COMPOSITE (FRP) LÀ GÌ? ẢNH HƯỞNG SỨC KHỎE CON NGƯỜI KHÔNG?

COMPOSITE (FRP) LÀ GÌ? ẢNH HƯỞNG SỨC KHỎE CON NGƯỜI KHÔNG?

Ngày đăng 04/11/2018 Lượt xem 312 Người đăng admin

TÌM HIỂU VỀ COMPOSITE

Composite (FRP) là gì?

Composite (hoặc  FRP: Fibeglass Reinfored Plastic) là một loại tổ hợp nhựa gia cường bằng sợi, sợi gia cường đó là thủy tinh đặc biệt.  Sợi thủy tinh có thể được bố trí ngẫu nhiên, sợi thẳng, dệt thành tấm vải hoặc làm thành tấm phẳng (ép thành tấm thảm). Các ma trận sợi có thể được kết dính qua phản ứng nhiệt polymer: thường dùng nhất dựa trên polyme nhiệt rắn như epoxy, nhựa vinylester, hoặc nhựa polyester.  Ngoài ra cũng dùng cả phương pháp nhiệt dẻo. Composite là rất mạnh và có trọng lượng nhẹ

  Các sợi thủy tinh được làm bằng các dòng kính khác nhau về chất lượng, nên phụ thuộc vào mục đích sử dụng sẽ chọn những loại khác nhau. Những loại kính này đều chứa silica hoặc silicat, với lượng oxit canxi khác nhau, magie và đôi khi có cả boron trong đó. Để được sử dụng trong composite, sợi thủy tinh phải được hạn chế thấp nhất những tật lỗi.

  Sợi thủy tinh gia cường (FRP) là một vật liệu nhẹ và được sử dụng nhiều và rộng rãi trên nhiều sản phẩm công, nông, ngư nghiệp. Mặc dù nó không phải là sản phẩm mạnh mẽ khỏe như vật liệu tổng hợp của sợi carbon, nhưng nó không giòn và nguyên liệu của nó rất rẻ. So với kim loại thì sức mạnh, trọng lượng của nó tốt hơn và hơn hết composite nó dễ dàng đúc được những hình dạng phức tạp. Các ứng dụng của sợi thủy tinh gia cường: như máy bay, tàu thuyền, ô tô, bồn tắm, bể bơi, tấm lợp mái, bể phốt….

  Các tên phổ biến khác cho composite là nhựa gia cố bằng bằng thủy tinh (GRP, FRP), nhựa gia cố bằng sợi thủy tinh (GFRP) hoặc GFK (dành cho bên Đức). Bởi vì nhiều khi sợi thủy tinh gia cường được gọi là: composite. Hỗn hợp còn được gọi là "sợi thủy tinh gia cố nhựa." Bài viết này sẽ áp dụng quy ước rằng composite dùng để chỉ vật liệu composite sợi thủy tinh được gia cố hoàn chỉnh, chứ không chỉ là sợi thủy tinh bên trong nó.

composite frp là gì

Sự ra đời của vật liệu composite

  Composite là vật liệu rất là đa năng bởi nó nhờ có trọng lượng nhẹ, độ bền vốn có của nó cao, độ bền thời tiết và nhiều loại kết cấu bề mặt khác nhau cho mỗi nhu cầu sử dụng.

  Sự phát triển của nhựa gia cố sợi để dùng cho quân sự và thương mại sau đó phát triển rộng rãi trong những năm 1930. Ngành hàng không có một sự quan tâm đặc biệt với nó. Đến năm 1932 đã xuất hiện một phương pháp sản xuất hàng loạt sợi thủy tinh đã được phát hiện bởi nhà nghiên cứu tại Owens-Illinois chỉ đạo một luồng khí nén ở một dòng thủy tinh nóng chảy thành sợi. Sau khi Owens sáp nhập với công ty Corning vào năm 1935, Owens Corning đã điều chỉnh phương pháp để tạo ra “Fiberglas” được cấp bằng sáng chế. Một loại nhựa phù hợp để liên kết “fiberglas” là một loại nhựa đường Pont phát triển vào năm 1936.  Tổ tiên tạo của các loại nhựa polyester hiện đại là Cyanamid năm 1942. Dây chuyền sản xuất peroxide đã được tạo ra và sử dụng ngay sau đó.

  Đến thế chiến thứ II, sợi thủy tinh đã được phát triển rộng rãi như là một sự thay thế cho ván ép đúc được sử dụng nhiều trong máy bay radomes ( Bởi sợi thủy tinh nó trong suốt đối với vi sóng). Với các ứng dụng khác trong dân sự đầu tiên là xây dựng các thuyền bè và các thân xe thể thao, nó đã được chấp nhận vào những năm 1950. Việc sử dụng nó được lan truyền sang lĩnh vực sản xuất thiết bị ô tô và đồ thể thao. Trong một số lĩnh vực cần đến yêu cầu cao như máy bay… thì sợi carbon đang được sử sụng thay thế sợi thủy tinh hiện nay, bởi nó tốt hơn sợi thủy tinh về khối lượng cũng như trọng lượng.

  Hiện nay các công nghệ kỹ thuật sản xuất tiên tiến như Pre-pregs (gia cố sợi thủy tinh bằng nhiệt rắn)  và các sợi roving mở rộng thì cho các ứng dụng của composite được áp dụng nhiều và độ bền kéo tăng tối đa.

  Composite cũng được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệm điện tử viễn thông, giúp bảo vệ ăng teng, do tính thấm RF của nó và không từ tính nên không làm suy giản tín hiệu. Nó cũng có thể dùng để che chắn cho các thiết bị không cần tính thấm tín hiệu khỏi thời tiết. Ví dụ như tủ thiết bị với hỗ chợ của kết cấu thép, nó có thể đúc và sơn pha trộn với cấu trúc và bề mặt hiện có. Các ứng dụng khác như đà đỡ dây cách điện, tấm cách điện và các thành phần cấu trúc trong các trạm điện, nhà máy điện.

  Trọng lượng nhẹ và độ bền của composite cao, nó thường được dùng trong các thiết bị bảo vệ như mũ bảo hiểm. Một số môn thể thao sử dụng dụng cụ trong thi đấu cũng như bảo vệ, chẳng hạn như mặt nạ của thủ môn bóng chày, vợt của môn tennis padel.

ỨNG DỤNG COMPOSITE

bể chứa ngầm bằng composite

Bể chứa ngầm bằng composite.

  Ở mỗi sân bay có nhiều bồn chứa nhiên liệu lớn.

  Bể chứa có thể được làm bằng composite sợi thủy tinh với công suất lớn lên tới khoảng 300 tấn. Bể nhỏ hơn có thể được làm bằng sợi mat đã cắt nhỏ trên một bề nhặt có lớp nhựa dẻo hoạt động như một phôi trong quá trình xây dựng. Bồn chứa nhiên liệu đáng tin cậy hơn nhiều được thực hiện bằng các sử dụng sợi dệt thoi hoặc quấn dây tóc, với định hướng ở các góc với phương pháp quấn tròn. Các bồn chứa này ngày nay có xu hướng được sử dụng nhiều để lưu trữ hóa chất bởi khẳ năng chống ăn mòn tốt. Composite cũng được dùng làm bể tự hoại bởi tính chống ăn mòn cao.

Ứng dụng composite xây nhà

  Một ngôi nhà tiêu biểu mái vòm bằng sợi thủy tinh ở Califamia, Mỹ.

  Nhựa gia cường sợi thủy tinh được sử dụng để sản xuất các cấu kiện nhà như tấm lợp mái, cửa nhà, rèm cửa, cửa sổ và ống khói. Vật liệu có trọng lượng nhẹ nên giảm về giá thành và dễ dàng xỷ lý hơn so với gỗ và sắt, cho phép lắm đặt nhanh hơn. Các tấm gạch được sản xuất hàng loạt bằng sợi thủy tinh và vật liệu giảm tiếng ồn được dùng trong việc xây dựng nhà

Ứng dụng FRP ống nước

FRP và GRP dạng ống được ứng dụng chop hàng loạt hệ thống công trình dưới và trên mặt đất bao gồm như:

  1. Hệ thống ngăn mặn
  2. Xử lý nước
  3. Hệ thống phân phối nước sạch
  4. Nhà máy xử lý hóa chất
  5. Mạng nưới nước chữa cháy
  6. Nước nóng lạnh
  7. Nước uống
  8. Xử lý nước thải, rác thải đô thị
  9. Khí tự nhiên

Ví dụ các ứng dụng composite trong đời sống.

  1. Làm thuyền Kayaks bằng composite
  2. Chế tạo các cung nỏ
  3. Cột đèn giao thông
  4. Dụng cụ cầm tay (búa, xẻng, rìu...vv)
  5. Vỏ tàu, ghe thuyền
  6. Cánh quạt máy bay
  7. Ván lướt sóng, khung của lều du lịch cắm trại
  8. Tàu lượn, cản xe, cabin xe
  9. Xe đạp cao cấp
  10. Xe đẩy của các trung tâm thương mại
  11. Vỏ cấu trúc ăng ten
  12. Phụ tùng ô tô và toàn bộ cơ chế tự động
  13. Được ứng dụng rộng rãi thiết bị hóa chất
  14. Thay thế các mặt sàn đi trên tàu biển (sàn grating frp chống rỉ sét)
  15. Dùng trong bảng mạch in bao gồm lớp đồng xen kẽ
  16. Cánh của tuabin gió
  17. Cuộn dây RF dùng trong máy quét MRI
  18. Làm vỏ bộ trống
  19. Bảo vệ các lắp đặt dưới biển
  20. Gia cố các mặt đường nhựa
  21. Mũ bảo hiểm và dụng cụ bảo hộ khác
  22. Phôi chỉnh hình
  23. Dùng nhiều cho lối đi trên giàn khoan dầu, hầm mỏ

PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT COMPOSITE

sản xuất composite bằng công nghệ quấn sợi

Công nghệ quấn

  Công nghệ này là một kỹ thuật chế tạo chủ yếu được sử dụng để sản xuất các cấu trúc hình trụ hoặc các sản phẩm kín như bình áp lực hoặc bể chứa. Quá trình là việc cuộn dây quấn quanh một trục gá đúc với lực căng. Trục gá quay trong khi sợi thủy tinh được di chuyển đều từ đầu đến cuối theo chiều ngang. Các sợi hay dùng phổ biển hay dùng là sợi carbon hoặc sợi thủy tinh và được phủ nhựa tổng hợp để kết dính các sợi lại. Khi trục gá được bọc hoàn toàn với độ dày mong muốn, nhựa được phủ đều đã ngưng chảy thì sản phẩm cùng trục gá sẽ được gia công nhiệt. Lúc này trục gá vẫn quay để sản phẩm có một đồ đều tương đối. Khi nhựa đã cứng, trục gá được lấy ra và để lại sản phẩm cuối cùng rỗng.

  Phương pháp quấn này rất phù hợp với tự động hóa, và có nhiều ứng dụng ngoài cuộc sống. VD như ống và bình áp lực nhỏ, được sản xuất ra rất nhanh mà không có can thiệp của con người. Các yếu tố kiểm soát cho công nghệ này là loại sơi, dòng nhựa dùng, góc kéo, băng thông và độ dày của bó sợi. Góc mà tại đó chất xơ có ảnh hưởng đến các tính chất của sản phẩm cuối cùng. Góc cao "vòng" sẽ cung cấp sức mạnh chu vi hoặc "vỡ", trong khi các mẫu góc thấp hơn (cực hoặc xoắn ốc) sẽ cung cấp độ bền kéo theo chiều dọc lớn hơn.

  Sản phẩm hiện đang được sản xuất bằng cách sử dụng kỹ thuật này từ ống, bộ golf, vỏ màng thẩm thấu ngược, mái chèo, dĩa xe đạp, vành xe đạp, cột điện và truyền, bình áp lực cho vỏ bọc tên lửa, thân máy bay và cột đèn và cột buồm du thuyền.

Sản xuất composite bằng cách bố trí tay

Công nghệ bố trí tay

  Một chất tách khuôn thường ở dạng sáp hoặc dạng lỏng, được áp dụng cho khuôn cho phép sản phẩm hoàn thiện được lấy ra hết khỏi khuôn. Nhựa thường là một trong 2 loại nhiệt rắn polyester, vinyl hoặc epoxy được trộn với chất làm cứng và được đưa vào toàn diện bề mặt khuôn. Tấm thảm sợi thủy tinh được đặt vào khuôn, sau đó thêm hỗn hợp nhựa thêm vào bằng cây cọ hoặc ru lô. Vật liệu phải phù hợp với khuôn, và không khí phải không bị mắc kẹt giữa các sợi thủy tinh và khuôn. Nhựa bổ sung được áp dụng và có thể bổ sung các tấm sợi thủy tinh đến độ dày mong muốn. Áp lực qua con lăn, cọ hoặc hút chân không được sử dụng để chắc chắn nhựa được thẩm thấu hoàn toàn và làm ướt tất cả các lớp, và không còn không khí nào ở trong sợi và nhựa. Các công việc phải được thực hiện một cách nhanh chóng, trước khi nhựa bắt đầu khô. Trong một số trường hợp, công việc được phủ bằng tấm nhựa và chân không được rút ra trên công việc để loại bỏ bọt khí và nhấn sợi thủy tinh vào hình dạng của khuôn.

Công nghệ phun sợi thủy tinh

  Quy trình bố trí phun sợi thủy tinh tương tự quy trình bố trí tay, nhưng khác với ứng dụng bố trí tay là được phun chất xơ và nhựa vào khuôn. Quy trình công nghệ này là một quá trình chế tạo vật liệu tổng hợp mở, nơi nhựa và sợi thủy tinh được phun lên khuôn. Nhựa và thủy tinh có thể được áp dụng riêng biệt hoặc đồng thời "cắt nhỏ" trong một dòng kết hợp từ một khẩu súng chopper. Công nhân cắt nhỏ phun để nhỏ gọn laminate. Sau đó, gỗ, bọt hoặc các vật liệu cốt lõi khác có thể được thêm vào, và lớp phun thứ cấp sẽ nhúng lõi vào giữa các cán mỏng. Phần này sau đó được xử lý, làm lạnh và loại bỏ khỏi khuôn tái sử dụng.

Công nghệ đúc cây

  Công nghệ đúc cây là một phương pháp sản xuất được sử dụng để tạo ra vật liệu composite mạnh mẽ, nhẹ. Trong công nghệ này, vật liệu được kéo qua máy tạo hình bằng cách sử dụng phương pháp thủ công hoặc phương pháp con lăn liên tục (trái ngược với đùn, nơi vật liệu được đẩy qua khuôn). Trong sợi thủy tinh công nghệ này, sợi (vật liệu thủy tinh) được kéo từ ống cuốn thông qua một thiết bị mà họ phủ một lớp nhựa. Chúng thường được xử lý nhiệt và cắt theo chiều dài. Sợi thủy tinh được sản xuất theo cách này có thể được làm bằng nhiều hình dạng và mặt cắt ngang, chẳng hạn như mặt cắt ngang W hoặc S.

Độ cong vênh composite

  Một đặc điểm đáng chú ý của sợi thủy tinh là các loại nhựa được sử dụng có thể bị co lại trong quá trình đóng rắn. Đối với polyester thì sự co này thường là 5–6%, cho epoxy khoảng 2%. Bởi vì các sợi không co lại, sự khác biệt này có thể tạo ra những thay đổi trong hình dạng của bộ phận trong quá trình đóng rắn. Biến dạng có thể xuất hiện giờ, ngày hoặc tuần sau khi nhựa đông cứng.

  Trong khi sự biến dạng này có thể được giảm thiểu bằng cách sử dụng đối xứng của các sợi trong thiết kế, một lượng nhất định của ứng suất bên trong được tạo ra và nếu nó trở nên quá lớn, các vết nứt hình thành.

Sợi thủy tinh ảnh hưởng gì đến sức khỏe

SỢI THỦY TINH CÓ ĐỘC HẠI CHO CON NGƯỜI KHÔNG?

 Vào tháng 6 năm 2011, Chương trình Chất độc Quốc gia (NTP của Mỹ) đã được loại bỏ khỏi Báo cáo về Chất gây ung thư tất cả len thủy tinh hòa tan được sử dụng trong nhà và cách nhiệt xây dựng và các sản phẩm không cách nhiệt. Tuy nhiên, NTP coi bụi thủy tinh sợi là "được dự đoán hợp lý một chất gây ung thư ở người (Một số sợi len thủy tinh (có thể hít phải)". Tương tự, Văn phòng đánh giá nguy cơ môi trường của California ("OEHHA") đã công bố một sửa đổi tháng 11 năm 2011 đối với danh sách Đề xuất 65 của nó để chỉ bao gồm "Sợi len thủy tinh (có thể hít vào hệ hô hấp)". Các hành động của NTP của Hoa Kỳ và OEHHA của California có nghĩa là nhãn cảnh báo ung thư đối với nhà kính và chất cách điện xây dựng bằng sợi thủy tinh không hòa tan không còn bắt buộc theo luật liên bang hoặc California. Tất cả len sợi thủy tinh thường được sử dụng cho vật liệu cách nhiệt, cách âm được phân loại lại bởi Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) vào tháng 10/2001 như không thể phân loại gây ung thư cho người.

  Mọi người có thể tiếp xúc với sợi thủy tinh ở nơi làm việc bằng cách hít vào, tiếp xúc với da hoặc tiếp xúc với mắt. Cơ quan an toàn vể sức khỏe nghề nghiệp (OSHA) đã đặt giới hạn pháp lý (giới hạn phơi nhiễm cho phép) đối với phơi nhiễm sợi thủy tinh ở nơi làm việc với tổng lượng 15 mg / m3 và 5 mg / m3 trong tiếp xúc hô hấp trong 8 giờ làm việc. Các Viện Quốc Gia về an toàn và sức khỏe nghề nghiệp (NIOSH) đã thiết lập một giới hạn tiếp xúc đề nghị (REL) của sợi/ cm3 (nhỏ hơn 3,5 micromet đường kính lớn hơn 10 micromet chiều dài) như là một thời gian trung bình trên một ngảy làm việc ( 8- giờ làm việc) và tổng giới hạn 5mg/m3.

  Liên minh châu Âu và Đức phân loại sợi thủy tinh tổng hợp có khả năng hoặc có thể gây ung thư, nhưng sợi có thể được miễn loại này nếu chúng vượt qua các thử nghiệm cụ thể. Bằng chứng cho các phân loại này chủ yếu là từ các nghiên cứu trên động vật thực nghiệm và cơ chế gây ung thư. Các nghiên cứu dịch tễ học bằng kính len đã được một nhóm chuyên gia quốc tế triệu tập bởi IARC. Các chuyên gia này kết luận: “Các nghiên cứu dịch tễ học được công bố trong 15 năm kể từ khi các chuyên khảo IARC trước đây xem xét các sợi này vào năm 1988 không có bằng chứng về nguy cơ ung thư phổi hoặc ung thư trung biểu mô (ung thư niêm mạc cơ thể) từ phơi nhiễm nghề nghiệp trong quá trình sản xuất của các tài liệu này, và bằng chứng không đầy đủ về bất kỳ nguy cơ ung thư nào. Các đánh giá tương tự về các nghiên cứu dịch tễ học đã được thực hiện bởi Cơ quan đăng ký chất độc và bệnh ("ATSDR"). Chương trình độc học quốc gia, Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, Trường Y tế Công cộng và Y tế Harvard đã đạt được kết luận tương tự như IARC rằng không có bằng chứng về nguy cơ gia tăng từ phơi nhiễm nghề nghiệp đối với sợi len thủy tinh.

  Sợi thủy tinh sẽ kích thích mắt, da và hệ hô hấp. Các triệu chứng tiềm tàng bao gồm kích ứng mắt, da, mũi, họng, khó thở, đau họng, khàn giọng và ho. Bằng chứng khoa học cho thấy rằng sợi thủy tinh là an toàn để sản xuất, lắp đặt và sử dụng khi thực hành công việc được khuyến nghị được tuân theo để giảm kích ứng cơ học tạm thời. Thật không may là những thực hành công việc này không phải lúc nào cũng tuân theo và sợi thủy tinh thường bị phơi nhiễm trong tầng hầm mà sau này bị chiếm đóng. Sợi thủy tinh cách nhiệt không bao giờ nên để lại tiếp xúc trong một khu vực bị chiếm đóng, theo Hiệp hội Phổi Hoa Kỳ khuyến cáo.

Trần Biên