Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10972-2:2015 (ISO 1268-2:2001) về Chất dẻo gia cường sợi - Phương pháp chế tạo tấm thử - Phần 2: Đúc lăn ép và đúc phun sợi ngắn

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10972-2:2015

ISO 1268-2:2001

CHẤT DẺO GIA CƯỜNG SỢI - PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO TẤM THỬ - PHẦN 2: ĐÚC LĂN ÉP VÀ ĐÚC PHUN SỢI NGẮN

Fibre-reinforced plastics - Methods of producing test plates - Part 2: Contact and spray-up moulding

Lời nói đầu

TCVN 10972-1:2015 hoàn toàn tương đương với ISO 1268-1:2001.

ISO 1268-1:2001 đã được rà soát và phê duyệt lại vào năm 2011 với bố cục và nội dung không thay đổi.

TCVN 10972-1:2015 do Tiểu Ban kỹ thuật Tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC61/SC13 Composite và sợi gia cường biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 10972 (ISO 1268), Chất dẻo gia cường sợi - Phương pháp chế tạo tấm thử, gồm các phần sau:

- TCVN 10972-1:2015 (ISO 1268-1:2001), Phần 1: Điều kiện chung;

- TCVN 10972-2:2015 (ISO 1268-2:2001), Phần 2: Đúc lăn ép và đúc phun sợi ngắn;

- TCVN 10972-3:2015 (ISO 1268-3:2000), Phần 3: Đúc nén ướt;

- TCVN 10972-4:2015 (ISO 1268-4:2005 và ISO 1268-4/Amd.1:2010),

Phần 4: Đúc prepreg;

- TCVN 10972-5:2015 (ISO 1268-5:2001), Phần 5: Quấn sợi;

- TCVN 10972-6:2015 (ISO 1268-6:2002), Phần 6: Đúc kéo;

- TCVN 10972-7:2015 (ISO 1268-7:2001), Phần 7: Đúc chuyển nhựa;

- TCVN 10972-8:2015 (ISO 1268-8:2004), Phần 8: Đúc nén SMC và BMC;

- TCVN 10972-9:2015 (ISO 1268-9:2003), Phần 9: Đúc GMT/STC;

- TCVN 10972-10:2015 (ISO 1268-10:2005), Phần 10: Đúc phun BMC và các tổ hợp đúc sợi dài khác - Nguyên tắc chung và đúc mẫu thử đa mục đích;

- TCVN 10972-11:2015 (ISO 1268-11:2005), Phần 11: Đúc phun BMC và các tổ hợp đúc sợi dài khác - Tấm nhỏ.

CHẤT DẺO GIA CƯỜNG SỢI - PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO TẤM THỬ - PHẦN 2: ĐÚC LĂN ÉP VÀ ĐÚC PHUN SỢI NGẮN

Fibre-reinforced plastics - Methods of producing test plates - Part 2: Contact and spray-up moulding

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp chế tạo các tấm chất dẻo gia cường bằng cách đúc lăn ép hoặc đúc phun sợi ngắn

Tiêu chuẩn này áp dụng riêng cho vật liệu gia cường là sợi thủy tinh.

Tiêu chuẩn này phải được áp dụng cùng với TCVN 10972-1 (ISO 1268-1).

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi.

TCVN 10586 (ISO 1172), Chất dẻo gia cường sợi thủy tinh dệt - Prepreg, hợp chất đúc và tấm nhiều lớp (laminate) - Xác định hàm lượng sợi thủy tinh dệt và chất độn - Phương pháp nung.

TCVN 10972-1 (ISO 1268-1), Chất dẻo gia cường sợi - Phương pháp chế tạo tấm thử- Phấn 1: Điều kiện chung.

3  Sức khỏe và an toàn

Xem TCVN 10972-1 (IS0 1268-1).

4  Nguyên tắc

4.1  Đúc lăn ép

Các lớp gia cường (như mô tả trong 5.1) được đặt trên một tấm phẳng, cứng và được tấm với nhựa nhiệt rắn lòng theo phương pháp thủ công. Nhựa này được pha chế theo hướng dẫn của nhà sản xuất để đạt được độ đóng rắn trong khoảng thời gian cho phép hoàn thành việc xếp lớp cũng như hạn chế sự tiếp xúc không cần thiết với khí quyển. Sợi thủy tinh và nhựa được gắn kết với nhau bằng cách sử dụng con lăn tay.

Phương pháp này phù hợp với loại nhựa nhiệt rắn bất kỳ có khả năng đóng rắn ở nhiệt độ phòng mà không cần tác động thêm áp lực.

4.2  Đúc phun sợi ngắn

Sợi roving thủy tinh được cắt ngắn đến các chiều dài quy định trước bằng một máy cắt và được kết hợp đồng thời với một dòng các giọt nhựa nhỏ được phun ra từ đầu súng phun. Phương pháp này thưởng được áp dụng cho nhựa polyeste không no.

Sợi thủy tinh và nhựa được phân tán trên một tấm phẳng cứng hoặc một khuôn, và được gắn kết với nhau bằng cách sử dụng con lăn tay.

5  Vật liệu

5.1  Đúc lăn ép

5.1.1  Các lớp vật liệu gia cường, được cắt theo các kích thước của tấm thử, đánh dấu hướng dọc và hướng ngang hoặc hướng ưu tiên khi thích hợp. Các vật liệu phù hợp gồm mat sợi ngắn có chất kết dính có thể hòa tan được trong hỗn hợp nhựa nền, vải dệt làm từ sợi roving hoặc bó sợi, vải không dệt đa hướng, v.v…

5.1.2  Nhựa nhiệt rắn và chất đóng rắn, được trộn theo hướng dẫn của nhà cung cấp để đóng rắn ở nhiệt độ phòng.

5.1.3  Chất chống dính, được phủ lên khuôn hoặc tấm dùng để chế tạo tấm thử.

5.2  Đúc phun sợi ngắn

5.2.1  Roving hoặc cuộn sợi

5.2.2  Nhựa nhiệt rắn hoạt hóa trước (sử dụng loại nhựa được khuyến cáo đặc biệt cho phương pháp đúc phun sợi ngắn).

5.2.3  Xúc tác, là loại được khuyến cáo đối với loại nhựa sử dụng.

5.2.4  Chất chống dính

6  Kích thước tấm

6.1  Quy định chung

Chiều dài, chiều rộng và độ dày của các tấm phụ thuộc vào vật liệu được gia công và phương pháp chế tạo.

6.2  Đúc lăn ép

Kích thước nên sử dụng là 600 mm x 600 mm. Kích cỡ này đủ để tạo được các mẫu thử sử dụng cho phép thử kéo và uốn theo hai hướng vuông góc.

Độ dày tấm phải từ 2 mm đến 10 mm.

6.3  Đúc phun sợi ngắn

Kích thước nên sử dụng là 600 mm x 600 mm. Kích cỡ này đủ để tạo được các mẫu thử sử dụng cho phép thử kéo và uốn theo hai hướng vuông góc.

Độ dày không được lớn hơn độ dày mà có thể loại bỏ được tất cả các bọt khí ra khỏi tấm nhiều lớp bằng một con lăn (thường từ 2 mm đến 5 mm).

7  Hàm lượng vật liệu gia cường

7.1  Quy định chung

Hàm lượng vật liệu gia cường của tấm nhiều lớp sẽ tùy thuộc vào loại vật liệu gia cường được sử dụng. Phần trăm khối lượng vật liệu gia cường được khuyến nghị đối với sợi roving dệt tà (50 ± 3) %; và đối với mat và sợi roving cắt ngắn là (32 ± 4) %.

7.2  Đúc lăn ép

Để đạt được độ dày và hàm lượng vật liệu gia cường mong muốn, có thể cần phải chế tạo trước các mẫu thử và đánh giá các tính chất này trước khi kỹ thuật chế tạo cuối cùng được xác định.

Phụ lục A đưa ra hướng dẫn xác định số lớp gia cường được sử dụng

7.3  Đúc phun sợi ngắn

Để đạt được độ dày và hàm lượng vật liệu gia cường mong muốn, có thể cần phải chế tạo trước các mẫu thử và đánh giá các tính chất này trước khi kỹ thuật chế tạo cuối cùng được xác định.

Các tấm nhiều lớp nên được phun thành từng lớp một và một lớp vật liệu phun nén có độ dày khoảng 1 mm.

8  Thiết bị, dụng cụ

8.1  Đúc lăn ép

8.1.1  Kéo hoặc dao, dùng để cắt vật liệu gia cường.

8.1.2  Cán, có độ chính xác đến 0,1 g.

8.1.3  Cốc làm bằng thủy tinh, chất dẻo hoặc giấy không tráng (giấy nến cũng có thể phù hợp).

8.1.4  Bàn chải

8.1.5  Con lăn bằng thép hoặc bằng sợi, có hoặc không có vỏ bọc.

8.1.6  Tấm phẳng cứng bằng thép được đánh bóng hoặc vật liệu không xốp khác, có mép cao (để ngăn nhựa chảy ra ngoài) làm bằng vật liệu không bị ảnh hưởng bởi nhựa sử dụng.

8.1.7  Tủ sấy tuần hoàn không khí, có đồng hồ đo và bảng điều khiển (nếu cần).

8.1.8  Bình hút ẩm (nếu cần)

8.2  Đúc phun sợi ngắn

Các thiết bị, dụng cụ quy định tại 8.1 và thêm:

8.2.1  Súng phun cắt sợi

8.2.2  Đồng hồ bấm giờ

9  Cách tiến hành

9.1  Đúc lăn ép

9.1.1  Chế tạo tấm thử sử dụng các thông số (số lớp, hướng, hàm lượng sợi thủy tinh và loại nhựa) giống các thông số sẽ được sử dụng để chế tạo tấm nhiều lớp cần phải đánh giá.

9.1.2  Phủ một lớp chất chống dính lên mặt phẳng tấm hoặc khuôn mà trên đó sẽ chế tạo tấm nhiều lớp; để cho lớp này khô và làm bóng nếu cần thiết.

9.1.3  Cắt các lớp vật liệu gia cường đến kích thước cần thiết để có được diện tích bề mặt đủ lớn để có thể tạo ra số lượng mẫu thử theo yêu cầu.

Thực hiện theo hướng dẫn của nhà sản xuất đối với việc điều hòa vật liệu gia cường. Nếu cần, sấy khô vật liệu trước khi tiến hành gia công.

9.1.4  Xác định khối lượng tổng cộng m₁ của các lớp gia cường đã được điều hòa.

9.1.5  Xác định lượng nhựa m₁ yêu cầu để có được hàm lượng vật liệu gia cường mong muốn bằng cách sử dụng công thức sau để xác định:

trong đó

m₁ là khối lượng của sợi thủy tinh, tính bằng gam;

m₂ là khối lượng của nhựa, tính bằng gam;

w_g là hàm lượng sợi thủy tinh mong muốn trong tấm nhiều lớp, biểu thị bằng phần trăm của khối lượng tổng.

CHÚ THÍCH Lượng nhựa vượt quá 20 % để bù lại phần nhựa đã mất do chảy tràn ra ngoài mép, bị hấp thụ bởi con lăn, v.v...

9.1.6  Điều hòa nhựa đến nhiệt độ của khoang chế tạo tấm nhiều lớp trước khi thêm chất đóng rắn vào. Ngay khi nhựa đã được trộn đều tiến hành việc chế tạo tấm.

9.1.7  Cho một lớp nhựa mỏng và trải đều trên diện tích bề mặt tương đương với kích thước của tấm nhiều lớp. Lượng nhựa được sử dụng phụ thuộc vào độ dày của từng lớp gia cường.

Sau đó đặt cẩn thận lớp gia cường đầu tiên lên màng nhựa này.

Khi lớp nhựa này thấm ướt lớp gia cường từ bên dưới, sử dụng một con lăn để loại bỏ các bọt khí.

Tiếp theo cho thêm một lớp nhựa nữa và đặt lớp gia cường thứ hai, tiến hành tẩm nhựa theo cách tương tự như trên.

9.1.8  Khi tất cả các lớp đã được đặt vào, tiến hành đóng rắn tấm (xem 9.3).

9.2  Đúc phun sợi ngắn

9.2.1  Cài loại roving sợi thủy tinh quy định vào máy cắt và điều chỉnh áp lực giữa trục cắt và đe để tạo vết cắt gọn mà không có ma sát quá lớn.

9.2.2  Cho nhựa đã hoạt hóa trước và chất xúc tác đầy vào bể phân tán của thiết bị.

9.2.3  Chạy máy cắt trong đúng 15 s, sau đó cân sợi đã được cắt ngắn.

Phun nhựa trong đúng 15 s, không sử dụng khí phun, vào trong một vật chứa phù hợp (ví dụ cốc giấy) và cân nhựa trong vật chứa.

Điều chỉnh áp lực máy cắt và súng phun để đạt được tỷ lệ mong muốn của nhựa và sợi thủy tinh ở đầu ra.

9.2.4  Phủ một lớp chất chống dính lên mặt phẳng tấm hoặc khuôn mà trên đó sẽ chế tạo tấm nhiều lớp, để cho lớp này khô và làm bóng nếu cần thiết.

9.2.5  Phun đều từng lớp sợi cắt ngắn và nhựa, tiến hành lăn sau khi phun từng lớp để loại bỏ các bọt khí.

9.2.6  Khi đạt đến độ dày yêu cầu, tiến hành đóng rắn tấm (xem 9.3).

9.3  Điều kiện đóng rắn

Trừ khi có các điều kiện khác được khuyến cáo bởi nhà chế tạo nhựa, sử dụng một trong các cách sau:

- để tấm ở trên khuôn trong 48 h tại nhiệt độ phòng:

- hoặc lấy tấm ra khỏi khuôn sau tối đa 4 h, đặt trên một mặt phẳng đỡ trong một tủ sấy ở 40 °C và để yên ở nhiệt độ này trong 16 h.

Các điều kiện đóng rắn này cho phép chế tạo vật liệu đã ổn định để sử dụng chung. Bên cạnh đó, khi một tấm được chế tạo đặc biệt để phù hợp với các nhu cầu riêng, cần phải tiến hành giai đoạn đóng rắn sau, sử dụng thời gian và nhiệt độ theo khuyến cáo của nhà sản xuất nhựa.

Sau khi hoàn thành việc đóng rắn, để nguội tấm trong 60 min ở nhiệt độ phòng, nếu được.

Cắt gọt các mép của tấm trước khi lấy các mẫu thử.

10  Đánh giá đặc tính của tấm thu được

Kiểm tra bằng mắt tấm thu được để xác định xem ngoại quan tấm có chấp nhận được không.

Nếu được, xác định hàm lượng sợi theo phương pháp quy định trong TCVN 10586 (ISO 1172). Các giá trị hàm lượng sợi được khuyến nghị nêu trong 7.1.

Nếu có yêu cầu, xác định hàm lượng rỗng bằng phương pháp phù hợp.

11  Đánh dấu

Mỗi tấm phải có các dấu để dễ dàng truy xuất đến báo cáo chế tạo tấm.

12  Báo cáo chế tạo tấm thử

Báo cáo chế tạo tấm thử phải bao gồm các thông tin sau:

a) Viện dẫn tiêu chuẩn này;

b) Thời gian và địa điểm chế tạo tấm thử;

c) Quy trình sử dụng (đúc lăn ép hoặc đúc phun sợi ngắn);

d) Đối với trường hợp đúc lăn ép:

1) chi tiết việc điều hòa vật liệu gia cường;

2) số lượng lớp và hướng của từng lớp nếu có thể;

e) Đối với trường hợp đúc phun sợi ngắn, chiều dài danh nghĩa của sợi cắt ngắn;

f) Mô tả vật liệu sử dụng (gồm loại vật liệu gia cường, loại nhựa, loại chất độn và hệ xúc tác đóng rắn nếu có v.v...);

g) Chi tiết về các thiết bị, dụng cụ sử dụng;

h) Điều kiện tiến hành (thời gian chế tạo, nhiệt độ và thời gian đóng rắn, chi tiết điều kiện đóng rắn sau nếu có);

i) Độ dày của tấm thử được chế tạo;

j) Hàm lượng sợi và hàm lượng chát độn, nếu có;

k) Chất lượng của tấm (ngoại quan, mức độ thấm);

l) Thông tin khác bất kỳ cần thiết để chế tạo lại các tấm một cách chính xác;

m) Sai khác bất kỳ so với tiêu chuẩn này.

Phụ lục A

(tham khảo)

Ước tính số lớp gia cường đối với các vật liệu gia cường khác nhau

A.1  Phương pháp tính toán

trong đó

n là số lớp;

h là độ dày của tấm, tính bằng mm;

ρ_g là khối lượng riêng của thủy tinh, tính bằng g/cm³;

ρ_r là khối lượng riêng của nhựa, tính bằng g/cm³;

w_g là hàm lượng thủy tinh, tính bằng phần khối lượng;

ρ_A là khối lượng trên đơn vị diện tích của vật liệu gia cường, tính bằng g/m².

A.2  Phương pháp chế tạo

Bảng A.1