1
GIỚI THIỆU
1. Vấn đề nghiên cứu.
Hiện nay, ở Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung, nhu cầu về năng lượng điện
ngày một tăng cao, trong khi đó các nhà máy điện sử dụng các nguồn năng lượng truyền
thống như thủy điện, nhiệt điện,… đang ngày càng cạn kiệt và mất cân bằng sinh thái, ô
nhiễm môi trường. Bởi vậy, việc sử dụng nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo như
năng lượng gió, năng lượng mặt trời,… là một xu hướng đang phát triển mạnh trên thế
giới.
Trên thế giới:
Việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo từ gió ngày càng được quan tâm ở nhiều
quốc gia trên thế giới như Đức, Mỹ, Pháp, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Trung Quốc, Đan
Mạch,…là những nước có lịch sử phát triển hệ thống máy phong điện từ lâu đời và vẫn phát
triển mạnh mẽ cho đến ngày nay.
Ở Việt Nam:
Việc sử dụng năng gió cũng đang được quan tâm nhưng ở mức thấp.
Song tất cả các máy móc thiết bị của máy phong điện đều được nhập khẩu từ nước
ngoài với giá thành tương đối cao
* Các nghiên cứu
Các nghiên cứu về lĩnh vực turbine gió vẫn được nhiều nhà khoa học trên thế giới
đặc biệt quan tâm trong những năm gần đây là những nghiên cứu về chế tạo cánh turbine
gió trên các tạp chí khoa học hay trên các bài báo: “Sử dụng sợi carbon trong thiết kế chế
tạo cánh turbine gió” được đăng trên tạp chí SAND 2000- 0478 phát hành in tháng 3
năm 2000, quy trình sản xuất cánh [16], kỹ thuật và sản xuất cánh turbine gió bằng vật
liệu composite [17],…
Ở Việt Nam cũng có một số nghiên cứu về cánh turbine gió, nhưng những nghiên
cứu đó chỉ dừng lại ở việc mô hình hóa cánh turbine
Tuy nhiên, công nghệ chế tạo cánh turbine gió không được công bố hoặc nếu có
thì chỉ ở mức độ rất hạn chế kể cả trên các tạp chí khoa học hay sách chuyên khảo. Để có
thể nắm bắt được công nghệ chế tạo cánh turbine bằng vật liệu composite lớp chúng ta
bắt buộc phải tự nghiên cứu và thử nghiệm. Với đề tài “Thiết kế quy trình công nghệ và

Chương 3: Chế tạo mẫu vật liệu composite lớp và xác định cơ tính. Chương này trình
bày về việc chế tạo mẫu, chuẩn bị máy móc, trang thiết bị cần thiết để thí nghiệm, kế
hoạch, kết quả thí nghiệm và đánh giá.
Chương 4: Thử nghiệm chế tạo cánh và đánh giá kết quả.
Các kết luận và đề xuất nghiên cứu tiếp theo được trình bày trong phần cuối cùng của
luận văn.
3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO
VẬT LIỆU COMPOSITE
Giới thiệu:
Chương này giới thiệu về vật liệu composite, thành phần, tính chất và ứng dụng
vật liệu trong kỹ thuật và đời sống. Ngoài ra, chương này còn giới thiệu các loại vật liệu
nền, cốt và công nghệ chế tạo các kết cấu tấm, vỏ bằng vật liệu composite
1.1. Giới thiệu vật liệu composite và ứng dụng
1.1.1. Giới thiệu vật liệu composite
Vật liệu composite là vật liệu nhiều pha: trong đó các pha khác nhau về bản chất,
không hòa tan lẫn nhau và phân cách với nhau bằng ranh giới pha. Phổ biến nhất là loại
composite 2 pha:
- Pha liên tục trong toàn khối gọi là nền
- Pha phân bố gián đoạn được nền bao quanh gọi là cốt
Vật liệu composite rất phong phú, đa dạng, được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực
kỹ thuật và đời sống do các đặc điểm ưu việt của nó:
- Gía thành rẻ hơn thép không rỉ
- Tỷ số tính chất cơ lý/giá cả và tỷ số tính chất cơ lý/khối lượng thì cao hơn sắt
thép rất nhiều
- Nhẹ hơn nhôm
- Phương pháp gia công và chế tạo đa dạng
- Dễ tạo hình, thay đổi và sửa chữa
- Tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao, cứng vững, chịu va đập uốn, kéo tốt

• Composite nền kim loại ;
• Composite nền gốm ;
5
1.3. Công nghệ chế tạo các kết cấu dạng tấm, vỏ bằng vật liệu composite
Các công nghệ được sử dụng trong chế tạo sản phẩm bằng vật liệu composite bao
gồm: phương pháp chế tạo thủ công và chế tạo công nghiệp
1.3.1.Chế tạo thủ công
a. Phương pháp lăn ép
Một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong chế tạo sản phẩm
bằng vật liệu composite là phương pháp chế tạo thủ công. Phương pháp thủ công sử dụng
khuôn hở, có thể sử dụng khuôn dương hoặc khuôn âm.
Hình 1.10. Chế tạo vật liệu composite bằng phương pháp lăn ép
Quy trình chế tạo gồm các bước chính như sau:
- Quét phủ lớp hỗ trợ tháo khuôn lên bề mặt khuôn;
- Phủ lớp tạo bề mặt sản phẩm (gel-coat) có tác dụng bảo vệ lớp vật liệu composite
tránh tác hại của điều kiện ngoài trời khắc nghiệt như: nhiệt độ, ánh sáng, thời tiết, khí
hậu,…(tương tự như phủ lớp sơn bảo vệ gỗ, kim loại)
- Phủ nhựa nền trên lớp tạo bề mặt có tác dụng bảo vệ cốt khỏi bị hư hỏng do tấn
công của môi trường, định hình kết cấu, cách điện, tăng độ dẻo dai,
- Rải lớp vật liệu cốt trên lớp nhựa nền có tác dụng chịu lực, chịu ứng suất tập
trung;
- Dùng con lăn để lăn ép vật liệu cốt với nhựa nền tạo môi trường liên kết giữa nền
và cốt, tránh hiện tượng rỗ khí;
- Qúa trình lặp đi lặp lại cho đến khi đủ số lớp theo thiết kế.
Sau khi quá trình rải vật liệu cốt và thấm nhựa nền đã hoàn thành, sản phẩm được
để đông kết tại nhiệt độ môi trường. Tốc độ đông kết của sản phẩm phụ thuộc theo loại
vật liệu nền, độ dày sản phẩm, nhiệt độ môi trường và độ dẫn nhiệt của vật liệu khuôn.
Để tăng tốc độ đông kết và giảm thời gian tháo khuôn, các sản phẩm có kích thước nhỏ
được đưa vào lò sấy; các sản phẩm có kích thước lớn hơn có thể được sấy bằng khí nóng.
Phản ứng tỏa nhiệt trong quá trình đông kết có thể làm tăng nhiệt độ của sản phẩm. Tốc

tác động xấu tới môi trường. Do đó, cần có đầu tư nghiên cứu để có thể ứng dụng vào
ngành công nghiệp chế tạo turbine gió ở Việt Nam hiện nay và trong tương lai.
7
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH KẾT CẤU CÁNH TURBINE VÀ VẬT LIỆU
CHẾ TẠO
Giới thiệu
Dựa trên bộ 5 cánh turbine gió trục đứng công suất 300W thuộc bộ NACA 4 số
6621 do hãng Shenzhen Effsu New Energe ở Trung Quốc sản xuất, đề tài tiến hành lấy
mẫu vật liệu để phân tích kết cấu lớp vật liệu thành phần, làm cơ sở cho việc nghiên cứu
thiết kế quy trình công nghệ và chế tạo thử nghiệm cánh turbine theo yêu cầu đặt ra.
2.1. Khảo sát cánh turbine gió có biên dạng NACA 6621
Bộ 5 cánh turbine gió trục đứng công suất 300W có biên dạng NACA 6621 có kết
cấu như hình 2.1
Hình 2.1. Cánh turbine công suất 300W có biên dạng NACA 6621
Để khảo sát được vật liệu, chiều dày và số lớp
chế tạo cánh turbine 6621, tiến hành cắt mẫu để thí
nghiệm.
Hình 2.2.Mẫu thí nghiệm khảo sát cơ tính cánh turbine
Kết quả khảo sát, phân tích cho thấy:
8
Cánh turbine gió 6621 được làm từ vật liệu composite lớp nền nhựa epoxy, cốt vải
sợi thủy tinh. Bên ngoài bọc lớp vỏ gel coat trắng giữ vai trò bảo vệ lớp composite tránh
tác động xấu của môi trường như: nhiệt độ, ánh sáng, khí hậu, thời tiết.Tiếp đến là các
lớp vật liệu composite đảm bảo độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ dai không bị thay đổi hình
dáng dưới tác dụng của gió khi làm việc, không bị biến dạng võng và giữ vai trò tạo hình
kết cấu cánh. Bên trong có lớp xốp được chế tạo chèn khít vào vỏ composite làm tăng độ
cứng vững nhưng không làm tăng đáng kể khối lượng và giá thành chế tạo cánh. Lớp
composite có chiều dày là 1,5 mm, gồm 3 lớp sợi, nhựa xen kẽ nhau.
 !"

C).
Trên thị trường, các loại vật liệu nền polyester không no có suất xứ từ các nước
khác nhau được bày bán khá phổ biến tại một số địa điểm như: phố Hàng Hòm và một số
công ty ở Hà Nội, Vũng tàu, thành phố Hồ Chí Minh,… với giá thành tương đối rẻ, dao
động trong khoảng (30-70) nghìn VNĐ/1lít, nhưng không rõ tính chất.
b. Nhựa cô đặc
c. Nhựa polyimit.
d. Nhựa Epoxy.
Epoxy là đại diện cho một số nhựa có tính năng tốt nhất hiện nay. Nói chung,
epoxy có tính năng cơ lý, kháng môi trường hơn hẳn các nhựa khác, là loại nhựa được sử
dụng nhiều nhất trong các chi tiết máy bay, chế tạo cánh turbine gió. Với tính chất kết
dính, có cơ tính và độ bền hóa học rất cao, epoxy rất lý tưởng để sử dụng chế tạo cánh
turbine gió, cánh máy bay, tên lửa,…
Nhựa epoxy có ưu điểm:
- Cơ tính cao (kéo, nén, uốn, va đập và từ biến, …) hơn polyeste.
- Chịu được nhiệt độ cao đến 150
0
C hoặc 190
0
C liên tục
- Độ bền hoá học rất cao
- Độ co ngót thấp (0,5 đến 1%)
- Thẩm thấu vào sợi, vải rất tốt
- Độ bám dính với kim loại cao.
Nhược điểm:
- Thời gian polymer hoá dài
- Giá thành cao
- Cần tôn trọng các hướng dẫn khi sử dụng
10
Nhựa epoxy được tạo thành từ những mạch phân tử dài, có cấu trúc tương tự

Ưu điểm:Nhẹ, chịu nhiệt khá, ổn định với các tác động hóa sinh. Tính chất cơ học
cao (kéo, nén, uốn, va đập ); chịu được nhiệt độ đến 120
0
C; độ bền hóa học cao; độ co
ngót thấp (0,5÷1%); thẩm thấu vào vải và sợi rất tốt và khả năng bám dính với kim loại
cao.
Hình 2.7. Sợi thủy tinh
Sợi hữu cơ:
Sợi Cacbon
Sợi Bor:
b. Cốt vải
Cốt vải là tổ hợp thành bề
mặt (tấm), của vật liệu cốt sợi,
được thực hiện bằng công nghệ dệt.
Hình 2.10. Vải thủy tinh
c. Cốt hạt
Kết luận:
Với những ưu điểm nổi trội của sợi thủy tinh, sợi thủy tinh rất thích hợp làm vật
liệu cốt khi chế tạo cánh turbine.
Sợi thủy tinh thường sử dụng trong chế tạo cánh turbine gió có 2 kiểu chính là E-
glass và S+R glass [6]. Qua quá trình khảo sát thị trường cho thấy: sợi thủy E- glass
được bày bán trên thị trường Việt Nam tại một số địa điểm như: phố Hang Hòm tại Hà
Nội, Vĩnh Phúc,Vũng Tàu, Thành Phố HCM,…Với giá thành rẻ, dao động trong khoảng
(100-120) nghìn VNĐ/1kg.
12
2.2.3. Vấn đề đóng rắn
Chất đóng rắn nhựa epoxy
Hình 2.11. Chất đóng rắn TETA
Ở đây tác giả sử dụng chất đóng rắn TETA (trietyl tetraamin), đây là loại akylene
amin không biến tính, thuộc hệ đóng rắn nguội được dùng phổ biến hiện nay, được sản

L/2
b
h
13
CHƯƠNG 3
CHẾ TẠO MẪU VẬT LIỆU COMPOSITE LỚP VÀ XÁC ĐỊNHCƠ TÍNH
Giới thiệu
Để tiến hành chế tạo thử nghiệm cánh, cần khảo sát tính toán lựa chọn vật liệu
thành phần và đưa ra phương án chế tạo. Học viên tiến hành chế tạo mẫu vật liệu
composite với 2 loại vật liệu nền epoxy và polyester, cốt vải sợi thủy tinh để xác định cơ
tính mẫu.
3.1. Mục đích thí nghiệm
Tiến hành 2 thí nghiệm thử nghiệm kéo và uốn với một số mẫu vật liệu composite
lớp với vật liệu nền (Epoxy, polyeste) và tỷ lệ sợi/nhựa khác nhau nhằm mục đích:
• Thí nghiệm 1 (TN1): So sánh chọn loại vật liệu nền:
• Thí nghiệm 2 (TN2): Chọn phương án tỷ lệ sợi/ nhựa
3.2. Sơ đồ thí nghiệm
• Sơ đồ thí nghiệm kéo:
Với L =200mm, l
1
= 100mm,
l
2
= 40mm, R = 5mm
Hình 3.1. Sơ đồ kéo mẫu
• Sơ đồ thí nghiệm uốn
- Với L =100mm, b =25mm, h = const

Hình 3.2. Sơ đồ uốn mẫu
3.3. Mẫu thí nghiệm

- Tỷ lệ nhựa/sợi: 80g/1 lớp vải sợi
- Chất đóng rắn: butanox
- Pha nhựa polyester không no với chất đóng rắn theo tỷ lệ 100:1
- Số lớp: 05 lớp
Các bước thực hiện làm tương tự như tấm mẫu 1. Kết quả, chiều dày tấm mẫu đạt
được sau khi gia công là 3,2mm
• Tấm mẫu 3: Sử dụng nền nhựa epoxy và vải sợi thủy tinh cụ thể như sau:
- Khối lượng nhựa: 500g
- Tỷ lệ nhựa/sợi: 100g/1 lớp sợi
- Chất đóng rắn: TETA
- Pha nhựa epoxy với chất đóng rắn theo tỷ lệ 10:1
- Số lớp: 04 lớp
15
Các bước thực hiện làm tương tự như tấm mẫu 1. Kết quả, chiều dày tấm mẫu đạt
được sau khi gia công là 3,2mm
Sau khi gia công xong 3 tấm mẫu, cắt mỗi tấm mẫu làm 2 loại: Sợi thẳng và sợi
chéo (45
0
) có kích thước (200x25)mm để tiến hành thí nghiệm thử kéo và thử uốn.
Vậy với 3 tấm mẫu sau khi cắt ta được 3 loại mẫu sợi thẳng và 3 loại mẫu sợi chéo.
Hình 3.4. Mẫu kéo sợi thẳng và sợi chéo
Hình 3.5. Mẫu uốn sợi thẳng và sợi chéo
3.4. Thiết bị thí nghiệm
3.4.1. Thí nghiệm kéo
Sử dụng máy đo độ bền kéo, nén SM-50
3.4.2. Thí nghiệm uốn
Thiết bị gồm có: Gía đỡ, gối đỡ, đồng hồ so, quả cân tác dụng lực
3.5. Trình tự thực hiện thí nghiệm
- Tiến hành lần lượt 2 thí nghiệm:
Thí nghiệm 1 (TN1): Thử nghiệm kéo và uốn 2 loại mẫu: mẫu 1 và mẫu 2

17
3.6. Cách thu thập số liệu
Sau khi thí nghiệm các số liệu thí nghiệm được thu thập bằng cách ghi lại số
liệu dưới dạng các bảng biểu và hình vẽ để phân tích, so sánh, đánh giá kết quả thí
nghiệm.
Hình 3.10.Kết quả số liệu thí nghiệm kéo
3.7. Kết quả thí nghiệm
3.7.1. Kết quả thí nghiệm (TN1)
H9I#J#?K5L 9.M
Mẫu Ứng suất phá hủy kéo σ (Mpa) Modul đàn hồi kéo E (Mpa)
M1k 54,3 1604,4
M2k 46,9 1117,9
- Kết quả thí nghiệm thử uốn mẫu 1 và mẫu 2 được thể hiện trong bảng 3.6; 3.7;3.8
H9I#N#?K5L 9. 
Mẫu
Ứng suất phá hủy uốn σ (Mpa) Modul đàn hồi uốn E (Mpa)
M1u 56,2 1667,4
M2u 42,7 1370,8
Nhận xét: Từ kết quả thí nghiệm trong bảng 3.5 và 3.8 ta thấy modul đàn hồi kéo
và modul đàn hồi uốn của vật liệu epoxy cao hơn so với vật liệu nền polyester không no
Kết luận: Vậy vật liệu nền epoxy có độ bền và modul đàn hồi cao hơn so với vật
liệu nền polyester không no. Mặt khác, tham khảo thị trường giá của vật liệu epoxy cao
hơn so với vật liệu polyester vào khoảng (15÷20)%. Nhưng với một loại vật liệu mà có
cơ tính, độ bền tốt nhưng giá thành không quá cao (70÷100) nghìn VNĐ/1kg thì nên lựa
chọn làm vật liệu để chế tạo
18
3.7.2. Kết quả thí nghiệm (TN2)
- Kết quả thí nghiệm kéo mẫu 1 và mẫu 3
H9I#@A#?K5L 9.M
Mẫu

sợi/nhựa là 0,35% để tiến hành chế tạo thử nghiệm cánh.
19
CHƯƠNG 4
CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM CÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Giới thiệu:
Sau khi đã khảo sát tính toán lựa chọn vật liệu thành phần và đưa ra phương
án chế tạo. Đề tài tiến hành chế tạo thử nghiệm cánh dựa trên cơ sở của quá trình đã
có từ phân tích chế tạo mẫu bằng phương pháp lăn ép.
4.1. Thiết kế khuôn
Với yêu cầu kỹ thuật chế tạo cánh đòi hỏi mặt ngoài nhẵn, do vậy sử dụng
khuôn theo mặt trái để chế tạo.
Để thuận tiện cho việc chế tạo khuôn và tạo hình sản phẩm, việc lựa chọn
dùng khuôn bằng bê tông rất phù hợp để chế tạo cánh turbine gió có kết cấu như
hình 2.1.
* Các bước thực hiện:
B1: Chế tạo dưỡng làm khuôn
B2: Chế tạo khuôn
Quy trình chế tạo 2 nửa khuôn được thực hiện như sau:
- Trải lớp nilon hay bao tải phía dưới khung gỗ phục vụ dỡ khuôn
- Trộn hỗn hợp cát – xi măng theo tỷ lệ 1:2 ở mức sệt như vữa dùng trong
xây dựng
- Đổ hỗn hợp cát – xi măng đã trộn vào khung
- Dùng dưỡng gạt dọc theo khung để định dạng cho khuôn
Hình 4.3. Hình dạng 2 nửa khuôn sau khi sử dụng dưỡng gạt để chế tạo
B3: Dỡ khung lấy sản phẩm
Thời gian đông cứng khuôn khoảng 2 ngày. Dỡ bỏ khung gỗ được khuôn
như hình 4.4
20

Hình 4.4.Khuôn bê tông

Hình 4.9. Trải lớp vật liệu nền
Tiến hành gia công 4 lớp composite tiếp theo, được thực hiện lần lượt như
gia công lớp composite thứ nhất.
Hình 4.10. Gia công xong 5 lớp vật liệu composite
Bước 5:Tạo gờ cho cánh
Khi lớp vật liệu nền trên cùng xe lại, dùng thanh kẽm ngăn cách để tạo gờ
cho cánh. Khoảng cách giữa thanh kẽm và mép ngoài của cánh là 150mm. Dùng
hỗn hợp nhựa epoxy và chất đóng rắn TETA đã hòa phết lên khoảng trống ngăn
cách giữa thanh kẽm và mép ngoài của cánh.
Bước 6: Dỡ khuôn lấy sản phẩm
Sau khi đổ xong 6 lớp, để sản phẩm đóng rắn ở nhiệt độ ngoài trời, chờ
khoảng 24h cho hỗn hợp nhựa và sợi thủy tinh đông cứng tháo lấy sản phẩm. Sau
khi lấy sản phẩm, để tránh cong vênh ta lại đặt sản phẩm trở lại khuôn. Sau đó để
khoảng 48h lấy sản phẩm ra khỏi khuôn
23
Hình 4.11. Hai nửa cánh turbine sau khi dỡ khuôn
Bước 7: Ghép 2 nửa cánh tạo thành cánh turbine hoàn chỉnh
Sau khi 2 nửa cánh đã tháo ra khỏi khuôn, dùng máy mài cầm tay có lắp chổi
trà và đá cắt, cắt bỏ ba via. Dùng keo epoxy dán hai nửa cánh tạo thành cánh hoàn
chỉnh. Sau đó lại dùng dưỡng, giấy giáp chỉnh sửa đúng biên dạng cánh đã khảo sát
và đánh xung quanh bề mặt bên ngoài tạo độ nhẵn bóng cho cánh. Hoàn thành sản
phẩm.
Hình 4.12. Cánh turbine gió chế tạo
4.3. Đánh giá kết quả
4.3.1. Độ chính xác kích thước và hình dáng
• Xác định biên dạng
Sau chế tạo xong, đưa cánh lên máy đo tọa độ 3 chiều CMM (phòng thí
nghiệm trường ĐH kỹ thuật Công nghiệp TN) để xác định biên dạng cánh sau khi
chế tạo.
So sánh kết quả đo với biên dạng cánh đã khảo sát. Kết quả được hiển thị trên hình

A
1C
0
T@1I1$TFN1_U
8! aBF#FD)Q
PTJ]I1JTJ]I1JG
b0,a7`c))`  )Q
'
)
T
25
$2dTJ]I1JG1eT_YY
fT@OO_1FBg)DT@OO_1FBGU
A
D
hT@NFIOJ_B
F
DB.0,) )0!h

!+:%F#@OD
Hình 4.16. Kết quả tính momen quán tính J trên autocad
$&')')65Q
'
)
T
8# Xác định độ võng
Tiến hành đặt cánh trên 2 gối đỡ, dùng lực tác dụng tại vị trí trung điểm của
cánh, dùng đồng hồ so để xác định độ võng
Khoảng cách giữa hai gối đỡ bằng 700mm
Hình 4.17. Đo độ võng cánh