Tấm sợi thủy tinh cắt ngắn, thường được gọi là CSM, đóng vai trò là vật liệu gia cường được tạo thành cơ bản từ các sợi thủy tinh ngắn trộn lẫn ngẫu nhiên với nhau. Những đoạn sợi cắt ngắn này thường có chiều dài khoảng 25 đến 50 milimét và được giữ với nhau bằng một loại chất kết dính hóa học nào đó. Quy trình sản xuất bắt đầu bằng việc các nhà sản xuất nung chảy thủy tinh và kéo chúng thành những sợi dài. Sau đó, họ cắt các sợi này thành từng đoạn nhỏ và phun lên chúng các loại nhựa polyester hoặc acrylic để tạo kết dính. Sau bước này, công nhân sẽ sắp xếp các đoạn sợi nhỏ này thành những tấm và sử dụng nhiệt cùng áp lực để làm cho các sợi phân bố đều trên toàn bộ bề mặt. Điều khiến CSM trở nên đặc biệt hữu ích là khả năng thích ứng tốt vào các khuôn đúc có hình dạng phức tạp trong quá trình sản xuất, đồng thời cung cấp các tính chất độ bền đồng đều trong các vật liệu composite bất kể theo hướng nào.
Hiệu suất của CSM phụ thuộc vào hai thành phần chính: sợi E-glass và chất kết dính nhiệt rắn. E-glass, bao gồm 96–98% silica-alumina, cung cấp khả năng cách điện và chịu kiềm tuyệt vời. Chất kết dính, thường là nhựa polyester hoặc acrylic với nồng độ 3–5%, đảm bảo độ bền của tấm sợi trước khi ép lớp và hòa tan trong quá trình bão hòa nhựa, thúc đẩy độ bám dính mạnh giữa sợi và nhựa.
| Thông số sợi | Phạm vi tiêu biểu | Tiêu chí chất kết dính | Tác động đến hiệu suất |
|---|---|---|---|
| Đường kính | 13–20 micron | Nhựa polyester hoặc acrylic | Tăng cường tính tương thích với nhựa |
| Chiều dài | 25–50 mm | nồng độ chất kết dính 3–5% | Cân bằng giữa khả năng uốn dẻo và độ cứng |
Cách thức hoạt động của các sợi có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất cơ học của vật liệu. Khi sử dụng các sợi dài hơn khoảng 50mm thay vì loại tiêu chuẩn 25mm, chúng ta thường thấy độ bền kéo được cải thiện từ khoảng 15 đến thậm chí 20 phần trăm. Tuy nhiên, những sợi dài hơn này lại gây ra một số bất tiện liên quan đến tính linh hoạt, đặc biệt là trong các khuôn có bán kính cong hẹp phức tạp. Sự sắp xếp ngẫu nhiên của các sợi giúp phân tán lực căng theo nhiều hướng, nhờ đó vật liệu có khả năng chịu va đập tốt hơn so với các loại vải có hướng nhất định, đôi khi mang lại khả năng chịu va đập tốt hơn tới 30%. Nghiên cứu công bố gần đây vào năm 2023 đã xem xét hành vi cắt của vật liệu composite và phát hiện ra một điều thú vị liên quan đến tính tương thích của nhựa kết dính. Khi tối ưu hóa tính tương thích này, độ bền giữa các lớp tăng khoảng 18%, nghĩa là các bộ phận ít có khả năng bị bong tróc dưới tác động của lực căng. Tất cả những yếu tố này lý giải tại sao CSM vẫn tiếp tục là lựa chọn phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm đóng tàu, sản xuất ô tô và các lĩnh vực chế tạo nơi cả độ bền và khả năng tạo hình dạng phức tạp đều rất quan trọng.
CSM cung cấp khả năng gia cố theo nhiều hướng, mang lại độ bền kéo dao động từ 30 đến 50 MPa và độ bền uốn thường vượt quá 60 MPa khi được cán lớp đúng cách. Sự sắp xếp ngẫu nhiên của các sợi phân tán lực tương đối đều khắp vật liệu, khiến nó đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng như vỏ thuyền và các tấm thân xe ô tô, nơi khả năng chịu va đập là rất quan trọng. Các bài kiểm tra do nhà sản xuất thực hiện cho thấy CSM có thể hấp thụ khoảng 15 đến 25% năng lượng nhiều hơn khi bị va đập đột ngột so với các loại vải có định hướng đơn. Đặc tính này giúp ngăn chặn sự lan rộng của vết nứt ở những khu vực như mặt boong tàu hay cánh quạt tuabin gió, điều ngày càng quan trọng khi các công trình này phải chịu điều kiện khắc nghiệt hơn theo thời gian.
Khi tiếp xúc với sương muối trong khoảng 2000 giờ liên tục, các vật liệu composit dựa trên CSM vẫn giữ được phần lớn các đặc tính cơ học ban đầu. Các thử nghiệm cho thấy chúng chỉ mất đi ít hơn mười phần trăm các tính chất ban đầu ngay cả sau năm năm liên tục chịu đựng các điều kiện khắc nghiệt như tiếp xúc thường xuyên với ánh sáng UV, sự thay đổi độ ẩm và dao động nhiệt độ lặp đi lặp lại. Khả năng chống ăn mòn cũng rất ấn tượng khi so sánh với các vật liệu thép thông thường. Ở những nơi có mức độ ăn mòn cao, các tấm CSM bị ăn mòn với tốc độ chỉ bằng khoảng một phần ba so với kim loại truyền thống. Điều này khiến chúng trở thành lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng như lưu trữ hóa chất trong bồn chứa hoặc xây dựng kết cấu ngoài biển nơi mà nước mặn không ngừng tác động lên vật liệu. Nhờ độ bền cao và không bị phân hủy nhanh, các vật liệu composit này đã trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều môi trường công nghiệp khắc nghiệt và các điều kiện ngoài biển khơi nơi mà độ tin cậy là yếu tố quan trọng nhất.
Bố trí sợi ngẫu nhiên của CSM tạo ra sự khác biệt về độ bền ở các khu vực khác nhau, thường dao động khoảng cộng trừ 12% theo kết quả kiểm tra trong phòng thí nghiệm. Điều thú vị ở đây là những bất quy tắc này lại giúp phân bố tải trọng tốt hơn so với các vật liệu dệt có cấu trúc đều đặn. Các nhà sản xuất đã phát triển những phương pháp xếp lớp hiệu quả hơn cho các vật liệu này, ví dụ như sử dụng phương pháp ép bằng con lăn, giúp giảm sự biến đổi về độ dày xuống dưới 5%. Điều này đồng nghĩa với việc các bộ phận hoạt động ổn định hơn trong quá trình sản xuất, đồng thời vẫn dễ dàng định hình thành các cấu trúc phức tạp. Có lẽ vì vậy mà hầu hết các nhà sản xuất thuyền vẫn ưa chuộng CSM khi làm các phần thân cong, mặc dù các nhà sản xuất máy bay lại yêu cầu các thông số kỹ thuật nghiêm ngặt hơn nhiều. Sự đánh đổi giữa tính linh hoạt và độ chính xác hoạt động tốt hơn trong ứng dụng hàng hải, nơi mà sự đồng nhất hoàn hảo không phải lúc nào cũng cần thiết.
Chopped Strand Mat (CSM) và vải sợi thủy tinh dệt có những vai trò khác nhau trong quá trình sản xuất vật liệu composite do sự khác biệt trong cấu trúc của chúng. CSM bao gồm các sợi thủy tinh ngắn dài từ 25 đến 50 mm được sắp xếp ngẫu nhiên và liên kết với nhau bằng chất kết dính hòa tan trong nhựa. Điều này mang lại độ linh hoạt tốt và cho phép tăng độ dày nhanh chóng, khiến nó rất phù hợp với các hình dạng phức tạp như vỏ tàu hoặc các bộ phận thân xe hơi. Độ bền kéo thường dao động khoảng 100 đến 200 MPa. Ngược lại, vải dệt có các sợi liên tục được sắp xếp theo kiểu lưới, mang lại độ bền kéo cao hơn đáng kể khoảng 300 đến 500 MPa. Loại vật liệu này ổn định về mặt kích thước và phù hợp với các bề mặt phẳng hoặc các bộ phận cong nhẹ thường thấy trong ngành công nghiệp hàng không. CSM thường làm việc tốt hơn với nhựa polyester hoặc nhựa vinyl ester vì các chất kết dính tương thích tốt, trong khi vật liệu dệt lại phù hợp tự nhiên hơn với hệ thống nhựa epoxy. Khi yếu tố chi phí là mối quan tâm lớn hơn so với yêu cầu về độ bền theo hướng cụ thể, giá thành của CSM khoảng từ 3 đến 5 USD mỗi mét vuông có thể giúp các nhà sản xuất tiết kiệm khoảng 40% chi phí so với các tùy chọn vải dệt.
Khi xem xét hiệu quả chi phí cho các ứng dụng CSM, nhựa polyester nổi bật như là lựa chọn tiết kiệm ngân sách nhờ thời gian đóng rắn nhanh và hoạt động tốt với các phương pháp khuôn hở. Tuy nhiên, điểm yếu của nó là khả năng chịu lực không cao, thường cho độ bền kéo chỉ khoảng 25 đến 35 MPa và có xu hướng dễ nứt, làm hạn chế phạm vi ứng dụng hiệu quả. Tiếp tục lên bậc hiệu năng, nhựa vinyl ester mang lại mức cải thiện khoảng 30% về khả năng chống hóa chất và có thể đạt tới độ bền uốn lên đến 104,7 MPa. Điều này khiến nó trở thành lựa chọn phù hợp cho thuyền và các khu vực tiếp xúc với hóa chất khắc nghiệt. Ở phân khúc cao nhất là nhựa epoxy, cung cấp độ bền kéo ấn tượng ở mức 328 MPa và hấp thụ nước ít hơn 45% so với các lựa chọn khác. Tuy nhiên, cũng vì đặc tính đặc sệt của nó, các nhà sản xuất cần thiết bị chuyên dụng như hệ thống tiêm chân không hoặc khuôn ép để đảm bảo phủ đều toàn bộ vật liệu.
Việc đạt được tỷ lệ nhựa trên thủy tinh sợi chính xác là rất quan trọng để đảm bảo độ bền và hiệu quả trọng lượng. Một tỷ lệ tối ưu từ 2:1 đến 3:1 theo thể tích sẽ đảm bảo ngâm tẩm hoàn toàn mà không gây tích tụ nhựa dư thừa.
| Loại Nhựa | Tỷ Lệ Tối Ưu | Độ bền kéo (MPa) | Giảm Khoảng Trống |
|---|---|---|---|
| Polyester | 2.5:1 | 28–35 | Trung bình |
| Vinyl ester | 2.2:1 | 38–42 | Cao |
| Epoxy | 1.8:1 | 75–85 | Nổi bật |
Những khu vực thiếu nhựa sẽ tạo ra các vùng yếu, giàu sợi, trong khi dư thừa nhựa sẽ làm tăng trọng lượng và giảm khả năng chịu va đập từ 18–22% (Serban 2024).
Khi áp dụng keo epoxy từ từ bằng rulo xốp, lượng không khí bị giữ lại sẽ ít hơn đáng kể, giúp giảm các lỗ rỗng xuống dưới khoảng 2% trong các lớp laminate chất lượng cao do các chuyên gia sản xuất. Kỹ thuật lăn phủ phía sau thực sự hoạt động hiệu quả hơn nhiều so với việc chỉ chà đơn giản, có thể cải thiện độ thấm ướt khoảng 40%, và điều này đặc biệt quan trọng khi xử lý các loại epoxy đặc hơn, khó thi công hơn. Đối với các dự án lớn hơn, bao phủ các khu vực rộng, việc trải các lớp vật liệu kế tiếp nhau giúp tránh được các vết khô khó chịu hình thành giữa các lớp CSM, giữ cho độ dày tổng thể tương đối đồng đều trên toàn bộ bề mặt, thường dao động trong khoảng nửa milimét. Hầu hết các nhà sản xuất hướng đến nhiệt độ đóng rắn nằm trong khoảng từ 20 đến 25 độ Celsius bởi vì dải nhiệt độ này cho phép quá trình liên kết chéo hoàn toàn mà không gây ra ứng suất nhiệt không mong muốn, điều này chắc chắn ảnh hưởng đến độ bền của vật liệu trong điều kiện sử dụng thực tế.
Tấm sợi thủy tinh cắt ngắn (CSM) là vật liệu nền tảng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi vật liệu nhẹ và chống ăn mòn. Độ bền đẳng hướng và khả năng tạo hình của nó khiến CSM trở nên lý tưởng cho các hình dạng phức tạp trong các lĩnh vực hàng hải, ô tô, xây dựng và năng lượng tái tạo.
Các nhà đóng tàu chuyển sang sử dụng CSM khi gia cố vỏ tàu, boong tàu và những vách ngăn chịu lực phải chống chọi cả sự ăn mòn của nước biển lẫn các loại lực động học đa dạng ngoài biển khơi. Ngành công nghiệp ô tô cũng đã áp dụng vật liệu này, sử dụng vật liệu composite dạng sandwich cho các tấm cửa, nắp ca-pô và các tấm chắn gầm xe. Vật liệu này có thể giảm trọng lượng xe khoảng 40% so với các bộ phận làm bằng thép truyền thống, điều này đóng góp đáng kể vào hiệu suất nhiên liệu. Trong các dự án xây dựng thông thường, CSM cũng phát huy tác dụng tuyệt vời trong hệ thống mái, hệ thống ống dẫn công nghiệp và các khối xây dựng tiền chế nhờ khả năng chịu kéo ấn tượng và tính chịu lửa đáng ngạc nhiên. Và tất nhiên, không thể không nhắc đến tua-bin gió, những cánh quạt khổng lồ này phụ thuộc rất nhiều vào CSM vì chúng cần một loại vật liệu không bị hư hỏng chỉ sau vài năm vận hành liên tục dưới tác động rung động và áp lực lớn. Phần lớn các tua-bin hiện đại được thiết kế để có thể hoạt động trên hai thập kỷ trước khi cần thay thế.
Để đạt được kết quả tốt nhất khi làm việc với vật liệu composite, nói chung nên trộn vải CSM với các loại dệt theo tỷ lệ thô là 2:1. Bắt đầu với hai lớp CSM để giúp phân tán đều keo resin trong toàn bộ vật liệu, sau đó thêm một lớp dệt đơn lên trên để tăng cường độ bền theo những hướng cụ thể. Khi sử dụng kỹ thuật đóng gói chân không, hầu hết các chuyên gia cho biết họ đạt được mức độ tiếp xúc giữa sợi và resin khoảng từ 95 đến gần 100 phần trăm, điều này thực sự giúp giảm các túi khí khó chịu. Đối với các vật phẩm có đường cong hoặc hình dạng phức tạp, hãy cố gắng dịch chuyển các phần chồng lấn của vải khoảng một inch mỗi lần. Điều này giúp ngăn ngừa tình trạng tích tụ quá nhiều vật liệu tại một chỗ và tạo ra các chuyển tiếp mượt mà trên bề mặt thay vì các điểm gồ ghề và rãnh.
Thực ra việc sử dụng quá nhiều nhựa là một trong những sai lầm phổ biến mà người ta thường mắc phải khi làm việc với vật liệu composite, bởi vì điều này làm cản trở việc các sợi liên kết chặt chẽ với nhau. Để tránh vấn đề này, hãy đổ nhựa từ từ thay vì đổ hết một lần. Bắt đầu bằng cách đạt được khoảng 70% độ bão hòa trên tấm mat trước, sau đó chờ khoảng năm phút để lượng nhựa thừa chảy bớt ra trước khi hoàn tất quá trình ngâm ướt. Nhiều người thường gặp phải các điểm khô ráo trên bề mặt chỉ vì họ lăn quá đều tay. Hãy sử dụng các cây lăn có răng cưa đặc biệt theo một góc khoảng 45 độ để đẩy nhựa thấm sâu vào bên trong các bó sợi đúng vị trí cần thiết. Khi thực hiện các dự án lớn hơn, hãy cắt nhỏ vật liệu CSM thành từng mảnh nhỏ trước để dễ dàng thao tác hơn, đồng thời vẫn giữ được sự căn chỉnh chính xác trong suốt quá trình xếp lớp.
Chất liệu sợi thủy tinh dạng mat (CSM) chủ yếu được sử dụng như một vật liệu gia cố trong các ngành công nghiệp như đóng tàu, ô tô, xây dựng và năng lượng tái tạo nhờ độ bền và khả năng tạo hình tuyệt vời.
CSM được ưa chuộng nhờ tính linh hoạt, khả năng tạo độ dày nhanh và hiệu quả về chi phí. Vật liệu này đặc biệt hữu ích trong việc tạo hình các dạng phức tạp và thường tiết kiệm hơn so với các vật liệu dệt.
Sợi dài hơn mang lại độ bền kéo tốt hơn nhưng làm giảm tính linh hoạt. Hướng sợi ngẫu nhiên giúp phân bố lực căng đều, tăng khả năng chịu va đập.
Nhựa polyester, nhựa vinyl ester và nhựa epoxy thường được sử dụng với CSM, mỗi loại mang lại mức độ hiệu quả chi phí và hiệu suất khác nhau tùy theo ứng dụng.
CSM thể hiện độ bền vượt trội dưới tác động của ứng suất và môi trường, duy trì tốt các tính chất ngay cả sau khi tiếp xúc lâu dài với sương muối, ánh sáng UV và dao động nhiệt độ.
Tin Tức Nổi Bật2025-03-25
2025-03-25
2025-03-25
Bản quyền © 2025 thuộc về Công ty TNHH Vật liệu Phức hợp Rondy Sơn Đông. — Chính sách bảo mật
EN
