VẬT LIỆU LÀM NÊN NHỮNG CHIẾC DU THUYÊN

Hiện nay, xu thê của Việt Nam là đóng tàu thép. Nhưng ai trong chúng ta không chạy theo thời thế mà lại đi theo khuynh hướng truyên thống của trường ta. ĐÓ là vật liệu COmposite. bao giờ cũng thế. muốn nghiên cứu cài gì cũng cần hiểu nó.
Sau đay là một số khái niêm. anh em trao đổi nhé:
I. KHÁI NIỆM
1. Khái niệm
Vật liệu Composite là vật liệu
được chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau nhằm mục đích
tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn vật liệu ban đầu.
Vật liệu Composite được cấu tạo từ các thành phần cốt nhằm đảm bảo cho
Composite có được các đặc tính cơ học cần thiết và vật liệu nền đảm bảo
cho các thành phần của Composite liên kết, làm việc hài hoà với nhau.

2. Lịch sử hình thành và phát triển
Vật
liệu Composite đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống, khoảng 5.000
năm trước Công nguyên người cổ đại đã biết vận dụng vật liệu composite
vào cuộc sống ( ví dụ: sử dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo sự
dãn nở trong quá trình nung đồ gốm). Người Ai Cập đã biết vận dụng vật
liệu Composite từ khoảng 3.000 năm trước Công nguyên, sản phẩm điển
hình là vỏ thuyền làm bằng lau, sậy tẩm pitum về sau này các thuyền đan
bằng tre chát mùn cưa và nhựa thông hay các vách tường đan tre chát bùn
với rơm, dạ là những sản phẩm Composite được áp dụng rộng rãi trong đời
sống xã hội. Sự phát triển của vật liệu composite đã được khẳng định và
mang tính đột biến vào những năm 1930 khi mà stayer và Thomat đã nghiên
cứu, ứng dụng thành công sợi thuỷ tinh; Fillis và Foster dùng gia cường
cho Polyeste không no và giải pháp này đã được áp dụng rộng rãi trong
ngành công nghiệp chế tạo máy bay, tàu chiến phục vụ cho đại chiến thế
giới lần thức hai. Năm 1950 bước đột phá quan trọng trong ngành vật
liệu Composite đó là sự xuất hiện nhựa Epoxy và các sợi gia cường như
Polyeste, nylon,… Từ năm 1970 đến nay vật liệu composite nền chất dẻo
đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và dân
dụng,y tế, thể thao, quân sự vv...

3. Ưu điểm
Tính ưu việt
của vật liệu Composite là khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các
kết cấu sản phẩm theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn,
các thành phần cốt của Composite có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật
liệu nền luôn đảm bảo cho các thành phần liên kết hài hoà tạo nên các
kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong
điều kiện khắc nghiệt của môi trường Một trong các ứng dụng có hiệu quả
nhất đó là Composite polyme, đây là vật liệu có nhiều tính ưu việt và
có khả năng áp dụng rộng rãi, tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao,
chịu môi trường, rễ lắp đặt, có độ bền riêng và các đặc trưng đàn hồi
cao, bền vững với môi trường ăn mòn hoá học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện
thấp. Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định dễ triển khả được
các thủ pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất.

II. PHÂN LOẠI COMPOSITE
Vật liệu composite được phân loại theo hình dạng và theo bản chất của vật liệu thành phần.
1 - Phân loại theo hình dạng
a. Vật liệu composite độn dạng sợi:
Khi
vật liệu tăng cường có dạng sợi, ta gọi đó là composite độn dạng sợi,
chất độn dạng sợi gia cường tăng cơ lý tính cho polymer nền.
b. Vật liệu composite độn dạng hạt :
Khi
vật liệu tăng cường có dạng hạt, các tiểu phân hạt độn phân tán vào
polymer nền. Hạt khác sợi ở chỗ nó không có kích thước ưu tiên.
2 - Phân loại theo bản chất, thành phần
•Composite
nền hữu cơ ( nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt có dạng: sợi hữu cơ
(polyamide, kevlar…), Sợi khoáng ( thủy tinh, carbon…), sợi kim loại
(Bo, nhôm...)
•Composite nền kim loại: nền kim loại ( hợp kim
Titan, hợp kim Al,…) cùng với độn dạng hạt: sợi kim loại (Bo), sợi
khoáng ( Si, C)…
•Composite nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim loại (chất gốm), hạt gốm (cacbua, Nitơ)…

III. CẤU TẠO CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE
1 – Polymer nền
Là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đóng vai trò truyền ứng suất sang độn khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu.
Có thể tạo thành từ một chất hoặc hỗn hợp nhiều chất được trộn lẫn một cách đồng nhất tạo thể liên tục.
Trong thực tế, người ta có thể sử dụng nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo làm polymer nền:
•Nhựa nhiệt dẻo: PE, PS, ABS, PVC…độn được trộn với nhựa, gia công trên máy ép phun ở trạng thái nóng chảy.
•Nhựa
nhiệt rắn: PU, PP, UF, Epoxy, Polyester không no, gia công dưới áp suất
và nhiệt độ cao, riêng với epoxy và polyester không no có thể tiến hành
ở điều kiện thường, gia công bằng tay (hand lay- up method). Nhìn
chung, nhựa nhiệt rắn cho vật liệu có cơ tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo.
•Một số loại nhựa nhiệt rắn thông thường:
Polyester
Nhựa
polyester được sử dụng rộng rãi trong công nghệ composite, Polyester
loại này thường là loại không no, đây là nhựa nhiệt rắn, có khả năng
đóng rắn ở dạng lỏng hoặc ở dạng rắn nếu có điều kiện thích hợp. Thông
thường người ta gọi polyester không no là nhựa polyester hay ngắn gọn
hơn là polyester.
Polyester có nhiều loại, đi từ các acid, glycol
và monomer khác nhau, mỗi loại có những tính chất khác nhau. Chúng có
thể rất khác nhau trong các loại nhựa UPE khác nhau, phụ thuộc chủ yếu
vào các yếu tố :
+ Thành phần nguyên liệu (loại và tỷ lệ tác chất sử dụng)
+ Phương pháp tổng hợp
+ Trọng lượng phân tử
+ Hệ đóng rắn (monomer, chất xúc tác, chất xúc tiến)
+ Hệ chất độn
Bằng
cách thay đổi các yếu tố trên, người ta sẽ tạo ra nhiều loại nhựa UPE
có các tính chất đặc biệt khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng.
Có
hai loại polyester chính thường sử dụng trong công nghệ composite. Nhựa
orthophthalic cho tính kinh tế cao, được sử dụng rộng rãi. Còn nhựa
isophthalic lại có khả năng kháng nước tuyệt vời nên được xem là vật
liệu quan trọng trong công nghiệp, đặc biệt là hàng hải.
Đa số
nhựa polyester có màu nhạt, thường được pha loãng trong styrene. Lượng
styrene có thể lên đến 50% để làm giảm độ nhớt của nhựa, dễ dàng cho
quá trình gia công. Ngoài ra, styrene còn làm nhiệm vụ đóng rắn tạo
liên kết ngang giữa các phân tử mà không có sự tạo thành sản phẩm phụ
nào. Polyester còn có khả năng ép khuôn mà không cần áp suất.
Polyester
có thời gian tồn trữ ngắn là do hiện tượng tự đóng rắn của nó sau một
thời gian. Thông thường, người ta thêm vào một lượng nhỏ chất ức chế
trong quá trình tổng hợp polyester để ngăn ngừa hiện tượng này.
Nhà
sản xuất có thể cung cấp nhựa ở dạng tự nhiên hay có dùng một số phụ
gia. Nhựa có thể được sản xuất để chỉ cần cho xúc tác vào là sử dụng
được. Như đã đề cập ở trên, cần phải có thời gian để polyester tự đóng
rắn. Tốc độ trùng hợp quá chậm cho mục đích sử dụng, vì vậy cần dùng
chất xúc tác và chất xúc tiến để đạt độ trùng hợp của nhựa trong một
khoảng thời gian nào đó.
Khi đã đóng rắn, polyester rất cứng và có
khả năng kháng hoá chất. Quá trình đóng rắn hay tạo kết ngang được gọi
là quá trình Polymer hóa. Đây là phản ứng hoá học chỉ có một chiều. Cấu
trúc không gian này cho phép nhựa chịu tải được mà không bị giòn.
Cần
phải chuẩn bị hỗn hợp nhựa trước khi sử dụng. Nhựa và các phụ gia khác
phải được phân tán đều trước khi cho xúc tác vào. Phải khuấy đều và cẩn
thận để loại bỏ bọt khí trong nhựa ảnh hưởng quá trình gia công. Điều
này rất quan trọng do bọt khí còn trong nhựa sẽ ảnh hưởng tính chất cơ
lý, làm cấu trúc sản phẩm bị yếu. Cần phải chú ý rằng việc dùng xúc tác
và xúc tiến với hàm lượng vừa đủ sẽ cho vật liệu những tính chất tốt
nhất. Nếu quá nhiều xúc tác sẽ làm quá trình gel hoá xảy ra nhanh hơn,
ngược lại, nếu ít xúc tác quá trình đóng rắn sẽ bị chậm lại.
Vinylester
Vinylester
có cấu trúc tương tự như polyester, nhưng điểm khác biệt chủ yếu của nó
với polyester là vị trí phản ứng, thường là ở cuối mạch phân tử do
vinyl ester chỉ có kết đôi C=C ở hai đầu mạch mà thôi. Toàn bộ chiều
dài mạch phân tử đều sẵn chịu tải, nghĩa là vinylester dai và đàn hồi
hơn polyester. Vinylester có ít nhóm ester hơn polyester, nhóm ester
rất dễ bị thủy phân, tức là vinylester kháng nước tốt hơn các polyester
khác, do vậy nó thường được ứng dụng làm ống dẫn và bồn chứa hoá chất.
Khi
so sánh với polyester thì số nhóm ester trong vinyl ester ít hơn, nghĩa
là vinyl ester ít bị ảnh hưởng bởi phản ứng thủy phân. Thường dùing vật
liệu này như là lớp phủ bên ngoài cho sản phẩm ngập trong nước, như là
vỏ ngoài của tàu, thuyền. Cấu trúc đóng rắn của vinyl ester có khuynh
hướng dai hơn polyester, mặc dù để đạt tính chất này, nhựa cần nhiệt độ
cao sau đóng rắn

shippro đã viết:

3. Ưu điểm
Tính ưu việt của vật liệu Composite là khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các
kết cấu sản phẩm theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn,
các thành phần cốt của Composite có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật
liệu nền luôn đảm bảo cho các thành phần liên kết hài hoà tạo nên các
kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong
điều kiện khắc nghiệt của môi trường Một trong các ứng dụng có hiệu quả
nhất đó là Composite polyme, đây là vật liệu có nhiều tính ưu việt và
có khả năng áp dụng rộng rãi, tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao,
chịu môi trường, rễ lắp đặt, có độ bền riêng và các đặc trưng đàn hồi
cao, bền vững với môi trường ăn mòn hoá học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện
thấp. Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định dễ triển khả được
các thủ pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất.

Ưu nhược điểm của vật liệu Composite (đối với ngành đóng tàu):
Ưu điểm:
- Có khả năng kết hợp với các vật liệu khác như gỗ, thép ...để tạo ra các kết cấu mới vừa đảm bảo chật lượng Kỹ thuật, vừa có giá thành thấp.
- Rất bền với môi trường biển, ít bị ăn mòn và điện phân.
- Có tính trơ với sinh vật biển.
- Rất dễ tạo dáng.
- Có độ bóng bề mặt cao.
- Độ kín nước rất cao.
- Dễ thi công và sửa chữa.
- Độ bền cơ học cao.
- Chi phí bảo dưỡng thấp.
Nhược điểm:
- Giá thành sản phẩm cao (vì já vật liệu cao, VN chưa tự sản xuất được, toàn phải nhập từ Đài Loan ~.~!)
- Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào tay nghề (Người ta thì dùng máy quấn, súng phun, còn Vn mình thì xài...con lăn ~.~! --->lăn ko đều tay coi như hỏng ~.~!)
- Độ bền va đập kém.
- Tính toán phức tạp (Nội cái việc vẽ đường hình thôi mà nhìu đứa lớp em cũng muốn bật máu mắt rồi đó ~.~!)
- Chưa có biện pháp xử lý chất thải (hik, cũng chỉ vì nó wá bền, mà hình như cái nì hok tái chế đc ~.~)

Anh2Long đã viết:

Nhược điểm:
- Giá thành sản phẩm cao (vì já vật liệu cao, VN chưa tự sản xuất được, toàn phải nhập từ Đài Loan ~.~!)
- Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào tay nghề (Người ta thì dùng máy quấn, súng phun, còn Vn mình thì xài...con lăn ~.~! --->lăn ko đều tay coi như hỏng ~.~!)
- Tính toán phức tạp (Nội cái việc vẽ đường hình thôi mà nhìu đứa lớp em cũng muốn bật máu mắt rồi đó ~.~!)

Giờ cũng đã có nguyên vật liệu của VN rồi bạn ơi.

Chất lượng sản phẩm nào cũng phụ thuộc vào tay nghề cả bạn ơi. Nhưng cái dễ thương của môn này là sử dụng thợ thủ công là nhiều, công việc giản đơn chẳng đòi hỏi kỹ thuật gì phức tạp. Không có việc lăn đều tay mà hỏng như bạn nói đâu, hế hế. Chắc bạn chỉ phỏng đoán thôi phải không? Nói cho bạn dễ hình dung là nếu đang làm dở dang, có thể để đó hàng thời gian, sau đó trát lớp tíêp theo cũng chẳng có vấn đề gì. Chỉ có lớp phủ đầu thì nên làm liên tục để đảm bảo bề mặt đẹp. Nhưng nếu tàu to quá thì ngưng rồi làm tiếp cũng chẳng sao.

Tính toán cũng chẳng có gì phức tạp hơn là tính cho tàu sắt cả. Mà nữa, cái tập quy phạm tàu vỏ FRP này nó mỏng lét, thua xa quy phạm tàu vỏ thép 2a, 2b nữa.

Đường hình phức tạp chút ở chỗ bẻ góc thôi, nhưng cũng chả có gì mà phải chảy máu như bạn cả, hế hế. So mấy cái bẻ góc này với mũi trái dừa à nhầm, mũi quả lê hoặc đuôi ống tup thì còn dễ hơn nhiều lần.

Cái khó của phần tính toán này là nằm ở việc chuyển từ chiều dày thiết kế sang số lớp để thi công thôi bạn. Nhưng làm việc chút thời gian thì sẽ có kinh nghiệm thôi. Thậm chí đọc sách xong cũng có thể tính chuyển được từ chiều dày thiết kế sang số lớp để thi công được.

Không biết có anh em nào có tài liệu về chất làm bề mặt ngoài cho thuyền composite không nhỉ (Còn gọi là gelcoat đó). Vật liệu này rất quan trọng vì nó bảo vệ kết cấu sợi bên trong.
Nếu anh em nào có các tài liệu, các tiêu chuẩn kiểm tra thì share cho mình với nha! Mình hiện đang làm trong công ty đóng tàu composite nên rất cần những tài liệu này! Thanks nha!

vật liệu composite dùng trong đóng tàu sử dung phương pháp lăn tay không phải là lạc hậu so với súng phun hay hay máy quấn, tài liệu của thầy Đạt và 1 số sách khác có phân biệt rõ vấn đề này, tham khảo thêm nhé.
kỹ thuật làm FRP không khó nhưng thiết kế tính toán để thi công sao cho tiết kiệm vật liệu và đủ bền thì không đơn giản lém, có lăn vào ùi mới biết. tính theo quy phạm, là chuẩn với Đăng Kiểm, nhưng để hạ giá thành sản phẩm thì mình phải tính thêm nhiều.
Đường hình của tàu FRP thiết kế cho tàu cao tốc thì chú ý nhiều đến đường bẻ góc, đến góc cất để tăng tốc độ, nếu thiết kế không chính xác, thì không cất lên được, mà thế thì tiêu! ^^
túm lại là làm nhiều mới giỏi, và trong nghề mới thấy cái khó, cái dễ, quan trọng là có đam mê với lĩnh vực đó hay không thôi.
tính toán phức tạp nếu chỉ đề cập đường hình thì chưa nói lên hết được, tính toán sức bền cho vật liệu dị hướng thì quả là phức tạp. còn chiều dày của từng tấm, để có được phải xét đến bài toán sức bền và tính hợp lí chiều dày để giảm thiểu vật liệu chế tạo.
còn tính chuyển chiều dày thiết kế sang số lớp thi công thì mình chưa hiểu lắm???
vì theo k biết, để tính bền phải xác đinh trước bao nhiêu lớp, quy cách sắp xếp từng lớp, nhựa, vải thế nào để xác định cơ tính mới tính được ứng suất, so với ứng suất giới hạn để kết luận đủ bền chưa?
chiều dày thiết kế này tính ở đâu ra ???
mong được cao thủ mở rộng thêm tầm mắt!

Hồng Thất Công đã viết:

Giờ cũng đã có nguyên vật liệu của VN rồi bạn ơi.

Chất lượng sản phẩm nào cũng phụ thuộc vào tay nghề cả bạn ơi. Nhưng cái dễ thương của môn này là sử dụng thợ thủ công là nhiều, công việc giản đơn chẳng đòi hỏi kỹ thuật gì phức tạp. Không có việc lăn đều tay mà hỏng như bạn nói đâu, hế hế. Chắc bạn chỉ phỏng đoán thôi phải không? Nói cho bạn dễ hình dung là nếu đang làm dở dang, có thể để đó hàng thời gian, sau đó trát lớp tíêp theo cũng chẳng có vấn đề gì. Chỉ có lớp phủ đầu thì nên làm liên tục để đảm bảo bề mặt đẹp. Nhưng nếu tàu to quá thì ngưng rồi làm tiếp cũng chẳng sao.

Tính toán cũng chẳng có gì phức tạp hơn là tính cho tàu sắt cả. Mà nữa, cái tập quy phạm tàu vỏ FRP này nó mỏng lét, thua xa quy phạm tàu vỏ thép 2a, 2b nữa.

Đường hình phức tạp chút ở chỗ bẻ góc thôi, nhưng cũng chả có gì mà phải chảy máu như bạn cả, hế hế. So mấy cái bẻ góc này với mũi trái dừa à nhầm, mũi quả lê hoặc đuôi ống tup thì còn dễ hơn nhiều lần.

Cái khó của phần tính toán này là nằm ở việc chuyển từ chiều dày thiết kế sang số lớp để thi công thôi bạn. Nhưng làm việc chút thời gian thì sẽ có kinh nghiệm thôi. Thậm chí đọc sách xong cũng có thể tính chuyển được từ chiều dày thiết kế sang số lớp để thi công được.

Ồ! Có nguyên liệu VN rùi à ^^! Thấy master bảo thế nên cũng nghĩ thế thôi.
Phỏng đoán à, cũng ko hẳn thế. Những phần in đậm là em lấy trong giáo trình ra, phần in thường (bỏ ngoặc đơn) là lời nói thêm của master đó!
Thanks pác đã đính chính lại cho em!
Đúng là cái nì dễ thương thiệt, thương nhìu wá rùi cũng chít vì ngộ độc mất ~.~!

Không biết Corsair đang làm việc ở đâu vậy???

anh Long ơi em đang có nhu cầu về gel khuôn anh có thể cung cấp cho em thông tin về 7 loại gel của công ty anh được không?em đang sử dụng vật liệu của Tân viễn Đông

nếu được anh gửi vào mail [You must be registered and logged in to see this link.]

nghe master thì chắc chỉ có nước đổ thóc giống ra ăn thôi các huynh ạ