Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu chế tọa vật liệu nanocompozit có khả năng hấp thụ sóng điện từ và chống đạn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu chế tọa vật liệu nanocompozit có khả năng hấp thụ sóng điện từ và chống đạn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu chế tọa vật liệu nanocompozit có khả năng hấp thụ sóng điện từ và chống đạn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu chế tọa vật liệu nanocompozit có khả năng hấp thụ sóng điện từ và chống đạn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu chế tọa vật liệu nanocompozit có khả năng hấp thụ sóng điện từ và chống đạn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu chế tọa vật liệu nanocompozit có khả năng hấp thụ sóng điện từ và chống đạn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu chế tọa vật liệu nanocompozit có khả năng hấp thụ sóng điện từ và chống đạn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu chế tọa vật liệu nanocompozit có khả năng hấp thụ sóng điện từ và chống đạn (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu chế tọa vật liệu nanocompozit có khả năng hấp thụ sóng điện từ và chống đạn (Luận án tiến sĩ)
LỜI CẢM ƠN Luận án thực hồn thành Viện Hố học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Viện Kỹ thuật Hoá-Sinh Tài liệu nghiệp vụ, Tổng cục Hậu cần- Kỹ thuật, Bộ Cơng an Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Đức Nghĩa, PGS.TS Ngô Trịnh Tùng, người Thầy định hướng khoa học tận tình hướng dẫn suốt thời gian học tập thực luận án Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đồng chí thuộc Viện Hố học, Viện Kỹ thuật Hoá-Sinh Tài liệu nghiệp vụ; Trung tâm Phát triển Công nghệ cao giúp đỡ tạo điều kiện nghiên cứu thuận lợi cho tác giả thời gian thực luận án Xin chân thành cảm ơn TS Lê Văn Thụ, Ths Vũ Minh Thành tác giả tiến hành thí nghiệm chế tạo mẫu thảo luận đóng góp ý kiến cho luận án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè động viên, cổ vũ để tơi hồn thành luận án Nghiên cứu sinh Ngô Cao Long LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Nghiên cứu sinh Ngô Cao Long Ngô Cao Long M C C Lời cảm ơn Lời cam đoan anh mục bảng anh mục hình Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt M Đ .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN .4 1.1 Vật liệu nanocompozit 1.1.1 Các phương pháp chế tạo nanocompozit 1.1.1.1 Trộn hợp nóng chảy 1.1.1.2 Trộn hợp ung ịch 1.1.1.3 Trùng hợp chỗ 1.1.1.4 Phủ core-shell 1.1.2 Chế tạo nanocompozit sở polyme dẫn 1.1.3 Tính chất điện nanocompozit 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 tốn .15 1.2.2 Cấu trúc 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 chắn Salisbury 17 1.2.2.3 Lớp Jauman 18 1.2.3 Vật liệu hấp thụ sóng điện từ sở nanocompozit 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 chống đạn compozit 24 1.3.2.1 Ảnh hưởng vải, sợi gia cường .24 1.3.2.2 Ảnh hưởng nhựa .24 1.3.2.3 Ảnh hưởng chống đạn 25 1.3.2.4 Ảnh hưởng đầu đạn 25 Phương pháp xác định khả chống đạn vật liệu 26 1.3.3.1 Phương pháp mô số 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 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 graph n P Ni 41 2.2.2 Chế tạo CNT PPy graph n PPy 41 2.2 Chế tạo nanocompozit vải sợi .42 2.2 .1 Chế tạo compozit vải sợi cacbon poxy compozit vải sợi Kevlar/epoxy .42 2.2 .2.Chế tạo nanocompozit CEGPY, KEGPY, CKEGPY 43 Các phương pháp nghiên cứu .43 .1 Xác định độ dẫn vật liệu .43 .2 Xác định khả 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 .6 Xác định tính chất học 46 2.4.7 Phân tích nhiệt .49 2.4.8 Xác định hàm lượng phần gel .50 2.4.9 Mô khả chống đạn vật liệu 51 2.4.10 Bắn thử nghiệm thực tế theo tiêu chuẩn 51 CHƯƠNG T Ả V THẢ L N 53 3.1 Chế tạo nanocompozit MWCNT graphen với PPy, PANi 53 3.1.1 Khảo sát vật liệu MWCNT graphen .53 3.1.1.1 Hình thái học vật liệu 53 3.1.1.2 Phổ Raman CNT graphen 55 1.2 hảo sát điều kiện chế tạo 56 3.1.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng BS đến độ dẫn PANi PPy .56 3.1.2.2 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ dẫn PANi PPy 57 3.1.2.3 Ảnh hưởng hàm lượng MWCNT, graph n đến độ dẫn PANi PPy 58 3.1.2.4 Khảo sát tính chất nanocompozit MWCNT graph n với PPy 58 3.1.3 Khả hấp thụ sóng điện từ nanocompozit .61 3.2 Chế tạo nanocompozit vải sợi cacbon/epoxy/graphen/PPy (CEGPY) 63 3.2.1 Khảo sát nhựa epoxy 63 3.2.1.1 Phổ hồng ngoại epoxy 63 3.2.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng chất đóng rắn DDM 64 3.2.1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ tới mức độ đóng rắn nhựa epoxy 65 3.2.1.4 Tính chất học pha đóng rắn 66 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng nhựa epoxy đến tính chất học CEGPY 67 3.2.3 Ảnh hưởng hàm lượng GPY đến tính chất học CEGPY 68 3.2.4 Ảnh hưởng điều kiện chế tạo đến tính chất học CEGPY 70 3.2.5 Tính chất CEGPY 73 3.2.5.1 Phân tích nhiệt 73 .2 Hình thái học vật liệu 74 3.3 Chế tạo nanocompozit vải sợi vlar poxy GP GP .75 Ảnh hưởng hàm lượng nhựa poxy đến tính chất học KEGPY 75 3.3.2 Ảnh hưởng hàm lượng GPY đến tính chất học KEGPY 76 3.3.3 Tính chất KEGPY 78 3.3.3.1 Phân tích nhiệt 78 Hình thái học KEGPY 79 hảo sát khả hấp thụ sóng điện từ vật liệu nanocompozit 79 3.4.1 Ảnh hưởng hàm lượng GP đến khả hấp thụ sóng điện từ .80 a Vật liệu KEGPY 80 b.Vật liệu CEGPY .80 hấp thụ sóng điện từ vật liệu nanocompozit ải tần 8- 12GHz 81 2.1 Vật liệu GP 81 2.2 Vật liệu C GP 82 Vật liệu C GP 83 3.5 Khảo sát khả chống đạn 85 Xác định khả chống đạn vải sợi xếp lớp 85 5.1.1 Mô số 85 3.5.1.2 Khảo sát khả chống đạn vải xếp lớp bắn thử nghiệm thực tế 95 3.5.2 Khảo sát khả chống đạn nanocompozit .99 3.5.2.1 Kết mô 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 Kết mô với đạn súng AK47 .105 a Tấm GP .105 b Tấm C GP .107 c Tấm CKEGPY .107 3.5.3 Khảo sát khả chống đạn thử nghiệm thực tế th o tiêu chuẩn NIJ 01.01.04, Hoa Kỳ 109 TL N .117 AN M C C C ẢN Bảng 1.1 Một số mơ hình vật liệu 29 Bảng 1.2 Một số mơ hình tương ứng cho vật liệu thường dùng 29 Bảng 1.3 Các cấp chống đạn điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn NIJ 01.01.04 (Hoa Kỳ) 30 Bảng 1.4 Các cấp chống đạn điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn Stanag 4569 (NATO) 31 Bảng 1.5 Các cấp chống đạn điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn Gost R 50744-95 (Nga) 31 Bảng 3.1 Mơ hình thơng số vật liệu vải Kevlar 129 .88 Bảng 3.2 Thông số mô giáp vải cacbon 92 Bảng 3.3 Thông số giáp vải Kevlar xếp lớp điều kiện thử nghiệm .96 Bảng 3.4 Kết bắn thử nghiệm giáp vải Kevlar 96 Bảng 3.5 Thông số giáp vải cacbon xếp lớp điều kiện thử nghiệm .98 Bảng 3.6 Kết bắn thử nghiệm giáp vải cacbon xếp lớp .98 Bảng 3.7 Mơ hình thơng số vật liệu nanocompozit 99 Bảng chống đạn súng nanocompozit th o t lệ vải cacbon/Kevlar 105 Bảng chống đạn vật liệu C GP th o t lệ số lớp vải 108 Bảng 10 Điều kiện chế tạo, bắn thử nghiệm chống đạn 110 Bảng 3.11 Kết bắn thử nghiệm với đạn 7,62x25 mm súng K54 110 Bảng 3.12 Kết bắn thử nghiệm với đạn 7,62x39 mm súng AK47 113 AN M CC C N Hình 1.1 Sơ đồ tổng hợp chất lai polyme-hạt nano Hình 1.2 Các bước chế tạo compozit polym gia cường ICP phương pháp dung dịch nóng chảy 10 Hình Sơ đồ tổng hợp nanocompozit ICP phương pháp trùng hợp chỗ 11 Hình 1.4 Q trình kích thích axit polyanilin 12 Hình Sơ đồ nguyên lý hấp thụ sóng điện từ .16 Hình 1.6 Lớp hấp thụ Dallenbach 17 Hình 1.7 Cấu tạo chắn Salisbury 18 Hình 1.8 Cấu tạo lớp Jauman 18 Hình 1.9 Sự tạo thành hình nón va chạm đạn đạo mặt sau chống đạn .21 Hình 1.10 Sự lan truyền phá hu compozit va chạm đạn đạo 22 Hình 1.11 Sự tạo thành hình nêm va chạm đạn đạo vật liệu dòn 23 Hình 2.1 Sơ đồ đo độ dẫn phương pháp mũi ò 43 Hình 2.2 Hệ đo hấp thụ sóng điện từ trường gần .44 Hình 3.1 Ảnh FESEM mẫu MWCNT mẫu CNT ban đầu (a), mẫu CNT sau rung siêu âm (b) (2014) 53 Hình 3.2 Ảnh FESEM graph n độ phóng đại10000 lần (a), 60000 lần (b) 54 Hình 3.3 Phổ Raman MWCNT 55 Hình 3.4 Phổ Raman graphen 56 Hình 3.5 Ảnh hưởng hàm lượng BS đến độ dẫn PANi PPy 57 Hình 3.6 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ dẫn P Ni PPy 57 Hình 3.7 Ảnh hưởng hàm lượng MWCNT, graph n đến độ dẫn PANi PPy 58 Hình 3.8 Phổ FTIR PPY (a), nanocompozit MWCNT/PPy (b) graphen/PPy (c) 60 Hình 3.9 Ảnh FESEM nanocompozit MWCNT/PPy (a), graphen/PPy (b) 60 Hình 10 Tổn hao hấp thụ sóng điện từ nanocompozit .61 Hình 11 Đồ thị hấp thụ sóng điện từ nanocompozit graphen/PPy dải tần 4-8 GHz (a) 8-12 GHz (b) 62 Hình 3.12 Phổ hồng ngoại nhựa epoxy Epikote 815 63 Hình 3.13 Ảnh hưởng hàm lượng M đến hàm lượng phần gel nhựa epoxy Epikote 815 80oC .64 Hình 3.14 Phân tích nhiệt vi sai hệ nhựa Epikote đóng rắn DDM 65 Hình 3.15 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng phần gel hệ nhựa Epikote 815/DDM = 100/22 (PKL) 66 Hình 3.16 Giản đồ ứng suất biến dạng nhựa poxy đóng rắn 66 Hình Tính chất học poxy đóng rắn DDM hàm lượng khác 67 Hình Ảnh hưởng hàm lượng nhựa poxy đến tính chất học CEGPY 68 Hình 3.19 Ảnh hưởng hàm lượng GP đến tính chất học CEGPY 69 Hình 20 Ảnh hưởng hàm lượng GP đến độ ẫn C GP .70 Hình 3.21 Ảnh hưởng nhiệt độ ép đến tính chất học CEGPY .71 Hình 3.22 Ảnh hưởng thời gian p đến tính chất học CEGPY 71 Hình 3.23 Ảnh hưởng áp suất ép đến tính chất học CEGPY 72 Hình ết uả phân tích nhiệt compozit cacbon poxy C GP 74 Hình Ảnh S M compozit cacbon poxy a , C GP b 74 Hình 3.26 Ảnh hưởng hàm lượng nhựa đến tính chất học vật liệu KEGPY 75 Hình Ảnh hưởng hàm lượng GP đến tính chất KEGPY .76 Hình Đồ thị biểu iễn độ ẫn GP .77 Hình ết uả phân tích nhiệt compozit vlar poxy GP 78 Hình Ảnh FESEM compozit Kevlar/epoxy (a) KEGPY (b) 79 Hình hấp thụ sóng điện từ GP th o hàm lượng GPY tần số 10 GHz 80 Hình hấp thụ sóng điện từ C GP th o hàm lượng GPY tần số 10 GHz 81 Hình Tổn hao hấp thụ a tổn hao phản xạ b Hình Tổn hao hấp thụ a , tổn hao phản xạ b C GP 83 Hình hấp thụ sóng điện từ C Hình So sánh khả hấp thụ sóng điện từ Hình GP .82 GP th o tần số khác 84 GP , C GP , C GP 85 Đầu đạn 7,62x25 mm súng K54 .86 Hình Đầu đạn 7,62x39 mm súng 86 Hình 3.39 Mơ hình mơ hình học chia lưới đầu đạn va chạm vào chắn vải Kevlar 87 Hình 3.40 Mơ q trình va chạm đầu đạn súng K54 vào chắn vải Kevlar xếp lớp 89 Hình Động vận tốc đầu đạn súng K54 theo thời gian va chạm với vải Kevlar xếp lớp 90 Hình Hình ảnh mơ khả chống đạn súng giáp vải Kevlar xếp lớp 91 Hình 3.43 Biểu diễn động đầu đạn súng AK47 vận tốc đầu đạn theo thời gian va chạm với vải Kevlar xếp lớp 92 Hình 3.44 Mơ q trình va chạm đầu đạn súng Hình với vải cacbon xếp lớp 93 Đồ thị vận tốc động đạn súng th o thời gian 93 Hình Mơ q trình va chạm đầu đạn súng Hình với vải cacbon xếp lớp94 Đồ thị động vận tốc đầu đạn súng AK47 va chạm với giáp vải cacbon xếp lớp 94 Hình Súng đạn 7,62x25 mm a , súng đạn 7,62x39 mm (b) sử dụng bắn thử nghiệm thực tế .95 Hình 3.49 Mẫu giáp vải cacbon Kevlar xếp lớp 96 Hình 3.50 Kết bắn thử nghiệm vải Kevlar xếp lớp 97 Hình 3.51 Mô khả chống đạn súng nanocompozit KEGPY 100 Hình Đồ thị động vận tốc đầu đạn súng K54 theo thời gian va chạm với KEGPY 101 Hình 3.53 Mơ khả chống đạn súng Hình CEGPY 102 Đồ thị động a vận tốc đầu đạn súng K54 (b) theo thời gian va chạm với CEGPY 102 Hình Mơ khả chống đạn súng CKEGPY 103 Hình Đồ thị vận tốc lượng đầu đạn súng th o thời gian va chạm với CKEGPY .104 Hình 3.57 Mơ khả chống đạn súng KEGPY .106 ... sát khả hấp thụ sóng điện từ vật liệu nanocompozit 79 3.4.1 Ảnh hưởng hàm lượng GP đến khả hấp thụ sóng điện từ .80 a Vật liệu KEGPY 80 b .Vật liệu CEGPY .80 hấp thụ sóng. .. 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 vật liệu hấp thụ sóng điện từ 17 1.2.2.1 Lớp hấp thụ Dallenbach ... thụ sóng điện từ vật liệu nanocompozit ải tần 8- 12GHz 81 2.1 Vật liệu GP 81 2.2 Vật liệu C GP 82 Vật liệu C GP 83 3.5 Khảo sát khả chống đạn