Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp của hai hay nhiều vật liệu thành phần khác nhau về hình dạng hoặc thành phần hóa học nhằm tạo nên một vật liệu mới có tính năng vượt trội so với từng vật liệu thành phần.Vật liệu composite gồm ít nhất hai thành phần chính: Vật liệu nền và vật liệu bền.
Trang 1QUI TRÌNH SẢN XUẤT SẢN PHẨM COMPOSITE
I Vật liệu trong sản xuất sản phẩm Composite:
Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp của hai hay nhiều vật liệu thành phần khác nhau vềhình dạng hoặc thành phần hóa học nhằm tạo nên một vật liệu mới có tính năng vượt trội so với từng vật liệu thành phần.Vật liệu composite gồm ít nhất hai thành phần chính: Vật liệu nền
và vật liệu bền
- Vật liệu nền ở đây chỉ đề cập đến nhựa polyeste chưa bão hòa: Polyester resin, epoxy
resin, silicon resin, furan resin, phenolic resin, vinyl ester, hybrid resin Tỷ lệ chất xúc tác 0.5 - 3%
- Vật liệu bền: Thường gặp trong sản xuất là sợi thủy tinh (glass fiber).
+ Vải sợi thủy tinh vô hướng (Chopped Strand Mat – CSM): Bốn loại vải thường gặp 300, 450, 600, 900 g/m2
+ Vải Roving dệt (Woven Roving – WR): Ba loại thường gặp 360, 600, 800 g/m2
Hình 1: Sợi CSM và WR
- Vải Tissue: Là loại vải mỏng thường dùng ngay sau lớp gelcoat để làm cầu nối liên kết giữa lớp gelcoat với các laminat tiếp theo
Hình 2: Vải Tissue
Trang 2- Vật liệu lõi: Lantor coremat 1,2,3,4,5 mm Định lượng nhựa hấp thụ 600 – 650
g/m2/mm
Hình 3: Lantor corematNgoài ra còn có:
- Gelcoat: là loại nhựa được chế tạo đặc biệt để làm lớp áo ngoài của sản phẩm
composite Gelcoat tạo mặt ngoài nhẵn bóng và có màu sắc làm nên vẻ đẹp của sản phẩm và bảo vệ các lớp gia cường bên trong vì gelcoat có đặc tính cơ lý cao hơn, chốngthẩm thấu nước, chống xây xát, chống tia cực tím… Tỷ lệ chất xúc tác 1.5 - 3% Độ dày0.6 – 0.75 mm cho mạn tàu, bồn chứa, 0.5 mm cho các vị trí ít tiếp xúc với nước
- Chất độn:
+ Clay, đất sét, thạch anh làm tăng thể tích
+ Kaoline (Cao lanh) tăng độ bền với mức thấp
+ Bột nhôm tăng tính dẫn nhiệt
+ Bột gỗ, mùn cưa tăng độ bền cơ học song gây ra tính háo nước
+ Bột đá làm giảm độ dính
+ Silicic anhydride tăng độ dẻo
+ Bột thủy tinh có thể dùng dưới 50% trọng lượng thành phẩm
+ Amian tăng độ bền, tăng khả năng chịu lửa
+ Ciment cùng nước khi thêm vào vật liệu làm tăng độ cứng
- Chất xúc tác (Catalyst): là hợp chất hóa học được hòa trộn nhựa chưa no với tỷ lệ phù
hợp để kích hoạt phản ứng kết nối ngang để làm cho nhựa đông và đóng rắn hoàn toàn Hai loại thường gặp Trigonox V388, butanox M50
Hình 4: Chất xúc tác Trigonox V388
Trang 3- Chất xúc tiến (Accelerator, promoter): Nhằm rút ngắn thời gian đông và đóng rắn:
Napthenate cobal 6%, octoate cobal 8%, Dimethylanilin (DMA), Diethyl anilin (DEA)
-Hình 5: Napthenate cobal 6%
Bảng 1: Lựa chọn hệ thống đóng rắn
Stt (Catalyst) Xúc tác (Accelerater) Xúc tiến Kết quả phản ứng
2 MEKP Coban + DEA Tốt (Đông nhanh, đóng rắn nhanh nếu DEA đúng)
nếu DMA đúng)
- Vật liệu chống dính và làm bóng khuôn: sáp carnauba, Chemlease 71-90, Zywax Flex
2.0…
Hình 6: Sáp carnauba
- Dung môi tẩy rửa: acetone.
- Dung môi pha loãng nhựa và gelcoat: Styrene Monomer (SM).
- Dung môi pha loãng sơn chống hà: Xylen.
Trang 4II Công nghệ chế tạo sản phẩm composite bằng tay (Hand lay up)
Đây là công nghệ chế tạo sản phẩm theo khuôn hở, hoàn toàn bằng tay ở tất cả các côngđoạn từ hòa trộn nguyên liệu cho đến khi lấy sản phẩm từ khuôn Sau khi xoa lớp tác nhân táchkhuôn (release agent) trên mặt khuôn thì quy tình có thể tóm tắt như sau:
- Chuẩn bị khuôn, xoa tác nhân tách khuôn
- Quét gelcoat có pha xúc tác lên bề mặt khuôn bằng chổi mềm, con lăn hoặc phun.
- Trải vải tissue quét thấm ướt nhựa đã hòa xúc tác lên vải thủy tinh và lăn ép kỹ các góc
cạnh
- Trải vải thủy tinh quét thấm ướt nhựa đã hòa xúc tác lên vải thủy tinh và lăn ép bằng
các con lăn bông, sắt đến khi đạt độ dày
- Sau khi đóng rắn, tách khuôn lấy sản phẩm.
Khuôn (đã xoa chống dính) → Quét gelcoat → Trải vải thủy tinh → Thấm – Lăn ép → Sản phẩm
1 Chuẩn bị khuôn
- Làm nhẵn bề mặt khuôn: Bằng giấy nhám, máy chà nhám Ban đầu đánh nhám hạt
thô (số nhỏ) sau đó dần dần dùng giấy nhám hạt min và rất mịn có thể ướt hoặc khô 600– 1200 Công việc đánh giấy nhám cũng phải thận trọng, tỉ mỉ vì dễ hụt kích thước yêu cầu Cho đến khi, nếu sờ tay bạn sẽ có cảm giác rất mát tay, không chút cảm giác gợn nào, đồng thời có độ bóng tự nhiên mới đạt yêu cầu
- Đánh Compound: Đây là công đoạn đánh bóng bề mặt sau khi hoàn thành đánh nhám
Công việc đánh bóng đòi hỏi cẩn thận, kiên nhẫn và thực hiện như sau:
+ Lau sạch bề mặt cốt khuôn bằng giẻ mềm sạch
+ Dùng giẻ mềm chấm ướt compound, rồi xoa trên bề mặt cốt khuôn, vừa xoa vừa ấn nhẹ nhàng, không quá mạnh, nhất là khi dùng máy vì có thể sinh nhiệt ảnh hưởng đến lớp gelcoat bề mặt khuôn Đánh bóng được thực hiện nhiều lần, cho đến khi đạtđược độ bóng gương tự nhiên
+ Dùng giẻ mềm lau sạch bề mặt khuôn
+ Dùng aceton lau sạch bề mặt để kiểm tra xem độ bóng có tự nhiên hay giả tạo do compound Nếu chưa đạt cần đánh bóng thêm
- Đánh Wax: Hai bước nói trên chỉ là quá trình làm nhẵn và làm bóng bề mặt tự nhiên
của khuôn Khuôn cần phải đánh Wax để đạt độ bóng gương cao hơn và dễ tách khuôn,được thực hiện như sau:
+ Dùng giẻ sạch bôi wax và xoa tròn, tránh sử dụng quá nhiều wax
+ Sau khi bôi wax 15 phút đánh bóng kỹ bằng giẻ mềm Lưu ý không sử dụng máy cơkhí để đánh wax
+ Mỗi lớp wax phải đóng rắn tốt cho nên phải chờ một thời gian rồi mới xoa wax và đánh bóng tiếp lần sau Vì vậy mỗi lần bôi wax và đánh bóng cách nhau khoảng 3 giờ
+ Phải thực hiện tối thiểu 6 lần cho khuôn mới sử dụng lần đầu tiên Những lần sau đóchỉ cần phủ một lớp cho mỗi lần sử dụng
+ Sau khi tháo khuôn lấy sản phẩm, vệ sinh bằng aceton (không dùng Styrene
Monomer (SM) để vệ sinh khuôn), sau đó dùng nước xà phòng và nước rửa sạch, lau khô bảo quản trong túi nylon tránh bụi
2 Chuẩn bị vật tư cho sản xuất
- Chuẩn bị gelcoat:
Khối lượng gelcoat = S x h x D (kg)
Trong đó:
S: Diện tích bề mặt phủ gelcoat (m2)
h: độ dày gelcoat (m) Độ dày tiêu chuẩn 0.5 mm = 0.0005 m
D = 1400 kg/m3 – Khối lượng riêng của gelcoat
Trang 5- Chuẩn bị chất xúc tác: xem bảng tra số 1,2,3,4.
- Chuẩn bị chất xúc tiến coban: xem bảng tra số 5.
Lưu ý: Chất xúc tiến Cobalt pha vào gelcoat hoặc nhựa phải được khuấy trộn hoàn toàn trước khi cho chất xúc tác vào Pha trộn đồng thời sẽ gây nổ.
- Chuẩn bị sợi: Số lớp x diện tích theo thiết kế Lưu ý mối nối chồng mí các lớp sợi tối
thiểu đạt 50 mm Tâm hai mối nối liên tiếp cách nhau tối thiểu 100 mm
- Chuẩn bị keo gián: Trộn nhựa + bột silicate (bột nhẹ) thành hỗn hợp đều và đặc sánh
Sau đó pha chất xúc tác từ 1.5 % - 3 % trộn đều để dán và trét các góc cạnh Cạnh góc vuông tối thiểu phải đạt 9.5 – 12.5 mm
- Chuẩn bị bột màu pha cho gelcoat trong: Tỷ lệ 1 kg bột màu/10 kg gelcoat trong.
- Chuẩn bị cọ, con lăn bông, con lăn sắt: Trong quá trình lăn ép luôn sử dụng con lăn
sắt, lăn bông ép nhẹ lăn đều để nhựa thấm vào sợi và đuổi bọt khí Ưu tiên sử dụng con lăn hơn cọ để giảm lượng nhựa trong sản phẩm composite và tăng độ bền, tiết kiệm nhựa
- Dụng cụ đo chất xúc tác, xúc tiến: Ống tiêm, cốc chia vạch.
o Có thể pha loãng gelcoat bằng Styrene Monomer (SM) nhưng không quá 10%
o Bắt đầu từ chỗ khó nhất sau đó phun liên tục ra các chỗ khác
o Súng phun giữ thẳng góc với bề mặt khuôn với khoảng cách 46 – 61 cm Phun từng lớp, sau khi phủ kín mới tiếp tục phun lớp sau Lớp trước phải đủ thời gian khô ráo nhưng vẫn còn hơi hít tay thì tiếp tục phun lớp sau Không để lớp trước quá ướt, hoặc quá đóng rắn
o Đường phun phải song song, liên tục tiếp giáp với nhau cho đến khi phủ kín khuôn Đường phun không nên dài quá 1m
Trang 6o Khi phun lớp thứ hai thì các đường phun cần song song hoặc vuông góc hoặc chéo so với đường phun lớp đầu để đảm bảo phủ kín và chiều dày đồng đều.
o Phun khoảng 3 lớp sẽ đạt độ dày trung bình 0.5 mm
Lưu ý: Sau khi lớp gelcoat đóng rắn (Khô hoàn toàn, nhưng hít tay) thì tiến hành tạo
các laminate gia cường Tốt nhất không quá 5 giờ kể từ thời điểm gelcoat đóng rắn và không được để qua đêm bề mặt gelcoat mà chưa có lớp laminate nào
Tỷ lệ sử dụng chất xúc tác cho gelcoat cao để rút ngắn thời gian đống rắn để hạn chế rủi ro do Styren gây ra
- Tạo các lớp laminate bằng tay: Trải vải thủy tinh và thấm ướt resin.
+ Sau khi lớp gelcoat đóng rắn (khô hoàn toàn nhưng hít tay) thì tiến hành tạo các laminate gia cường Vải thủy tinh bề mặt tiếp giáp với lớp gelcoat phải là loại Tissue mềm, mỏng, mịn hoặc loại CSM ≤ 300 g/m2 Cẩn thận lăn ép đều và kỹ lớp đầu tiên để khử bọt khí nhằm tránh vỡ lớp gelcoat sau này
+ Các lớp tiếp theo là các lớp CSM kết hợp với sợi WR để tăng độ bền cho tấm
composite
+ Chất xúc tác phải pha đúng tỷ lệ, khuấy đều nhẹ nhàng cùng nhựa trong ca theo chiều đập vào thành Dùng que khuấy không nên dùng cọ hay con lăn bông để khuấy tránh tình trạng chất xúc tác bị thấm vào con lăn làm thiếu hụt chất xúc tác làm nhựa đóng rắn không đều
+ Với chiều dày sản phẩm lớn, thì sau một số lớp nên để một thời gian cho nguội bớt rồi hãy tiếp tục các lớp sau Lưu ý: dùng giấy nhám chà trầy đều bề mặt để tẩy lớp sáp parafin, vệ sinh bằng aceton mới đánh lớp tiếp theo
+ Tách khuôn lấy sản phẩm tốt nhất sau 24h để sản phẩm đóng rắn hoàn toàn
- Tháo khuôn: Lấy sản phẩm ra khỏi khuôn bằng búa cao su và các cây nêm bằng gỗ có
bộc khăn vải Sau đó dùng khí nén thổi vào các lỗ tháo khuôn hoặc bơm nước vào Tránh làm trầy xước bề mặt khuôn và sản phẩm
III Bảo dưỡng và sửa chữa sản phẩm composite
1 Bảo dưỡng sản phẩm còn tốt
- Rửa hàng tháng bằng xà phòng nhưng không dùng loại kiềm mạnh.
- Đánh wax 1-2 lần/năm.
- Tránh để dưới ánh nắng mặt trời, tốt nhất dưới mái che, tránh bụi bặm.
2 Bảo dưỡng sản phẩm bị ảnh hưởng nhẹ
- Bạc phấn nhẹ: Rửa rồi thử lấy ít wax đánh một chỗ nhỏ xem nó còn giữ độ bóng không.Nếu không thì đánh compound sau đó đánh wax
- Bạc phấn quá nhiều: Phải đánh bằng giấy nhám mịn ướt hoặc khô sau đó đánh
compound và wax
- Lau chùi: Gelcoat tuy chịu nước nhưng lại rất dễ ảnh hưởng bởi các chất tẩy rửa nên cần hạn chế sử dụng
- Đánh compound nên thực hiện các bước như sau:
+ Thực hiện dưới bóng mát vì compound rất nhanh khô
+ Dùng vải mềm (tốt nhất vải trắng) thấm compound rồi đánh xoa trên bề mặt với từng diện tích nhỏ khoảng 300 x 300 Nếu dùng máy đánh bóng thì tốc độ chậm
1700 – 3000 vòng/phút Đĩa nỉ luôn di chuyển, lướt nhẹ trên bề mặt và luôn luôn thấm ướt bằng compound Đĩa nỉ khô hoặc ấn mạnh sẽ sinh nhiệt, gây trầy xước
Trang 7+ Khi độ bóng xuất hiện thì lực ấn phải nhẹ dần đến rất nhẹ.
Trang 83 Sửa chữa những hư hỏng nặng
Điều kiện cần thiết cho sửa chữa:
- Xác định nguyên nhân gây ra hư hỏng
- Về gelcoat và resin: phải cùng loại làm ra sản phẩm
- Về nhiệt độ: không dưới 160c
- Về dùng môi: Dung môi lau chùi aceton
- Về xúc tác: Phải cao để đóng rắn nhanh nhằm tránh bị tuột vết trám, trét
Trám vết – sửa bềmặt nhỏ: Với các vết xước, lõm hoặc lỗ đốm trên lớp gelcoat cần phải
sửa lại cần thực hiện như sau:
- Bảo vệ, che chắn xung quanh chỗ sửa chữa
- Chà nhám chỗ sửa bằng máy, dao dũi, hoặc bằng giấy nhám
- Dùng giấy nhám mịn hơn chà xung quanh ranh giới chỗ khuyết tật sao cho liên hoàn, không bị đứt ranh giới
- Dùng aceton lau sạch chỗ vừa đánh nhám
- Lấy một ít gelcoat rồi hòa wax nước 5% Hòa xúc tác vào gelcoat với trọng lượng đủ thực hiện khoảng 15’, khuấy kỹ và đắp, trám vào chỗ khuyết và ranh giới chà nhám xung quanh, trừ hao chiều cao để mài nhẵn và tránh bọt khí xâm nhập Nếu không hòa sáp nước thì sau khi khô có thể đánh wax phủ lên bề mặt Sau 1h mới tác động vào vết trám
- Dùng giấy nhám 220 đến 1000 ướt vào khô chà phẳng chỗ trám sau đó đánh compound cho đến khi đạt độ bóng yêu cầu
- Nếu chỉ trám đầy phần gelcoat thì có thể dùng 2% oxit silic khói (bột nhẹ) hay Qcel nhưmột chất độn Nếu muốn tăng cường độ chịu lực thì dùng 10% bột thủy tinh nghiền và 1% oxit silic
Sửa lỗ hổng, nứt thủng
- Cắt bỏ kể cả phần còn lành lặn xung quanh chỗ sửa và làm sạch bavia.Cắt theo hình lượn đều, không nên cắt thành các góc vuông hay hình tròn
- Mài nhẵn mặt bên trong và bên ngoài phía lớp gelcoat theo độ côn 1:12 như hình 7, 8
- Tẩy sạch mọi tạp chất rồi lau khô và sạch
- Dùng bìa, băng keo, tấm mỏng định hình tạm thời phạm vi sẽ vá Đồng thời che chắn vết nứt, lỗ hổng phía laminate
- Cắt sợi thủy tinh theo hình dáng định hình như trên
- Quét nhựa hòa xúc tác lên vết lỗ phải trám và tẩm vào sợi CSM 300 rồi đặt vào chỗ sửa.sau đó lăn ép tránh bọtkhí và cứ làm từng lớp cho đến khi đầy chiều dày
- Làm sạch bavia
- Trám gelcoat
- Đánh nhám rồi đánh compound, đánh wax như phần trên
Hình 7: Mài một bên
Trang 9Hình 8: Mài hai bên
Hình 9: Quy trình sửa 1 mặt
Trang 10Hình 10: Quy trình sửa hai mặt cách 1
Trang 11Hình 11: Quy trình sửa hai mặt cách 2
Trang 12Hình 12: Quy trình sửa hai mặt cách 3
Trang 13Hình 13: Quy trình sửa hai mặt cách 4 (tấm mỏng)
Hình 14: Quy trình sửa một bên, bên còn lại không tiếp cận được
Trang 14Hình 15: Quy trình bịt lỗ bu lông
Trang 16Hình 17: Kích thước của dầm dọc kiểu mũ
Hình 18: Quy cách gia cường mối nối sống chính, dầm dọc xuyên vách kín nước
Trang 17Hình 19: Mối nối cọc bích với tấm sandwich
Hình 20: Mối nối chữ T
Trang 18Hình 21: Cách xếp sợi CSM và WR khi liên kết chữ T
Hình 22: Cách xếp sợi CSM khi liên kết chữ T
Trang 19Hình 23: Trường hợp mối nối chịu chấn động
Hình 24: Mối nối đấu đầu 2 tấm composite
Trang 20Hình 25: Mối nối đấu đầu của 2 thanh gỗ và quy cách bu lông
Trang 214 Phủ vật liệu composite lên bề mặt gỗ, kim loại
Phủ lên kim loại: Nhựa không thể xuyên qua hay ngấm vào trong lòng kim loại mà chỉ
dính bám trên bề mặt Nên việc xử lý bề mặt phải được làm sạch bằng phương hóa học như dùng xà phồng & nước để tẩy rửa lớp màng dầu mỡ, hoặc axit loãng để tẩy gỉ, sau
đó làm sạch bằng phương pháp pháp cơ học (đánh nhám 80-100) để tẩy gỉ và tạo độ nhám để nhựa bám dính được tốt Khả năng bám dính của nhựa theo trình tự sau:
epoxy>Vinyl ester> Polyester Nên ưu tiên lớp tiếp giáp giữa composite và kim loại là nhựa epoxy hoặc vinyl ester Trước khi laminate nên lăn nhựa ướt hết bề mặt kim loại rồi mới đắp sợi
Phủ lên gỗ: Độ bám dính phụ thuộc vào chủng loại gỗ, chất lượng xử lý bề mặt gỗ và
độ ngấm sau của nhựa vào trong lòng gỗ Cần kiểm tra khả năng thấm hút của gỗ trước khi phủ composite bằng cách rẩy ít nước sạch lên bề mặt gỗ Nếu không ngấm và giọt nước căng lên thì bề mặt vẫn còn chất ô nhiễm như dầu mỡ từ bên ngoài hay dầu từ bản thân của gỗ Dùng aceton lau sạch bề mặt cho đến khi gỗ có thể ngấm được nước Nếu cần ghép các bề mặt gỗ lại với nhau thì cần làm thô ráp bề mặt bằng cách cạo hay trà nhám từ 80-100 Các loại nhựa đều thích hợp phủ lên gỗ thông ba lá, gỗ dầu đỏ, dầu gió, dỗi Và rất kém khi phủ lên các loại gỗ chứa nhiều dầu như sao, sến Lớp nhựa đầu tiên cần được bổ sung 10% styren (SM) giúp cho việc làm sạch bề mặt, giảm độ nhớt của nhựa nhằm tăng khả năng thẩm thấu của nhựa vào các thớ gỗ
5 Những lỗi thường gặp của gelcoat
khuyết
Nguyên nhân
Biện pháp khắc phục
1
Bọng dogiọt xúc tác(BlistersCatalystDrop)
Chất xúc táckhông phảnứng hoặcquá ít dẫnđến đóngrắn khônghoàn toàn
Kiểm tra tỷ lệchất xúc tác, trộn
đều
(Air Bubble)
Không khíxâm nhập dolăn ép hoặcphun
Kiểm tra con lăn,cải tiến cách lăn
ép hoặc phun chotốt hơn
Gelcoat chảy
xệ, đóng rắnquá mức
Kiểm tra khảnăng chống chảy
xệ của gelcoat
Trang 224 Giộp vẫy cá
- Do chấtxúc tác,dung môiphun nhiều
- Chiều dàygelcoat quámỏng
- Gelcoatchưa đóngrắn hoàntoàn đãlaminate cáclớp tiếptheo
- Thời gianđóng rắngelcoat quálâu
- Kiểm tra tỷ lệchất xúc tác
Không pha loãnggelcoat bằngdung môi
- Tối thiểu lớpgelcoat dày 0.4mm
- Gelcoat đóngrắn hoàn toànmới laminate cáclớp tiếp theo
- Kiểm tra tỷ lệ xúctác, xúc tiến,nhiệt độ
5
Giộp( Blisters-Osmotics)
- Dung môi, nước, dầu
- Túi khí
- Rộp nước
- Kiểm trađường ốngdẫn khí,vậtliệu, conlăn
- Kiểm tra quátrình lăn,phun
(Chalking)
- Do quá trình đóng rắn
- Tạp chất
- Do bề mặt khuôn kém
- Ít hoặc quánhiểu chất xúctác làm đóngrắn khônghoàn toàn
- Bề mặt nhiềubụi bẩn từkhông khí
Lau chùi chỗđánh bóngbằng giẻ thấmdung môi
- Đánh bóng lại
khuôn
- Chất lượng màng gelcoat kém
- Va đập trong quátrình táchkhuôn
- Gelcoat quádày hoặcmỏng Duy trì
độ dày từ 0.4 0.75 mm