Hỗ Trợ Kỹ Thuật | Giải Thích Chi Tiết Quy Trình Tạo Hình Sợi Thủy Tinh Bằng Phương Pháp Thủ Công

                                           

I. Phun Và Quét Lớp Gel Coat

Để cải thiện và làm đẹp bề mặt sản phẩm FRP (Fiber Reinforced Plastic), nâng cao giá trị của chúng, bảo vệ lớp FRP bên trong khỏi sự ăn mòn, đồng thời kéo dài tuổi thọ sản phẩm, thông thường chúng ta tạo ra một lớp gel có hàm lượng nhựa cao, trộn cùng bột màu, trên bề mặt làm việc của sản phẩm. Lớp này có thể chỉ là nhựa nguyên chất hoặc được gia cố bằng tấm bề mặt, và được gọi là lớp gel phủ (còn gọi là lớp bề mặt hoặc lớp trang trí). Chất lượng của lớp gel phủ trực tiếp ảnh hưởng đến chất lượng ngoại quan, khả năng chịu thời tiết, chống thấm nước và khả năng chống ăn mòn bởi môi trường hóa chất của sản phẩm. Do đó, khi phun hoặc quét lớp gel phủ cần lưu ý những điểm sau:

(1) Khi pha chế nhựa gel coat, cần trộn đều kỹ, đặc biệt khi sử dụng bột màu (pigment paste). Việc trộn không đều sẽ gây ra các đốm và vệt trên bề mặt sản phẩm, không chỉ ảnh hưởng đến ngoại quan mà còn làm giảm tính chất cơ học của sản phẩm. Vì lý do này, nên sử dụng máy khuấy cơ học càng nhiều càng tốt, và lý tưởng nhất là loại máy khuấy không tạo xoáy để tránh đưa không khí vào.

(2) Lớp gel coat có thể được phủ bằng chổi quét hoặc súng phun chuyên dụng. Trong quá trình phun, cần thêm 5-7% styrene để điều chỉnh độ nhớt của nhựa và bù lại lượng styrene bị bay hơi trong quá trình phun.

(3) Độ dày của lớp gel coat cần được kiểm soát chính xác trong khoảng 0,3-0,5mm, thường được kiểm soát thông qua khối lượng gel coat sử dụng trên mỗi đơn vị diện tích, tức là liều lượng gel coat khoảng 350-550g/㎡, có thể đạt được yêu cầu về độ dày nêu trên.

Độ dày của lớp gel coat cần phải phù hợp: không được quá mỏng cũng không được quá dày. Nếu lớp gel coat quá mỏng, có thể dẫn đến tình trạng đóng rắn không hoàn toàn, sợi thủy tinh phía sau lớp gel coat bị lộ ra, ảnh hưởng đến chất lượng bề ngoài và không đạt được hiệu quả trang trí cũng như bảo vệ sản phẩm FRP. Nếu lớp gel coat quá dày, dễ xảy ra hiện tượng nứt và khả năng chịu va đập kém, đặc biệt là không chịu được va đập đến từ phía mặt ngược của sản phẩm. Việc quét gel coat không đều cũng dễ gây ra nứt khi tháo khuôn, do ứng suất nội bộ trong nhựa gây ra bởi tốc độ đóng rắn không đồng đều trên bề mặt.

(4) Cần quét gel coat đều tay, cố gắng tránh để xảy ra hiện tượng tích tụ gel coat tại một chỗ.

(5) Phải kiểm soát tốt mức độ đóng rắn của lớp gel coat.

Phương pháp tốt nhất để kiểm tra lớp gel coat đã đóng rắn đúng cách là phương pháp chạm tay: dùng ngón tay sạch chạm vào bề mặt lớp gel coat. Nếu cảm thấy hơi dính tay nhưng không bị nhớt khi chạm vào, điều đó cho thấy lớp gel coat cơ bản đã đóng rắn xong, có thể tiến hành thao tác lót lớp tiếp theo để đảm bảo tính toàn vẹn giữa lớp gel coat và lớp lót bên dưới.

II. Xác định lộ trình quy trình

Lộ trình quy trình liên quan đến chất lượng sản phẩm, chi phí sản phẩm, chu kỳ sản xuất (hiệu suất sản xuất) và các yếu tố khác. Do đó, trước khi tổ chức sản xuất, cần nắm rõ các yêu cầu kỹ thuật trong quá trình sử dụng sản phẩm (môi trường, nhiệt độ, môi chất, tải trọng, v.v.), cấu trúc sản phẩm, số lượng sản xuất và điều kiện thi công. Sau khi phân tích và nghiên cứu, mới có thể xác định được kế hoạch quy trình đúc. Thông thường, cần xem xét các khía cạnh sau:

(1) Theo yêu cầu sử dụng sản phẩm, lựa chọn hợp lý nguyên liệu và vật liệu phụ, công thức, cũng như phương pháp gia công.

(2) Xác định kết cấu khuôn và vật liệu khuôn theo hình dạng hình học của sản phẩm và số lượng sản xuất.

(3) Xác định phương pháp đóng rắn theo điều kiện khí hậu và mức độ cấp bách của công việc.

III. Những Nội Dung Chính Của Thiết Kế Quy Trình

(1) Lựa chọn các vật liệu thích hợp (vật liệu gia cường, vật liệu cấu trúc và các vật liệu phụ khác) theo yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm. Khi chọn nguyên liệu, cần chủ yếu xem xét các khía cạnh sau:
① Sản phẩm có tiếp xúc với môi trường axit hoặc kiềm hay không, bao gồm loại môi trường, nồng độ, nhiệt độ sử dụng và thời gian tiếp xúc.
② Có yêu cầu hiệu suất như độ truyền sáng và khả năng chống cháy không.
③ Về tính chất cơ học, liệu là tải trọng động hay tải trọng tĩnh.
④ Có yêu cầu chống rò rỉ hoặc các yêu cầu đặc biệt khác hay không.

(2) Xác định cấu trúc và vật liệu khuôn.

(3) Lựa chọn chất tách khuôn.

(4) Xác định công thức đóng rắn và hệ thống đóng rắn của nhựa.

(5) Theo yêu cầu độ dày và độ bền sản phẩm được đưa ra, xác định loại, quy cách, số lớp và phương pháp lót vật liệu gia cường.

(6) Thiết lập quy định quy trình đúc.

IV. Quy trình lót lớp FRP

Lót lớp là công đoạn quan trọng trong quá trình đúc bằng phương pháp thủ công. Cần phải thực hiện cẩn thận để đảm bảo tốc độ, độ chính xác, hàm lượng nhựa đồng đều, không có bong bóng khí rõ ràng, không ngấm keo kém, không làm hư hại sợi và bề mặt sản phẩm phẳng, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm. Chất lượng sản phẩm có liên quan rất lớn đến tay nghề và thái độ làm việc của người vận hành. Do đó, mặc dù công việc lót lớp đơn giản, nhưng không dễ để làm tốt sản phẩm lót lớp, cần phải được thực hiện một cách nghiêm túc.

(Ⅰ) Kiểm soát độ dày

Độ kiểm soát chiều dày của sản phẩm FRP là một vấn đề kỹ thuật gặp phải trong cả quá trình thiết kế và sản xuất công nghệ thủ công. Khi biết được chiều dày yêu cầu của sản phẩm, cần tiến hành các phép tính để xác định hàm lượng nhựa và chất độn, cũng như quy cách và số lớp của vật liệu gia cường sử dụng. Sau đó, chiều dày xấp xỉ có thể được tính theo công thức sau:

t＝(G1n1＋G2n2＋……)×(0.394＋0.909k1＋0.4×k1k2)

Ở đâu:
t — chiều dày tính toán của FRP (mm);
G1, G2 — khối lượng trên đơn vị diện tích của các loại vải hoặc mat có quy cách khác nhau (kg/㎡);
n1, n2 — số lớp của các loại vải hoặc mat có quy cách khác nhau;
0.394 — hằng số chiều dày của vật liệu nền sợi thủy tinh;
0.909 — hằng số chiều dày của nhựa polyester;
0.400 — hằng số chiều dày của chất độn;
k1 — tỷ lệ hàm lượng nhựa so với hàm lượng sợi thủy tinh;
k2 — tỷ lệ hàm lượng chất độn so với hàm lượng nhựa.

(Ⅱ) Tính Toán Lượng Nhựa

Lượng nhựa của FRP là một thông số quy trình quan trọng, có thể được tính theo hai phương pháp sau:

(1) Tính toán dựa trên nguyên tắc lấp đầy khoảng trống, từ đó suy ra công thức tính hàm lượng gel. Chỉ cần biết khối lượng trên đơn vị diện tích và độ dày tương đương của vải thủy tinh (độ dày của sản phẩm tương ứng với một lớp vải thủy tinh), có thể tính được hàm lượng gel của FRP.

(2) Tính toán bằng cách trước tiên xác định khối lượng sản phẩm sau đó tính tỷ lệ phần trăm khối lượng của sợi thủy tinh:
① Diện tích bề mặt sản phẩm × độ dày × khối lượng riêng của nhựa gia cố sợi = khối lượng sản phẩm;
Khối lượng sản phẩm × tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi thủy tinh = khối lượng sợi thủy tinh;
Khối lượng sản phẩm － khối lượng sợi thủy tinh = khối lượng nhựa.

② Diện tích bề mặt sản phẩm × số lớp sợi thủy tinh × khối lượng trên đơn vị diện tích của sợi thủy tinh = khối lượng sợi thủy tinh;
Khối lượng sợi thủy tinh ÷ tỷ lệ phần trăm khối lượng sợi thủy tinh = khối lượng sản phẩm;
Khối lượng sản phẩm － khối lượng sợi thủy tinh = khối lượng nhựa.

Liều lượng nhựa cần thiết cho việc đóng lớp có thể được ước tính dựa trên khối lượng sợi thủy tinh. Nếu sử dụng tấm sợi thủy tinh cắt đoạn (chopped strand mat), hàm lượng gel của nó thường được kiểm soát ở mức 65-75%; nếu sử dụng vải thủy tinh làm vật liệu gia cố, hàm lượng gel thường được kiểm soát ở mức 45-55% để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

(Ⅲ) Đóng lớp vải thủy tinh

Đối với sản phẩm có lớp gel coat, không nên trộn lẫn tạp chất vào lớp gel coat. Trước khi đóng lớp, cần ngăn ngừa sự nhiễm bẩn giữa lớp gel coat và lớp lót để tránh tình trạng kết dính giữa các lớp kém, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Lớp gel coat có thể được gia cố bằng tấm bề mặt (surface mat).

Trong quá trình gia công, cần lưu ý việc tẩm sợi thủy tinh bằng nhựa. Trước tiên, để nhựa thấm đều toàn bộ bề mặt các bó sợi, sau đó hoàn toàn thay thế không khí bên trong các bó sợi bằng nhựa. Việc đảm bảo lớp vật liệu gia cường đầu tiên được ngấm nhựa hoàn toàn và liên kết chặt chẽ là rất quan trọng, đặc biệt đối với một số sản phẩm sẽ được sử dụng trong điều kiện nhiệt độ cao. Bởi vì việc ngấm nhựa và liên kết kém sẽ để lại không khí quanh lớp gel coat, và không khí dư này sẽ giãn nở do nhiệt trong quá trình sản phẩm đóng rắn và sử dụng, dẫn đến hiện tượng nổi bong bóng.

Trong quá trình thủ công, đầu tiên, dùng cọ, bay trét hoặc con lăn tẩm keo để quét đều một lớp nhựa đã chuẩn bị sẵn lên lớp gel coat hoặc bề mặt tạo hình khuôn. Sau đó đặt một lớp vật liệu gia cường đã được cắt (chẳng hạn như dải chéo, vải mỏng hoặc mat bề mặt), rồi dùng các dụng cụ tạo hình quét phẳng và ép chặt để vật liệu bám sát vào khuôn. Cần chú ý loại bỏ bong bóng khí để đảm bảo nhựa thấm đều vào lớp vải thủy tinh. Không được đặt hai lớp hoặc nhiều lớp vật liệu gia cường cùng lúc. Lặp lại các bước trên cho đến khi đạt được độ dày thiết kế.

Nếu kích thước hình học của sản phẩm tương đối phức tạp, và vật liệu gia cường không thể trải phẳng ở một số vị trí, đồng thời khó loại bỏ bong bóng khí, có thể dùng kéo cắt tại những vị trí đó để giúp vật liệu dễ dàng trải phẳng hơn. Lưu ý rằng các vị trí cắt ở mỗi lớp phải được bố trí lệch nhau để tránh làm giảm độ bền tổng thể.

Đối với các bộ phận có góc độ nhất định, có thể sử dụng sợi thủy tinh và nhựa để độn. Nếu một số phần của sản phẩm tương đối lớn, có thể làm dày hơn hoặc gia cố bằng các gân tăng cường ở những vị trí đó để đáp ứng yêu cầu sử dụng.

Do hướng sợi khác nhau của vải, độ bền của chúng cũng khác nhau. Hướng xếp lớp và phương pháp xếp lớp của vải sợi thủy tinh sử dụng phải phù hợp với yêu cầu công nghệ.

(Ⅳ) Xử lý mối nối chồng mí

Các sợi trong cùng một lớp xếp chồng nên được liên tục càng tốt, tránh cắt xén hoặc nối ghép bừa bãi. Tuy nhiên, do những hạn chế như kích thước và độ phức tạp của sản phẩm, việc đạt được điều này là rất khó khăn. Trong quá trình xếp lớp, có thể áp dụng phương pháp xếp lớp nối đầu, và các mối nối chồng mí của mỗi lớp phải được đặt lệch nhau cho đến khi đạt được độ dày yêu cầu của sản phẩm. Trong quá trình xếp lớp, sử dụng các dụng cụ như bàn chải, con lăn len và con lăn ép bọt để tẩm nhựa và loại bỏ bong bóng khí.

Nếu yêu cầu độ bền cao, để đảm bảo độ bền của sản phẩm, hai mảnh vải nên được chồng lấp lên nhau với chiều rộng lấp khoảng 50mm. Đồng thời, các vị trí chồng lấp của mỗi lớp nên được bố trí lệch nhau càng nhiều càng tốt.

(Ⅴ) Lót lớp Mat sợi rời

Khi sử dụng tấm mat sợi rời làm vật liệu gia cố, tốt nhất nên dùng các con lăn tẩm ép có các thông số kỹ thuật khác nhau để thi công, bởi vì con lăn tẩm ép rất hiệu quả trong việc loại bỏ bọt khí khỏi nhựa. Nếu không có sẵn dụng cụ này và phải dùng cọ để tẩm nhựa, thì nên dùng phương pháp chấm cọ để phủ nhựa; nếu không, các sợi sẽ bị xáo trộn và dịch chuyển, dẫn đến phân bố không đều và độ dày không đồng nhất. Đối với các vật liệu gia cố được đặt ở các góc trong sâu, nếu khó ép chặt bằng cọ hoặc con lăn tẩm, có thể dùng tay để miết và ép phẳng.

Trong quá trình lót lớp, dùng con lăn bôi keo để phủ keo lên bề mặt khuôn, sau đó thủ công đặt các mảnh mat đã cắt lên khuôn và làm phẳng chúng, sau đó tiếp tục phủ keo bằng con lăn, lăn đi lăn lại nhiều lần để keo nhựa thấm đều vào lớp mat, rồi dùng con lăn tạo bọt keo để ép keo trong lớp mat trào ra ngoài mặt, đồng thời loại bỏ bong bóng khí, sau đó tiếp tục lót lớp thứ hai. Đối với các khu vực góc cạnh, có thể xé mat bằng tay để thuận tiện cho việc bọc cong, khoảng chồng mí giữa hai mảnh mat vào khoảng 50mm.

Nhiều sản phẩm cũng có thể áp dụng phương pháp lót xen kẽ giữa mat sợi cắt và vải thủy tinh. Ví dụ, các loại thuyền câu do các công ty Nhật Bản sản xuất thường sử dụng phương pháp lót xen kẽ này, và được báo cáo là cho ra đời sản phẩm có hiệu suất tốt.

(Ⅵ) Lót lớp cho sản phẩm thành dày
Sản phẩm có độ dày dưới 8mm có thể được tạo hình trong một bước, trong khi sản phẩm có độ dày lớn hơn 8mm nên được tạo hình trong nhiều bước. Nếu không, việc tản nhiệt kém trong quá trình đóng rắn có thể khiến sản phẩm bị cháy và đổi màu, ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng. Đối với sản phẩm tạo hình trong nhiều bước, trong lần xếp lớp thứ hai, cần phải cạo bỏ các vết xước và bong bóng được hình thành sau lần xếp lớp và đóng rắn đầu tiên trước khi tiếp tục xếp lớp tiếp theo. Nói chung, khuyến cáo độ dày tạo hình một lần không nên vượt quá 5mm. Tất nhiên, cũng có các loại nhựa phát triển đặc biệt với nhiệt lượng tỏa ra thấp và co ngót thấp dành cho việc tạo hình sản phẩm thành dày, có thể đạt được độ dày lớn hơn trong một lần tạo hình.