BỒN NƯỚC COMPOSITE FRP/GPS LẮP GHÉP

BÔ
̣
GIA
́
O DU
̣
C VA
̀
ĐA
̀
O TA
̣
O
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY


GVHD: LÊ VĂN BÌNH
SVTH: NGUYỄN TRUNG DŨNG
LỚP: 51TTDT-2
NHA TRANG,THÁNG 6 NĂM 2011

1
ĐỀ TÀI: BỒN NƯỚC COMPOSITE FRP/GPS LẮP GHÉP
LỜI MỞ ĐẦU
Trong cuộc sống hiện nay, vật liệu đóng vai trò hết sức quan trọng phục vụ đời
sống con người. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghịêp hiện đại dẫn tới các nhu cầu to
lớn về loại vật liệu đồng thời có nhiều tính chất các vật liệu như kim loại, ceramic,
polymer, composite.… khi đứng riêng rẽ không có được những tinh chất như vừa bền
lại vừa nhẹ, rẻ, lại co tính chống ăn mòn cao. Đặc biệt trong công nghệ chế tạo vật liệu,
việc nắm bắt các cơ tính và khả năng làm việc của vật có ý nghĩa hết sức quan trọng

trong quá trình xây dựng nên các vật liệu mang tính chất đặc trưng phục vụ cho đời
sống.
Đối với vật liệu Composite hiện nay có ứng dụng hết sức rộng rãi trong đời sống và
trong kỹ thuật chế tạo. Vật liệu Composite với nền là các phi kim hay kim loại có ứng
dụng cao trong mọi lĩnh vực. Hiện nay người ta đang tìm cách thay thế các vật liệu khác
bằng các vật liệu Composite nhằm tạo ra những kết cấu có cấu trúc bền và nhẹ vừa đảm
bảo các yêu cầu kỹ thuật, vừa đảm bảo khả năng làm việc của kết cấu với giá thành rẻ,
phù hợp với công nghệ phát triển vật liệu hiện nay. Vật liệu composite với các nền khác
nhau đa dạng và sẽ là vật liệu mới của tương lai. Nó có ứng dụng rất rộng rãi trong tất
cả các lĩnh vực, cả trong dân sự và trong hoạt động quân sự.
Trong các sản phẩm composite đó có bồn nước composite.
Bồn nước là sản phẩm không thể thiếu trong mỗi hộ gia đình, các công sở, các nhà máy
xí nghiệp. bồn nước có vai trò cực kì quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống của
chúng ta.
2
I. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE
Vật liệu Composite là vật liệu được chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau
nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn vật liệu ban đầu.
Vật liệu Composite được cấu tạo từ các thành phần cốt nhằm đảm bảo cho Composite
có được các đặc tính cơ học cần thiết và vật liệu nền đảm bảo cho các thành phần của
Composite liên kết, làm việc hài hoà với nhau.
1. Lịch sử hình thành và phát triển:
Vật liệu Composite đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống, khoảng 5.000 năm trước
Công nguyên người cổ đại đã biết vận dụng vật liệu composite vào cuộc sống (ví dụ: sử
dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo sự dãn nở trong quá trình nung đồ gốm). Người
Ai Cập đã biết vận dụng vật liệu Composite từ khoảng 3.000 năm trước Công nguyên,
sản phẩm điển hình là vỏ thuyền làm bằng lau, sậy tẩm pitum về sau này các thuyền đan
bằng tre chát mùn cưa và nhựa thông hay các vách tường đan tre chát bùn với rơm, rạ là
những sản phẩm Composite được áp dụng rộng rãi trong đời sống xã hội. Sự phát triển
của vật liệu composite đã được khẳng định và mang tính đột biến vào những năm 1930

khi mà stayer và Thomat đã nghiên cứu, ứng dụng thành công sợi thuỷ tinh; Fillis và
Foster dùng gia cường cho Polyeste không no và giải pháp này đã được áp dụng rộng rãi
trong ngành công nghiệp chế tạo máy bay, tàu chiến phục vụ cho đại chiến thế giới lần
thức hai. Năm 1950 bước đột phá quan trọng trong ngành vật liệu Composite đó là sự
xuất hiện nhựa Epoxy và các sợi gia cường như Polyeste, Nylon,… Từ năm 1970 đến
nay vật liệu composite nền chất dẻo đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong các ngành
công nghiệp và dân dụng,y tế, thể thao, quân sự vv…
2. Ưu điểm:
Tính ưu việt của vật liệu Composite là khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các kết
cấu sản phẩm theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn, các thành phần
cốt của Composite có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật liệu nền luôn đảm bảo cho các
thành phần liên kết hài hoà tạo nên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn
mòn của vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Một trong các ứng dụng
có hiệu quả nhất đó là Composite polyme, đây là vật liệu có nhiều tính ưu việt và có khả
năng áp dụng rộng rãi, tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao, chịu môi trường, rễ lắp đặt,
có độ bền riêng và các đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với môi trường ăn mòn hoá học,
3
Hình 1 Cấu trúc composite
độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp. Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định dễ vận
dụng các thủ pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất.
II. PHÂN LOẠI COMPOSITE:
Vật liệu composite được phân loại theo hình dạng và theo bản chất của vật liệu thành
phần
1 - Phân loại theo hình dạng
a. Vật liệu composite độn dạng sợi:
Khi vật liệu tăng cường có dạng sợi, ta gọi đó là composite độn dạng sợi, chất độn dạng
sợi gia cường tăng cơ lý tính cho polymer nền.
b. Vật liệu composite độn dạng hạt :
Khi vật liệu tăng cường có dạng hạt, các tiểu phân hạt độn phân tán vào polymer nền.
Hạt khác sợi ở chỗ nó không có kích thước ưu tiên.

2 - Phân loại theo bản chất, thành phần
• Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt có dạng: sợi hữu cơ
(polyamide, kevlar…), Sợi khoáng (thủy tinh, carbon…), sợi kim loại (Bo, nhôm…)
• Composite nền kim loại: nền kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al,…) cùng với độn
dạng hạt: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng (Si, C)…
• Composite nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim loại
(chất gốm), hạt gốm (cacbua, Nitơ)…
III. CẤU TẠO CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE.
1. Thành phần nền
- Vật liệu nền cần có độ cứng cần thiết để đảm bảo cho composite chịu
được tải, và cấu trúc đồng nhất của composite.
- Vật liệu nền giữ vai trò cực kì quan trọng trong việc chế tạo vật liệu
composite.
- Vật liệu nền phải đáp ứng được yêu cầu khai thác và công nghệ.
- Là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đóng vai trò truyền ứng suất sang độn khi
có ngoại lực tác dụng lên vật liệu. Có thể tạo thành từ một chất hoặc hỗn hợp nhiều chất
được trộn lẫn một cách đồng nhất tạo thể liên tục.
2.Một số nền thường gặp trong composite
2.1 Nhựa nhiệt rắn
- Nhựa nhiệt rắn: Trong thực tế, người ta có thể sử dụng nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt
dẻo làm polymer nền:
4
- Nhựa nhiệt dẻo: PE, PS, ABS, PVC…độn được trộn với nhựa, gia công trên máy ép
phun ở trạng thái nóng chảy.- Nhựa nhiệt rắn: PU, PP, UF, Epoxy, Polyester không no,
gia công dưới áp suất và nhiệt độ cao, riêng với epoxy và polymer không no có thể tiến
hành ở kiện thường, gia công bằng tay. Nhìn chung, nhựa nhiệt rắn cho vật liệu cá cơ
tính cao hơn nhựa nhiệt dẻo.
- Một số l oại nhựa nhiệt rắn thông thường:
a. Polyester
Nhựa polyester được sử dụng rộng rãi trong công nghệ composite, Polyester loại này

thường là loại không no, đây là nhựa nhiệt rắn, có khả năng đóng rắn ở dạng lỏng hoặc
ở dạng rắn nếu có điều kiện thích hợp. Thông thường người ta gọi polyester không no là
nhựa polyester hay ngắn gọn hơn là polyester. Polyester có nhiều loại, đi từ các acid,
glycol và monomer khác nhau, mỗi loại có những tính chất khác nhau. Chúng có thể rất
khác nhau trưng các loại nhựa UPE khác nhau, phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố: Thành
phần nguyên liệu (loại và tỷ lệ các chất sử dụng)
+ Phương pháp tổng hợp
+ Trọng lượng phân tử
+ Hệ đóng rắn (monomer, chất xúc tác, chất xúc tiến)
+ Hệ chất độn
Bằng cách thay đổi các yếu tố trên, người ta sẽ tạo ra nhiều loại nhựa UPE có các tính
chất đặc biệt khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng.
- Có hai loại polyester chính thường sử dụng trong công nghệ composite. Nhựa
orthophthalic cho tính kinh tế cao, được sử dụng rộng rãi. Còn nhựa isophthalic lại có
khả năng kháng nước tuyệt vời nên được xem là vật liệu quan trọng trong công nghiệp,
đặc biệt là hàng hải.
- Đa số nhựa polyester có màu nhạt, thường được pha loãng trong styrene. Lượng
styrene có thể lên đến 50% để làm giảm độ nhớt của nhựa, dễ dàng cho quá trình gia
công. Ngoài ra, styrene còn làm nhiệm vụ đóng rắn tạo liên kết ngang giữa các phân tử
mà không có sự tạo thành sản phẩm phụ nào. Polyester còn có khả năng ép khuôn mà
không cần áp suất.
- Thời gian để polyester tự đóng rắn. Tốc độ trùng hợp quá chậm cho mục đích sử dụng,
vì vậy cần dùng chất xúc tác và chất xúc tiến để đạt độ trùng hợp của nhựa trong một
khoảng thời gian nào đó. Khi đã đóng rắn, polyester rất cứng và có khả năng kháng hóa
chất. Quá trình đóng rắn hay tạo kết ngang được gọi là quá trình Polymer hóa. Đây là
phản ứng hóa học chỉ có một chiều. Cấu trúc không gian này cho phép nhựa chịu tải
được mà không bị giòn.
5
- Este không no (UPE), hoặc hỗn hợp chung với nhau hoặc với nhiều phân tử thấp
monomer.

b. Nhựa phenolic
- Sản xuất từ quá trình polyme hóa phenolic.
- Quá trình đóng rắn 120-180oC ở nhiệt độ phòng hoặc dùng axit mạnh.
- ưu điểm : nguyên liệu sẵn có, giá thành rẻ, nhược điểm là làm cho composite giòn, độ
bền thấp và độ rỗng cao.
- Ứng dụng: làm thân và nắp thùng rác.
c. Nhựa Phenol fomandehit
- Tổng hợp bằng cách đa tụ phenol và fomandehit
- Quá trình đóng rắn ở 160-200oC, áp suất 30-40Mpa
- Có tính giòn cao
- Chế tạo bán thành phẩm hoặc các chi tiết vỏ dày, như thân thùng rác.
d. Nhựa bitmaleimit
Công thức phân tử H795, chịu nhiệt độ cao, khoảng 180- 200oC. Trên 180% các sản
phẩm, chi tiết composite được khai thác ở nhiệt độ dưới 130oC, vì vậy loại nền hay sử
dụng nhất là các loại nhựa epoxy. Khi đòi hỏi composite polymer làm việc lớn hơn
130oC dùng Bitmaleimit, lớn hơn 180oC là polyimit.
e. Các nhựa cơ silic
Nhận được từ sự đa tụ các sản phẩm của sự thuỷ phân hỗn hợp các môn, đi, tri, và
tetracloslen; là các chất giòn, cứng.
f. Polyimit
Được trùng hợp từ oligome và hỗn hợp của imit-monme. Thường dùng dung dịch 40%
của chúng trát lên cốt sợi.
g. Vinylester
- Có cấu trúc tương tự như polyester, nhưng điểm khác biệt chủ yếu của nó với
polyester là vị trí phản ứng, thường là ở cuối mạch phân tử do vinyl ester chỉ có kết đôi
C=C ở hai đầu mạch mà thôi. Toàn bộ chiều dài mạch phân tử đều sẵn chịu tải, nghĩa là
vinylester dài và đàn hồi hơn polyester. Vinylester có ít nhóm ester hơn polyester, nhóm
ester rất dễ bị thủy phân, tức là vinylester kháng nước tốt hơn các polyester khác.
- Ứng dụng: làm ống dẫn và bồn chứa hoa chất.
h. epoxy

có tính năng cơ lý, kháng môi trường hơn hẳn các nhựa khác, là loại nhựa được sử dụng
nhiều nhất. Với tính chất kết dính và khả năng kháng nước tuyệt vời của mình, epoxy rất
lý tưởng để sử dụng trong ngành đóng tàu.
6
- Cả nhựa epoxy lỏng và tác nhân đóng rắn đều có độ nhớt thấp thuận lợi qua
trình gia công. Epoxy đóng rắn dễ dàng và nhanh chóng ở nhiệt độ phòng từ
5-150oC, tuỳ cach lựa chọn chất đóng rắn.
- Ưu điểm nổi bật của epoxy cơ tính cao, độ bám dính cao với nhiều loại cốt, có thể
khai thác sử dụng đến 150-200oC. Epoxy là co ngót thấp trong khi đóng rắn. Lực kết
dính, tính chất cơ lý của epoxy được tăng cường bởi tính cách điện và khả năng kháng
hóa chất.
- Ứng dụng keo dán, hỗn hợp xử lý bề mặt, hỗn hợp đổ, sealant, bột tret, sơn.
2.2. Chất nền Polyme dẻo
- Không có công đoạn đông rắn, khả năng thi công tạo dáng sản phẩm dễ thực hiện.
- Công nghệ chế tạo: dập, đùn, uốn, hàn..gia thanh thấp.
- Nhược điểm là không chịu được nhiệt độ cao, xử lý độ nhớt của dung dịch khó khăn.
- Vật liệu dẻo: nylon, poly-phenylin, rolivxan, polysonphon và polyester nhiệt dẻo.
2.3. Chất nền Cacbon
- Nền các bon có tính chất cơ lý tương tự như sợi các bon, đảm bảo tính chịu nhiệt độ
cao và khai thác triệt để ưu điểm của cốt sợi cacbon trong vật liệu composite.
- Nền các bon có 3 loại: pirocacbon: thu được do kết lắng từ luồng khí ga, thuỷ tinh
cacbon thu được do xử lý ở nhiệt độ cao các xenlulozo hoặc các polymer nhiệt rắn, nền
cacbon - cốc của pec than đa hoặc dầu mỏ.
2.4.Chất nền kim loại
- Thường là kim loại nhẹ: nhôm, magie, berrili, hoặc các kim loại chịu nhiệt độ cao
(titan, niken, niobi) hoặc là dạng hợp kim.
- Phổ biến hiện nay dùng nền lưới dạng hợp kim nhôm, chúng có khả năng kết hợp hài
hòa với cốt bảo đảm tốt những đòi hỏi cơ lý cũng như công nghệ.
3.Thành phần cốt
- Đóng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung vì độn thường có tính chất cơ lý cao hơn

nhựa. Đánh giá đặc điểm chất độn
- Tính gia cường cơ học.
- Tính kháng hóa chất, môi trường, nhiệt độ.
- Phân tán vào nhựa tốt.
- Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt.
- Thuận lợi cho quá trình gia công.
- Giá thành hạ, nhẹ. Phân loại độn
a. Độn dạng sợi
7
- Sợi có tính năng cơ lý hóa cao hơn độn dạng hạt, tuy nhiên, sợi có giá thành cao hơn,
thường dùng để chế tạo các loại vật liệu cao cấp như: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi Bo,
sợi cacbua silic, sợi amide…
b. Độn dạng hạt
Thường được sử dụng là : silica, CaCO3, vẩy mica, vẩy kim loại, độn khoáng, cao lanh,
đất sét, hay graphite, cacbon…
- Giảm giá thành
- Tăng thể tích cần thiết đối với độn trơ, tăng độ bền cơ lý, hóa, nhiệt, điện.
- Dễ đúc khuôn, giảm sự tạo bọt khí trong nhựa có độ nhớt cao.
- Cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, chống co rút khi đông rắn, che khuất sợi trong cấu
tạo tăng cường sợi, giảm toả nhiệt khi đông rắn.
- Độ bền cơ học và độ bền hóa học của vật liệu PC như : khả năng chịu được va đập ;
độ gian nở cao ; khả năng cach 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,
axit...
-Vì những tính năng ưu việt này mà hệ thống vật liệu PC được sử dụng rộng rãi trong
sản xuất cũng như trong đời sống.
- Vật liệu composite có pha nền là nhựa tổng hợp, cốt thường là sợi thuỷ tinh, sợi
cacbon, sợi bor. Các vật liệu composite nền kim loại sử dụng cốt là
sợi thép, vonfram, berili, neobi…
3.1. Sợi thủy tinh

a. Cấu tạo
- Sợi thuỷ tinh có 2 dạng: sợi dài (dạng chỉ) và sợi ngắn, có dạng hình trụ tròn, nhiệt độ
làm việc của composite sử dụng sợi thuỷ tinh từ 500 - 700oC
b. Chế tạo
- Được chế tạo từ quá trình nhiệt phân một chất hữư cơ thích hợp để phân hóa thành
Polyme và cacbon, bằng nung nóng rất lâu hàng tuần để pha khí (polyme) khuyếch tán
khỏi vật liệu. Sau khi xử lý như vậy thể tích khối giảm 50% và tinh thể nhỏ mịn, độ bền
cao đạt 70-200 Mpa.
c. Đặc điểm
-Nhẹ, chịu nhiệt khá, ổn định với tác động hóa sinh, có độ bền cơ lý cao và độ dẫn nhiệt
thấp, và giá thành rẻ.
d. Ứng dụng
- Sản xuất composite polymer, chế tạo vỏ tàu thuyền, ôtô, vỏ xe máy, cánh quạt trong
tua bin nước…
8