VẬT LIỆU LÕI
Vật liệu lõi (core) là vật liệu dạng tấm có độ cứng cao, đóng vai trò là một tấm chịu lức , phân tán lực. Độ cứng tấm lõi tăng do kỹ thuật sản xuất làm tăng moment quán tính. Thông thường muons tăng moment quán tính thì tăng số lớp sợi thủy tinh ( cũng tăng khối lượng tương ứng) và độ cứng tấm sẽ tăng theo tỷ lệ lập phương bề dày.
I - Tính chất quan trọng của vật liệu lõi.
- Nếu tấm vật liệu chịu tải thì khi khi bị uốn cong: một mặt bị kéo và một mặt bị nén. Vật liệu lõi phải giải quyết được các tác động nầy bằng tác động trượt. Cần chọn vật liệu lõi dạng tấm có độ bền trượt - quyết định khả năng chịu tải; và moddun truợt sẽ góp phần tăng độ cứng của tấm. Ankan sé sản xất ra những tấm có lớp mặt rất mỏng mà khi cịu nén thì lớp da này sẽ oằn xuống nhưng đọ bền và moddun nén của lõi sẽ ngăn chặn tấm bị gấp nếp.
- Yếu tố thứ hai là lớp da bề mặt phải kết dính tốt với lõi bên trong để tránh việc bunhg lớp da ra khỏi lõi. Độ bền kết dính giữa hai lớp da bè mặt và lõi sẽ phụ thuộc vào nhựa và công nghệ gia công. Độ bền kết dính này đôi khi có thể kiểm tra bằng lực kéo đứt, nếu lực kết dính tốt thì tấm lõi sẽ đứt phần lõi ( nhưng nếu lỗ cell quá mịn thì nguyên tắc này sẽ không chính xác).
* Các tính chất khác :
Chịu quá tải và va đập
Lượng nhựa hấp thụ vào nhiệt lõi
Diện tích bề mặt ảnh hưởng đến lượng nhựa được hấp thu vào lõi .
Chịu nhiệt độ cao khi nhựa đóng rắn.
Khả năng kháng hóa chất của lớp nhựa.
Ngoài ra còn có các yếu tố cần quan tâm nữa là khả năng kháng cháy, khói và độc tính, cách nhiệt và cách âm...
III - Các vật liệu lõi có mặt trên thị trường
1. Gỗ ( Plywood)
Gỗ ( Plywood) đóng vai trò chịu tải , phủ lớp FRP lên bền mặt nhưng kết cấu này sẽ bijtachs ra khi tiếp xúc với nước. Lõi gỗ dễ tìm nhưng khong tốt vì nó nặng, nhạy ẩm, dễ hấp thu nước làm cho lõi trương lên gây tách lớp, sau đó nữa thì bị phân hủy. Ngoài ra, gỗ có cấu trúc định hướng song song với lớp mặt ( lớp da ) nên gỗ có độ bền trượt và độ bền nén thấp theo hướng đó. Hiện nay gỗ vẫn được sử dụng làm lõi trong một số ứng dụng FRP và nó rẻ và dễ tìm.
2. Gỗ Balsa
Là vật liệu lõi được dùng đầu tiên và phổ biến đến hiện nay. Ưu điểm là gỗ nhẹ nhưng để làm cấu trúc lõi thật sự thì phải chuyển đổi từ cấu hình ' flat grain" sang "end grain" bằng cách dán gỗ xẻ Balsa thành một khối lớn, sau đó cắt tấm (cắt ngang thớ gỗ) . Theo cách này thì thớ gỗ sẽ được định hướng vuông góc với bề mặt và vuông góc với lớp da mặt. Tính chất trượt và nén cao. Khi nhựa thấm qua lỗ xốp bị cắt sẽ làm tăng độ bền liên kết giữa lõi gỗ Balsa với lớp nhựa.
3. Lõi xốp
Sự phát triển lõi xốp trong ngành công nghiệp tàu thuyền là sự phát triển hóa học. Lõi xốp có công thức chung là xốp kín (closes cell) để không hấp thu chất lỏng
3.1 PVC mạch thẳng
Khả năng chịu tác động rất tốt, độ bền liên kết giữa da và lõi cao nhất trong các vạt liệu lõi. Tấm lõi PVC bền va đập, bị biến dạng nhưng rất khó gãy nứt, độ biến dạng có thể hồi phục nếu lực tác động dưới giá trị tới hạn. Tuy nhiên, lại có độ bền modun trượt và nén thấp hơn các vật liệu lõi cùng tỷ trọng, bên cạnh vì bản tính nhạy nhiệt nên không kết hợp với gelcoat đen, không làm chi tiết boong tàu.
3.2 PVC kết mạng ngang (X -Linked PVC )
Nhằm cải thiện độ bền và độ cứng lõi, trong đó phải bỏ qua tính chất dãn dài. Lõi xốp PVC kết mạng ngang có khả năng chịu nhiệt cao hơn, sử dụng làm thanh tàu và thân tàu.
3.3 SAN
A- Series : lõi xóp nhiệt dẻo, mạch thẳng, dộ dãn cao (50-60%) chịu nhietj tốt hơn lõi PVC xốp mạch thằng nhưng khó cắt tấm.
P- Series : lưu hóa sau A series nhằm tăng độ ổn định nhiệt.
T- Series : là một dạng khác của corecell , ổn định nhiệt hơn nhưng giảm độ dãn dài và một số tính chất khác. Loại này có cáu trúc xốp mịn làm giảm độ bền liên kết giữa lớp mặt và bên trong lõi. T- series thường là sự lựa chọn thay thế cho X- linked PVC .
M- Series là một loại mới vào thị trường hàng hải, mục đích tha thế PVC , có độ dãn dài, và một số tính chất cao hơn T- series nưng tỷ trọng lại nhẹ hơn X-linked PVC.
3.4 PET
PET trộn chất tạo xốp đùn ra thành ttam lõi xốp nhựa dẻo, tái chế được.Lõi xốp PET có nhiều tỷ trọng khác nhau. Lõi PET là nhựa dẻo nhưng rất ổn định nhiệt, nhất là cho pre-preg nhưng các tính chất vật lý khác lại kém hơn PVC , trong đó có độ dãn dài.
3.5 PU
PU được sản xuất đầu tiên có tỷ trọng cao, thay thế gỗ trong sản xuất tàu thuyền. Nặng gấp 2 lõi PVC , nhẹ một nửa so với gỗ và rẻ hơn lõi xốp PVC. Hiện nay, có lõi xốp tỷ trọng tháp cho một số chi tiết không chịu tải, giá thành thấp. Vật liệu xốp PU dòn, kết dính lớp mặt kém nên thường ứng dụng làm boong tàu chứ khong làm thân tàu.
PU sợi gia cường: thay thế lõi gỗ, có tỷ trọng cao. Sợi thủy tinh gia cường có dạng : phân bố ngẫu nhiên và phân bố ở giữa, lớp dệt woven roving ở ngoài, gần bề mặt
PU được bọc ngoài sợi thủy tinh
4. Cấu trúc tổ ong.
Gỗ Balsa có cơ tính rất cao do cấu trúc lỗ xốp dạng tổ ong và từ đó các nhà sản xuất vật liệu lõi cũng nghiên cứu chế tạo ra vật liệu lõi có cấu trúc tổ ong.
5. Dạng khối không dệt
Như sản phẩm của Lantor, dày 1mm nằm dưới lớp gelcoat. Lantor coremat có bề mặt dày lên tới 10mm có vai trò là lõi mỏng cho thân tàu, boong tàu. Lõi khối khong dệt dễ thao tác, không bị thấm nước. Coremat áp dụng được cho sản phẩm lớn, có đường cong hoặc hình dạng phức tạp. Coremat khong phải là vật liệu lõi nhẹ nhất vì nó ấp thu nhựa rất tốt, nhưng là lõi hiệu quả nhất vì nó thâm ướt ả hai mặt, dẽ thao tác, lắp đặt. Tuy nhiên, Coremat không áp dụng cho khuôn kín và hút chân không.
I - Tính chất quan trọng của vật liệu lõi.
- Nếu tấm vật liệu chịu tải thì khi khi bị uốn cong: một mặt bị kéo và một mặt bị nén. Vật liệu lõi phải giải quyết được các tác động nầy bằng tác động trượt. Cần chọn vật liệu lõi dạng tấm có độ bền trượt - quyết định khả năng chịu tải; và moddun truợt sẽ góp phần tăng độ cứng của tấm. Ankan sé sản xất ra những tấm có lớp mặt rất mỏng mà khi cịu nén thì lớp da này sẽ oằn xuống nhưng đọ bền và moddun nén của lõi sẽ ngăn chặn tấm bị gấp nếp.
- Yếu tố thứ hai là lớp da bề mặt phải kết dính tốt với lõi bên trong để tránh việc bunhg lớp da ra khỏi lõi. Độ bền kết dính giữa hai lớp da bè mặt và lõi sẽ phụ thuộc vào nhựa và công nghệ gia công. Độ bền kết dính này đôi khi có thể kiểm tra bằng lực kéo đứt, nếu lực kết dính tốt thì tấm lõi sẽ đứt phần lõi ( nhưng nếu lỗ cell quá mịn thì nguyên tắc này sẽ không chính xác).
* Các tính chất khác :
Chịu quá tải và va đập
Lượng nhựa hấp thụ vào nhiệt lõi
Diện tích bề mặt ảnh hưởng đến lượng nhựa được hấp thu vào lõi .
Chịu nhiệt độ cao khi nhựa đóng rắn.
Khả năng kháng hóa chất của lớp nhựa.
Ngoài ra còn có các yếu tố cần quan tâm nữa là khả năng kháng cháy, khói và độc tính, cách nhiệt và cách âm...
III - Các vật liệu lõi có mặt trên thị trường
1. Gỗ ( Plywood)
Gỗ ( Plywood) đóng vai trò chịu tải , phủ lớp FRP lên bền mặt nhưng kết cấu này sẽ bijtachs ra khi tiếp xúc với nước. Lõi gỗ dễ tìm nhưng khong tốt vì nó nặng, nhạy ẩm, dễ hấp thu nước làm cho lõi trương lên gây tách lớp, sau đó nữa thì bị phân hủy. Ngoài ra, gỗ có cấu trúc định hướng song song với lớp mặt ( lớp da ) nên gỗ có độ bền trượt và độ bền nén thấp theo hướng đó. Hiện nay gỗ vẫn được sử dụng làm lõi trong một số ứng dụng FRP và nó rẻ và dễ tìm.
2. Gỗ Balsa
Là vật liệu lõi được dùng đầu tiên và phổ biến đến hiện nay. Ưu điểm là gỗ nhẹ nhưng để làm cấu trúc lõi thật sự thì phải chuyển đổi từ cấu hình ' flat grain" sang "end grain" bằng cách dán gỗ xẻ Balsa thành một khối lớn, sau đó cắt tấm (cắt ngang thớ gỗ) . Theo cách này thì thớ gỗ sẽ được định hướng vuông góc với bề mặt và vuông góc với lớp da mặt. Tính chất trượt và nén cao. Khi nhựa thấm qua lỗ xốp bị cắt sẽ làm tăng độ bền liên kết giữa lõi gỗ Balsa với lớp nhựa.
3. Lõi xốp
Sự phát triển lõi xốp trong ngành công nghiệp tàu thuyền là sự phát triển hóa học. Lõi xốp có công thức chung là xốp kín (closes cell) để không hấp thu chất lỏng
3.1 PVC mạch thẳng
Khả năng chịu tác động rất tốt, độ bền liên kết giữa da và lõi cao nhất trong các vạt liệu lõi. Tấm lõi PVC bền va đập, bị biến dạng nhưng rất khó gãy nứt, độ biến dạng có thể hồi phục nếu lực tác động dưới giá trị tới hạn. Tuy nhiên, lại có độ bền modun trượt và nén thấp hơn các vật liệu lõi cùng tỷ trọng, bên cạnh vì bản tính nhạy nhiệt nên không kết hợp với gelcoat đen, không làm chi tiết boong tàu.
3.2 PVC kết mạng ngang (X -Linked PVC )
Nhằm cải thiện độ bền và độ cứng lõi, trong đó phải bỏ qua tính chất dãn dài. Lõi xốp PVC kết mạng ngang có khả năng chịu nhiệt cao hơn, sử dụng làm thanh tàu và thân tàu.
3.3 SAN
A- Series : lõi xóp nhiệt dẻo, mạch thẳng, dộ dãn cao (50-60%) chịu nhietj tốt hơn lõi PVC xốp mạch thằng nhưng khó cắt tấm.
P- Series : lưu hóa sau A series nhằm tăng độ ổn định nhiệt.
T- Series : là một dạng khác của corecell , ổn định nhiệt hơn nhưng giảm độ dãn dài và một số tính chất khác. Loại này có cáu trúc xốp mịn làm giảm độ bền liên kết giữa lớp mặt và bên trong lõi. T- series thường là sự lựa chọn thay thế cho X- linked PVC .
M- Series là một loại mới vào thị trường hàng hải, mục đích tha thế PVC , có độ dãn dài, và một số tính chất cao hơn T- series nưng tỷ trọng lại nhẹ hơn X-linked PVC.
3.4 PET
PET trộn chất tạo xốp đùn ra thành ttam lõi xốp nhựa dẻo, tái chế được.Lõi xốp PET có nhiều tỷ trọng khác nhau. Lõi PET là nhựa dẻo nhưng rất ổn định nhiệt, nhất là cho pre-preg nhưng các tính chất vật lý khác lại kém hơn PVC , trong đó có độ dãn dài.
3.5 PU
PU được sản xuất đầu tiên có tỷ trọng cao, thay thế gỗ trong sản xuất tàu thuyền. Nặng gấp 2 lõi PVC , nhẹ một nửa so với gỗ và rẻ hơn lõi xốp PVC. Hiện nay, có lõi xốp tỷ trọng tháp cho một số chi tiết không chịu tải, giá thành thấp. Vật liệu xốp PU dòn, kết dính lớp mặt kém nên thường ứng dụng làm boong tàu chứ khong làm thân tàu.
PU sợi gia cường: thay thế lõi gỗ, có tỷ trọng cao. Sợi thủy tinh gia cường có dạng : phân bố ngẫu nhiên và phân bố ở giữa, lớp dệt woven roving ở ngoài, gần bề mặt
PU được bọc ngoài sợi thủy tinh
4. Cấu trúc tổ ong.
Gỗ Balsa có cơ tính rất cao do cấu trúc lỗ xốp dạng tổ ong và từ đó các nhà sản xuất vật liệu lõi cũng nghiên cứu chế tạo ra vật liệu lõi có cấu trúc tổ ong.
5. Dạng khối không dệt
Như sản phẩm của Lantor, dày 1mm nằm dưới lớp gelcoat. Lantor coremat có bề mặt dày lên tới 10mm có vai trò là lõi mỏng cho thân tàu, boong tàu. Lõi khối khong dệt dễ thao tác, không bị thấm nước. Coremat áp dụng được cho sản phẩm lớn, có đường cong hoặc hình dạng phức tạp. Coremat khong phải là vật liệu lõi nhẹ nhất vì nó ấp thu nhựa rất tốt, nhưng là lõi hiệu quả nhất vì nó thâm ướt ả hai mặt, dẽ thao tác, lắp đặt. Tuy nhiên, Coremat không áp dụng cho khuôn kín và hút chân không.
