Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10594:2014 (hoàn toàn tương đương với tiêu chuẩn quốc tế ISO 14127:2008) quy định các phương pháp xác định hàm lượng nhựa, hàm lượng sợi và độ rỗng của vật liệu composite gia cường sợi cacbon. Đây là văn bản kỹ thuật cốt lõi giúp các phòng thử nghiệm, nhà sản xuất và cơ quan kiểm định đánh giá chính xác cấu trúc và chất lượng của vật liệu composite polyme gia cường sợi cacbon.

Dưới đây là tóm tắt chi tiết nội dung phần mở đầu và các điều khoản đầu tiên (từ Điều 1 đến Điều 4) của tiêu chuẩn:

Điều 1: Phạm vi áp dụng

• Tiêu chuẩn này quy định các phương pháp cụ thể để xác định hàm lượng nhựa, hàm lượng sợi và độ rỗng của composite gia cường sợi cacbon.
• Đối tượng áp dụng bao gồm các loại vật liệu composite polyme gia cường sợi cacbon dạng đơn hướng, đa hướng, vải dệt hoặc sợi cắt ngắn.
• Tiêu chuẩn này cũng áp dụng cho các vật liệu prepreg (vật liệu bán thành phẩm đã tẩm sẵn nhựa) chưa lưu hóa.
• Các phương pháp phân hủy hóa học (tiêu hóa) bằng axit hoặc phương pháp nung nhiệt được sử dụng để loại bỏ pha nhựa nền polyme nhằm xác định chính xác khối lượng sợi cacbon còn lại.

Điều 2: Tài liệu viện dẫn

• Các tài liệu viện dẫn trong tiêu chuẩn này là cực kỳ cần thiết cho việc áp dụng và thực hiện các phép thử.
• 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, bổ sung (nếu có).
• Các tài liệu liên quan chủ yếu bao gồm các tiêu chuẩn về xác định khối lượng riêng của chất dẻo phi xốp, tiêu chuẩn về điều hòa mẫu thử và môi trường thử nghiệm tiêu chuẩn.

Điều 3: Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn đưa ra các định nghĩa thống nhất cho các khái niệm kỹ thuật cốt lõi bao gồm:

• Hàm lượng sợi (Fibre content): Tỷ lệ phần trăm của sợi cacbon có trong vật liệu composite, có thể được biểu thị theo phần trăm khối lượng hoặc phần trăm thể tích.
• Hàm lượng nhựa (Resin content): Tỷ lệ phần trăm của nhựa nền polyme trong vật liệu composite, được xác định bằng cách loại bỏ nhựa và tính toán theo phần trăm khối lượng hoặc thể tích.
• Độ rỗng (Void content): Tỷ lệ phần trăm thể tích của các khoảng trống, bọt khí hoặc khuyết tật không gian bên trong cấu trúc vật liệu composite.

Điều 4: Nguyên lý của các phương pháp xác định

Tiêu chuẩn thiết lập nguyên lý hoạt động cho ba phương pháp chính nhằm tách nhựa nền ra khỏi sợi cacbon mà không làm tổn hại đến cấu trúc sợi:

• Phương pháp phân hủy bằng axit (Acid digestion): Sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh (như hỗn hợp axit sunfuric và hydro peroxit, hoặc axit nitric đậm đặc) để hòa tan và phân hủy hoàn toàn pha nhựa nền polyme. Sợi cacbon không bị ảnh hưởng bởi axit sẽ được lọc, rửa sạch, sấy khô và cân để xác định khối lượng.
• Phương pháp nung (Ignition method): Nhựa nền polyme được loại bỏ bằng cách nung mẫu thử ở nhiệt độ cao trong môi trường khí trơ (như nitơ) hoặc trong điều kiện không khí được kiểm soát nghiêm ngặt để tránh hiện tượng oxy hóa và hao hụt khối lượng của sợi cacbon.
• Nguyên lý xác định độ rỗng: Độ rỗng thể tích được tính toán gián tiếp dựa trên sự chênh lệch giữa khối lượng riêng lý thuyết của composite (được tính toán từ khối lượng riêng và hàm lượng của sợi và nhựa thực tế) với khối lượng riêng thực tế của mẫu thử được đo bằng phương pháp dịch chuyển chất lỏng (phương pháp cân thủy tĩnh).

Các lưu ý kỹ thuật quan trọng khi thực hiện

• Việc lựa chọn phương pháp phân hủy (axit hoặc nung) phụ thuộc vào loại nhựa nền polyme (epoxy, polyester, phenolic, hoặc nhựa nhiệt dẻo) và đặc tính của sợi cacbon để tránh sai số do sợi bị phân hủy một phần.
• Tất cả các phép cân đo khối lượng phải được thực hiện trên cân phân tích có độ chính xác tối thiểu đến 0,1 mg để đảm bảo độ tin cậy của kết quả thử nghiệm.