Quy trình chế tạo tàu thủy bằng vật liệu composite được trình bày cụ thể qua từng bước cụ thể . Tài liệu giúp cho các bạn đang học tập và nghiên cứu về quy trình đúc tàu bằng vật liệu composite hiểu rõ hơn về quy trình công nghệ này.
Công nghệ đúc Composite FRP Giới thiệu chung: Do đặc tính vượt trội so với loại vật liệu truyền thống khác, vật liệu composite sử dụng nhiều lĩnh vực đáp ứng tốt yêu cầu khắt khe chất lượng tính thẩm mỹ Trong ngành vận tải, vật liệu composite sử dụng chế tạo toa xe, chi tiết, kết cấu chịu lực ô tô phương tiện vận tải Vật liệu composite sử dụng rộng rãi quân sự, công nghệ vũ trụ, ngành lượng Các ngành cơng nghệ hàng hải, đóng tàu cho thấy ứng dụng ngày rộng rãi tiềm lớn vật liệu composite Do đó, cần có cơng trình nghiên cứu nhằm ứng dụng phát triển loại vật liệu lĩnh vực hàng hải, đóng tàu Điều cần thiết với xu hướng phát triển yêu cầu công nghệ ngày cao thị trường đóng tàu quốc tế Cơng nghệ chế tạo composite Hiện có nhiều phương pháp chế tạo sản phẩm vật liệu composite Các công nghệ chế tạo lựa chọn tùy theo yêu cầu sản phẩm yêu cầu sản xuất Các công nghệ sử dụng chế tạo sản phẩm vật liệu composite bao gồm: Phương pháp chế tạo thủ công Một phương pháp sử dụng rộng rãi chế tạo sản phẩm vật liệu composite phương pháp chế tạo thủ công Phương pháp thủ công sử dụng khn hở, sử dụng khn dương khn âm Quy trình chế tạo thực sau: - Quét phủ lớp hỗ trợ tháo khuôn lên bề mặt khuôn; - Phủ lớp tạo bề mặt sản phẩm (gel-coat); -Phủ nhựa polymer lớp tạo bề mặt; - Rải lớp vật liệu gia cường nhựa polymer; - Dùng lăn để lăn ép vật liệu gia cường với nhựa; - Phủ lớp tạo bề mặt lớp vật liệu gia cường cuối Sau trình rải vật liệu gia cường thấm nhựa hồn thành, sản phẩm để đơng kết nhiệt độ môi trường Tốc độ đông kết sản phẩm phụ thuộc theo loại polymer, độ dày sản phẩm, nhiệt độ môi trường độ dẫn nhiệt vật liệu khuôn Để tăng tốc độ đông kết giảm thời gian tháo khn, sản phẩm có kích thước nhỏ đưa vào lò sấy; sản phẩm có kích thước lớn sấy khí nóng Phản ứng tỏa nhiệt q trình đơng kết làm tăng nhiệt độ sản phẩm Tốc độ thay đổi nhiệt yếu tố quan trọng định tới tính chất lượng sản phẩm Do hệ số giãn nở vật liệu gia cường nhựa polymer khác nhau, thay đổi nhiệt độ lớn q trình đơng kết làm biến dạng liên kết hai loại vật liệu Vật liệu sử dụng phương pháp thủ công thường polyester không no sợi thủy tinh Phương pháp chế tạo thủ cơng có ưu điểm sử dụng khn mẫu đơn giản trình chế tạo nhiệt độ áp suất không cao Tuy nhiên, phương pháp sử dụng khuôn hở nên chất lượng hai bề mặt sản phẩm không đồng Phương pháp thủ công thường áp dụng cho loạt sản phẩm có số lượng nhỏ sản phẩm đơn Phương pháp phun hỗn hợp composite Trong phương pháp phun hỗn hợp, vật liệu gia cường có kích thước nhỏ trộn với nhựa polymer theo tỷ lệ xác định Súng phun sử dụng để phun hỗn hợp nhựa polymer vật liệu gia cường vào khuôn Vật liệu gia cường cung cấp liên tục vào đầu cấp súng phun, nhựa polymer chất khởi tạo phản ứng cung cấp tới đầu cấp khác súng Q trình hịa trộn diễn thiết bị hòa trộn tĩnh động súng phun thiết bị khác Tương tự phương pháp chế tạo thủ công, chất hỗ trợ tháo khuôn phun quét lên mặt khuôn, lớp gel-coat tạo bề mặt cho sản phẩm Sau hỗn hợp nhựa polymer, chất khởi tạo phản ứng sợi gia cường phun ép vào khuôn Vật liệu sử dụng phương pháp phun hỗn hợp composite tương tự phương pháp thủ công Sợi thủy tinh cắt với chiều dài từ 10mm tới 40mm trước trộn vào hỗn hợp Phương pháp phun hỗn hợp composite sử dụng chế tạo sản phẩm có hình dạng phức tạp sản phẩm có yêu cầu tính khơng cao Tuy nhiên, phương pháp phun hỗn hợp composite kiểm sốt tốt tỷ lệ nhựa polymer vật liệu gia cường hỗn hợp, qua đảm bảo tính thẩm mỹ độ đồng tính sản phẩm Phương pháp thấm nhựa trước Trong phương pháp này, vật liệu gia cường thấm nhựa polymer bảo quản môi trường nhiệt độ thấp Quy trình chế tạo sản phẩm composite sử dụng vật liệu thấm nhựa trước thực sau: vật liệu gia cường thấm nhựa polymer lấy khỏi thùng bảo quản lạnh, để trao đổi nhiệt tự nhiên đạt tới nhiệt độ môi trường trước tiến hành gia công Trong trình trao đổi nhiệt tự nhiên, vật liệu gia cường thấm nhựa polymer để bao bì bảo quản để tránh ngưng tụ nước bề mặt Vật liệu gia cường thấm nhựa polymer cắt thành hình dạng theo thiết kế Q trình cắt tiến hành thủ công tự động Sau vật liệu cắt theo thiết kế, tiến hành bóc lớp bảo vệ, đặt vật liệu lên khuôn theo lớp Quá trình lặp lại tới đạt yêu cầu độ dầy sản phẩm Vật liệu thấm nhựa polymer trước sử dụng loạt sản phẩm có số lượng khơng lớn Do độ dầy vật liệu thấm nhựa polymer trước thường không lớn nên q trình rải đặt lớp u cầu độ xác cao Thơng thường q trình thực tự động với hỗ trợ máy tính Tương tự phương pháp lăn tay thủ công, khuôn mẫu sử dụng phương pháp thấm nhựa trước đơn giản, nhiên với sản phẩm yêu cầu độ xác cao chi tiết máy bay, khuôn mẫu thường chế tạo kim loại vật liệu composite để chịu tải trọng lớn trình chế tạo Với chi tiết yêu cầu tính kỹ thuật cao thường sử dụng nén ép để đạt độ liên kết tốt lớp vật liệu Chi phí chế tạo khn cho chi tiết thường cao Túi chân khơng sử dụng q trình nén lớp vật liệu với Sau lớp vật liệu đặt khuôn, lớp phim hỗ trợ tháo khuôn đặt vật liệu thấm nhựa Lớp phim n ơn q trình gia cơng Tiếp theo người ta sử dụng lớp phim phủ bên lớp phim hỗ trợ tháo khn Lớp phim cịn có tác dụng hấp thụ phần nhựa thừa bị nén khỏi sản phẩm trình chế tạo Lớp vật liệu cuối túi chân không phim thơng Lớp phim thơng có tác dụng giúp khí dư sản phẩm khn ngồi để tránh rỗ khí Ngồi lớp phim có tác dụng điều hịa áp suất khn tồn bề mặt sản phẩm Lớp phim thơng khí thường chế tạo từ vải, sợi vật liệu có tính tương tự Lớp ngồi túi chân khơng làm kín với khn băng dính đặc biệt (sealant tape) Trong cơng nghệ đúc chuyển nhựa cần đảm bảo độ nhớt nhựa polymer giới hạn cho phép để điền đầy nhựa tới vị trí khn thời gian ngắn Do đó, cần trì nhiệt độ nhựa khuôn giới hạn hợp lý Mặt khác, trì nhiệt độ nhựa khn q cao gây phản ứng gây đông kết nhựa polymer q trình điền đầy khn Cơng nghệ đúc chuyển nhựa sử dụng chế tạo sản phẩm mẫu loạt sản phẩm có số lượng lớn Cơng nghệ tạo sản phẩm có hình dạng phức tạp chất lượng bề mặt cao, đặc biệt thích hợp cho chế tạo chi tiết công nghiệp ô tô, hàng không Phương pháp đúc chân không Phương pháp sử dụng chênh lệch áp suất khuôn thiết bị chứa nhựa polymer để điền nhựa vào khuôn Khác với phương pháp đúc chuyển nhựa truyền thống sử dụng chân không hỗ trợ trình điền nhựa vào khn lực ép thiết bị nén khí nén, cơng nghệ đúc chân khơng hồn tồn sử dụng lực hút chân khơng để đưa nhựa polymer vào khn Nhựa polymer chứa bình, độ chân không khuôn đạt tới yêu cầu, van dẫn bình chứa mở ra, nhựa bình chứa điền vào khuôn theo hệ thống ống dẫn bố trí theo chu vi khn Trong phương pháp vật liệu thấm nhựa trước, sợi carbon epoxy thường sử dụng vật liệu gia cường vật liệu Phương pháp ứng dụng chế tạo sản phẩm ngành hàng không Tuy nhiên phương pháp dần áp dụng chế tạo dụng cụ thể thao giải trí cần câu cá, gậy chơi golf, ván trượt, v.v Đa số loại nhựa polymer sử dụng phương pháp thấm nhựa trước đông kết nhiệt độ cao nhiệt độ bình thường phịng Do đó, người ta thường tiến hành gia nhiệt q trình hồn thiện sản phẩm Việc gia nhiệt cho q trình đơng kết vật liệu thực gia nhiệt mơi trường gia nhiệt khuôn với loại nhựa polymer có nhiệt độ đơng kết thấp Phương pháp đùn ép Trong phương pháp nhựa polymer dạng bột hỗn hợp nhựa polymer vật liệu gia cường có chiều dài ngắn cấp vào trống chứa hỗn hợp vật liệu máy đùn ép Trục vít sử dụng để đẩy hỗn hợp vật liệu phía trước trống, nén hỗn hợp vật liệu đồng thời đẩy khơng khí chứa vật liệu ngồi Trong q trình hịa trộn ma sát làm tăng nhiệt độ hỗn hợp, lượng nhiệt làm vật liệu chuyển sang trạng thái lỏng trước chuyển tới buồng phun ép Do q trình nén cắt trục vít, chiều dài sợi gia cường giảm Dưới lực ép trục vít, vật liệu đùn ép vào khn, hệ thống van chiều sử dụng để ngăn vật liệu bị nén ngược lại trống chứa Khi vật liệu nén vào khn, trục vít giữ ngun vị trí để trì áp suất khuôn Khi vật liệu đông kết khuôn, trục vít di chuyển theo chiều ngược lại để chuẩn bị cho chu trình đùn ép sản phẩm Ưu điểm phương pháp khả tự động hóa cao, suất lớn, hiệu cao, phù hợp với loạt sản phẩm có số lượng lớn Phương pháp sử dụng để chế tạo sản phẩm có hình dạng phức tạp Hạn chế lớn cơng nghệ tính sản phẩm không cao tỷ lệ vật liệu gia cường thấp, độ dài vật liệu gia cường ngắn, tính đẳng hướng vật liệu không Do hạn chế nêu công nghệ đùn ép hỗn hợp composite thường sử dụng chế tạo sản phẩm có kích thước khơng lớn với u cầu tính không cao Phương pháp đúc chuyển nhựa Phương pháp đúc chuyển nhựa sử dụng khn kín, vật liệu gia cường đặt trước khn Với loạt sản phẩm có số lượng không lớn vật liệu gia cường cắt thủ cơng đặt nửa khn phía Nửa khn phía đóng lại, nhựa polymer điền đầy vào khuôn áp suất cao Sau nhựa polymer điền đầy vào khuôn, hỗn hợp nhựa polymer vật liệu gia cường để đông kết thời gian xác định Sau sản phẩm tháo khuôn để tiến hành sản xuất chi tiết Để thúc đẩy q trình đơng kết tiến hành gia nhiệt khuôn nhằm tăng suất chế tạo Phương pháp đúc chuyển nhựa áp dụng chế tạo sản phẩm có kết cấu sandwich Với sản phẩm có kích thước khơng lớn, sử dụng đường cấp nhựa polymer cho toàn sản phẩm; với sản phẩm có kích thước lớn hơn, nhiều đường cấp sử dụng nhằm đảm bảo cung cấp đủ nhựa polymer cho phận, chi tiết sản phẩm Đường cấp nhựa thường đặt vị trí thấp khn Nhựa polymer điền vào khuôn theo hướng từ lên để đảm bảo đẩy bọt khí khn vật liệu gia cường ngồi, tránh tạo rỗ khí sản phẩm sau hồn thiện Quy trình cơng nghệ thực sau: - Quét phủ lớp chống dính hỗ trợ tháo khuôn: - Quét phủ lớp vật liệu tạo bề mặt (gel-coat); - Đặt lớp vật liệu gia cường vào khuôn; - Đặt lớp hỗ trợ dẫn nhựa polymer lên lớp vật liệu gia cường; - Đặt túi chân khơng, sử dụng băng làm kín (sealant tape) để làm kín thể tích khn; - Hút chân khơng thể tích khn; - Mở van nhựa độ chân không đạt yêu cầu để điền nhựa polymer từ thiết bị chứa vào khuôn; - Tháo khuôn sau vật liệu khuôn đông kết định hình Tốc độ điền nhựa vào khn phụ thuộc vào chi tiết chế tạo, tỷ lệ vật liệu gia cường, chủng loại nhựa polymer, phương án bố trí, thiết kế khuôn Ưu điểm công nghệ chế tạo khn đơn giản, chi phí đầu tư khơng cao so với phương án đúc chuyển nhựa truyền thống, thiết bị bao gồm bơm hút chân khơng, thiết bị chứa nhựa polymer thiết bị hòa trộn nhựa polymer, dụng cụ đo hệ thống dẫn chân không Nhược điểm phương pháp kiểm soát chất lượng bề mặt chi tiết gia cơng sử dụng khn mặt, khó kiểm soát độ đồng chiều dầy chi tiết tỷ lệ vật liệu gia cường nhựa polymer Công nghệ đúc chân không sử dụng chủ yếu để chế tạo chi tiết có kích thước lớn, số lượng không nhiều kết cấu dàn khoan, xuồng, thân vỏ ô tô, toa xe tàu hỏa, kho đơng lạnh Cơng nghệ kết hợp với phương pháp chế tạo sandwich tạo sản phẩm có chất lượng yêu cầu cao Bơm hút chân khơng có tác dụng hút chân khơng thể tích khuôn Dưới tác dụng chênh lệch áp suất, hỗn hợp nhựa polymer điền vào khuôn theo hệ thống dẫn Túi chân khơng có tác dụng làm kín khn nửa khn phía Băng làm kín (sealant tape) có tác dụng làm kín thể tích khn Kết luận: Các sản phẩm composite chế tạo theo nhiều phương pháp khác chế tạo thủ công, phương pháp thấm nhựa trước, đùn ép, đúc chuyển nhựa, đúc chân khơng, v.v Các phương pháp có ưu nhược điểm khác Với yêu cầu công nghệ đóng tàu nay, phương pháp đúc chân khơng lựa chọn phù hợp đáp ứng tốt suất, chất lượng chế tạo sản phẩm đơn chiếc, loạt sản phẩm nhỏ, kích thước lớn Cơng nghệ có tác động xấu tới mơi trường Do đó, cần có đầu tư nghiên cứu để ứng dụng vào ngành cơng nghiệp đóng tàu công nghệ hàng hải Việt Nam tương lai ... Cơng nghệ đúc chuyển nhựa sử dụng chế tạo sản phẩm mẫu loạt sản phẩm có số lượng lớn Cơng nghệ tạo sản phẩm có hình dạng phức tạp chất lượng bề mặt cao, đặc biệt thích hợp cho chế tạo chi tiết công. .. Hạn chế lớn cơng nghệ tính sản phẩm không cao tỷ lệ vật liệu gia cường thấp, độ dài vật liệu gia cường ngắn, tính đẳng hướng vật liệu khơng Do hạn chế nêu công nghệ đùn ép hỗn hợp composite thường... kiểm soát chất lượng bề mặt chi tiết gia công sử dụng khuôn mặt, khó kiểm sốt độ đồng chiều dầy chi tiết tỷ lệ vật liệu gia cường nhựa polymer Công nghệ đúc chân không sử dụng chủ yếu để chế tạo