Tweet
Polyme- compozit hệ thống vật liệu đa dụng
Polyme- compozit (PC) là loại vật liệu được cấu tạo bởi 2-3 cấu tử. Trong đó, cấu tử thứ nhất là loại Polyme nền thông thường. Cấu tử thứ hai là vật liệu sợi (thường gọi là cốt sợi), được coi là khung xương của kết cấu. Còn cấu tử thứ ba là chất liên kết, có tác dụng làm tăng độ kết dính giữa cốt sợi và nhựa nền.
Cốt sợi có thể là sợi tự nhiên (sợi đay, sợi gai, sợi lanh, xơ dừa, xơ tre, bông…), có thể là sợi nhân tạo (sợi thuỷ tinh, sợi vải, sợi poliamit…). Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà người ta chế tạo sợi thành nhiều dạng khác nhau: sợi ngắn, sợi dài, sợi rối, tấm sợi…. Việc trộn thêm các loại cốt sợi này vào hỗn hợp có tác dụng làm tăng độ bền cơ học cũng như độ bền hoá học của vật liệu PC như: khả năng chịu được va đập; độ giãn nở cao; khả năng cách âm tốt; tính chịu ma sát- mài mòn; độ nén, độ uốn dẻo và độ kéo đứt cao; khả năng chịu được trong môi trường ăn mòn như: muối, kiềm, axít… Những khả năng đó đã chứng tỏ tính ưu việt của hệ thống vật liệu PC mới so với các loại Polyme thông thường. Và, cũng chính vì những tính năng ưu việt âý mà hệ thống vật liệu PC đã được sử dụng rông rãi trong SX cũng như trong đời sống.
Trong ngành Giao thông - Vận tải, PC được dùng để chế tạo các thiết bị, các phương tiện như: tàu thuyền đi biển, thùng chứa nhiên liệu, ốp trần toa xe lửa, lốp các loại xe, lớp bọc lót phía trong thân máy bay, cầu… Ngày 8- 7- 1997, người ta đã lắp đặt một cây cầu hoàn toàn bằng vật liệu PC trên cơ sở nhựa Isopolyeste kết hợp với cốt sợi thuỷ tinh. Cây cầu đó được bắc qua sông Creek ở Homilton, Ohio (Mỹ). Cầu dài 10 m, rộng 7,3 m và chỉ nặng bằng 1/5 so với cầu bê tông cốt thép cùng kích cỡ. Chỉ trong vòng hơn 2 tuần, chiếc cầu đã được lắp ráp xong và đưa vào sử dụng. Sau một thời gian, người ta theo dõi và đã nhận thấy rằng bề mặt cầu không những có khả năng chống thấm mà nó còn không bị rạn nứt, han rỉ. Điều này cho phép tiết kiệm được một khoản chi phí đáng kể cho việc bảo dưỡng. Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng vật liệu PC để lắp đặt và bố trí các thiết bị trong hệ thống hành lang an toàn giao thông: dải phân cách, biển báo, cọc tiêu, biển phản quang… ở nước ta, đầu năm nay, Sở KHCN Hà Nội đã giao cho Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polyme trường Đại học Bách Khoa Hà Nội triển khai một đề tài về ứng dụng vật liệu PC trong lĩnh vực giao thông và vừa qua đã lắp đặt được 100 m hành lang an toàn trên đường Âu Cơ. Hành lang an toàn này được làm hoàn toàn bằng vật liệu PC với cấu tạo bên trong rỗng. Do ở giữa lòng mỗi khối có chứa đầy nước nên chúng có sức ỳ. Nếu xe cộ chẳng may va phải, sẽ có lực phản lại nên sẽ hạn chế được thiệt hại do tai nạn giao thông xảy ra.
Đối với ngành công nghiệp SX ôtô, việc sử dụng vật liệu PC sẽ mang lại hiệu quả rất tích cực. Trọng lượng của ôtô sẽ giảm. Độ rung, tiếng ồn cũng sẽ giảm đi khoảng 10%. Không những thế, với việc duy trì khả năng làm việc ngay cả khi bị biến dạng (ở mức trọng tải thấp hơn trọng tải phá huỷ), các thiết bị làm từ vật liệu PC sẽ góp phần hạn chế bớt những rủi ro khi tai nạn bất ngờ xảy ra. Vì vậy mà người ta thường dùng vật liệu này để chế tạo các bộ phận, các chi tiết của ôtô như: trục truyền động cơ, nhíp, bình chứa nhiên liệu…
Do có có trọng lượng nhẹ hơn rất nhiều so với kim loại, lại có khả năng chịu và hấp thụ được các cơn chấn động nên PC được coi là loại vật liệu lý tưởng để xây dựng những toà cao ốc hoặc các công trình kiến trúc ở những vùng hay bị động đất (như ở Mỹ, Nhật Bản, Thổ Nhĩ Kì…). Ngoài ra, trong thể thao, nó được dùng để lắp đặt các thiết bị, hoặc chế tạo các dụng cụ như: vợt tennis, bóng bàn, bàn ghế, mái vòm ở sân vận động. Trong khoa học, PC được dùng để chế tạo: máy X quang, máy công cụ, kính viễn vọng, robot…
Các kết luận nghiên cứu của các nhà khoa học cũng đã cho thấy, nếu có phương pháp xử lý đặc biệt, PC còn có khả năng chịu được bức xạ của tia tử ngoại. Lâu nay, người ta vẫn quen với việc coi PC là vật liệu cách điện tốt. Tuy nhiên, nếu sử dụng loại sợi cacbon phủ Niken, nó lại trở thành chất dẫn điện.
Về giá cả, nhìn chung chi phí cho vật liệu PC đắt hơn so với kim loại và một số vật liệu khác. Tuy nhiên, xét theo hiệu quả thì nó lại có giá trị kinh tế lâu dài. Bởi chi phí cho việc bảo dưỡng rất thấp và tính bền cơ học trong quá trình sử dụng.
Trong số các loại PC thì loại PC chứa sợi thuỷ tinh, sợi các bon và sợi aramit được coi là phổ biến hơn cả. Vì sợi thuỷ tinh vừa có tính chất cơ học tốt, giá thành lại rẻ. Hơn nữa, do có tính trong suốt điện tử nên nó thường được dùng để lắp các vòm che rada và các hệ thống báo động khác. Còn sợi cacbon và sợi aramit thì có tính ma sát và độ mài mòn tốt nên thường được dùng để làm má phanh cho máy bay và ôtô đua. Hiện nay, khoảng 98% PC trên thị trường có chứa các loại cốt sợi thuỷ tinh, sợi cácbon và sợi aramit.
ở một số nước, vật liệu PC đã bắt đầu được ứng dụng trong công nghiệp vào đầu những năm 40 của thế kỉ XX. ở nước ta, khoảng 10 - 15 năm trở lại đây, loại vật liệu này mới được sử dụng phổ biến. Tuy vậy, theo thống kê năm 1998 - 1999, sản lượng bình quân đầu người về sử dụng vật liệu PC chỉ đạt khoảng 0,02 kg/người/năm. Như vậy là quá thấp đối với mức bình quân đầu người trong khu vực ASEAN (0,4 kg/người/năm).
Ngành SX PC là một ngành SX- kinh doanh quan trọng, có khả năng hỗ trợ được cho nhiều ngành khác. Thế nhưng, hiện nay nước ta vẫn chưa có được một thị trường ổn định. Do nhu cầu ít và phân tán nên chúng ta không thể có chiến lược SX với một quy mô lớn. Bởi vậy, đương nhiên sức cạnh tranh và hiệu quả kinh tế kém. Kinh nghiệm của các nước phát triển cho thấy, để thu được lợi nhuận từ ngành công nghiệp này thì nhà máy SX nhựa nền phải đạt công suất từ 100.000 tấn/năm trở lên. Còn nhà máy sợi thuỷ tinh thì phải có công suất không dưới 10.000 tấn/năm. Nếu tính theo điểm xuất phát như điều kiện nước ta hiện nay thì phải 20 năm nữa, chúng ta mới hình thành được một thị trường cơ bản cho vật liệu PC. Đó là một bước đi chậm so với tốc độ phát triển KHCN trên thế giới hiện nay. Cho nên, chúng ta cần lập sẵn một kế hoạch mang tính chiến lược, trong đó trước mắt tập trung phát triển 3 loại nhựa nền chính là Polyeste không no, epoxy và vinyleste. Song song với đó là phát triển các loại cốt sợi thuỷ tinh, sợi các bon và sợi aramit- những loại PC với ưu điểm nổi trội. Nhưng, điều quan trọng và cũng là điều tiên quyết là cần có một chính sách hỗ trợ của Nhà nước để nhập công nghệ và mua sắm các loại thiết bị. Có như vậy mới có thể đưa đến cho người tiêu dùng những sản phẩm do chính chúng ta SX để họ làm quen với những sản phẩm ấy, đồng thời cũng là để chúng ta định hình một thị trường cho vật liệu PC trong tương lai.
Theo Tạp chí Công nghiệp
Polyme- compozit (PC) là loại vật liệu được cấu tạo bởi 2-3 cấu tử. Trong đó, cấu tử thứ nhất là loại Polyme nền thông thường. Cấu tử thứ hai là vật liệu sợi (thường gọi là cốt sợi), được coi là khung xương của kết cấu. Còn cấu tử thứ ba là chất liên kết, có tác dụng làm tăng độ kết dính giữa cốt sợi và nhựa nền.
Cốt sợi có thể là sợi tự nhiên (sợi đay, sợi gai, sợi lanh, xơ dừa, xơ tre, bông…), có thể là sợi nhân tạo (sợi thuỷ tinh, sợi vải, sợi poliamit…). Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà người ta chế tạo sợi thành nhiều dạng khác nhau: sợi ngắn, sợi dài, sợi rối, tấm sợi…. Việc trộn thêm các loại cốt sợi này vào hỗn hợp có tác dụng làm tăng độ bền cơ học cũng như độ bền hoá học của vật liệu PC như: khả năng chịu được va đập; độ giãn nở cao; khả năng cách âm tốt; tính chịu ma sát- mài mòn; độ nén, độ uốn dẻo và độ kéo đứt cao; khả năng chịu được trong môi trường ăn mòn như: muối, kiềm, axít… Những khả năng đó đã chứng tỏ tính ưu việt của hệ thống vật liệu PC mới so với các loại Polyme thông thường. Và, cũng chính vì những tính năng ưu việt âý mà hệ thống vật liệu PC đã được sử dụng rông rãi trong SX cũng như trong đời sống.
Trong ngành Giao thông - Vận tải, PC được dùng để chế tạo các thiết bị, các phương tiện như: tàu thuyền đi biển, thùng chứa nhiên liệu, ốp trần toa xe lửa, lốp các loại xe, lớp bọc lót phía trong thân máy bay, cầu… Ngày 8- 7- 1997, người ta đã lắp đặt một cây cầu hoàn toàn bằng vật liệu PC trên cơ sở nhựa Isopolyeste kết hợp với cốt sợi thuỷ tinh. Cây cầu đó được bắc qua sông Creek ở Homilton, Ohio (Mỹ). Cầu dài 10 m, rộng 7,3 m và chỉ nặng bằng 1/5 so với cầu bê tông cốt thép cùng kích cỡ. Chỉ trong vòng hơn 2 tuần, chiếc cầu đã được lắp ráp xong và đưa vào sử dụng. Sau một thời gian, người ta theo dõi và đã nhận thấy rằng bề mặt cầu không những có khả năng chống thấm mà nó còn không bị rạn nứt, han rỉ. Điều này cho phép tiết kiệm được một khoản chi phí đáng kể cho việc bảo dưỡng. Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng vật liệu PC để lắp đặt và bố trí các thiết bị trong hệ thống hành lang an toàn giao thông: dải phân cách, biển báo, cọc tiêu, biển phản quang… ở nước ta, đầu năm nay, Sở KHCN Hà Nội đã giao cho Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polyme trường Đại học Bách Khoa Hà Nội triển khai một đề tài về ứng dụng vật liệu PC trong lĩnh vực giao thông và vừa qua đã lắp đặt được 100 m hành lang an toàn trên đường Âu Cơ. Hành lang an toàn này được làm hoàn toàn bằng vật liệu PC với cấu tạo bên trong rỗng. Do ở giữa lòng mỗi khối có chứa đầy nước nên chúng có sức ỳ. Nếu xe cộ chẳng may va phải, sẽ có lực phản lại nên sẽ hạn chế được thiệt hại do tai nạn giao thông xảy ra.
Đối với ngành công nghiệp SX ôtô, việc sử dụng vật liệu PC sẽ mang lại hiệu quả rất tích cực. Trọng lượng của ôtô sẽ giảm. Độ rung, tiếng ồn cũng sẽ giảm đi khoảng 10%. Không những thế, với việc duy trì khả năng làm việc ngay cả khi bị biến dạng (ở mức trọng tải thấp hơn trọng tải phá huỷ), các thiết bị làm từ vật liệu PC sẽ góp phần hạn chế bớt những rủi ro khi tai nạn bất ngờ xảy ra. Vì vậy mà người ta thường dùng vật liệu này để chế tạo các bộ phận, các chi tiết của ôtô như: trục truyền động cơ, nhíp, bình chứa nhiên liệu…
Do có có trọng lượng nhẹ hơn rất nhiều so với kim loại, lại có khả năng chịu và hấp thụ được các cơn chấn động nên PC được coi là loại vật liệu lý tưởng để xây dựng những toà cao ốc hoặc các công trình kiến trúc ở những vùng hay bị động đất (như ở Mỹ, Nhật Bản, Thổ Nhĩ Kì…). Ngoài ra, trong thể thao, nó được dùng để lắp đặt các thiết bị, hoặc chế tạo các dụng cụ như: vợt tennis, bóng bàn, bàn ghế, mái vòm ở sân vận động. Trong khoa học, PC được dùng để chế tạo: máy X quang, máy công cụ, kính viễn vọng, robot…
Các kết luận nghiên cứu của các nhà khoa học cũng đã cho thấy, nếu có phương pháp xử lý đặc biệt, PC còn có khả năng chịu được bức xạ của tia tử ngoại. Lâu nay, người ta vẫn quen với việc coi PC là vật liệu cách điện tốt. Tuy nhiên, nếu sử dụng loại sợi cacbon phủ Niken, nó lại trở thành chất dẫn điện.
Về giá cả, nhìn chung chi phí cho vật liệu PC đắt hơn so với kim loại và một số vật liệu khác. Tuy nhiên, xét theo hiệu quả thì nó lại có giá trị kinh tế lâu dài. Bởi chi phí cho việc bảo dưỡng rất thấp và tính bền cơ học trong quá trình sử dụng.
Trong số các loại PC thì loại PC chứa sợi thuỷ tinh, sợi các bon và sợi aramit được coi là phổ biến hơn cả. Vì sợi thuỷ tinh vừa có tính chất cơ học tốt, giá thành lại rẻ. Hơn nữa, do có tính trong suốt điện tử nên nó thường được dùng để lắp các vòm che rada và các hệ thống báo động khác. Còn sợi cacbon và sợi aramit thì có tính ma sát và độ mài mòn tốt nên thường được dùng để làm má phanh cho máy bay và ôtô đua. Hiện nay, khoảng 98% PC trên thị trường có chứa các loại cốt sợi thuỷ tinh, sợi cácbon và sợi aramit.
ở một số nước, vật liệu PC đã bắt đầu được ứng dụng trong công nghiệp vào đầu những năm 40 của thế kỉ XX. ở nước ta, khoảng 10 - 15 năm trở lại đây, loại vật liệu này mới được sử dụng phổ biến. Tuy vậy, theo thống kê năm 1998 - 1999, sản lượng bình quân đầu người về sử dụng vật liệu PC chỉ đạt khoảng 0,02 kg/người/năm. Như vậy là quá thấp đối với mức bình quân đầu người trong khu vực ASEAN (0,4 kg/người/năm).
Ngành SX PC là một ngành SX- kinh doanh quan trọng, có khả năng hỗ trợ được cho nhiều ngành khác. Thế nhưng, hiện nay nước ta vẫn chưa có được một thị trường ổn định. Do nhu cầu ít và phân tán nên chúng ta không thể có chiến lược SX với một quy mô lớn. Bởi vậy, đương nhiên sức cạnh tranh và hiệu quả kinh tế kém. Kinh nghiệm của các nước phát triển cho thấy, để thu được lợi nhuận từ ngành công nghiệp này thì nhà máy SX nhựa nền phải đạt công suất từ 100.000 tấn/năm trở lên. Còn nhà máy sợi thuỷ tinh thì phải có công suất không dưới 10.000 tấn/năm. Nếu tính theo điểm xuất phát như điều kiện nước ta hiện nay thì phải 20 năm nữa, chúng ta mới hình thành được một thị trường cơ bản cho vật liệu PC. Đó là một bước đi chậm so với tốc độ phát triển KHCN trên thế giới hiện nay. Cho nên, chúng ta cần lập sẵn một kế hoạch mang tính chiến lược, trong đó trước mắt tập trung phát triển 3 loại nhựa nền chính là Polyeste không no, epoxy và vinyleste. Song song với đó là phát triển các loại cốt sợi thuỷ tinh, sợi các bon và sợi aramit- những loại PC với ưu điểm nổi trội. Nhưng, điều quan trọng và cũng là điều tiên quyết là cần có một chính sách hỗ trợ của Nhà nước để nhập công nghệ và mua sắm các loại thiết bị. Có như vậy mới có thể đưa đến cho người tiêu dùng những sản phẩm do chính chúng ta SX để họ làm quen với những sản phẩm ấy, đồng thời cũng là để chúng ta định hình một thị trường cho vật liệu PC trong tương lai.
Theo Tạp chí Công nghiệp