[COMPOSITE P2] Ý NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG MỘT SỐ LOẠI SỢI THỦY TINH THÔNG DỤNG

Sợi thủy tinh E: 

Còn gọi là thủy tinh điện (Electrical glass) do có đặc tính cách điện cao, nó chứa hàm lượng kiềm thấp, trong cấu trúc lớp của composite thể hiện sức bền cơ rất tốt và tuổi thọ cao. Chính nhờ đặc tính đó, sợi thủy tinh E được ứng dụng phổ biến nhất trong tất cả các loại sợi thủy tinh, trong mọi lĩnh vực với các sản phẩm rất đa dạng, kể cả tàu thuyền dân dụng và quân sự.

[SỢI THỦY TINH] CÁC LOẠI SỢI THỦY TINH GIA CƯỜNG

SỢI THỦY TINH MAT CẮT NGẮN – CSM

Là sản phẩm cấu tạo từ các tao sợi cắt ngắn dài 50mm được liên kết với nhau bằng chất tẩm dính (không dệt), và phân bổ ngẫu nhiên (random) theo nhiều chiều hướng khác nhau chứ không theo chiều hướng nào cụ thể. Các tao sợi cắt ngắn được trải ngẫu nhiên rồi nhờ chất kết dính dạng kem hoặc bột, chúng liên kết với nhau theo chiều trải và duy trì sức bền độc lập. Sau đó các tấm sợi này được sưởi nóng để loại trừ chất tẩm không phù hợp với resin (nếu có) và được ép xẹp lại gọi là MAT hay còn gọi là “vải” MAT CSM. Cuối cùng chúng được cuộn lại thành từng cuộn, với chiều rộng từ 1-1,04m nặng 30-50kg/ cuộn để cung ứng trên thị trường, bảo quản trong túi nilon và hộp carton. 

Loại MAT này thường dung chất kết dính bột Polyester. Sau khi sưởi nóng chất này làm cho các tao sợi kết dính tốt hơn. Chất kết dính dạng kem là loại polyvinyl acetat, nó cũng có tác dụng làm cho các tao sợi kết dính lại. 

Các chất kết dính dạng kem có ưu điểm hòa tan nhanh chóng trong resin nên được áp dụng cho các sản phẩm phức tạp, dễ sử dụng hơn nhiều so với chất kết dính dạng bột. Ngoài ra thì laminat còn ướt vẫn dễ cắt, nên được dùng cho một số mục đích đặc biệt. CSM được chế tạo cho các mục đích khác nhau; ví dụ MAT cho sản phẩm đa dụng (general prerpose) với chất kết dính kem; MAT mịn (fine oplit MAT) chỉ dùng để làm khuôn, ngay sau lớp gel coat; MAT chống ăn mòn (Anti – corrosion) với chất kết dính bột..v..v

MAT được sản xuất và cung ứng trên thị trường với trọng lượng đơn vị khác nhau, tức chiều dày khác nhau: 200, 300, 450 g/m2, chiều rộng 1÷2,3m. Nó có độ bền cơ học trung bình. Do phân bố ngẫu nhiên theo nhiều hướng nên cường độ không ưu tiên cho hướng nào. MAT được ứng dụng hầu hết cho các sản phẩm laminat, không tham gia chuyển động quay. MAT kết hợp với Roving sẽ cho cường độ chịu lực cao hơn.

Note: Các sợi thủy tinh dùng chất kết dính dạng bột sẽ cho ra sợi thủy tinh cứng (sợi TQ), chất kết dính dạng kem cho ra sợi thủy tinh mềm (Japan)

MAT LIÊN TỤC (Continuous Strand Mat)

Đây cũng là loại MAT không dệt (non woven MAT) được làm từ các tao sợi liên tục. Chủ yếu được dung cho các sản phẩm composite xoay (Scoirl) và đặc biệt cho các khuôn kín (closed mould). Nó có sức bền cơ học cao. Các lớp nhất quán đều nhau, nên có đặc tính tạo khuôn xuất sắc.

ROVIMAT (Roving – Mat kết hợp)

Loại sp này là sự kết hợp giữa roving và MAT để cho những đặc tính tốt hơn. Có 2 dạng:

FAB-MAT: gồm MAT được dính kết trên vải roving. Cũng có khi chỉ đan dắt vào vải roving mà không dung chất kết dính vào

VD: FAB-MAT 530/450: nghĩa là MAT450g/m2 được dính kết (hoặc đan dắt) trên vải roving 530g/m2.

LINROV-MAT: gồm CSM được dính kết với vải roving một chiều. Nếu so sánh với CSM và vải roving riêng lẻ thì loại này có những ưu điểm sau:

• Tiết kiệm được lao động trong các khâu: trải, quét resin, lăn, cắt, vì resin được quét phủ cùng một lúc cả MAT lẫn vải roving.
• Đặc tính cơ học cao hơn vì MAT giữ cho các sợi roving không bị xô dạt.
• Tiết kiệm được resin
• Trong thực tế người ta cũng trải đồng thời MAT trên vải roving rồi quét thấm resin để tạo laminat gia cường.

VẢI ROVING DỆT (WOVEN ROVING)

Đây là vải dệt từ các sợi roving với các chiều dày khác nhau: từ 300g/m2 đến gần 1000g/m2. Loại vải roving dày trên 500g/m2 – 1000g/m2 thường được áp dụng cho các sản phẩm lớn, laminat dày như: bồn hứa, tàu thuyền,…Vải roving dễ thấm resin, giá thành rẻ hơn, thường được kết hợp với MAT (CSM) để tăng cường độ chịu uốn, va đập và tiết kiệm lao động, resin như nêu trên.

VẢI DỆT TỪ CHỈ:

Từ sợi chỉ có thể đệt thành vải hoặc ép thành khối để làm chất cách nhiệt và cho mục đích bịt kín, có màu trắng, xốp mềm (được mang tên Fexturised yarn).

KHĂN BỌC (Muffler Products)

Được cung ứng dưới dạng sợi hoặc MAT dùng cho mục đích giảm âm của động cơ đốt trong

SẢN PHẨM GIA CƯỜNG LIÊN KẾT (Stitched Reinforcing Fabrics)

Là sản phẩm được tạo thành bằng cách liên kết MAT (CSM), roving dệt (woven roving) và vải tissue bè mặt (surface tissue) phục vụ chủ yếu cho ngành hang hải, nông nghiệp, chống ăn mòn và các bán thành phẩm “prepreg” tẩm sẵn SMC, BMC cho công nghệ đúc, nén…

BĂNG VẢI THỦY TINH

Đơn giản đây là loại bang vải dệt dài, hẹp phục vụ cho các lớp gia cường ở chỗ nhỏ, hẹp, dài, sâu, xoắn, cho sửa chữa và công nghệ sung phun bắng (Spray up). Nó được sản xuất với các chiều rộng và dày khác nhau.

SẢN PHẨM S2 (S2 GLASS PRODUCTS)

Là sản phẩm cấu tạo từ sợi roving hoặc sợi chỉ phục vụ mục đích dễ dáng tạo dáng sản phẩm (tạo khuôn). Hãng cung cấp sợi thủy tinh hàng đầu thế giới của Mỹ OCF đã sản xuất sản phẩm S2 này nhằm mục đích nâng cao đặc tính Laminat gia cường với giá thấp hơn các loại khác. S2 dường như là loại đa năng nhất so với các loại sợi tiên tiến, nó có thể phù hợp với các loại resin khác nhau.

BỘT THỦY TINH (Milled Fibres)

Là loại bột thu được qua quá trình nghiền các sợi thủy tinh bằng búa rồi qua các mặt sàng với các quy cách khác nhau. Bột thủy tinh được sử dụng như một chất độn (fillers) và phụ gia (additives) để cải tiến chất lượng bề mặt và kiểm soát sự thấm nhiệt (heat distortion).

THỦY TINH MẢNH VỤN (Flake Glass)

Được làm từ các loại thủy tinh chịu hóa chất “C” (chemical resistant). Nó chốm ẩm rất tốt. Tương tự như thủy tinh bột, nó được áp dụng để tang đặc tính cơ lý của chất dẻo gia cường, chống sét gỉ, giảm thẩm thấu hơi nước, tăng độ bền chắc và dê dàng liên kết với lớp dưới.

CEM-FIL (Sợi cho xi măng)

Là các loại roving cắt ngắn hoặc liên tục loại bền kiềm chuyên dùng để gia cường cho xi măng GRC (Glass Reinforced Cement).

VẢI MỊN (Tissue)

Đầy là các loại vải mịn, mong như satin, lụa, toan,vvv..dệt trơn hoặc dệt chéo cho các mục đích “bề mặt”.

[SỢI GIA CƯỜNG] CÁC LOẠI SỢI GIA CƯỜNG CHẤT DẺO TRONG CÔNG NGHỆ COMPOSITE

Có khá nhiều loại sợi được ứng dụng trong công nghệ composite như Sợi thủy tinh (E & R), Aramid, Polyeste, Cacbon,…

SỢI THỦY TINH.

Sợi thủy tinh đã được người Ai Cập cổ đại phát hiện ra từ trước Công nguyên. Nhưng đến cuối thế kỷ 18 nó mới được ứng dụng như một nguyên liệu dệt. Vào thập kỷ 30 thế kỷ 20 sợi thủy tinh bắt đầu được sản xuất mang tính công nghiệp và lần đầu tiên được sử dụng như một loại vật liệu cách điện. Tuy nhiên, đến thập niên 50, cùng với sự phát triển của ngành polyme, sợi thủy tinh được ứng dụng rộng rãi làm vật liệu gia cường chất dẻo, đó là FRP. Với sự tham gia của sợi thủy tinh thì sau khi đóng rắn chất dẻo có cường độ cơ, lý cao hơn hẳn, thậm chí rất cao nếu sợi thủy tinh chiếm tỷ lệ lớn và công nghệ thích hợp.

Thủy tinh khi được nấu chảy, có thể kéo thành sợi rất nhỏ đường kính 5-13 µm và có thể uốn đến 900  , cho phép dệt thành nhiều loại vải gia cường khác nhau để sử dụng trong công nghệ composite. Trong số chất dẻo nhiệt từ polyamide, polyester, polypropylene có gia cường thì có đến 80% được gia cường bằng sợi thủy tinh. Trong tổng số tiêu thụ sợi thủy tinh cắt ngắn (chopped strands) thì trên 97% dùng cho gia cường chất dẻo rắn (như composite FRP), mà chỉ 3% dùng gia cường chất dẻo nhiệt. Theo số liệu năm 1996, trên thế giới đã tiêu thụ khoảng 400.000 tấn sợi thủy tinh, trong đó châu Âu 130.000 tấn, Bắc Mỹ 126.000 tấn, Nhật 85.000 tấn, châu Á và châu Đại Dương 23.000 tấn, Nam Phi 5.000 tấn. Tại các nước Đông Á và Đông Nam châu Á đều có nhà máy sản xuất sợi thủy tinh phục vụ trong nước và xuất khẩu: Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc, Đài Loan, Indonesia, Singapore, Malaysia, Thái Lan.v.v… Tóm lại sợi thủy tinh đã và đang được ứng dụng rất rộng rãi.

SỢI ARAMID

Sợi Aramid còn có tên là sợi Kevlar, trong đó loại được ứng dụng chủ yếu mang ký hiệu K29 và K49. Đây là loại sợi tổng hợp có tỷ trọng nhẹ mà độ bền cao. Vì vậy, khi sản phẩm đòi hỏi phải nhẹ, chịu ứng lực cao thì người ta dung sợi Kevlar thay cho sợi thủy tinh. Nó được cung ứng trên thị trường dưới dạng băng Roving (woven roving tapes)và giá cao hơn sợi thủy tinh. Sợi Kevlar K29 và K49 cũng thích hợp với các loại polyester và có khả năng kết dính tốt.

Do có tỷ trọng nhẹ hơn nên nếu cùng diện tích và trọng lượng như nhau thì tấm composite – Kevlar sẽ dày hơn do đó cứng vững và bền hơn. Hay nói cách khác nếu cùng độ bền như nhau, thì tấm composite Kevlar sẽ nhẹ hơn tấm composite – thủy tinh FRP 30-40%. Nó chịu kéo, va đập như FRP, nhưng chịu nén và uốn dẻo kém hơn.

Nhược điểm của sợi aramdid so với sợi thủy tinh là:

- Khó cắt hơn (phải dung dao thật sắc bén)

- Sauk hi đóng rắn, khó đẽo, gọt hơn

- Vì màu sợi mờ đục nên khó nhận biết nó đã thấm resin hay chưa, đồng thời khó nhận biết bọt khi nên phải lăn ép rất kỹ.

- Kén chọn resin, vì một số loại resin lại không thích hợp với nó.

Vì tính kén chọn resin cho nên với sợi aramid người ta thường sử dụng loại resin isophthalic, vinyleste hay epoxy để đảm bảo chất lượng cao nhưng lại đắt tiền. Hiện nay một số nhược điểm nêu trên của sợi Kevlar đã được khắc phục, khả năng chịu uốn, xoắn của nó đã được nâng cao.

Tóm lại, sợi Kevlar chỉ phát huy tác dụng rõ rệt khi sản phẩm đòi hỏi phải nhẹ (như vỏ máy bay, tàu thủy..v..v) mà vẫn đảm bảo sức bền như FRP.