Language
Country/Area
No result found
Nguồn gốc bí ẩn của nhựa gia cố bằng sợi: nó ra đời như thế nào?
Nhựa gia cường sợi (FRP), còn được gọi là polyme gia cường sợi (hoặc sợi trong tiếng Anh của Mỹ), là vật liệu tổng hợp bao gồm một ma trận polyme được gia cố bằng sợi. Những sợi này thường là sợi thủy tinh, carbon, aramid hoặc bazan, mặc dù các sợi ít phổ biến hơn như giấy, gỗ, bo hoặc amiăng cũng được sử dụng. Polyme thường là epoxy, vinyl este hoặc polyester nhiệt rắn, mặc dù nhựa phenolic vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Ngày nay, FRP được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ, ô tô, hàng hải và xây dựng, thậm chí có thể được tìm thấy trong áo giáp chống đạn và bình khí thở tự cung cấp.
Xem lại lịch sử
Các loại nhựa gia cố sợi đầu tiên đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học do những đặc tính độc đáo của chúng. Vào đầu thế kỷ 20, Bakelite được coi là loại nhựa gia cố sợi đầu tiên. Để hiểu được quá trình này, chúng ta có thể bắt nguồn từ nhà hóa học Leo Baekeland, người có nghiên cứu nhằm tìm ra chất thay thế cho keo vỏ sò. Khi hiểu biết của ông về nhiều loại nhựa và sợi tự nhiên dưới dạng polyme ngày càng sâu rộng, Baekeland bắt đầu thử nghiệm phản ứng của phenol và formaldehyde. Lần đầu tiên ông thành công trong việc tạo ra một vật liệu cứng, có thể đúc được vào năm 1905, đó là nhựa tổng hợp đầu tiên trên thế giới, Bakelite.
Vào những năm 1930, nghiên cứu về ứng dụng thương mại của nhựa gia cố sợi đã được tiến hành mạnh mẽ. Ở Anh, những người tiên phong như Norman de Bruyne đã tiến hành rất nhiều nghiên cứu, đặc biệt là trong ngành hàng không. Phát hiện đáng kinh ngạc này xuất hiện vào năm 1932, khi nhà nghiên cứu Games Slayter vô tình tạo ra sợi thủy tinh bằng cách thổi khí nén vào luồng thủy tinh nóng chảy. Sau đó, họ hợp tác với Corning và bắt đầu ứng dụng công nghệ này vào sản xuất vật liệu "sợi thủy tinh" được cấp bằng sáng chế của họ vào năm 1935.
"Nhựa gia cố sợi đang bắt đầu cho thấy tiềm năng to lớn trong vật liệu xây dựng kết cấu."
Quy trình sản xuất FRP
Quá trình sản xuất FRP bao gồm hai quy trình chính, một là sản xuất và tạo hình nguyên liệu thô, và quy trình còn lại là liên kết vật liệu sợi với nền. Vật liệu polyme ban đầu được gọi là ma trận, một loại nhựa tương đối giòn được gia cố bằng sợi để tăng độ bền và độ đàn hồi.
"Trong nhựa gia cố sợi, sự hiện diện của sợi cải thiện đáng kể các tính chất cơ học của vật liệu."
Quy trình sản xuất và đúc sợi
Trong quá trình sản xuất FRP, sợi được sản xuất ở dạng hai hoặc ba chiều để tăng cường các đặc tính của chúng. Sự phát triển này xuất phát từ nhu cầu về chi phí, tính chất cơ học và khả năng chịu hư hại do va đập. Hình dạng được tạo sẵn của sợi là hình dạng vật liệu trước khi kết hợp thêm với ma trận, bao gồm các kỹ thuật như dệt, đan, bện và khâu.
Quy trình đúc
Hầu hết các bộ phận nhựa gia cố sợi được chế tạo bằng cách gia công bằng khuôn. Các sợi được tạo hình sẵn có thể là sợi khô hoặc sợi đã được tẩm nhựa trước, trong khi phần cuối cùng được xử lý trong khuôn để tạo thành hình dạng mong muốn. Thiết kế khuôn mẫu tinh vi và ứng dụng nhiệt và áp suất có thể cải thiện chất lượng vật liệu.
Ưu điểm và hạn chế của FRP
Sự ra đời của nhựa gia cường sợi không chỉ làm thay đổi khoa học vật liệu mà còn thúc đẩy sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Ví dụ, trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, vật liệu FRP được sử dụng rộng rãi vì có độ bền cao, trọng lượng nhẹ và khả năng chống ăn mòn mạnh. Tuy nhiên, quá trình sản xuất những vật liệu này rất tốn kém và điều này hạn chế việc sử dụng rộng rãi chúng trong một số lĩnh vực ứng dụng nhất định.
Trong lịch sử khoa học vật liệu nói chung, nhựa gia cường sợi vừa là sản phẩm của sự đổi mới công nghệ vừa là hiện thân của nhu cầu công nghiệp ngày càng tăng. Trong tương lai, khi công nghệ tiến bộ và lĩnh vực ứng dụng được mở rộng, sự phát triển của nhựa gia cố sợi sẽ định hình cuộc sống của chúng ta như thế nào?
