiệt độ p 140oC, thời gian p 60 phút, áp suất p
140 kg/cm2, hàm lượng GPY 5%, với hàm lượng nhựa epoxy từ 20-40 %. Khảo sát
tính chất cơ học của các nanocompozit thu được, kết quả được trình bày tại hình
3.18.
40
45
50
55
60
65
70
15
25
35
45
55
65
75
20 22 24 26
Độ ền a đập (kJ m
2)
Độ ền kéo đứt
và
ốn (
MP
a)
m ư ng đóng rắn (%)
Độ bền k o Mpa
Độ bền uốn Mpa
Độ bền va đập J m2
Page 80
68
Hì .18. Ả ưởng của àm lư ng ựa e o y đến tính chất ơ học của
CEGPY
Kết quả cho thấy, vật liệu CEGPY đạt tính chất cơ học tốt nhất ở hàm lượng
nhựa 30% (PKL . hi tăng hàm lượng nhựa epoxy trong nanocompozit thì tính chất
cơ học của vật liệu tăng đến một giới hạn rồi lại giảm xuống. Khi hàm lượng nhựa
thấp thì nhựa chưa thấm nhiều các sợi vải, liên kết giữa nhựa và sợi yếu, tải trọng từ
bên ngoài áp đặt lên nanocompozit sẽ chuyển tải chủ yếu lên vải cacbon. Tăng hàm
lượng nhựa vừa đủ nhựa thấm sâu và đều hơn vào trong vải dẫn đến làm tăng liên
kết giữa nhựa và sợi, tải trọng từ bên ngoài áp đặt lên nanocompozit được chuyển
tải đều lên cả sợi cacbon và nhựa epoxy. Nếu hàm lượng nhựa lên quá nhiều thì tải
trọng từ bên ngoài áp đặt lên nanocompozit chuyển tải chủ yếu lên nhựa epoxy dẫn
đến độ bền cơ học của vật liệu cũng bị giảm xuống. Từ kết quả trên, luận án lựa
chọn hàm lượng nhựa epoxy ở 0% P L để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.
3.2.3. Ả ưởng của àm lư ng GPY đến tính chất ơ ọc của CEGPY
Chế tạo các mẫu CEGPY theo qui trình công nghệ hai giai đoạn được trình
bày tại mục 2.3, ở hàm lượng nhựa epoxy 30 %, áp lực ép 140 kg/cm2, nhiệt độ ép
140oC, thời gian ép 60 phút, hàm lượng GPY trong nhựa epoxy thay đổi từ 0-5 %.
Khảo sát tính chất cơ học của nanocompozit thu được, kết quả được trình bày tại
hình 3.19.
40
45
50
55
60
65
70
15
25
35
45
55
65
75
20 22 24 26
Độ ền a đập (kJ m
2)
Độ ền kéo đứt
và
ốn
(M
Pa)
m ư ng đóng rắn (%)
Độ bền k o đứt Độ bền uốn
Độ bền va đập
Page 81
69
Hình 3.19. Ả ưởng của àm lư ng GPY đến tính chất ơ ọc của CEGPY
Kết quả cho thấy, o GP có kích thước nhỏ, nên khả năng phân tán hiệu
quả hơn nên ch cần một lượng nhỏ cũng làm tăng sự phân bố của chúng trong nền
nhựa epoxy. Sự phân bố tốt của GPY, với cấu trúc dạng lớp của graphen và có thêm
thành phần hữu cơ của PPy tạo liên kết tốt hơn với vải sợi và nhựa nền. ích thước
một chiều của GPY khá lớn làm cho diện tích tiếp xúc giữa sợi và nền lớn làm tăng
cường sự chuyển tải đồng đều của sợi cacbon lên nền nhựa dẫn đến tính chất cơ học
của compozit tăng lên. Tính chất cơ học của vật liệu CEGPY tăng nhanh trong
khoảng hàm lượng GPY từ 1÷3% (PKL). hi hàm lượng GPY cao hơn % thì tính
chất cơ học của vật liệu vẫn tăng lên nhưng chậm lại.
Chế tạo nanocompozit CEGPY chứa 5 lớp vải cacbon theo điều kiện công
nghệ như trên với hàm lượng GP trong nhựa poxy thay đổi từ 0-5 % và tiến hành
xác định độ dẫn theo tiêu chuẩn ASTM D257-91, trên máy Keithley picometer, kết
quả được trình bày tại hình 3.20.
Ta thấy, tuy GP có độ dẫn cao , S cm nhưng nếu hàm lượng GPY
trong epoxy thấp (<1%) thì các phần tử dẫn điện ít, chưa đủ để hình thành mạng
lưới dẫn điện liên tục trong CEGPY nên vật liệu có độ dẫn không chênh lệch nhiều
so với compozit cacbon poxy ban đầu. Khi hàm lượng GP trong poxy đạt đến
một ngưỡng nào đó thì sẽ hình thành mạng lưới các phần tử dẫn điện liên tục trong
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
0 1 2 3 4 5
Độ ền
va đập
(k
J/m
2)
Độ ền
kéo đứt ốn
(M
Pa)
m ư ng GPY (%)
Độ bền k o đứt Độ bền uốn
Độ bền va đập
Page 82
70
hệ vật liệu làm độ dẫn tăng đột biến trong khoảng hàm lượng GPY từ 1-2%. Khi
hàm lượng GP tăng trên 2% thì độ dẫn tăng chậm lại do mạng lưới các phần tử
dẫn điện đã được hình thành.
Hì . 0. Ả ưởng của àm lư P đế độ ẫ ủa CEGPY
Tính chất cơ học của C GP đạt giá trị tối ưu ở hàm lượng GPY trong nhựa
epoxy là 3% (PKL), mặt khác với hàm lượng GPY trong nhựa epoxy ch cần lớn
hơn 2% P L thì mạng lưới các phần tử dẫn điện đã được hình thành trong
CEGPY. o đó, để đạt được mục đích chế tạo vật liệu nanocompozit có cả hai chức
năng chống đạn và hấp thụ sóng điện từ, luận án lựa chọn hàm lượng GPY trong
nền nhựa poxy là % để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.
3.2.4. Ả ưởng của điều kiện chế tạo đến tính chất ơ ọc của CEGPY
3.2.4.1. Ả ưởng của nhiệt độ ép
Chế tạo các mẫu CEGPY với hàm lượng nhựa epoxy là 30 % (PKL), ở áp
lực ép 140 kg/cm2, thời gian ép 60 phút, hàm lượng GPY trong nhựa epoxy là %,
với nhiệt độ ép thay đổi 120 ÷ 160oC. Kết quả khảo sát tính chất cơ học của
nanocompozit được trình bày tại hình 3.21.
Kết quả cho thấy tính chất cơ học của nanocompozit đạt giá trị tăng ần ở
vùng nhiệt độ 120-150oC và giảm ở 160
oC. Điều này là do khi ở nhiệt độ thấp thì
nhựa poxy chưa được đóng rắn hoàn toàn, còn khi ép ở nhiệt độ quá cao, nhựa
poxy đóng rắn nhanh và hoàn toàn trong thời gian ngắn, nếu tiếp tục duy trì thì vật
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 2 4 6 8L
og
ari
t độ ẫ
n
m ư ng graphen-PPy
Page 83
71
liệu sẽ bị dòn, phá hu liên kết của nhựa epoxy và liên kết giữa nhựa với sợi. Luận
án lựa chọn nhiệt độ ép ở 150oC để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.
Hình 3.21. Ả ưởng của nhiệt độ ép đến tính chất ơ ọc của CEGPY
3.2.4.2.Ả ưởng của thời gian ép
Chế tạo các mẫu CEGPY với hàm lượng nhựa epoxy là 30% (PKL), hàm
lượng GPY trong nhựa nền là 3%, ở áp lực ép 140 kg/cm2, nhiệt độ ép 150
oC với
thời gian p thay đổi 30-120 phút. Kết quả khảo sát tính chất cơ học của
nanocompozit được trình bày tại hình 3.22.
Hình 3.22. Ả ưởng của thời gian đến tính chất ơ ọc của CEGPY
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
200
220
240
260
280
300
320
340
360
120 130 140 150 160
Độ ền
va
đập
(k
J/m
2)
Độ ền
kéo đứt ốn
(M
Pa
)
Nhiệt độ ép (oC)
Độ bền k o đứt Độ bền uốn
Độ bền va đập
155
160
165
170
175
180
185
190
220
240
260
280
300
320
340
30 50 70 90 110
Độ ền
va đập
(k
J/m
2)
Độ ền
kéo đứt ốn
(M
Pa)
Thời gian ép (ph t)
Độ bền k o đứt Độ bền uốn
Độ bền va đập
Page 84
72
Ta thấy, khi thời gian p tăng sẽ làm tăng khả năng đóng rắn trong nhựa
epoxy của nanocompozit, dẫn đến tính chất cơ học của vật liệu tăng lên. Tuy nhiên,
sau một thời gian đủ dài thì nhựa epoxy sẽ được gel hóa hoàn toàn dẫn đến tính chất
cơ học của nanocompozit không tăng nhiều, thậm chí có xu hướng giảm do các liên
kết của nhựa epoxy với sợi bị phá hủy ở nhiệt độ cao. Kết quả cho thấy tại thời gian
ép 90 phút cho vật liệu có độ bền cơ lý đạt giá trị tốt nhất.
3.2.4.3. Ả ưởng của áp lực ép
Chế tạo các mẫu CEGPY với hàm lượng nhựa 0% (PKL), hàm lượng GPY
trong nhựa epoxy là 3% (PKL), ở nhiệt độ ép 150oC, thời gian ép 90 phút với áp lực
ép thay đổi từ 120 ÷ 160 kg/cm2. Kết quả khảo sát tính chất cơ học của
nanocompozit được trình bày tại hình 3.23.
Ta thấy khi tăng áp lực ép sẽ làm tăng khả năng liên kết, khả năng bám ính
của nhựa và sợi nên tính chất cơ học của vật liệu tăng. Tuy nhiên, nếu áp lực tăng
uá cao thì lượng nhựa epoxy trong nanocompozit sẽ bị đẩy ra bên ngoài biên của
tấm nanocompozit dẫn đến pha nền của vật liệu bị gián đoạn, khả năng gắn kết giữa
nhựa và sợi giảm làm cho tính chất cơ học của vật liệu giảm xuống. Kết quả cho
thấy tại áp lực ép 150 kg/cm2 thì tính chất cơ học của nanocompozit đạt giá trị cao
nhất.
Hình 3.23. Ả ưởng của áp suất ép đến tính chất ơ ọc của CEGPY
150
160
170
180
190
220
240
260
280
300
320
340
360
120 130 140 150 160
Độ ền
va
đập
(k
J/m
2)
Độ ền
kéo đứt ốn
(M
Pa)
p ực ép (kg/cm2)
Độ bền k o đứt Độ bền uốn
Độ bền va đập
Page 85
73
Kết quả khảo sát cho thấy điều kiện công nghệ chế tạo nanocompozit
CEGPY tối ưu ở hàm lượng nhựa epoxy là 0% (PKL), hàm lượng GPY trong nhựa
epoxy là % (PKL) theo qui trình công nghệ hai giai đoạn như sau:
Giai đoạn 1: Đặt vải đã tẩm nhựa epoxy vào khuôn, gia nhiệt khuôn đến 80oC
trong 45 phút ở chế độ không áp lực. Giữ nhiệt độ ở 80oC và nâng áp lực ép lên 10
kG/cm2 trong phút để gel hoá một phần nhựa nền, phân bố nhựa nền vào sợi
cacbon và p đuổi khí.
Giai đoạn 2: Tăng nhiệt độ và áp lực p để định hình và đóng rắn hoàn toàn tấm
vật liệu ở áp lực ép 150 kg/cm2, thời gian ép 90 phút, nhiệt độ ép 150
oC. Giữ
nguyên áp lực ép, làm nguội sản phẩm bằng hệ thống làm mát trong 30 phút và hạ
khuôn, lấy sản phẩm.
Kết quả khảo nghiệm cho thấy tính chất cơ lý của vật liệu CEGPY đạt được ở
điều kiện tối ưu là: độ bền k o đứt 343 MPa, độ bền uốn 269 MPa, độ bền va đập
182 kJ/m2, mô đun k o đứt là 36 GPa.
3.2.5. Tính chất của CEGPY
3.2.5.1. P â tí iệt
Các mẫu compozit vải cacbon poxy và CEGPY được chế tạo bằng phương
pháp đóng rắn hai giai đoạn với điều kiện công nghệ như trình bày tại mục 3.2.4.
Tiến hành phân tích nhiệt các mẫu vật liệu đến 00oC, tốc độ gia nhiệt 10
oC/phút,
trong môi trường không khí, kết uả được trình bày trên hình 3.24.
Kết quả cho thấy, compozit cacbon poxy có hai vùng phân hủy: của epoxy
trong khoảng 300 - 400oC ứng với độ giảm khối lượng 35% và của vải sợi cacbon
trong khoảng 500 - 650oC ứng với độ giảm khối lượng %, sau đó thì khối lượng
mẫu gần như không thay đổi. Nanocompozit CEGPY có sự phân hủy nhiệt tương tự
như compozit cacbon poxy nhưng có nhiệt độ phân hủy cao hơn, điều này là o
chất gia cường GP làm tăng khả năng chịu nhiệt của compozit. Tính chất này góp
phần làm tăng khả năng chống đạn của vật liệu, vì trong uá trình va chạm đạn đạo
lực ma sát lỗ làm chuyển hóa một phần động năng thành nhiệt năng.
Page 86
74
Hì 3.24. Giả đồ phân tích nhiệt khối lư ng của om o it a o e o y và
CEGPY
3.2.5.2. Hì t ái ọ của vật liệu
Tiến hành chụp ảnh bề mặt của mẫu compozit vải cacbon/epoxy và CEGPY,
kết quả được trình bày tại hình .25.
Hì .25. Ả FES M ủa compozit cacbon/epoxy (a), CEGPY (b)
Ta thấy, compozit cacbon poxy cho khả năng thấm ướt của nhựa với sợi tốt,
nhựa poxy đã bao bọc toàn bộ sợi cacbon, bề mặt vật liệu nhẵn và không xuất hiện
các vết nứt, lỗ xốp trên bề mặt chứng tỏ mẫu compozit được chế tạo tốt. CEGPY
cũng có cấu trúc tương tự, đáng chú ý là đã xuất hiện các phần tử gia cường phân
tán đồng đều trong vật liệu, điều này đã làm tăng cường đáng kể tính chất của cơ
(a) (b)
Page 87
75
học của vật liệu. Độ bền k o đứt, độ bền uốn, độ bền va đập của compozit
cacbon poxy tương ứng là 240 MPa, 194 MPa và 132 kJ/m2; còn CEGPY có độ
bền k o đứt 1 MPa tăng 6% , độ bền uốn 2 MPa tăng 2% , độ bền va đập
188 kJ/m2 tăng 2% .
3.3. Chế tạo nanocompozit ải s i Kevlar/epoxy/GPY (KEGPY)
3.3.1. Ảnh hưởng của h m ư ng nhựa epo đến tính chất cơ học của KEGPY
Chế tạo các mẫu KEGPY theo qui trình công nghệ hai giai đoạn được trình
bày tại mục 2.2.3, với hàm lượng GPY 5%, nhiệt độ 1500C trong thời gian 90 phút,
với áp lực ép 150 kg/cm2, hàm lượng nhựa poxy thay đổi từ 20-40%. Kết quả đo
tính chất cơ học của các mẫu GP được trình bày tại hình 3.25.
Hình 3.26. Ả ưởng của àm lư ng nhựa đến tính chất ơ ọc vật liệu
KEGPY
Kết quả cho thấy, vật liệu GP đạt tính chất cơ học tốt nhất ở hàm lượng
nhựa epoxy đạt 30%. Tương tự như vât liệu CEGPY, khi tăng hàm lượng nhựa
epoxy trong nanocompozit thì tính chất cơ học của vật liệu tăng, đến một giới hạn
rồi giảm xuống. hi hàm lượng nhựa quá lớn, tải trọng từ bên ngoài áp đặt lên
nanocompozit chủ yếu lên nền nhựa epoxy làm giảm tính chất cơ học.
60
65
70
75
80
85
90
95
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
20 25 30 35 40
Độ ền
va đập
(k
J/m
2)
Độ ền
kéo đứt ốn
(M
Pa)
m ư ng nhựa (%)
Độ bền k o Độ bền uốn
Độ bền va đập
Page 88
76
3.3.2. Ảnh hưởng của h m ư ng GPY đến tính chất cơ học của KEGPY
Chế tạo các mẫu KEGPY theo qui trình công nghệ hai giai đoạn được trình
bày tại mục 2.2.3, với hàm lượng nhựa 30%, áp lực ép là 150 kg/cm2, số lớp vải là
10 lớp, nhiệt độ ép là 150oC, thời gian ép là 90 phút, với hàm lượng GPY trong
nhựa epoxy thay đổi từ 1-10%. Kết quả đo tính chất cơ học của KEGPY được trình
bày tại hình 3.27.
Hình 3.27. Ả ưởng của àm lư ng GPY đến tính chất ơ ọc của KEGPY
Kết quả cho thấy, khi hàm lượng chất gia cường càng tăng thì tình chất cơ
học tăng, đến 5% thì độ bền tăng chậm lại, do bản chất sợi Kevlar gồm nhiều bó sợi
tập hợp lại, các chất gia cường có kích thước nhỏ có xu hướng xen vào các chỗ
hổng này, đồng thời nó chứa các nhóm hữu cơ của PPy có khả năng tạo liên kết với
nền epoxy trong uá trình đóng rắn từ đó làm tăng liên kết sợi và nhựa nền, cải
thiện tính chất cơ học của vật liệu. hi hàm lượng chất gia cường cao quá có thể
sinh ra kết tụ chất gia cường, tạo thành khuyết tật, có thế làm giảm tính chất cơ học.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng GPY tới độ dẫn của KEGPY
theo tiêu chuẩn ASTM D257-93 được trình bày trên hình 3.28.
Tương tự như vật liệu CEGPY, ở GP , ban đầu độ dẫn không tăng, khi
hàm lượng GP trong poxy đạt đến một ngưỡng nào đó thì sẽ hình thành mạng
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
0 2 4 6 8 10
Độ ền
va đập
(k
J/m
2)
Độ ền
kéo đứt ốn
(M
Pa
)
m ư ng graphen-PPy (%)
Độ bền k o Độ bền uốn
Độ bền va đập
Page 89
77
lưới các phần tử dẫn điện liên tục trong hệ vật liệu làm độ dẫn tăng đột biến trong
khoảng hàm lượng GPY từ 2- %. hi hàm lượng GP tăng trên % thì độ dẫn tăng
chậm lại do mạng lưới các phần tử dẫn điện đã được hình thành.
Hì . 8. Đồ t ị iể i độ ẫ của KEGPY
Tính chất cơ học của GP đạt giá trị tối ưu ở hàm lượng GPY trong nhựa
epoxy là 5% (PKL), mặt khác với hàm lượng GPY trong nhựa epoxy ch cần lớn
hơn % P L thì mạng lưới các phần tử dẫn điện đã được hình thành trong
K GP . o đó, để đạt được mục đích chế tạo vật liệu compozit có cả hai khả năng
hấp thụ sóng điện từ và khả năng chống đạn, luận án lựa chọn hàm lượng GPY
trong nhựa poxy là % để chế tạo GP để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.
Luận án đã khảo sát công nghệ chế tạo KEGPY, và kết uả tương tự như của
KEGPY. Điều này có thể o cả hai loại sợi vải cacbon và vải Kevlar đều không có
phản ứng hóa học với pha nền nên không làm ảnh hưởng đến tính chất của nền nhựa
khi đóng rắn, o vậy điều kiện công nghệ chế tạo tương đồng với nhau. Hơn nữa,
điều kiện công nghệ như nhau sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho chế tạo compozit tổ
hợp cả hai loại vải cacbon và vải Kevlar.
Điều kiện công nghệ chế tạo tối ưu vật liệu KEGPY là nhiệt độ p 1 0oC, áp
suất p ở 1 0 kg cm2, thời gian p là 0 phút, với hàm lượng nhựa là 0%, hàm
lượng chất gia cường GPY là % th o uy trình p hai giai đoạn như đã trình bày ở
mục 2.3. Tính chất cơ lý tối ưu của vật liệu nanocompozit KEGPY là: độ bền k o
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8Lo
gari
t đ
ộ d
ân
Hàm lượng Graphen-PPy (%)
Page 90
78
đứt 339 MPa, độ bền va đập 89 kJ/m2, độ bền uốn 2 0 MPa, mô đun đàn hồi 26
GPa, độ ãn ài khi đứt 5 %.
3.3.3. Tính chất của KEGPY
3.3.3.1. Phân tích nhiệt
Các mẫu compozit vải vlar poxy và EGPY được chế tạo bằng phương
pháp đóng rắn hai giai đoạn với điều kiện công nghệ tối ưu như trình bày tại mục
3.3.2. Tiến hành phân tích nhiệt các mẫu vật liệu đến 00oC, tốc độ gia nhiệt
10oC phút, trong môi trường không khí, kết uả được trình bày trên hình 3.29.
Hì .29. Giả đồ phân tích nhiệt khối lư ng của om o it evlar e o y và
KEGPY
Kết quả cho thấy, mẫu compozit Kevlar/epoxy có 2 vùng phân hủy: của
poxy phân hủy nhiệt từ 300 - 400oC ứng với độ giảm khối lượng 35% và của vải
sợi evlar từ 500 - 550 o
C ứng với độ giảm khối lượng 84%, sau đó thì khối lượng
mẫu gần như không thay đổi. Nanocompozit KEGPY có sự phân hủy nhiệt tương tự
như compozit K vlar poxy nhưng có nhiệt độ phân hủy cao hơn, điều này là o
chất gia cường GP làm tăng khả năng chịu nhiệt của compozit.
So sánh khả năng chịu nhiệt của CEGPY với KEGPY cho thấy: do có cùng
hệ nhựa nền epoxy nên khoảng nhiệt độ ở đoạn phân hủy nhiệt đầu tiên là giống
nhau; đoạn phân hủy nhiệt tiếp theo của CEGPY là do vải sợi cacbon cháy trong
Page 91
79
khoảng rộng từ 500 - 650oC, còn vải sợi Kevlar chứa thành phần hữu cơ nhiều hơn
nên cháy nhanh hơn làm khối lượng giảm nhanh trong khoảng hẹp 500 - 550oC.
3.3.3.2. Hì t ái ọ của KEGPY
Tiến hành chụp ảnh bề mặt của mẫu compozit vải Kevlar/epoxy và KEGPY,
kết quả được trình bày tại hình . 0
Hì 3.30. Ả S M ủa compozit Kevlar/epoxy (a) và KEGPY (b)
Ta thấy, compozit Kevlar/epoxy có nhựa poxy đã bao bọc và thấm ướt toàn
bộ sợi Kevlar, bề mặt vật liệu không xuất hiện các vết nứt, lỗ xốp chứng tỏ mẫu
compozit được chế tạo tốt. Bề mặt vật liệu K GP cũng có cấu trúc tương tự và có
thể quan sát thấy các phần tử GPY phân tán đồng đều trong vật liệu, điều này đã
làm tăng cường đáng kể tính chất của cơ học của vật liệu. Độ bền k o đứt, độ bền
uốn, độ bền va đập của compozit Kevlar poxy tương ứng là 252 MPa, 187 MPa và
69 kJ/m2; còn K GP có độ bền k o đứt 39 MPa tăng 34,7% , độ bền uốn 240
MPa tăng 28,6% , độ bền va đập 89 kJ/m2 tăng 29,2%).
. . hảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của các vật liệu nanocompozit
Tiến hành khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của các mẫu CEGPY,
KEGPY trên máy phân tích mạng MS202 B ntritsu với các bộ thu phát ở dải tần
8-12 GHz.
Page 92
80
3.4.1. Ảnh hưởng h m ư ng GPY đến khả năng hấp thụ sóng điện từ
a. Vật liệu KEGPY
Các mẫu GP chứa hàm lượng GPY thay đổi từ 0-10%, với cùng số lớp
vải là 60 lớp ứng với độ ầy 13,2 mm, được khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ
ở tần số 10 GHz. Kết uả đo tổn hao hấp thụ và tổn hao phản xạ được trình bày tại
hình 3.31.
Hì .31. ả ấ t ụ s điệ từ ủa P t eo àm lư GPY ở
tầ số 10 GHz
Kết quả cho thấy, compozit Kevlar/epoxy có khả năng hấp thụ sóng điện từ
không đáng kể. Khi gia cường GPY (là vật liệu có độ dẫn cao, tính chất điện môi
tốt) vào vật liệu này sẽ làm tăng khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu KEGPY.
o đó, khi hàm lượng GPY tăng thì tổn hao hấp thụ và tổn hao phản xạ đều tăng.
Tuy nhiên, khi hàm lượng GPY lớn hơn % thì đã hình thành mạng lưới dẫn điện
trong KEGPY nên tổn hao hấp thụ và tổn hao phản xạ tăng lên không nhiều.
Mặt khác, kết quả khảo sát tại mục 3.3 cho thấy vật liệu KEGPY có tính chất
cơ lý tối ưu với hàm lượng GPY 5%. o đó luận án lựa chọn giữ nguyên hàm lượng
GPY % để khảo sát các tính chất tiếp th o của GP .
b.Vật liệu CEGPY
Các mẫu C GP có hàm lượng GP thay đổi từ 0-5%, với cùng số lớp vải
là 60 lớp ứng với độ ầy 1 mm, được khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ ở
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tổ
n h
ao
hấ
p thụ (
dB
)
m ư ng GPY (%)
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tổn hao phản ạ ( )
m ư ng GPY (%)
Page 93
81
tần số 10 GHz. ết uả đo tổn hao hấp thụ và tổn hao phản xạ được trình bày tại
hình 3.32.
Kết quả cho thấy, khi tăng hàm lượng chất gia cường GPY thì khả năng hấp
thụ sóng điện từ của vật liệu tăng, tới 3% thì tổn hao hấp thụ đạt -28 dB, tổn hao
phản xạ đạt -35 dB. hi hàm lượng GPY lớn hơn % thì tổn hao hấp thụ và tổn hao
phản xạ tăng lên không đáng kể. Kết quả cũng cho thấy với hàm lượng GPY 3% thì
độ tổn hao đã tốt hơn so với hệ vật liệu GP % GP , điều này là do sợi
cacbon có độ dẫn điện tốt hơn, làm tăng khả năng hấp thụ sóng điện từ của CEGPY.
Hì . . ả ấ t ụ s điệ từ ủa P t eo àm lư GPY ở
tầ số 1 H
Mặt khác, kết quả khảo sát tại mục . cho thấy vật liệu C GP có tính chất
cơ lý tối ưu với hàm lượng GPY %. o đó luận án lựa chọn hàm lượng GPY 3%
để khảo sát các tính chất tiếp th o của CEGPY.
. . . hả năng hấp thụ sóng điện từ của ật iệ nanocompozit trên dải tần 8-
12GHz
.4. .1. ật liệ P
Chế tạo các mẫu vật liệu GP th o quy trình công nghệ trình bày tại mục
3.3, với hàm lượng GPY là %, tấm vật liệu có kích thước 100x100 mm, chứa 60
lớp vải được khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ ở ải tần 8-12 GHz, kết uả
được trình bày tại hình .33.
-33
-31
-29
-27
-25
-23
-21
-19
-17
-15
0 1 2 3 4 5
Tổn hao hấp thụ ( )
m ư ng Y (%)
-42
-37
-32
-27
-22
-17
-12
0 1 2 3 4 5
Tổn hao phản ạ ( )
m ư ng Y (%)
Page 94
82
Hì .33. Tổn hao ấ t ụ (a) và tổn hao phản xạ (b) ủa P
ết uả cho thấy GP có tổn hao hấp thụ thấp nhất ở tần số 11,2 GHz
với -9,3 dB, cao nhất ở 10, GHz với -27,1 dB; tổn hao phản xạ thấp nhất ở tần số
GHz với -20,2 B, cao nhất ở 11 GHz với -27,7 dB.
.4. . . ật liệ P
Chế tạo các mẫu vật liệu C GP th o uy trình công nghệ trình bày tại mục
. , với hàm lượng GPY là %, tấm vật liệu có kích thước 100x100 mm, chứa 60
lớp vải được khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ ở ải tần -12 GHz, kết uả
được trình bày tại hình . 4.
(a)
(b)
Page 95
83
Hì . 4. Tổn hao ấ t ụ (a), tổn hao phản xạ ủa P
Vật liệu CEGPY có tổn hao hấp thụ thấp nhất ở 11,2 GHz với -10 dB, cao
nhất ở 10,1 GHz với 30 dB; tổn hao phản hồi thấp nhất ở 11,2 GHz với -12,4 dB,
cao nhất ở 10 GHz với -35,4 dB.
.4. . . ật liệ P
Chế tạo mẫu vật liệu C GP th o quy trình công nghệ trình bày ở mục
3.3.3. Tấm vật liệu có kích thước 100x100 mm, chứa 30 lớp vải cacbon với hàm
lượng GPY là % ở phía trước và 0 lớp vải Kevlar với hàm lượng GPY là 5% ở
phía sau được khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ ở ải tần 8-12 GHz, kết uả
được trình bày tại hình .35.
Page 96
84
Hì .35. ả ấ t ụ s điệ từ ủa P t eo tầ số k á a
Kết quả cho thấy, vật liệu CEGPY có tổn hao hấp thụ thấp nhất ở 11,2 GHz
với 18,2 B, cao nhất ở 10 GHz với -36, B; tổn hao phản hồi thấp nhất ở 8,4 GHz
với 20, B, cao nhất ở 10 GHz với 8,1 B. Vật liệu hấp thụ tốt trên ải tần -12
GHz băng X , dải tần thường được các rađa sử dụng để dò tìm mục tiêu.
Kết quả so sánh khả năng hấp thụ sóng điện từ của các mẫu KEGPY,
CEGPY, CKEGPY được trình bày tại hình 3.36.
Ta thấy, C GP có tổn hao hấp thụ và tổn hao phản xạ rộng hơn so với hai
vật liệu KEGPY và CEGPY. Điều này là o vật liệu nanocompozit tổ hợp 2 thành
phần có hàm lượng GPY khác nhau, nó tạo thành một tấm vật liệu kết hợp hai lớp
Dallenbach dẫn đến làm tăng hiệu quả hấp thụ sóng điện từ.
Page 97
85
Hì .36. So sá k ả ấ t ụ s điệ từ ủa KEGPY, CEGPY và
CKEGPY
3.5. Khảo sát khả năng chống đạn
3.5.1. ác đ nh khả năng chống đạn của vải s i xếp lớp
3. 5.1.1. Mô phỏng số
a. Khả ố đạn của vải Kevlar
- Thông số mô phỏng của đầ đạn
Do tốc độ của viên đạn khi va chạm vào tấm chắn lớn, nên thời gian xảy ra
va chạm rất nhanh. Sự tác động của đầu đạn vào tấm chắn (bị va đập, xuyên
thủng… là rất phức tạp và cần phải có những thiết bị hiện đại mới có thể kiểm
nghiệm được. Mặc ù phương pháp thực nghiệm cung cấp phần lớn những kết quả
chính xác nhưng chi phí cao và đôi khi không cung cấp những thông tin chi tiết và
những tác động có thể xảy ra trong quá trình va chạm đạn đạo. Các nghiên cứu về
bài toán va chạm tốc độ cao hiện nay chủ yếu trên cơ sở phần mềm Autodyn
ANSYS. Luận án sử dụng phần mềm uto yn nsys 12.0 để tiến hành mô phỏng
nhằm mục đích hạn chế thử nghiệm thực tế, tiết kiệm thời gian và chi phí.
* Xây dựng các thông s về n
Đầu đạn 7,62x25 mm sử dụng cho súng K54 có kết cấu gồm 3 lớp: phần lõi
là thép cứng, lớp bọc bên ngoài bằng đồng tạo thành mũi đạn; giữa lõi và vỏ ngoài
là một lớp chì để ổn định đường đạn. Khối lượng của đầu đạn là 5,50 g và thiết đặt
tốc độ đạn khi va chạm là 420 m/giây. Mô hình thiết kế mô phỏng viên đạn được
mô tả tại hình 3.37.
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
8 9 10 11 12Tô
n h
ao h
ấp t
hu
(d
B)
Tân sô (GHz)
KEGPY CEGPY CKEGPY -40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
8 9 10 11 12
Tôn
hao
ph
an x
a(d
B)
Tân sô (GHz)
KEGPY CEGPY CKEGPY
Page 98
86
a. Đầu đạn thực tế b. Thiết kế viên đạn c. Vỏ đồng d. Lõi thép
e. Lớp chì g. Nửa mẫu h. Mẫu đầy đủ i. Mẫu chia lưới 1/4
Hình 3.37. Đầ đạn 7,62x25 mm của súng K54
a. Đầu đạn thực tế b. Thiết kế đầu đạn c. Vỏ đồng d. Lõi thép
e. Lớp chì g. Nửa mẫu h. Mẫu chia lưới 1/4 i. Mẫu đầy đủ
Hình 3.38. Đầ đạn 7,62x39 mm ủa s A 47
Page 99
87
Đầu đạn 7,62x39 mm sử dụng cho súng AK47 có kết cấu gồm 3 lớp: phần
lõi là thép cứng có tác dụng xuyên, lớp bọc bên ngoài bằng đồng tạo thành mũi đạn;
giữa lõi và vỏ ngoài là một lớp chì mỏng. Khối lượng của đầu đạn là 7,97 g và thiết
đặt tốc độ đạn khi va chạm là 715 m/giây. Mô hình thiết kế mô phỏng viên đạn
được mô tả tại hình 3.38.
Một số thông số vật liệu của các đầu đạn được lấy từ thư viện vật liệu
Autodyn. Sử dụng phương trình trạng thái tuyến tính, mô hình bền Johnson-Cook,
mô hình phá hu ứng suất chính, biến dạng chính với vỏ đạn đồng; lớp chì, phương
trình trạng thái tuyến tính, mô hình bền Steinberg-Guinan, phương trình trạng thái:
tuyến tính, mô hình bền Johnson-Cook với lõi thép. Các hợp phần của đầu đạn đều
sử dụng phương pháp chia lưới Lagrange.
- Nhập dữ liệ đưa ra kết quả mô phỏng
a. Đ n súng K54 va ch m vào t m chắn v i Kevlar
b. Đ n súng AK47 va ch m vào t m chắn v i Kevlar
Hình 3.39. Mô hình mô phỏng hình họ và ia lưới của á đầ đạn va chạm
vào tấm chắn vải Kevlar
Page 100
88
* Xây dựng các thông s v t li u
Vải Kevlar là vật liệu aramit có tính bền cao, chịu uốn tốt nên phù hợp với
phương trình trạng thái trực hướng (orthotropic), mô hình bền tuyến tính, mô hình
phá hủy ứng suất/biến dạng mat rial str ss strain , phương pháp chia lưới Lagrange
cho mẫu vật liệu này.
Bảng 3.1. Mô hình và thông số vật liệu của vải Kevlar 129
Nội dung nhập dữ liệu Số liệu nhập
Phương trình trạng thái Trực hướng
Mô hình bền Tuyến tính
Độ bền k o đứt, kPa 4,15.105
Mô đun k o đứt, kPa 11,3.107
Độ dãn dài khi đứt, % 4,7
T trọng, g/cm3 1,4
Mô hình phá hủy Ứng suất/biến dạng chính
Phương pháp chia lưới Lagrange
Nhiệt độ phá hu , K 800
Chu kỳ giới hạn, vòng lặp 106
Thời gian va chạm tối đa, giây 0,2
Bước thời gian nhỏ nhất, giây 10-15
Bước thời gian lớn nhất, giây 108
Hệ số an toàn 0,67
Tấm vải chống đạn là một tấm vuông 100 x 100 mm được cố định đường
biên xung quanh và áp dụng các yếu tố đường biên không phản xạ xung quanh tấm
chắn để mô phỏng tấm không xác định. Mô phỏng số vật liệu vải ạng đẳng hướng
2 chiều nghĩa là tính chất th o phương đối xứng nhau nằm trong cùng mặt phẳng là
như nhau . Độ dầy tấm vải chống đạn lần lượt là 20, mm đối với đạn súng K54
tương đương với 80 lớp vải vlar 12 và 2 mm đối với đạn súng tương
đương với 200 lớp vải Kevlar 129 . Luận án lựa chọn góc va chạm giữa đầu đạn và
Page 101
89
tấm chắn là 90o (góc va chạm có khả năng xuyên sâu nhất . Mô hình chia lưới hình
học của vật liệu ban đầu của các loại đạn va chạm vào các tấm chắn được trình bày
tại hình 3.39. Dựa trên kết quả đo đạc và dữ liệu trong thư viện phần mềm để nhập
thông số vật liệu và mô hình bài toán đối với vải Kevlar 129 (xem bảng .1 , nhập
vào các tham số của ma trận độ cứng của mô hình vật liệu ta được mô hình vật liệu
đặc trưng cho vải vlar.
- Kết quả mô phỏng
Hình 3.40 biểu diễn mô phỏng số uá trình đâm xuyên đầu đạn súng K54
vào tấm chắn vải Kevlar. Kết quả mô phỏng cho thấy quá trình va chạm của đạn
vào tấm chắn xảy ra như sau:
Hình 3.40. Mô phỏng quá trình va chạm của đầ đạn súng K54 vào tấm chắn
vải Kevlar xếp lớp
- Các sợi sơ cấp ở bên ưới đầu đạn tiếp xúc trực tiếp với viên đạn và tạo ra
trở lực với sự xuyên sâu của đầu đạn vào mục tiêu. Các sợi này biến dạng và gây ra
sự hấp thụ năng lượng. Các sợi sơ cấp trong cùng một lớp biến dạng giảm dần khi
di chuyển khỏi sợi sơ cấp ở giữa (do sợi ở giữa bị đẩy bởi đầu viên đạn còn các sợi
sơ cấp khác tiếp xúc với phần biên của viên đạn). Các sợi sơ cấp chịu tác động trực
diện và bị đứt khi biến dạng vượt quá giới hạn biến dạng cực đại.
- Các sợi thứ cấp (sợi kế tiếp bên cạnh sợi sơ cấp) bị biến dạng gây ra lực ma
sát, sự hãm trượt và hấp thụ một phần năng lượng, biến dạng này giảm dần về
Page 102
90
không với các sợi ở cách xa đầu đạn. Sự va chạm tạo thành hình nón phía sau mặt
vải
- Viên đạn hầu như không biến dạng cho đến khi dừng lại hoàn toàn, và có
xu hướng k o căng các sợi vải đến phá hu , kết cấu toàn bộ của tấm chắn vải hầu
như không bị ảnh hưởng sau khi va chạm.
Hình 3.41. Độ và vận tốc của đầ đạn súng K54 theo thời gian khi va
chạm với tấm vải Kevlar xếp lớp
Hình 3.41 biểu diễn đồ thị năng lượng của viên đạn và vận tốc của đầu đạn
theo thời gian cho thấy sau khoảng 6,8.10-5
giây thì năng lượng viên đạn về không,
chứng tỏ động năng của viên đạn đã bị hấp thụ hoàn toàn. Đồ thị vận tốc theo
phương Z cho thấy vận tốc viên đạn từ 420 m/giây về 0 và vận tốc thấp nhất là – 5
m/giây chứng tỏ viên đạn đã bị chặn lại hoàn toàn và bị đẩy lùi lại phía sau một
đoạn do tác dụng ứng suất đàn hồi của tấm vải vlar sau đó lại trở về 0 do lực ma
sát với lỗ mà nó vừa xuyên qua tấm vải.
Kết quả mô phỏng cho thấy viên đạn xuyên thủng và phá hủy hoàn toàn 63
lớp vải Kevlar, tấm vải có xu hướng bị hỏng một phần kết cấu, tạo ra sự giãn tách
lớp giữa các lớp vải và hình thành một hình nón cao ở phía sau mặt tấm vải vlar,
hình nón này gây ra độ lõm phía sau của vật liệu, tác động trực tiếp vào cơ thể
người sử ụng.
Page 103
91
Hì .4 . Hì ả mô ỏ k ả ố đạ s A 4 ủa tấm iá vải
Kevlar xếp lớp
Hình 3.42 biểu diễn mô phỏng số quá trình va chạm của đầu đạn súng AK47
vào tấm giáp vải Kevlar xếp lớp. Kết quả mô phỏng cho thấy có nhiều khác biệt so
với đạn súng K54: do vận tốc cao, đầu đạn nhọn nên nó có khả năng xuyên sâu hơn.
Với vật liệu dãn tốt như vải vlar thì viên đạn ít bị biến dạng dẫn tới việc iện tích
tiếp xúc của đầu đạn với tấm giáp không thay đổi, số sợi vải chịu tác động trực tiếp
nhỏ, nên nó có khả năng xuyên rất mạnh. Kết quả mô phỏng cho thấy viên đạn
xuyên thủng và phá hủy hoàn toàn tấm vải Kevlar dầy 52 mm tương đương với 200
lớp vải Kevlar). Kết quả cũng cho thấy tấm vải bị phá hủy hoàn toàn kết cấu và có
sự giãn tách lớp giữa các lớp vải, đặc biệt là ở các lớp vải cuối cùng của tấm chắn.
Hình 3.43 biểu diễn đồ thị năng lượng của viên đạn và vận tốc của đầu đạn
theo thời gian cho thấy năng lượng của viên đạn giảm dần nhưng không hoàn toàn,
chứng tỏ động năng của viên đạn bị hấp thụ một phần. Đồ thị vận tốc th o phương
OZ cho thấy vận tốc viên đạn giảm từ 715 m/giây đến vận tốc thấp nhất là 99
m/giây chứng tỏ tấm vải vlar đã bị xuyên thủng hoàn toàn với thời gian xuyên
thủng là 1,5x10-4
giây.
Page 104
92
Hình 3.43. Biểu di độ ủa đầ đạn súng AK47 và vận tốc của đầ đạn
theo thời gian khi va chạm với tấm vải Kevlar xếp lớp
b. Khả ố đạn của vải s i cacbon xếp lớp
- Thông số mô phỏng tấm giáp vải cacbon
Xây ựng mô hình và chia lưới tấm chống đạn như trong mục a, điều ch nh
độ ầy tấm chống đạn là 21,6 mm với đạn súng và 5 mm với đạn súng AK
, tương ứng với 0 và 200 lớp vải cacbon. Thông số của các đầu đạn súng K54 và
súng AK47 như đã trình bày ở mục .5.1.1.
Thông số mô phỏng của tấm giáp vải cacbon xếp lớp, bao gồm các tính chất
cơ học của vải cacbon và một số thông số trong thư viện mẫu của phần mềm, thiết
lập điều kiện chạy và thông số giáp vải cacbon như trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Thông số mô phỏng giáp vải cacbon
Nội dung nhập dữ liệu Số liệu nhập
Phương trình trạng thái Trực hướng
Mô hình bền Đa hướng
Độ bền k o đứt, kPa 4,8x105
Mô đun k o đứt, kPa 22,7x107
Độ dãn dài khi đứt, % 0,8
T trọng, g/cm3 1,83
Page 105
93
Mô hình phá hủy Ứng suất/biến dạng chính
Phương pháp chia lưới Lagrange
Nhiệt độ phá hu , K 900
Chu kỳ giới hạn, vòng lặp 106
Thời gian va chạm tối đa, giây 0,2
Bước thời gian nhỏ nhất, giây 10-15
Bước thời gian lớn nhất, giây 108
Hệ số an toàn 0,67
- Mô phỏng số va chạm đầ đạn súng K54 với giáp vải cacbon xếp lớp
uá trình mô phỏng va chạm đạn đạo của đạn súng và tấm giáp vải
cacbon xếp lớp được trình bày trong hình .44.
Hình 3.44. Mô phỏng quá trình va chạm của đầ đạn súng 54 với vải cacbon
xếp lớp
Hì .45. Đồ t ị vậ tố và độ ủa đạ súng 54 t eo t ời ia
Page 106
94
Đồ thị động năng và vận tốc của đầu đạn súng K54 theo thời gian va chạm
với giáp vải cacbon xếp lớp được biểu thị trên hình 3.45. Đầu đạn bị biến ạng một
phần, vải cacbon có ứng suất lan truyền rất nhanh nên có khả năng phân tán động
năng đầu đạn tốt, tuy nhiên do tính chất vải dòn nên dễ bị đứt gẫy dẫn đến bị phá
hủy nhiều hơn so với vải Kevlar. Động năng của đầu đạn về giá trị 0 chứng tỏ nó đã
bị ừng lại hoàn toàn. Vận tốc của đầu đạn đạt giá trị -12 m/giây chứng tỏ nó đã bị
bật trở lại (cao hơn so với vải Kevlar) sau đó dừng hẳn do lực ma sát lỗ. ết uả
cho thấy tấm vải sợi cacbon có khả năng chống đạn với số lớp bị xuyên thủng
là 66 0 lớp.
- Mô phỏng số va chạm đầ đạn AK47 với giáp vải cacbon xếp lớp
Hì .46. Mô phỏng quá trình va chạm của đầ đạn súng AK47 với vải cacbon
xếp lớp
Hình 3.47. Đồ thị độ và vận tốc của đầ đạn súng AK47 khi va chạm với
tấm giáp vải cacbon xếp lớp
Page 107
95
Kết quả mô phỏng khả năng chống đạn với vải cacbon xếp lớp được
thể hiện trên hình . 6.
Cơ chế hấp thụ động năng của đầu đạn tương tự như phần mô phỏng với giáp
vải vlar xếp lớp, tuy nhiên o vải cacbon có mô đun cao, độ bền lớn nên đầu đạn
bị chảy, biến ạng một phần, toàn bộ cấu tạo tấm vẫn giữ nguyên ạng, vật liệu vải
sợi cacbon dòn, có độ bền cao nên làm đầu đạn biến ạng, tăng khả năng chống đạn
AK47 so với vải Kevlar. Động năng của đầu đạn về 0 sau thời gian 1,5x104 giây và
vận tốc của đầu đạn đạt giá trị -18 m/giây chứng tỏ nó đã bị bật trở lại sau đó ừng
hẳn do lực ma sát lỗ. Kết quả cho thấy tấm giáp vải cacbon có khả năng chống đạn
súng 47 với số lớp bị xuyên thủng là 1 0/200 lớp vải.
3.5.1.2. Khảo sát khả ố đạn của vải xếp lớp bằng bắn thử nghiệm thực tế
o phương pháp mô phỏng sử dụng một số dữ liệu về tính chất của vật liệu ở
dạng tính toán lý thuyết theo giá trị gần đúng nên cần kiểm chứng lại bằng thực tế.
(a)
(b)
Hình 3.48. S 54 và đạn 7,62x25 mm (a), súng AK47 và đạn 7,62x39 mm (b)
sử dụng trong bắn thử nghiệm thực tế
Mẫu thử nghiệm được chế tạo từ các lớp vải Kevlar, cacbon có kích thước
25x30 cm được xếp thành tấm và may đính góc và có số lớp giống như đã sử
dụng trong mô phỏng. Tiến hành thử nghiệm khả năng chống đạn lõi thép có kích
Page 108
96
thước 7,62x25 mm của súng và 7,62x39 mm của súng AK47. Phương pháp thử
nghiệm theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04 của Hoa Kỳ với các thiết bị đo sơ tốc đạn, bia
đo độ lún tiêu chuẩn. Một số thông số mẫu thử, điều kiện thử và kết quả thu được
trình bày trong bảng 3.2, bảng 3.3 với vải sợi Kevlar; bảng 3.4, bảng 3.5 với vải sợi
cacbon.
Hình 3.49. Mẫu giáp vải cacbon và Kevlar xếp lớp
Bảng 3.3. Thông số các tấm giáp vải Kevlar xếp lớp và điều kiện thử nghiệm
Mẫu
số
Số lớp
vải
Kích
thước
(cm)
Trọng
ư ng
(g)
Điều kiện thử nghiệm
Loại
súng
Loại đạn
(mm)
Số lần bắn
(lần)
Cự ly bắn
(m)
1K 80 25x30 1140 K54 7,62x25 06 5
2K 200 25x30 2850 AK47 7,62x39 06 15
Bảng 3.4. Kết quả bắn thử nghiệm giáp vải Kevlar
Mẫu số Điểm
bắn
Sơ tốc đạn
(m/giây)
Số lớp xuyên
qua
Độ lún
(mm)
1K
1 430 65 58,2
2 404 63 52,4
3 408 67 54,5
4 420 62 55,7
5 425 65 56,1
6 416 63 53,2
Page 109
97
TB 417,2 64,2 55
2K
1 700 200 Thủng
2 718 200 Thủng
3 705 200 Thủng
4 721 200 Thủng
5 716 200 Thủng
6 722 200 Thủng
TB 713,7 200 Thủng
Hình 3.50. Kết quả bắn thử nghiệm vải Kevlar xếp lớp
Đối với đạn lõi th p kích thước 7,62x25 mm bắn bằng súng K54 với sơ tốc
đầu đạn trung bình là 417,49 m/giây tại mẫu số 1K, tấm vải xếp lớp thủng 6 ,2 lớp,
mẫu không thủng nhưng độ lún cao nhất là 54,7 mm > 44 mm (theo tiêu chuẩn NIJ
01.01.04) nên vẫn chưa đạt tiêu chuẩn. Đối với đạn lõi th p kích thước 7,62x39 mm
bắn bằng súng AK47 có sơ tốc đầu đạn trung bình là 714,16 m/giây tại mẫu số 2K
thì mẫu bị xuyên thủng 100% và kết cấu tấm vải bị phá hủy hoàn toàn. Như vậy, với
kết cấu ch có vải Kevlar sẽ không đáp ứng được yêu cầu chống đạn với các loại
súng có sơ tốc đầu đạn lớn như súng , súng . Cần thiết phải chế tạo vật
liệu compozit nhằm tăng cường kết cấu của tấm vải, nâng cao khả năng hấp thụ
năng lượng của đầu đạn.
Page 110
98
Bảng 3.5. Thông số các tấm giáp vải cacbon xếp lớp và điều kiện thử nghiệm
Mẫu
số
Số lớp
vải
Kích
thước
(cm)
Trọng
ư ng
(g)
Điều kiện thử nghiệm
Loại
súng
Loại đạn
(mm)
Số lần bắn
(lần)
Cự ly bắn
(m)
1C 80 25x30 1254 K54 7,62x25 06 5
2C 200 25x30 3135 AK47 7,62x39 06 15
Bảng 3.6. Kết quả bắn thử nghiệm tấm giáp vải cacbon xếp lớp
Mẫu số Điểm
bắn
Sơ tốc đạn
(m/giây)
Số lớp xuyên
qua
Độ lún
(mm)
1C
1 416 66 51,1
2 419 68 53,3
3 410 65 48,2
4 420 67 50,1
5 421 64 47,6
6 415 65 46,5
TB 416,8 65,8 49,5
2C
1 709 173 50,5
2 718 176 52,6
3 712 175 56,2
4 719 183 57,3
5 715 184 52,1
6 720 185 55,4
TB 715,5 179,3 54
Đối với đạn 7,62x25 mm của súng K54 với sơ tốc đầu đạn trung bình là
416,8 m/giây tại mẫu số 1C, tấm vải xếp lớp thủng 6 , lớp, mẫu không thủng
nhưng độ lún là 49,5 mm (> 44 mm) nên vẫn chưa đạt tiêu chuẩn. Đối với đạn lõi
thép 7,62x39 mm của súng AK47 với sơ tốc đầu đạn trung bình là 715,5 m/giây tại
mẫu số 2C thì số lớp bị xuyên thủng 179,3 và độ lún là 54 mm (> 44 mm). Như vậy,
Page 111
99
với kết cấu vải cacbon xếp lớp tuy có khả năng chống đạn súng K54, AK47 nhưng
vẫn không đáp ứng được tiêu chuẩn cho phép.
ết uả bắn thử nghiệm cho thấy phù hợp với kết uả mô phỏng số, sai khác
rất nhỏ, chấp nhận được. Trong các nghiên cứu trước của tác giả Vũ Đình hiêm
[98], tác giả Lê Văn Thụ [97] đã khẳng định được tính xác thực của phần mềm, kết
uả mô phỏng có độ tin cậy cao. Trên cơ sở đó, luận án sử ụng phần mềm
uto yn nsys 12 để tiến hành các nghiên cứu thử nghiệm chống đạn của vật liệu,
giảm bớt thời gian nghiên cứu và số lần bắn thử nghiệm thực tế.
3.5.2. Khảo sát khả năng chống đạn của nanocompozit
Tấm chống đạn mô phỏng có ạng vuông 100x100 mm, góc va chạm của
đầu đạn và tấm chống đạn là 90o. Mô hình mô phỏng gồm 2 phần: đầu đạn có cấu
tạo và mô hình như ở mục 3.5.1.1, chiều ầy tấm chống đạn là 15 mm (ứng với 60
lớp vải) đối với CEGPY, là 13,2 mm ứng với 60 lớp vải đối với KEGPY.
Chia lưới mô hình, chọn chia lưới ạng phần tử hữu hạn orkb nch còn có
nhiều ạng chia lưới khác như cơ khí, động lực học… . Để tối ưu số phần tử, giảm
thời gian mô phỏng cần chọn ạng lưới phù hợp. Với đầu đạn có cấu tạo phức tạp
thì lựa chọn chia lưới ạng t tra, tấm chống đạn có cấu tạo đơn giản thì chia lưới
ạng h xa, phần cạnh của tấm được chia thành 60 đường song song nhau tương ứng
với 60 lớp vải.
Thông số mô phỏng của đầu đạn tương tự như mục 3.5.1.1. Thông số mô
phỏng của các mẫu nanocompozit được trình bày trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Mô hình và thông số vật liệu của nanocompozit
Nội dung nhập dữ liệu KEGPY CEGPY
Phương trình trạng thái Trực hướng Trực hướng
Phương trình trạng thái kép Đa hướng Đa hướng
T trọng (g/cm3) 1,53 1,65
Môđun oung kPa 2,6.107 3,6.10
7
Page 112
100
Hệ số dãn dài 0,0712 0,01
Nhiệt độ phân hủy 750K 750K
Mô hình bền dẻo đàn hồi Jonson Holmquist
Mô hình phá hủy ứng suất/biến dạng Jonson-cook
Độ bền k o đứt (kPa) 3,39. 105 3,43.10
5
Độ bền uốn (kPa) 2,4. 105 2,7. 10
5
Phương pháp chia lưới Lagrange Lagrange
Bước thời gian nhỏ nhất 10-15
10-15
Bước thời gian lớn nhất 106
106
Tình trạng hiển thị Mức độ phá hủy của vật
liệu
Mức độ phá hủy của vật
liệu
Số chu kì tối đa 1000000 1000000
Thời gian tối đa 0,01 giây 0,01 giây
Lưu kết uả 1000 chu kì 1000 chu kì
3.5.2.1. Kết quả mô phỏng với đạn súng K54
a. Tấm KEGPY
Kết quả mô phỏng quá trình va chạm của đầu đạn súng K54 vào tấm KEGPY
được trình bày tại hình 3.51.
Hình 3.51. Mô phỏ k ả ố đạ súng 54 ủa nanocompozit KEGPY
Kết quả mô phỏng cho thấy: một hình nón được hình thành ở mặt sau của
nanocompozit, các sợi vải tiếp tục bị đứt, hấp thụ ần động năng của viên đạn.
Đồng thời với uá trình đó là sự tách lớp o phá vỡ liên kết sợi nhựa và phát triển
tách lớp lan rộng ra o xung áp suất, góp phần hấp thụ động năng của viên đạn.
Page 113
101
Hình nón tiếp tục phát triển đến khi toàn bộ năng lượng của đầu đạn được hấp thụ
bởi mục tiêu, chuyển hoàn toàn thành năng lượng đứt sợi, năng lượng tách lớp,
nhiệt năng o ma sát... Kết quả cho thấy tấm nanocompozit có xu hướng bị hỏng
một phần kết cấu và sự tách lớp xảy ra đóng góp vào hấp thụ năng lượng của đầu
đạn, đặc trưng của nanocompozit mà hệ giáp vải không có được. Hình nón tạo thành
trong trường hợp giáp nanocompozit có độ sâu nhỏ hơn nhiều với hệ giáp vải sợi
xếp lớp, o đó tổn thương o xung lực phía sau ít hơn nhiều. Hình dạng của viên
đạn bị biến dạng một phần nhỏ, nguyên nhân là sự chảy ẻo o ứng suất, làm cho
đầu đạn tù, bẹt hơn dẫn đến số sợi vải tiếp xúc trực tiếp với đầu đạn tăng lên, làm
tăng khả năng hấp thụ năng lượng cho đến khi dừng lại hoàn toàn và có xu hướng
k o căng các sợi vải đến phá hu . Kết cấu chung của tấm nanocompozit ít bị ảnh
hưởng sau khi va chạm.
Hình 3.52. Đồ thị độ và vận tốc của đầ đạn súng K54 theo thời ia va
ạm với KEGPY
Kết quả cho thấy, sau thời gian khoảng 5x10-5
giây thì động năng đầu đạn về
0, chứng tỏ động năng của viên đạn đã bị hấp thụ hoàn toàn. Đồ thị vận tốc theo
phương Z cho thấy vận tốc viên đạn từ 420 về 0 m/giây và bị âm 26 m/giây rồi trở
về 0, chứng tỏ viên đạn đã bị chặn lại hoàn toàn và do phản hồi của tấm chống đạn
nên bị đẩy lại phía sau, sau đó viên đạn dừng lại do lực ma sát lỗ với vải sợi. Kết
quả mô phỏng khả năng chống đạn súng của KEGPY cho thấy vật liệu có khả
Page 114
102
năng chống đạn súng với 60 lớp vải, trong đó có 43 lớp vải Kevlar bị xuyên
thủng hoàn toàn.
b. Tấm CEGPY
Hình 3.53. Mô phỏng k ả ố đạ súng 54 ủa CEGPY
Hình .53 mô phỏng uá trình va chạm của đầu đạn súng với CEGPY,
cho thấy cơ chế hấp thụ tương tự như ở KEGPY, tuy nhiên do sợi vải cacbon cứng,
dòn hơn, độ ãn nhỏ hơn o đó cơ chế chủ yếu là đầu đạn bị biến ạng lớn hơn, làm
lực cản xuyên lớn, nhưng do độ ãn thấp nên sự tách lớp bị hạn chế làm cho số lớp
sợi bị phá hủy nhiều hơn.
Hình 3.54 Đồ thị độ a và vận tốc của đầ đạn súng K54 (b) theo thời
gia va ạm với CEGPY
Hình .54 biểu iễn đồ thị động năng và vận tốc của đầu đạn súng K54 khi
va chạm với CEGPY. Sau thời gian 5,5x10-5
giây thì vận tốc viên đạn về 0 và o
Page 115
103
phản hồi từ tấm nanocompozit nên bị bật lại phía sau. C GP có độ cứng cao hơn
nên vận tốc đầu đạn giảm nhanh hơn so với trường hợp KEGPY. Kết quả mô phỏng
quá trình va chạm đầu đạn súng K54 với tấm CEGPY cho thấy vật liệu này có khả
năng chống đạn súng K54 với 47 lớp vải bị xuyên thủng.
c. Na o om o it tổ vải s i a o evlar e o y GPY (CKEGPY)
Nghiên cứu của Lê Văn Thụ [97] và Vũ Đình hiêm [98] đã ch ra rằng, các
vật liệu kết hợp với vật liệu có độ cứng cao ở phía trước và vật liệu có độ bền, ẻo
ai ở phía sau sẽ làm tăng khả năng chống đạn. ế thừa luận điểm này, luận án đã
khảo sát khả năng chống đạn súng của CKEGPY với lớp vật liệu CEGPY ở
phía trước và lớp vật liệu EGPY ở phía sau.
ựng m hình chia ưới th ng số m phỏng
Xây ựng mô hình, chia lưới, thông số vật liệu của đầu đạn súng K54 như
trình bày tại mục 3.5.1.1. Thiết kế, chia lưới của vật liệu KEGPY được trình bày tại
mục a và của vật liệu CEGPY được trình bày tại mục b của phần khảo sát này.
Tấm chống đạn mô phỏng gồm 2 phần: tấm CEGPY ở phía trước và tấm
KEGPY ở phía sau được thay đổi theo t lệ sao cho tổng số lớp vải là 60 lớp.
Chia lưới mô hình của các đầu đạn là t tra, của tấm chống đạn là h xa, chia
lưới tấm trên với phần cạnh thành các phần ứng với số lớp của vải cacbon, tấm ưới
ứng với số lớp của vải Kevlar.
Hình 3.55. Mô ỏ k ả ố đạ s 54 ủa tấm CKEGPY
Page 116
104
ết ả m phỏng:
Kết quả mô phỏng khả năng chống đạn súng của nanocompozit tổ hợp
với 0 lớp vải cacbon, 0 lớp vải vlar, nhựa nền poxy, gia cường GPY được
trình bày tại hình . và hình . 6.
Hình .55 cho thấy đầu đạn sau khi va chạm với lớp vải cacbon thì phía
trước bị biến ạng và bẹt ra; đầu đạn tiếp tục xuyên sâu xuống lớp vải Kevlar, lúc
này o bị biến ạng nên nó xuyên ua các lớp vải Kevlar khó khăn hơn và bị hấp
thụ động năng nhanh chóng.
Hì .56. Đồ t ị vậ tố và động ủa đầ đạ súng 54 t eo t ời ia va
ạm với CKEGPY
Đồ thị động năng và vận tốc cho thấy viên đạn bị ừng lại hoàn toàn, đường
cong không nhẵn o bị biến ạng phình to nên tốc độ giảm không đều trong các
khoảng thời gian tiếp nhau.
ết uả mô phỏng các tấm CKEGPY với t lệ vải cacbon/kevlar khác nhau
được trình bày tại bảng 3.8.
Ta thấy, khi tăng độ dầy vải cacbon trong C GP thì o C GP có độ cứng
cao ở phía trước sẽ làm cho đầu đạn bị tù, bẹt nhiều hơn ẫn đến diện tích tiếp xúc
của nó với tấm nanocompozit nhiều hơn. Sự tăng iện tích tiếp xúc của đầu đạn với
tấm nanocompozit làm cho số lượng sợi sơ cấp tiếp xúc trực tiếp với đầu đạn tăng
Page 117
105
lên, sự lan truyền ứng suất và tác động lên các sợi thứ cấp nhiều hơn ẫn đến tấm
chống đạn hấp thụ năng lượng của đầu đạn tốt hơn, làm cho số lớp vải bị xuyên
thủng của tấm chống đạn được giảm xuống. Tuy nhiên khi độ dầy của CEGPY quá
cao lại làm số lớp thủng tăng lên o đầu đạn tuy bị biến dạng nhiều nhưng vận tốc
vẫn rất lớn sau khi xuyên qua phần vải cacbon, đến phần KEGPY chứa vải Kevlar,
lúc này mặc dù số lớp vải Kevlar bị thủng ít hơn nhưng phần vải cacbon lại bị thủng
hoàn toàn làm số lớp vải tổng thể bị thủng tăng lên. Kết quả khảo sát cho thấy tấm
CKEGPY chứa 20 lớp vải cacbon 0 lớp vải vlar cho khả năng chống đạn súng
tốt nhất và có số lớp xuyên ít nhất.
Bả .8. K ả ố đạ súng 54 ủa nanocompozit t eo t lệ vải
cacbon/Kevlar
STT Số lớp ải cac on e ar trong nanocompozit Số ớp thủng
1 0/60 43
2 10/50 42
3 20/40 39
4 30/30 45
5 60/0 47
3.5.2. 2. Kết quả mô phỏng với đạn súng AK47
a. Tấm KEGPY
Thiết lập tấm chống đạn kích thước 100x100 mm với góc va chạm giữa đạn
và tấm giáp là 90o. Mô hình mô phỏng gồm 2 phần: đầu đạn có cấu tạo và mô hình
như trình bày ở mục 3.5.1.1, tấm KEGPY chứa 140 lớp vải Kevlar. Thông số mô
phỏng của đầu đạn tương tự như trình bày tại mục 3.5.2.1 a và mẫu KEGPY tương
tự mục 3.5.2.1 b.
Hình 3.57 mô phỏng quá trình va chạm của đầu đạn súng AK47 với tấm
KEGPY dầy 30,8 mm (chứa 140 lớp vải Kevlar).
Page 118
106
Hình 3.57. Mô phỏ k ả ố đạ s AK47 ủa KEGPY
Cơ chế hấp thụ năng lượng xảy ra như với trường hợp súng ngắn . Đạn
súng 47 có khối lượng lớn hơn, vận tốc cao hơn nên động năng rất lớn do đó
tấm chắn cần có số lớp vải rất lớn để có thể hấp thụ hoàn toàn động năng của đầu
đạn súng AK47, đòi hỏi phải có bài toán tối ưu hóa khả năng chống đạn bằng cách
ùng vật liệu độ cứng cao hơn ở phía trước làm đầu đạn đặc biệt là phần lõi thép)
bị biến dạng, bẹt nhiều hơn, tăng iện tích tiếp xúc chống đạn.
Hình 3.58. Đồ thị độ và vận tốc của đầ đạn súng AK47 theo thời ia va
ạm với KEGPY
Hình 3.58 là đồ thị động năng và vận tốc của đầu đạn súng AK47 theo thời
gian. Sau thời gian 7x10-5
giây thì động năng của viên đạn đã bị hấp thụ hoàn toàn,
vận tốc đầu đạn súng AK47 từ 715 về 0 m/giây và bị phản lực từ tấm chắn đẩy
ngược lại rồi ừng hẳn o lực ma sát lỗ. Đồ thị vận tốc có ạng cong lên phía trên,
chứng tỏ động năng của đạn giảm chậm, lực cản xuyên nhỏ.
Page 119
107
Kết quả mô phỏng quá trình va chạm đầu đạn súng AK47 với tấm KEGPY
cho thấy viên đạn xuyên thủng và phá hủy 120/140 lớp vải Kevlar, số lớp vải bị phá
hủy rất lớn.
. Tấm CEGPY
Tiến hành mô phỏng tương tự với CEGPY: tấm chống đạn ầy 35 mm,
tương ứng với 1 0 lớp vải cacbon. Các thông số mô phỏng cho đầu đạn và tấm
compozit như trình bày ở phần 3.5.2.1.
ết uả mô phỏng cho thấy: tấm CEGPY có khả năng chống đạn súng
AK47, đầu đạn xuyên thủng và phá hủy 12 lớp vải cacbon, trong thời gian 9x10-5
giây. Kết quả cũng cho thấy đầu đạn súng AK47 bị tù bẹt nhiều hơn so với trường
hợp tấm GP tuy nhiên o C GP có độ cứng cao hơn và chứa vải cacbon dòn
nên phần tiếp xúc va chạm dễ bị nứt vỡ dẫn đến khả năng chống đạn không cao
hơn.
. Tấm CKEGPY
Xây ựng mô hình, chia lưới, thông số vật liệu của đầu đạn và tấm chống
đạn như trình bày tại mục .5.2.1.
Tấm chống đạn mô phỏng gồm 2 phần: tấm CEGPY ở phía trước và tấm
KEGPY ở phía sau được thay đổi theo t lệ sao cho tổng số lớp vải là 140 lớp. Kết
uả mô phỏng được trình bày tại hình 3.59.
Hình 3.59. Quá trình va chạm của đầ đạn súng AK47 vào tấm chố đạn
CKEGPY
Kết quả mô phỏng cho thấy cơ chế hấp thụ động năng th o nhiều giai đoạn
khác nhau. Ban đầu, đầu đạn va chạm với tấm nanocompozit sợi cacbon có độ bền
Page 120
108
cao, mô đun cao, cứng, làm đầu đạn bị biến dạng, đặc biệt là phần lõi chì và vỏ
đồng, chúng bị chảy ra nhanh chóng, bóc ần ra khỏi đầu đạn trong uá trình va
chạm. Phần lõi thép lộ ra và tiếp tục xuyên sâu hơn nữa, ần bị biến ạng o ma sát
và chảy mềm khi ứng suất vượt ngưỡng giới hạn chảy. Sau khi ua hết phần sợi
cacbon, lõi th p tiếp tục tác động vào phần sợi Kevlar, lúc này đầu đạn bị biến ạng
lớn ở phần trên nên tiếp xúc với một số lớn sợi Kevlar, đầu đạn ễ àng bị hấp thụ
động năng và bị ừng lại.
Đồ thị cho thấy động năng và vận tốc đầu đạn đều về 0 ở thời gian 7x10-5
s,
đầu đạn bị hấp thụ hoàn toàn động năng.
Hình 3.60. Đồ thị lư và vận tố đầ đạn s A 47 theo thời gian va
ạm với tấm CKEGPY
ết uả mô phỏng khả năng chống đạn súng AK47 ứng với t lệ số lớp vải
cacbon/Kevlar khác nhau trong CKEGPY được trình bày trong bảng 3.9.
Bả .9. ả ố đạ ủa vật liệ CKEGPY t eo t lệ số lớ vải
STT Số ớp ải cac on e ar trong nanocompozit Số ớp thủng
1 0/140 120
2 20/120 118
3 30/110 115
4 50/90 120
5 70/70 125
6 140/0 128
Page 121
109
Tương tự như trường hợp chống đạn súng K54, khả năng chống đạn súng
AK47 của C GP tăng lên khi tăng độ dầy vải cacbon đến một giới hạn rồi lại
giảm xuống. Kết quả khảo sát cho thấy tấm C GP chứa 0 lớp vải cacbon 110
lớp vải vlar cho khả năng chống đạn súng tốt nhất và có số lớp xuyên
thủng ít nhất.
3.5.3. Khảo sát khả năng chống đạn ng thử nghiệm thực tế theo tiêu chuẩn
NIJ 01.01.04, Hoa Kỳ.
* Chế tạo vật liệu CKEGPY
- Chế tạo tấm prepreg CEGPY của vải sợi cacbon phủ nhựa nền poxy, chứa
hàm lượng GPY %, hàm lượng nhựa là 0%.
- Chế tạo tấm pr pr g KEGPY của vải sợi vlar phủ nhựa nền poxy, chứa
hàm lượng GPY là %, hàm lượng nhựa 0%.
- Chế tạo các tấm chống đạn súng K54 và súng AK47 theo qui trình hai giai
đoạn như trình bày tại mục 2.3. Điều kiện chế tạo các tấm giáp được trình bày tại
bảng 3.10.
Hình 3.61. Tấm chố đạn compozit Kevlar/epoxy (a), CEGPY (b), CKEGPY (c)
Tiến hành bắn thử nghiệm thực tế các tấm chống đạn th o tiêu chuẩn N J
01.01.04, Hoa Kỳ tại trường bắn, kết quả được trình bày tại bảng 3.11 và 3.12.
(a) (b) (c)
Page 122
110
Hình 3.62. Thử nghiệm thực tế khả ố đạn
Bảng 3.10. Điều kiện chế tạo, bắn thử nghiệm tấm chố đạn
Mẫu
số
Th ng số tấm chống đạn Điều kiện thử
oại ải Số lớp
vải
Loại
súng
Loại đạn,
mm
Số lần
bắn
Cự ly bắn
m
K01 Kevlar/epoxy 60 K54 7,62x25 06 5
K1 KEGPY 60 K54 7,62x25 06 5
C1 CEGPY 60 K54 7,62x25 06 5
CK1 CKEGPY chứa 20 lớp
cacbon 0 lớp vlar 60 K54 7,62x25 06 5
K02 Kevlar/epoxy 140 AK47 7,62x39 06 15
K2 KEGPY 140 AK47 7,62x39 06 15
C2 CEGPY 140 AK47 7,62x39 06 15
CK2 CKEGPY chứa 0 lớp
cacbon 110 lớp vlar 140 AK47 7,62x39 06 15
Bảng 3.11. Kết quả bắn thử nghiệm với đạn 7,62x25 mm của súng K54
Mẫu số Điểm
bắn
Vận tốc đạn,
m/giây
Số lớp
vải xuyên thủng, lớp
Độ lún,
mm
K01
1 419 47 35,6
2 416 46 34,4
3 425 49 33,2
Page 123
111
4 421 51 34,2
5 419 52 36,3
6 417 51 35,1
TB 419,5 49,3 34,8
K1
1 416 40 25,2
2 421 42 25,4
3 418 42 25,1
4 422 43 26,3
5 415 43 26,5
6 420 44 27,1
TB 418,7 42,3 25,9
C1
1 417 45 22,5
2 421 46 22,8
3 422 46 23,4
4 416 47 23,7
5 418 48 24,1
6 423 49 24,4
TB 419,5 46,8 23,5
CK1
1 421 37 25,2
2 417 36 24,4
3 418 38 24,1
4 415 40 25,3
5 419 42 26,6
6 422 43 27,4
TB 418,7 39,3 25,5
ết uả bắn thử nghiệm thực tế chống đạn súng K54 cho thấy: các mẫu
compozit và nanocompozit đều có khả năng chống đạn súng K54 với đầu đạn lõi
thép 7,62x25 mm. Mẫu CKEGPY (CK1) cho khả năng chống đạn tốt nhất với số
lớp vải xuyên thủng trung bình 39,3/60 lớp, độ lún 25,5 mm; mẫu compozit
Page 124
112
Kevlar/epoxy có khả năng chống đạn kém nhất với số lớp vải xuyên thủng trung
bình 49,3/60 lớp, độ lún 34,8 mm. Tấm CKEGPY (CK1) có hiệu quả chống đạn cao
hơn 16, % so với tấm compozit Kevlar/epoxy. Kết quả cho thấy vai trò quan trọng
của chất gia cường GPY, làm tăng tính chất cơ học, tính bền nhiệt, tăng khả năng
truyền tải lực giữa nhựa và sợi, từ đó làm tăng hiệu quả chống đạn của vật liệu.
Kết cấu tấm chống đạn cũng góp phần cải thiện khả năng chống đạn của vật
liệu. Kết quả bắn thử nghiệm cho thấy mẫu CKEGPY (CK1) bị xuyên thủng trung
bình 39,3/60 lớp, còn tấm KEGPY (K1) bị xuyên thủng trung bình 42,3/60 lớp và
tấm CEGPY (C1) bị xuyên thủng trung bình 46,8/60 lớp. Như vậy, tấm CKEGPY
có kết cấu chống đạn tối ưu nhất, kết hợp được tính chất của hai loại vật liệu, vật
liệu ở phía trước có độ bền cao, độ cứng tốt là tấm CEGPY; vật liệu ở phía sau có
độ dẻo dai, linh hoạt là tấm KEGPY. Có thể giải thích như trong kết quả mô phỏng,
với lớp vật liệu bền, cứng ở phía trước có tác dụng làm cho đầu đạn bị tù, bẹt ra,
làm tăng iện tích tiếp xúc của nó với sợi vải khi va chạm với vật liệu mềm dẻo,
linh hoạt ở phía sau, làm tăng khả năng hấp thụ động năng của tấm compozit, nâng
cao hiệu quả chống đạn của vật liệu.
Hình 3.63. Kết quả bắn thử nghiệm compozit vải Kevlar/epoxy với đạn súng K54
Kết quả bắn thử nghiệm thực tế các tấm KEGPY, CEGPY, CKEPGY (số lớp
bị xuyên thủng lần lượt là 42,3; 46,8; 39,3 lớp) với đạn 7,62x25 mm của súng K54
cho thấy phù hợp với kết quả mô phỏng số (số lớp bị xuyên thủng qua mô phỏng
lần lượt là 43, 47, 39 lớp). Chứng tỏ phương pháp mô phỏng số có độ tin cậy cao,
cho kết quả sát với thử nghiệm thực tế, ứng dụng hiệu quả trong nghiên cứu vật liệu
chống đạn, giúp giảm số lần thử nghiệm thực tế, giảm chi phí chế tạo mẫu thực.
Page 125
113
Bảng 3.12. Kết quả bắn thử nghiệm với đạn 7,62x39 mm của súng AK47
Mẫu số Điểm
bắn
Vận tốc đạn,
m/giây
Số lớp
vải xuyên thủng, lớp
Độ lún,
mm
K02
1 722 137 34,5
2 714 136 34,1
3 720 138 35,7
4 721 139 36,8
5 716 Thủng Thủng
6 719 Thủng Thủng
TB 718,7 Thủng Thủng
K2
1 715 117 27,6
2 724 118 27,2
3 721 118 28,4
4 714 120 30,2
5 720 122 31,7
6 723 124 32,9
TB 719,5 119,8 29,7
C2
1 723 128 21,1
2 719 127 22,7
3 716 127 22,1
4 724 129 24,6
5 722 130 25,5
6 721 132 27,4
TB 720,8 128,8 23,9
CK2
1 717 115 23,6
2 714 114 24,2
3 715 115 24,7
4 720 118 25,2
5 718 118 26,7
6 716 119 27,9
TB 716,7 116,5 25,4
Page 126
114
Kết quả bắn thử nghiệm thực tế với đạn 7,62x39 mm của súng AK cho thấy:
Mẫu compozit Kevlar/epoxy 140 lớp không có khả năng chống đạn, tấm CEGPY,
GP , C GP đều có khả năng chống đạn. Mẫu CKEGPY (CK2) có khả năng
chống đạn tốt nhất (116,5 lớp), với độ lún thấp (25,4 mm), mẫu compozit
Kevlar/epoxy bị xuyên thủng nên không có khả năng chống đạn súng AK47. Có thể
thấy vai trò rõ n t hơn của vật liệu gia cường GPY, làm nâng cao hiệu quả chống
đạn của nanocompozit trong chống đạn cấp cao. Tấm CKEGPY (CK2) có kết cấu
chống đạn tối ưu, kết hợp được tính chất của hai loại vật liệu, vật liệu ở phía trước
có độ bền cao, độ cứng tốt là tấm CEGPY và vật liệu ở phía sau có độ dẻo dai, linh
hoạt là tấm KEGPY, làm tăng hiệu quả chống đạn.
Kết quả bắn thử nghiệm thực tế các tấm KEGPY, CEGPY, CKEPGY (số lớp
bị xuyên thủng lần lượt là 119,8; 128,8; 116,5 lớp) với đạn 7,62x39 mm của súng
AK cho thấy phù hợp với kết quả mô phỏng số (số lớp bị xuyên thủng qua mô
phỏng lần lượt là 120, 128, 115 lớp), sai số nhỏ, chấp nhận được. Kết quả cũng cho
thấy số lớp vải xuyên thủng, độ lún t lệ với vận tốc đầu đạn và số lần bắn: vận tốc
càng cao thì độ xuyên càng lớn và độ lún cao. hi tăng số lần bắn thì kết cấu của
tấm compozit càng bị hư hại thêm dần, do vậy số lớp bị xuyên và độ lún cũng tăng
dần theo số lần bắn.
Hình 3.64. Kết quả bắn thử nghiệm compozit vải Kevlar/epoxy với đạn súng
AK47
Qua khảo sát khả năng chống đạn của vật liệu bằng bắn thử nghiệm thực tế
cho thấy các tấm mẫu đều có khả năng chống đạn súng K54 với độ lún nằm trong
khoảng cho phép. Đối với đạn súng AK47, tấm compozit Kevlar/epoxy chứa 140
lớp vải không có khả năng chống đạn, còn các tấm mẫu khác đều có khả năng
Page 127
115
chống đạn tốt cho thấy vai trò của vật liệu gia cường GPY trong việc làm tăng khả
năng chống đạn của nanocompozit, tăng hiệu quả chống đạn lên 11,5% so với
compozit Kevlar/epoxy. Tấm CKEGPY có kết cấu chống đạn tối ưu, cho khả năng
chống đạn súng K54 và AK47 tốt nhất, thích hợp chế tạo các sản phẩm giáp chống
đạn như mũ chống đạn, áo giáp chống đạn, lá chắn chống đạn.
3.5.6. Đánh giá khả năng hấp thụ sóng điện từ của CKEGPY với mẫu CK1 và
CK2
Sau khi khảo sát khả năng chống đạn của các vật liệu nanocompozit cho thấy
các tấm CKEGPY cho khả năng chống đạn tốt nhất, luận án tiến hành khảo sát khả
năng hấp thụ sóng điện từ của các hệ vật liệu này với t lệ số lớp vải cacbon/Kevlar
lần lượt là 20/40 có độ dầy 13 mm (mẫu CK1) và 30/110 có độ dầy 28 mm (mẫu
CK2). Kết quả khảo sát được trình bày tại hình 3.65 và hình 3.66.
Hình 3.65. Tổn hao hấp thụ và phản xạ của mẫu vật liệu CKEGPY CK1
(a)
(b)
Page 128
116
Hình 3.66. Tổn hao hấp thụ và phản xạ của mẫu CKEGPY CK2
Kết quả cho thấy mẫu nanocompozit CK1 có khả năng hấp thụ sóng điện từ
tốt với tổn hao hấp thụ tốt nhất ở 10 GHz đạt -36 dB và tổn hao phản xạ tốt nhât ở
11,9 GHz đạt -48,2 dB. Mẫu CK2 có tổn hao hấp thụ tốt nhất ở 10 GHz đạt -37,3
dB và tổn hao phản xạ tốt nhất ở 10,04 GHz đạt -49,2 dB.
(a)
(b)
Page 129
117
ẾT N
1. Luận án đã chế tạo thành công các hệ vật liệu nanocompozit MWCNT/PPy,
graphen/PPy, MWCNT/PANi, graphen/PANi và khảo sát tính chất điện, khả
năng chịu nhiệt, hình thái học của chúng. ua khảo sát, đã lựa chọn được vật
liệu tối ưu là nanocompozit graphen/PPy với tính chất điện, nhiệt và khả năng
hấp thụ sóng điện từ tốt nhất ở hàm lượng graphen là %.
2. Đã chế tạo được các hệ vật liệu chống đạn trên cơ sở CEGPY và KEGPY, sử
ụng hệ nhựa đóng rắn nóng epoxy Epikote 815/DDM ở t lệ 100 22 (PKL) với
cùng chế độ công nghệ tối ưu ở hàm lượng nhựa 0%, nhiệt độ chế tạo 150oC,
áp suất p 150kg/cm2, thời gian p 0 phút. Hàm lượng GPY tối ưu là 5% với
CEGPY và % với KEGPY.
3. Khảo sát khả năng chống đạn của các hệ vật liệu CEGPY, KEGPY và
CKEGPY đối với đạn súng loại 7,62x25 mm lõi th p , đạn súng 47
loại 7,62x39 mm lõi th p bằng mô phỏng số trên cơ sở phần mềm auto yn
Ansys 12 cho thấy vật liệu CKEGPY có khả năng chống đạn tốt nhất. ết uả
bắn thử nghiệm cho thấy sự tương đồng giữa mô phỏng và thực tế. Tấm chống
đạn CKEGPY chứa 20 lớp vải cacbon 0 lớp vải Kevlar cho khả năng chống
đạn súng tốt nhất với số lớp bị xuyên thủng trung bình 39,3 lớp; tấm chống
đạn CKEGPY chứa 0 lớp vải cacbon 110 lớp vải Kevlar cho khả năng chống
đạn súng 47 tốt nhất với số lớp bị xuyên thủng trung bình 116,5 lớp.
4. Khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu KEGPY, CEGPY ở tần số 10 GHz
với hàm lượng GPY lần lượt là 5% và 3% cho kết uả hấp thụ tốt nhất. Khả
năng hấp thụ sóng điện từ của CKEGPY là tốt nhất so với CEGPY và KEGPY.
5. Luận án đã sử dụng vật liệu nanocompozit gia cường cho compozit vải sợi, tăng
tính chất cơ học, khả năng chống đạn, tăng độ dẫn, tăng khả năng hấp thụ sóng
điện từ của vật liệu. Chế tạo được vật liệu CKEGPY có khả năng hấp thụ sóng
điện từ và chống đạn súng K54, súng 47 tốt. ết uả luận án mở ra hướng
nghiên cứu vật liệu mới ứng ụng trong chế tạo giáp chống đạn có khả năng
ngụy trang hiệu uả trong các ứng dụng an ninh, quốc phòng, tránh bị phát hiện
bởi ra đa băng X nhằm nâng cao hiệu quả tác chiến khi chiến đấu.
Page 130
118
AN M C C C C N T N C N
1. Vũ Đình hiêm, Nguyễn Đức Nghĩa, Ngô Trịnh Tùng, Ngô Cao Long, Lê Văn
Thụ (2012), Nghiên c u kh ị á ộng va ch m t ộ cao của h v t
li r ơ ở phần mềm mô phỏng s Autodyn Ansys 11.0 và kiểm nghi m thực
t kh n của v t li u compozit v i sợi, Tạp chí Khoa học và Công
nghệ, Tập 50, số 1A, tr. 309-317.
2. Ngô Cao Long, Lê Văn Thụ, Nguyễn Đức Nghĩa, Ngô Trịnh Tùng, (2012),
Nghiên c u ch t o và kh o sát tính ch t của v t li u lai polypyrol (PPy) và sợi
nanocacbon, Tuyển tập báo cáo hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu
toàn quốc lần thứ 7, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, tr. 108-111.
3. Van Thu Le, Cao Long Ngo, Quoc Trung Le, Trinh Tung Ngo, Duc Nghia
Nguyen and Minh Thanh Vu, (2013), Surface modification and functionalization
of carbon nanotube with some organic compounds, Advances in Natural
Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, Vol.4 (3) 035017 (5pp).
4. Ngo Cao Long, Le Van Thu, Nguyen Duc Nghia, (2013), Fabrication and
electromagnetic wave absorption of polypyrrole/clay nanocomposites, Vietnam
Journal of Chemistry Vol.51 (5A), pp. 200-204.
5. Ngo Cao Long, Le Van Thu, Ngo Trinh Tung (2013), Influence of carbon
nanotubes content on the structure and properties of Kevlar/epoxy composite,
Vietnam Journal of Chemistry, Vol.51 (5A), pp. 205-210.
6. Ngô Cao Long, Lê Văn Thụ, Ngô Trịnh Tùng, Nguyễn Đức Nghĩa, Vũ Minh
Thành (2015), Nghiên c u ch t o và kh o sát kh p th n t của
v t li u compozit Kevlar/epoxy/PANi-MWCNT, Tạp chí Hóa học, T.53 (5e1), tr.
168-172, ISSN 0866-7144.
7. Ngo Cao Long, Bui Thi Thu Thuy, Le Van Thu, Nguyen Van Thao, Vu Minh
Thanh (2015), Fabrication conditions of the optimal carbon fabric/epoxy
composite using heat-curing epoxy resin, Vietnam Journal of Chemistry, Vol.53
(5e1), pp. 177-181, ISSN 0866-7144.
8. Ngô Cao Long, Lê Văn Thụ, Ngô Trịnh Tùng, Nguyễn Đức Nghĩa, Ch t o và
kh o sát tính ch t nanocompozit graphen/polypyrol, Tạp chí Khoa học và công
nghệ, T.53, ISSN 0866-708X.
Page 131
119
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đỗ Quang Kháng, V t li u polyme - T p 2: V t li yme í a ;
Khoa Học Tự Nhiên Và Công Nghệ 2013.
2. Đỗ Quang Kháng, V t li u polyme - T p 1: v t li yme ơ ở; Khoa Học Tự
Nhiên Và Công Nghệ 2013.
3. Nguyễn Đức Nghĩa, P yme a r nano; NXB
hoa học Tự nhiên và Công nghệ Hà Nội 2008.
4. Masato Tadokoro Sook Wai Phang, Jiro Watanabe, Noriyuki Kuramoto,
Microwave absorption behaviors of polyaniline nanocomposites containing
TiO2 nanoparticles, Current Applied Physics, 2008, 8, 391-394.
5. Karen I. Winey Fangming Du, John E. Fischer, A Coagulation Method to
Prepare Single-Walled Carbon Nanotube/PMMA Composites and Teir
Modulus, Electrical Conductivity and Termal Stability, University of
Pennsylvania Scholarly Commons, 2003.
6. Pramoda K.P. Wang M., Goh S.H., Enhancement of interfacial adhesion and
dynamic mechanical properties of poly(methyl methacrylate)/multiwalled
carbon nanotube composites with amine-terminated poly(ethylene oxide),
Carbon, 2006, 44 (4), 613-617.
7. Muhammad Hans Arnaldo Petra Pötschke, Hans-Joachim Radusch, Percolation
behavior and mechanical properties of polycarbonate composites filled with
carbonblack/carbonnanotubes ystems, POLIMERY , ,, 2012, 57 (3), 204-211.
8. Thái Hoàng, ymer b e ; Bộ sách chuyên khảo ứng ụng và phát
triển công nghệ cao m a am, 2011.
9. Ran Yi Yongbo Li, Aiguo Yan, Lianwen Deng, Kechao Zhou, Xiaohe Liu,
Facile synthesis and properties of ZnFe2O4 and ZnFe2O4/polypyrrole core-shell
nanoparticles, Solid State Sciences, 2009, 11, 1319-1324.
10. Li Du Xin Ou Bao Li, Preparation of polystyrene/silica nanocomposites by
radical copolymerization of styrene with silica macromonomer, Science in
China Series B: Chemistry, 2007, 50 (3), 385-391.
Page 132
120
11. Jerome P.Claverie Jean Christophe Daigle, A Simple Method for Forming
Hybrid Core-Shell Nanoparticles Suspended in Water, Journal of
Nanomaterials, 2008 2008.
12. Marcus J. Smith, Aluminum core-shell nanoparticles: synthesis, properies and
applications, University of Dayton, the School of Engineering, 2010.
13. David R Bowler U. Terranova, Coating TiO2 Anatase by Amorphous Al2O3:
Effects on Dyes Anchoring Through Carboxyl Groups, The Journal of Physical
Chemistry C, 2012, 116 (7), 4408-4415.
14. Mario Gauthier Vo Thu An Nguyen, Olivier Sandre Templated Synthesis of
Magnetic Nanoparticles through the Self-Assembly of Polymers and
Surfactants, Nanomaterials 2014, 4 (3), 628-685.
15. ChangKookHong JeongwooLee, SoonjaChoe, SangEunShima, Synthesis of
polystyrene/silica composite particles by soap-free emulsio polymerization
using positively charged colloidal silica, Journal of Colloid and Interface
Science, 2007, 310, 112-120.
16. Swaruparani Sridhar Pande, Mahesh D. Bedre, Ravishankar Bhat, Raghunadan
Deshpande, A. Venkataraman, Synthesis, Characterization and Studies of
PANI-MMT Nanocompoisites Nanoscience and Nanotechnology, 2012, 2 (4),
90-98.
17. Manju Arora Parveen Saini, Microwave Absorption and EMI Shielding
Behavior of Nanocomposites Based on Intrinsically Conducting Polymers,
Graphene and Carbon Nanotubes, Licensee InTech, 2012, 3, 71-112.
18. Sagadavan Murali Kassim Anuar, Adzmi Fariz, H. N. M. Mahmud Ekramul,
Conducting Polymer / Clay Composites: Preparation and Characterization,
Materials Science, 2004, 10 (3), 255-258.
19. Meng Meng Li Yun Ze Long, Changzhi Gu, Meixiang Wan, Jean Lu Duvail,
Zongwen Liu, Zhiyong Fan, Recent advances in synthesis, physical properties
and applications of conducting polymer nanotubes and nanofibers, Progress in
Polymer Science 2011, 36, 1415- 1442.
Page 133
121
20. Jong Woo Lee Won Jun Lee, Chun Gon Kim, Characteristics of an
electromagnetic wave absorbing composite structure with a conducting polymer
electromagnetic bandgap (EBG) in the X-band, Composites Science and
Technology, 2008, 68, 2485-2489.
21. Jean Luc Wojkiewicz Belkacem Belaabeda, Saad Lamouria, Noureddine El
Kamchib, Tuami Lasri, Synthesis and characterization of hybrid conducting
composites based on polyaniline/magnetite fillers with improved microwave
absorption properties, Journal of Alloys and Compounds, 2012, 527, 137- 144.
22. Veena Choudhary Parveen Saini, KN Sood, SK Dhawan, Electromagnetic
interference shielding behavior of polyaniline/graphite composites prepared by
in situ emulsion pathway, Journal of applied polymer science, 2009, 113 (5).
23. Lloyd Lumata Keesu Jeon, Takahisa Tokumoto, Eden Steven, James Brooks,
Rufina G. Alamo, Low electrical conductivity threshold and crystalline
morphology of single-walled carbon nanotubes e high density polyethylene
nanocomposites characterized by SEM, Raman spectroscopy and AFM,
Polymer, 2007, 48, 4751-4764.
24. Michael H. Santare Brian B. Johnson, John E. Novotny, Suresh G. Advani,
Wear behavior of Carbon Nanotube/High Density Polyethylene composites,
Mechanics of Materials, 2009, 41, 1108-1115.
25. Fatima R. Varanda S. Kanagaraj, Tatiana V. Zhiltsova, Monica S.A. Oliveira,
Jose A.O. Simoes, Mechanical properties of high density polyethylene/carbon
nanotube composites, Composites Science and Technology, 2007, 67, 3071-
3077.
26. Gang Bai Zunfeng Liu, Yi Huang, Feifei Li, Yanfeng Ma, Tianying Guo,
Xiaobo He, Xiao Lin, Hongjun Gao, and Yongsheng Chen, Microwave
Absorption of Single-Walled Carbon Nanotubes/Soluble Cross-Linked
Polyurethane Composites, The Journal of Physical Chemistry, 2007, 111 (C),
13696-13700.
27. Heather Rhoads Olga Matarredona, Zhongrui Li, Jeffrey H. Harwell, Leandro
Balzano, Daniel E. Resasco, Dispersionof Single-Walled Carbon Nanotubes in
Page 134
122
Aqueous Solutions of the Anionic Surfactant NaDDBS, The Journal of Physical
Chemistry B, 2003, 107, 13357-13367.
28. Trisha Huber Darren A. Makeiff, Microwave absorption by polyaniline–carbon
nanotube composites, Synthetic Metals, 2006, 156, 497-505.
29. Richard Piner Kevin D. Ausman, Oleg Lourie, Rodney S. Ruoff, Organic
Solvent Dispersionsof Single-Walled Carbon Nanotubes Toward Solutions of
Pristine Nanotubes, American Chemical Society, 2000.
30. J.E. Tercero S.R. Bakshi, A. Agarwal, Synthesis and characterization of
multiwalled carbon nanotube reinforced ultra high molecular weight
polyethylene composite by electrostatic spraying technique, Composites: Part
A, 2007, 38, 2493-2499.
31. M. Tehranib A.Y. Boroujenia, A.J. Nelsona, M. Al-Haik, Hybrid carbon
nanotube–carbon fiber composites with improved in-plane mechanical
properties, Composites Part B: Engineering, 2014, 66, 475-483.
32. Majid Karimib Ehsan Moaseria, Morteza Maghrebia, Majid Baniadam,
Fabrication of multi-walled carbon nanotube–carbon fiber hybrid material via
electrophoretic deposition followed by pyrolysis process, Composites Part A:
Applied Science and Manufacturing, 2014, 60, 8-14.
33. G. Andrei L. Ciupage, D. Dima, M. Murarescu, Specific heat and thermal
expansion of polyester composites containing singlewall, mutiwall and
functionalized carbon nanotubes, Digest Journal of Nanomaterials and
Biostructures, 2013, 8 (4), 1611 - 1619.
34. Wei X. Lee C., Kysar JW., Hone J., Measurement of the elastic properties and
intrinsic strength of monolayer graphene, Science in China Series B: Chemistry,
2008 321 (5887), 385-388.
35. A. A. Abdala T. Ramanathan, S. Stankovich, D. A. Dikin, M. Herrera Alonso,
R. D. Piner, D. H. Adamson, H. C. Schniepp, X. Chen, R. S. Ruoff, S. T.
Nguyen, I. A. Aksay, R. K. Prud Homme, L. C. Brinson, Functionalized
graphene sheets for polymer nanocomposites, Nature Nanotechnology, 2008, 3,
327 - 331.
Page 135
123
36. Wenjing Ni, Biao Wang,Hua Ping Wang, Yumei Zhang, Fabrication and
Properties of Carbon Nanotube and Poly(vinylalcohol) Composites, Journal of
Macromolecular Science, 2006, 45, 659-664.
37. Javad Rafiee Mohammad A Rafiee, Zhou Wang, Huaihe Song, Zhong Zhen Yu,
Nikhil Koratkar, Enhanced mechanical properties of nanocomposites at low
graphene content, ACS nano, 2009, 3 (12), 3884-3890.
38. Huang L. Liang J. , Li N. , Huang Y. , Wu Y., Fang S. , Oh J., Kozlov M., Ma
Y., Li F., Baughman R., Chen Y. , Electromechanical actuator with
controllable motion, fast response rate, and high-frequency resonance based on
graphene and polydiacetylene, ACS Nano, 2012, 6 (5), 4508-4519.
39. Zhou X. Liu Q., Fan X., Zhu C., Yao X., Liu Z., Mechanical and thermal
properties of epoxy resin nanocomposites reinforced with graphene oxide,
Polym.Plast. Technol. Eng. , 2012, 51 (3), 251-256.
40. Bao Y. Pang H., Lei J., Tang J.H., Ji X., Zhang W.Q., Chen C. , Segregated
conductive ultrahigh-molecular-weight polyethylene composites containing
high-density polyethylene as carrier polymer of graphene nanosheets, Polymer-
Plastics Technology and Engineering, 2012, 51 (14), 1483-1486.
41. Xu G. Pan B., Zhang B., M, X,, Li H., Zhang Y., Preparation and tribological
properties of polyamide 11 graphene coatings, Polymer-Plastics Technology
and Engineering, 2012, 51 (11), 1163-1166.
42. L. Ouattara C. Jiang, C. Ingrosso, M.L. Curri, V. Krozer, A. Boisen, M.H.
Jakobsen, T.K. Johansen, Microwave absorption properties of gold nanoparticle
doped polymers, Solid-State Electronics, 2011, 57, 19-22.
43. Naiqin Zhao Tianchun Zou, Chunsheng, Jiajun Li, Microwave absorbing
properties of activated carbon fibre polymer composites, Bulletin Material
Science, 2011, 34 (1), 75-79.
44. Wei Dong Zhang Hong Mei Xiao, Shao Yun Fu One-step synthesis,
electromagnetic and microwave absorbing properties of a-FeOOH/polypyrrole
nanocomposites, Composites Science and Technology, 2010, 70 909-915.
Page 136
124
45. Vinoy K. J.; Jha R. M., Radar Absorbing Materials: From theory to Design
and Characterization; Kluwer Academic Publishers Boston 2011.
46. Mirabel Cerqueira Rezende Luiza de Castro Folgueras, Multilayer Radar
Absorbing Material Processing by Using Polymeric Nonwoven and Conducting
Polymer, Materials Research, 2008, 11, 245-249.
47. J. Kapelewski, On Current and Prospective Use of Binary Thin Multilayers in
Radar Absorbing Structures, Acta physica polonica A, 2013, 124
48. Kuldeep Singh Namita Gandhi, Anil Ohlan, D.P. Singh, S.K. Dhawan,
Thermal, dielectric and microwave absorption properties of polyaniline–
CoFe2O4 nanocomposites, Composites Science and Technology, 2011, 71 1754-
1760.
49. A. Asadnia Seyed Hossein Hosseini, Polyaniline/Fe3O4 coated on MnFe2O4
nanocomposite: Preparation, characterization, and applications in microwave
absorption, International Journal of Physical Sciences, 2013 Vol. 8(22), pp.
1209-1217.
50. Anil Ohlana Kuldeep Singha, A.K. Bakhshia, S.K. Dhawan, Synthesis of
conducting ferromagnetic nanocomposite with improved microwave absorption
properties, Materials Chemistry and Physics, 2010, 119 201-207.
51. Eva Håkanssonb Akif Kaynaka, Andrew Amiet, The influence of
polymerization time and dopant concentration on the absorption of microwave
radiation in conducting polypyrrole coated textiles, Synthetic Metals, 2009, 159,
1373-1380.
52. Segal C. L., High-Performance Organic Fibers, Fabrics and Composites for Soft
and Hard Armor Applications, Proceedings of the 23rd International SAMPE
Technical Conference, 1991, 651±660
53. S. J. Savage, Defence applications of nanocomposite materials, Swedish defence
research agency, 2004.
54. Bhatnaga Lin L. C., A., Chang H. W., Ballistic Energy Absorption of
Composites, Proceedings of the 22rd International SAMPE Technical
Conference, 1990, 1, 13-17.
Page 137
125
55. Travis A. Bogetti Bryan A. Cheeseman, Ballistic impact into fabric and
compliant composite laminates, Composite Structures, 2003, 61 161-173.
56. Cunniff P. M., An Analysis of the System Effects in Woven Fabric Under
Ballistic Impact, Textile Research Journal, 1992, 62 (9), 495-509.
57. Williams C. Figucia F., Kirkwood B., Koza W., Mechanisms of Improved
Ballistic Fabric Perfornance, Proceedings for the Army Science Conference,
1982, 1, 383-397
58. Goldsmith W. Zhu G., Dharan C. K. H., Penetration of Laminated Kevlar by
Projectiles. II. Analytical Model, International Journal of Solids and Structures,
1992, 29 (4), 421-436
59. Walsh T. F. Lee B. L., Won S. T., Patts H. M., Song J. W., Mayer A. H.,
Penetration Failure Mechanisms of Armor-Grade Fiber Composites under
Impact, Computational Materials Science, 2001, 35 (18), 1605±1633
60. Sierakowski R. L. akeda N., Ross C.A., Malvern, L. E., Delamination Crack
Propagation in Ballistically Impacted Glass/Epoxy Composite Laminates,
Experimental Mechanics, 1982, 22, 19-25.
61. Lucio Fabio Cassiano Nascimento Andreia Leite dos Santos Alves, Joao Carlos
Miguez Suarez, Material Performance Influence of weathering and gamma
irradiation on the mechanical and ballistic behavior of UHMWPE composite
armor, Polymer Testing, 2005, 24, 104-113.
62. G. Arakere M. Grujicic, T. He, W.C. Bell, B.A. Cheeseman, C.-F. Yen, B.
Scott, A ballistic material model for cross-plied unidirectional ultra-high
molecular-weight polyethylene fiber-reinforced armor-grade composites,
Materials Science and Engineering, 2008, 498 (A), 231-241.
63. Figucia F., Energy Absorption of Kevlar Fabrics Under Ballistic Impact,
Proceedings for Army Science Conference 1982.
64. J. W. Song, Egglestone, G. T., Thermoplastic Composites for Ballistic
Applications, Doctorate Thesis, UMass Lowell 2004, Closed session, 108-119.
65. Egglestone G. T. Song J. W., Investigation of the PVB/PF Ratios on the
Crosslinking and Ballistic Properties in Glass and Aramit Fiber Laminate
Page 138
126
Systems, Proceedings of the 19th International SAMPE Technical Conference,
1987, 108±119.
66. B. L. Lee, Song, J. W. and Ward, J. E., Failure of SpectraÕ Polyethylene Fiber-
Reinforced Composites Under Ballistic Impact Loading, J. Composite
Materials, 1994, 28, 13, 1202±1226
67. Patts H. M., Ballistic Impact Damage and Penetration Mechanics of Fiber-
Reinforced Composite Laminates, PhD Thesis, Dept. of Engineering Science
and Mechanics, The Pennsylvania State University 2000.
68. G. Arakere M. Grujicic, T. He, W.C. Bell, P.S. Glomski, B.A. Cheeseman,
Multi-scale ballistic material modeling of cross-plied compliant composites,
Composites, 2009, 40 (Part B), 468-482.
69. Prosser R. A. Cohen S. H., King A., Desper C. R., Analysis of Ballistically
Coused Damage in Some Test Panel Fibers, US Army Natick RDE Center
Technical Report, 1992, 92, 032-037.
70. Martin H.Sadd, Ballistic Resistance of Personal Body Armor Elsevier
Butterworth-Heinemann, 2005.
71. Inc Ansys, theory reference for ANSYS and ANSYS workbench, 2007.
72. H. Matsuo T. Hiroe, K. Fujiwara, T. Abe, K. Kusumegi, T. Katoh, Dynamic
behavior of material sinduced by explosive loadings initiate dusing wire
explosion techniques, Journal of Materials Processing Technology, 1999, 85,
56-59.
73. F. Schafer S. Ryan, M. Guyot, S. Hiermaier, M. Lambert, Characterizing the
transient response of CFRP/AlHC spacecraft structures induced by spaced ebris
impact at hypervelocity, International Journal of Impact Engineering, 2008, 35,
1756-1763.
74. D.R. Scheffler J. A. Zukas, Impact effects in mutilayered plates, International
Journal of Solids and Structures, 2001, 38, 3321-3328.
75. C.C ismasiu M.A.G. Silva, C.G. Chiorean, Numerical simulation of ballistic
impact on composite laminates, International Journal of Impact Engineering,
2005, 31, 289-306.
Page 139
127
76. Saeed Moaveni, Finite element analysis; Prentice Hall: New Jersey, USA,
1999.
77. Centrury Dynamic, Ansys Autodyn user manual, 2007.
78. USA, NIJ Standard–01.01.04 Ballistic Resistance of Personal Body Armor
U.S. Department of Justice Office of Justice Programs National Institute of
Justice 2000.
79. China, GA141-2010 Police ballistic resistance of body armor. 2010.
80. NATO, STANAG 4569 Protection Levels for Occupants of Logistic and Light
Armored Vehicles. 2004.
81. Russia, Gost R 50744-95. 1995.
82. Hansen J. V. E., Development of Improved Lightweight Ballistic Armor, US
Army Natick Research, Development and Engineering Center 1984.
83. A.O. Surendranathan R.V. Kurahatti, S. A. Kori, Nirbhay Singh, A.V. Ramesh
Kumar, Saurabh Srivastava† , Defence Applications of Polymer
Nanocomposites, Defence Science Journal, 2010, 60, 551-563.
84. Johnson M. H. J. Halpern O., Wright R. W., Isotropic absorbing layers, US
Patent 2951247, 1960.
85. Roberto Pastore Davide Micheli, Antonio Vricella, Ramon Bueno Morles,
Mario Marchetti, Synthesys of radar absorbing materials for stealth aircraft by
using nanomaterials and evolutionary computation, 29th Congress of the
Interantional Council of the Aeronautical Sciences, Russia, 2014.
86. R. Ashok Kumar, Stealth Technology, Semina report, Department of
Electronics and Communication Engineering, 2014.
87. Paul Saville, Review of Radar Absorbing Materials, Defence R&D Canada –
Atlantic, January 2005.
88. Severin H. Meyer E., Absorption devices for electromagnetic waves and their
acoustic analogies, H. Zeitschrift fur angewandte Physik 1956, 8, 105-114.
89. Severin H. Meyer E., Umlauft G., Resonance absorbers of electromagnetic
waves, G. Zeitschrift fur Physik 1954, 138, 465-477.
Page 140
128
90. A. Abdolali H. Oraizi, and N. Vaseghi, Application of double zero
metamaterials as radar absorbing materials for the reduction of radar cross
section, Progress In Electromagnetics Research, 2010, 101, 323-337.
91. Yang Fang Zhifu He, Xiaojuan Wang, Hua Pang, Microwave absorption
properties of PANI/CIP/Fe3O4 composites, Synthetic Metals, 2011, 161 420-
425.
92. Yu. Noskov M.V. Petrychuk, S.A. Pud, V.F. Kovalenko1, A.A. Pud,
Microwave Absorbing by Conducting Hybrid Nanocomposites Based on
Magnetite Nanoparticles, Proceeding of the international conference
nanomaterials: applications and properties, 2012, 1 (2), 23-27
93. Bùi Công Khê, Nghiên cứu ứng dụng vật liệu aramit (kevlar) và composite của
nó để chế tạo áo và khiên chống đạn, đề tài cấp Bộ Khoa học và Công nghệ
Việt Nam, 2003.
94. Tạ Văn hoa, Nghiên cứu chế tạo áo giáp chống đạn trên cơ sở gốm Al2O3
tăng bền bằng nano Zr 2, Đề tài cấp nhà nước, 2012.
95. Nguyễn Văn Chất, Tiếp nhận chuyển giao công nghệ sản xuất vật liệu gốm
chống đạn, tấm chống đạn từ chuyên gia Cuba, Đề tài cấp Bộ Công an, 2008.
96. Lê Quốc Trung, Nghiên cứu tổng quan về khoa học và công nghệ nanô; Ứng
dụng chế tạo vật liệu tổ hợp từ ống nanô cácbon, sợi cácbon và polyme nhiệt
dẻo sử dụng làm tấm chống đạn, Đề tài NCKH cấp Bộ Công an, 2010.
97. Lê Văn Thụ, Chế tạo, nghiên cứu tính chất và khả năng chống đạn của vật liệu
tổ hợp sợi cacbon - ống cacbon nano với sợi tổng hợp, Luận án tiến sĩ, Vi n
Hoá h c, Vi n Khoa h c và công ngh Vi t Nam, 2011.
98. Vũ Đình hiêm, Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chống đạn trên nền
polyme có sợi gia cường, luận án tiến sĩ, Vi n Khoa h c và công ngh quân sự,
Bộ qu c phòng, 2012.
99. Nguyễn Đức Nghĩa, Nghiên cứu tính chất hấp thụ sóng rada của vật liệu tàng
hình từ conducting polyme, T p chí Hóa h c, 2003 T. 41, 127 - 131.
Page 141
129
100. Vũ Đình Lãm, Điều khiển các tính chất của vật liệu metamaterials bằng các
tham số cấu trúc nhằm ứng dụng vào việc thay đổi hướng đi của sóng điện từ
Đề tài Viện Khoa học vật liệu, 2010.
101. Vũ Đình Lãm, Chế tạo vật liệu tàng hình không phản xạ sóng rada trong
vùng tần số 2-1 GHz Đề tài Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam 2012.
102. Hoàng Anh Tuấn, Nghiên cứu tổng hợp và chế tạo sơn ngụy trang hấp thụ
sóng điện từ ra ar trên cơ sở polyme dẫn chứa ferocen và spinel ferit, luận án
tiến sĩ, Đ i h c Khoa h c Tự nhiên - Đ i h c Qu c gia Hà Nội, 2010.
103. Phạm Minh Tuấn, Nghiên cứu tổng hợp và chế biến ẫn xuất P Ni ứng ụng
chế tạo vật liệu bảo vệ, luận án tiến sĩ, a ự
2014.
104. Đỗ Thành Việt, Nghiên cứu chế tạo và tính chất hấp thụ tuyệt đối sóng vi ba
của vật liệu Meta (Metamaterials), luận án tiến sĩ, Trườ Đ i h c Bách khoa
Hà Nội, 2015.
105. Veena Choudhary Parveen Sainia, B.P. Singhc, R.B. Mathurc, S.K. Dhawan,
Enhanced microwave absorption behavior of polyaniline-CNT/polystyrene
blend in 12.4–18.0 GHz range, Synthetic Metals, 2011, 161 1522- 1526.