M CL C
TRANG T A
QUY T Đ NH GIAO Đ TÀI
LÝ L CH KHOA H C ........................................................................................................ii
L I CAM ĐOAN ................................................................................................................ iv
L I C M T ....................................................................................................................... v
TÓM T T............................................................................................................................ vi
SUMMARY........................................................................................................................vii
M C L C ........................................................................................................................ viii
CH

NG I . T NG QUAN ................................................................................................ 1

1.1. Đặt v n đ .................................................................................................................. 1
1.1.1. Tình hình s d ng v t li u composite trên th gi i: ............................................ 1
1.1.2. Tình hình s d ng v t li u composite
1.2. T ng quan v h

Vi t Nam:............................................. 5

ng nghiên c u................................................................................ 5

1.2.1. Các k t qu nghiên c u trong n

c ..................................................................... 5

1.2.2. Các k t qu nghiên c u ngoƠi n

c ..................................................................... 6

1.4 N i dung nghiên c u, ph

2.2.1 S i th y tinh ........................................................................................................ 20
2.2.2 S i cacbon ........................................................................................................... 22
2.2.3 Các lo i s i h u c ............................................................................................. 22
CH

NG 3: Đ XU T L A CH N PH

3.1. T ng quan ph

NG ÁN QU N ......................................... 23

ng pháp qu n .................................................................................. 23

3.1.1. Qu n khô: ........................................................................................................... 23
3.1.2. Qu n

t: ........................................................................................................... 24

3.2. Các ki u qu n bình thông d ng................................................................................ 26
3.3. Phân tích s n ph m l a ch n ph

ng án thi t k ..................................................... 27

3.3.1. Ph

ng án 1 ....................................................................................................... 27

3.3.2. Ph

ng án 2 ....................................................................................................... 28


5.3.2.Ph n m m ........................................................................................................... 49
5.3.3. Gi i thi u v Arduino IDE và ngôn ng l p trình cho Arduino ........................ 51
5.3.4. Kh i ngu n ........................................................................................................ 52
5.2.5. M ch đi u khi n đ ng c (driver) .................................................................... 53
CH

NG 6: S N PH M THI T K .............................................................................. 54

6.1. Mô hình máy qu n ................................................................................................... 54
6.2. Quỹ đ o đ u r i s i .................................................................................................. 55
6.3. S n ph m qu n th nghi m ...................................................................................... 56
CH

NG 7: K T LU N VÀ KI N NGH ..................................................................... 57

7.1. K t lu n .................................................................................................................... 57
7.2. Ki n ngh .................................................................................................................. 58
TÀI LI U THAM KH O .................................................................................................. 59
PH L C 1: TH

N TRÊN BÌNH GAS MINI ............................................................. 61

PH L C 2: SO SÁNH Đ NG C B
PH L C 3: CH

C VẨ Đ NG C SERVO ............................. 64

NG TRỊNH ĐI U KHI N ............................................................... 69


Hình 3.12 ............................................................................................................................ 35
Hình 4.1: kích th c chi ti t trên tr c ................................................................................ 37
Hình 4.2: Bi u đ n i l c ................................................................................................... 39
Hình 4.3: B truy n vít me ậ đai c bi ............................................................................... 42
Hình 5.1: M ch đi u khi n đ ng c ................................................................................... 44
Hình 5.6. L u đ đi u khi n ............................................................................................... 46
Hình 5.2: Bo m ch Arduino Mega 2560. .......................................................................... 50
Hình 5.3: Giao di n ph n m m Arduino ............................................................................ 51
Hình 5.4: Kh i ngu n ........................................................................................................ 52
Hình 5.5: M ch đi u khi n đ ng c b c .......................................................................... 53
xi


Hình 6.1: Máy qu n bình composite .................................................................................. 54
Hình 6.2: C m l p kh i 1 ................................................................................................... 54
Hình 6.3: C m l p kh i 2 ................................................................................................... 55
Hình 6.4: Ki m tra quỹ đ o đ u r i s i .............................................................................. 55
Hình 6.5: So sánh quỹ đ o đ u r i s i vƠ đ ng tròn chu n .............................................. 56
Hình 6.4: S i r i trên ph n hình tr và ch m c u .............................................................. 56
Hình 6.3: S n ph m qu n hoàn t t...................................................................................... 56
Hình 1.1: Phi u k t qu th n (ph l c 1) ........................................................................ 63
Hình 2.1: Nguyên lý ho t đ ng c a đ ng c b c (ph l c 2) .......................................... 65

xii


DANH M C B NG BI U
B ng 3.1:B ng so sánh u nh

c đi m các ph


c s d ng đ ph c v cho

vi c s n xu t chi ti t cho máy bay, tƠu chi n vƠ vũ khí. Cho đ n nay thì v t li u composite
đ

c s d ng đ ch t o nhi u chi ti t, linh ki n ph c v trong ngƠnh công nghi p cũng

nh trong dơn d ng.
1.1.1. Tình hình s d ng v t li u composite trên th gi i:
- Trong ngành hàng không: Trong nh ng năm g n đơy, composite đ
t o các b ph n trên máy bay nh k t c u khung x
d nh

c s d ng ch

ng, thơn máy bay, cánh, b ph n

ng... Theo th ng kê c a hƣng máy bay Boeing, chi c Boeing Dreamliner 787

s d ng đ n 50% composite trên toƠn b tr ng l

ng. M t trong nh ng lý do quan

tr ng nh t c a vi c ng d ng r ng rƣi lo i v t li u nƠy trong ngƠnh HƠng không lƠ đ
b n vƠ đ c ng t
tr ng l

ng đ i trên tr ng l



ng ti n bằng v t li u nƠy

th p mƠ l i cho đ ch u l c vƠ đ b n cao h n các s n ph m cùng lo i s d ng ch t
li u bằng g , nhôm hoặc thép. Bên c nh đó, yêu c u v tay ngh c a công nhơn cũng
đ n gi n h n. V t li u composite s d ng cho đóng tƠu, mang l i l i ích cao b o
d ỡng r t ít, không b ăn mòn, han r hay nh h
Composite cũng đ

ng c a môi tr

ng n

c bi n.

c s d ng trong các tƠu quơn s do tính trong su t v i rada c a

lo i v t li u nƠy.

Hinh 1.2 : Thuy n s d ng v t li u composite
- Trong ngành v n t i:

ng d ng c a composite trong ngƠnh v n t i lƠ r t l n. Lo i

v t li u m i nƠy cho phép ch t o các ph

ng ti n v n t i nhẹ h n. Đi u đó đ ng nghĩa

v i vi c ti t ki m nhiên li u, tăng kh năng chuyên ch vƠ gi m ô nhi m môi tr
Composite đ

ng xe c gi i. H n

ch c a các lo i đ ng c m i nƠy lƠ dung tích acquy s d ng cho xe không cao, h n
ch tính c đ ng c a xe, trong khi gi m tr ng l

ng xe lƠ r t c p thi t cho các ph

ti n s d ng công ngh xanh. Do đó, v t li u composite đ

ng

c s d ng t i đa trong ch

t o thơn v vƠ các chi ti t trong th h xe s ch nƠy.

Hình 1.3: Xe s d ng v t li u composite
-

Trong công nghi p hóa ch t: b n ch a dung d ch axit, b n ch a dung d ch ki mầ

Hình 1.4: B n ch a hóa ch t composite
3


-

Trong dơn d ng: s n ph m s n mƠi, s n ph m trang trí n i th tầ

Hình 1.5: Tranh s n mƠi bằng v t li u composite
-


Đ tƠi đ

c th c hi n d

i s ch trì c a TS. Lê Hi u Giang. Đ tài nghiên c u

v v t li u n n polymer nhi t r n, v t li u n n polymer nhi t dẻo. Qu n ng
composite bằng s i v i và th nghi m trên ng composite s i v i.
-

Đ tài cho bi t v m t s ph

-

Đ tƠi đ a ra đ

ng pháp qu n ng composite trên th gi i

c bi u th c liên h v t c đ gi a hai đ ng c đ th c hi n

quá trình qu n ng và ch t o đ
ho t đ ng tr n tru vƠ cho ra đ

c mô hình máy qu n ng composite hai tr c
c s n ph m nh ý mu n.

2. ắ ng d ng v t li u composite” - Tr n H u Vinh- Công ty c ph n đ u t chuy n
giao WORDTECH
- Bài vi t gi i thi u t ng quan v các ph

technology, volume 46, issue 4, 1993, pages 363- 378: đ tài nghiên c u nh h

ng

c a góc qu n v s ch u l c và bi n d ng c a ng composite ch u l c d c tr c và
không d c tr c .
- BƠi báo đ a ra k t qu th nghi m trên các góc qu n thay đ i t 150 đ n 850.
- Đ a ra k t qu đ ch u l c trên các ph

ng, tùy tr

ng h p mà s d ng các góc

qu n khác nhau
3. A computer controlled filament winding technique for manufacturing cement
based composite laminates- Andrew Pivacek- Arizona State University- 2001: đ
tài nghiên c u v đi u khi n kỹ thu t qu n s i filament đ s n xu t composite t m
bằng máy tính. Đ tƠi cũng cho bi t các thông s c a quá trình ngâm, t m, ép, và các
ch t ph gia.
4. Finite element modeling of the filament winding process- Composite structures,
volume 52, issues 3- 4, May ậ June 2001, pages 499- 510 : đ tài nghiên c u v quá
trình qu n bằng s i filament.
K t lu n: Bình áp l c composite đ

c s d ng khá nhi u

n

c ngoài, nh ng v i Vi t


c gia tăng t vi c rèn , d p nh ng vi c

hƠn có th lƠm gi m nh ng đặc tính không mong mu n. Khi có cháy hoặc ch p đi n thì
các lo i bình ch u áp l c d ng nƠy kh năng ch u l c khi áp su t tăng cao th p, s r t
nguy hi m vƠ có kh năng phát sinh n .

Hình 1.9: Các v n bình ch u áp l c
Bình ch u áp l c composite đ
Nam. Bình ch u áp l c lo i nƠy đ
vƠ tr ng l

c ng d ng r ng rƣi trên th gi i vƠ đƣ có mặt
c gia c

Vi t

ng b i s i composite có s c ch u l c cao

ng nhẹ, bên c nh đó còn có m t s đặc đi m nh tính không d n đi n, d n

nhi t kém nên áp su t trong bình n đ nh không x y ra tr

ng h p tăng áp đ t ng t có

th gơy n , hoặc s c ch m đi n, ch p đi n gơy cháy nh lo i bình truy n th ng, ngay
c khi trong đám cháy cũng không gơy n bình. T nh ng lý do trên thì bình composite

7



1.4 N i dung nghiên c u, ph

ng pháp nghiên c u vƠ đ i t

ng nghiên c u

1.4.1 N i dung nghiên c u
Do lĩnh v nghiên c u c a đ tƠi khá r ng, kh i l

ng t

ng đ i l n vƠ liên quan

nhi u lĩnh v c không ph i chuyên môn cũng nh nguyên v t li u đ s n xu t bình
composite, nên lu n văn ch gi i h n đ n nh ng ph n sau.
- Nghiên c u công ngh qu n bình bằng công ngh qu n
8

t.


- Nghiên c u, thi t k mô hình máy qu n bình composite.
- Nghiên c u, ch t o mô hình máy qu n bình composite.
- Thi t k m ch đi u khi n máy
- Vi t ch

ng trình đi u khi n máy

- Th c hi n qu n trên mô hình m u v i ph
1.4.2 Ph

1.5 ụ nghĩa khoa h c vƠ th c ti n
1.5.1 ụ nghĩa khoa h c
S n ph m c a đ tƠi s đ

c s d ng đ nghiên c u ch t o bình áp l c composite.

1.5.2 ụ nghĩa th c ti n
- K t qu c a công trình b

c đ u đƣ t o ra mô hình máy qu n bình lƠ b

c đ u cho

vi c ch t o bình áp l c mƠ hi n t i Vi t Nam ta ch a có.
- K t qu c a nghiên c u s đ

c áp d ng vƠo nghiên c u khoa h c, đ a vƠo nghiên

c u s n xu t s n ph m ph c v nhu c u trong n
ngoài.

9

c mƠ hi n t i v n ph i nh p t n

c


CH



ng (reinforcement) đ

mòn, ch ng x

ng lƠm nhi m

c g i lƠ c t hay v t li u tăng

c tr n vƠo pha n n lƠm tăng c tính, tính k t dính, ch ng

c ...

Thành ph n c u thƠnh g m : c t vƠ n n
2.1.2.1. C t : đóng vai trò lƠ ch t ch u ng su t t p trung vì c t th
cao h n nh a. Ng
- Tính gia c

i ta đánh giá c t d a trên các đặc đi m sau:

ng c h c.

- Tính kháng hóa ch t, môi tr

ng, nhi t đ .

- Phân tán vƠo nh a t t.
- Truy n nhi t vƠ gi i nhi t t t.
- Thu n l i cho quá trình gia công.
- Tr ng l

lo i hay h p kim. Đặc đi m c a composite hóa b n phơn tán lƠ c t có kích th
r t nh (nh h n 0.1 μm), th

c

ng lƠ các v t li u b n, c ng vƠ có tính b n nhi t

cao.Thí d oxit, cacbit, nitrit, borit hoặc các pha liên kim lo i. S t o thƠnh các
pha c t nƠy t

ng t nh quá trình hóa c ng phơn tán t dung d ch r n quá bƣo

hòa. Vì c t có kích th

c r t nh nên d

i tác d ng c a l c, trong v t li u

composite n n s h ng ch u h u nh toƠn b t i. Lúc nƠy các ph n t c t nh
m n, phơn tán đóng vai trò hƣm l ch, lƠm tăng b n vƠ c ng cho v t li u. Hi u ng
11


hóa b n phơn tán trong v t li u composite h t m n không l n l m nh ng r t n
đ nh

nhi t đ cao.

Kh năng gia c


lo i v t li u

composite c t s i trên n n nh a lƠ ch y u. Khi thi t k ch t o s n ph m
composite c t s i ng

i ta quan tơm nh t lƠ đ b n riêng vƠ modun đƠn h i c a

s i. Tính ch t c a composite c t s i ph thu c vƠo nhi u y u t : b n ch t v t li u
c t vƠ n n, đ b n liên k t n n- c t trên ranh gi i, s phơn b vƠ đ nh h
s i, kích th

ng c a

c, hình dáng c a s i v.vầ

Hình 2.2: S đ phân b đ nh h

ng c t s i

a) C t s i phơn b m t chi u song song, b) C t s i phơn b hai chi u song song,
c) C t s i phơn b ng u nhiên, d) C t s i đan qu n 3 chi u vuông góc
C t s i có tính năng lý hóa cao, th

ng dùng đ ch t o các lo i v t li u cao

c p nh s i th y tinh, s i cacbon, s i Bo, s i cacbua silic, s i amideầ. tuy nhiên
12


s i có giá thƠnh cao. C t s i có th lƠ s i t nhiên nh s i đay, s i gai, s i lanh,

chi m không quá 60-65% th tích c a v t li u composite, n u thƠnh ph n c t
chi m quá li u l

ng thì gi a chúng s n y sinh t

ng tác d n đ n t p trung ng

su t lƠm gi m s c b n c a v t li u.

L a tr n

Xa tanh

Vơn chéo

Ki u mô
đun cao

Ki u đ ng
ph

ng

Hình 2.3: Các ki u d t b t chéo c a v i
2.1.2.2. V t li u n n: v t li u n n gi vai trò c c kỳ quan tr ng trong vi c ch t o
ra v t li u composite, vì v y chúng ph i đáp ng đ

c nh ng yêu c u v mặt s

d ng cũng nh v mặt công ngh .

c tính năng v n

c s k t dính v ng ch c gi a ch t li u n n vƠ

c t, đ m b o đ co rút t i thi u.
M t s lo i nh a nhi t r n thông th

ng:

a) Polyeste (PE): Polyeste lƠ thƠnh ph n c b n c a v t li u composite, lƠ s n
ph m xu t x t công ngh hóa d u. Polyeste đóng vai trò nh m t keo nh a đ
liên k t các s i th y tinh (hoặc các s i khác) v i tác d ng c a các ch t xúc tác,
xúc ti n, các l p nƠy s đóng r n tr thƠnh v t li u (hoặc s n ph m composite).
Polyeste lƠ m t lo i ch t dẻo, đ

c t ng h p t các h p ch t h u c g c

cacbon, c th lƠ các h p ch t c a axit h u c v i r

u. Polyeste đ

c phơn lo i

theo các cách sau:
- Phân lo i theo ch t dẻo
+ Ch t dẻo nhi t lƠ lo i ch t dẻo có th t o dáng hoặc t o s n ph m bằng gia
nhi t vƠ có th tái sinh nhi u l n, vì chúng ch có th thay đ i tính ch t v t lý.
+ Ch t dẻo nhi t r n khác bi t c b n v i lo i ch t dẻo nhi t lƠ trong quá trình
đ nh hình vƠ t o dáng s n ph m ph i có ph n ng hóa h c đ ng th i ph i có
nhi t, nhi t nƠy sinh ra trong ph n ng hóa h c hoặc có th đ

lo i v i, s i t ng h p. Polyeste nƠy thu c ch t dẻo nhi t dẻo. Lo i nƠy không
s d ng trong công ngh composite.
+ Polyeste ch a no còn g i lƠ polyeste ch a bƣo hòa. V mặt hóa h c nó còn
có kh năng ti p t c tham gia ph n ng hóa h c v i các nhóm khác nh ch t
xúc tác, xúc ti n đ t o ra s n ph m cu i cùng đóng r n. Polyeste nƠy thu c
ch t dẻo nhi t r n.
Polyester có nhi u lo i, đi t

các acid, glycol vƠ monomer khác nhau, m i lo i

có nh ng tính ch t khác nhau. Chúng có th

r t khác nhau trong các lo i nh a

UPE khác nhau, ph thu c ch y u vƠo các y u t :
+ ThƠnh ph n nguyên li u (lo i vƠ tỷ l tác ch t s d ng).
+ Ph

ng pháp t ng h p.

+ Tr ng l

ng phơn t .

+ H đóng r n (monomer, ch t xúc tác, ch t xúc ti n).
+ H ch t đ n (c t).
Đa s nh a polyester có mƠu nh t, th
L

ng đ

nh a

đóng r n t o liên k t
nƠo. Polyester

đóng r n c a nó sau m t th i gian.

ng nh

ch t

c ch

trong quá trình

ng nƠy. NhƠ s n xu t có th cung c p

d ng t nhiên hay có dùng m t s ph gia.

Nh a có th đ
đƣ đ c p

c s n xu t đ ch c n cho xúc tác vƠo lƠ s

trên, c n ph i có th i gian đ

polyester t

d ng đ


ng lƠ

cu i m ch phơn

hai đ u m ch mƠ thôi. ToƠn b

chi u dƠi

đ u sẵn ch u t i, nghĩa lƠ vinylester dai vƠ đƠn h i h n polyester.

Vinylester có ít nhóm ester h n polyester, nhóm ester r t d b th y phơn, t c lƠ
vinylester kháng n

c t t h n các polyester khác, do v y nó th

ng đ

c ng

d ng lƠm ng d n vƠ b n ch a hoá ch t. Khi so sánh v i polyester thì s nhóm
ester trong vinyl ester ít h n, nghĩa lƠ vinyl ester ít b

nh hƣ ng b i ph n ng

th y phơn. Th

bên ngoƠi cho s n ph m

ng p trong n


ph

bên ngoƠi v

ng đ

s

ng cao hoặc lƠ l p

tƠu hay thay cho polyester d b th y phơn b i n

c vƠ

gelcoat.

Hình 2.4: Công th c hóa h c c a m t s lo i epoxy thông d ng
d) Nh a Epoxy vinyl ester: lƠ s n ph m c a ph n ng gi a axit methacrylic vƠ
DGEBPAC (Diglycidylether of Bisphenol A). Nh a Epoxy Vinyl Ester có ph n
ng l

i hoá nh các g c t do có tác nhơn kh i mƠo(Monomer Styren), ph n

ng đóng r n di n ra
và đ

nhi t đ th

ng. Lo i nh a nƠy có nhi u tính ch t u vi t


- C tính c a các v t li u thƠnh ph n: các v t li u thƠnh ph n có c tính t t thì v t
li u composite cũng có c tính t t vƠ t t h n tính ch t c a t ng v t li u thƠnh ph n.
- Lu t phơn b hình h c c a v t li u c t: khi v t li u li u c t phơn b không đ ng
đ u, v t li u composite b phá huỷ tr
c t s i, ph
tính d h

ch t

ng c a s i quy t đ nh tính d h
ng nƠy theo ý mu n đ ch t o đ

nh ng n i ít v t li u c t. V i composite
ng c a v t li u, có th đi u ch nh đ
c v t li u cũng nh ph

c

ng án công ngh

phù h p v i yêu c u.
- Tác d ng t

ng h gi a các v t li u thƠnh ph n: v t li u c t vƠ n n ph i liên k t

chặt ch v i nhau m i có kh năng tăng c

ng vƠ b sung tính ch t cho nhau. Ví d :

liên k t gi a c t thép vƠ xi măng trong bê tông.


khoáng hoặc s i kim lo i.
+ Composite n n g m: n n lƠ các lo i v t li u g m, c t có th lƠ s i, hoặc h t kim
lo i hoặc cũng có th lƠ h t g m.
+ Composite n n kim lo i: n n lƠ các kim lo i nh titan, nhôm, đ ng, c t th

ng lƠ

s i kim lo i hoặc s i khoáng nh B, C, SiC
2.1.5.

u đi m c a v t li u composite

- Nhẹ nh ng c ng v ng, ch u va đ p, u n, kéo t t.
- Ch u hóa ch t, không g sét, ch ng ăn mòn.
- Ch u th i ti t, ch ng tia t ngo i, ch ng lƣo hóa nên r t b n.
- Ch u nhi t, ch u l nh, ch ng cháy.
- Ch u ma sát, c

ng đ l c vƠ nhi t đ cao.

- H p th sóng đi n t t t ( composite- th y tinh)
- Không th m n

c, không đ c h i.

- B o trì, b o d ỡng, s a ch a d dƠng, chi phí th p.
- MƠu s c đa d ng, đẹp, b n vì đ

c pha ngay trong nguyên li u.