CÓ THỂ SỬ DỤNG PPC LÀM VẬT LIỆU ĐÓNG TÀU?

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong thời gian gần đây, vật liệu PPC được một số đơn vị ở Việt Nam sử dụng để chế tạo tàu thuyền và các sản phẩm khác. Đây là loại vật liệu mới, và theo lời giới thiệu của các nhà sản xuất vật liệu này có nhiều ưu điểm nổi trội: độ bền cao, nhẹ, hệ số ma sát thấp, có khả năng tái chế sau sử dụng, và đặc biệt có tính thân thiện với môi trường biển (có tính kháng hàu hà và sinh vật biển)…

Vấn đề đặt ra với người sử dụng sản phẩm tàu thuyền hiện nay là tại sao với nhiều ưu điểm như vậy, nhưng đến thời điểm này, rất nhiều nước  trên thế giới (trong đó có Việt Nam) chưa có Quy phạm hướng dẫn đóng tàu bằng loại vật này? Và có thể sử dụng tài liệu TCVN 6282:2003 [1] “Quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh”  để thiết kế kết cấu tàu làm bằng vật liệu PPC?

Với mong muốn đi tìm một phần lời giải cho thắc mắc trên, UNINSHIP tiếp cận vấn đề này từ yêu cầu cơ bản nhất của vật liệu đóng tàu: Tìm hiểu về sức bền của vật liệu PPC.

II. SƠ LƯỢC VỀ VẬT LIỆU PPC

Tên đầy đủ của vật liệu PPC là: Polypropylene Copolymer (hoặc Polypropylen Co-Polymer), là sản phẩm đồng trùng hợp của vật liệu cao phân tử Polypropylene.

Theo các nhà sản xuất vật liệu PPC trên thế giới hiện nay [2], [3], [4], vật liệu này có những ưu điểm cơ bản như: Khối lượng riêng thấp (khoảng 0,91 kg/cm3), có tính chịu hóa chất và chịu nhiệt tốt, ma sát bề mặt thấp, sức bền cơ học cao, khả năng chịu cracking tốt, dễ gia công bằng phương pháp hàn. PPC là vật liệu thay thế tuyệt vời cho các vật liệu truyền thống như kim loại, gỗ.

Đặc tính kỹ thuật, đặc điểm và công dụng của vật liệu PPC do công ty Plastics International (tham khảo website: www.plasticsintl.com) cung cấp được cho trên bảng 1.

Bảng 1: Đặc tính kỹ thuật của PPC.

PPC1

Với đặc điểm cơ lý tính như vậy, rõ ràng bước đầu nhiều người cho rằng vật liệu này có thể sử dụng làm vật liệu đóng tàu. Tuy nhiên để có cơ sở đánh giá khoa học, chúng ta hãy tìm hiểu về cơ tính chủ yếu của vật liệu này.

Các dữ liệu trên bảng 1 cho thấy cơ tính chính (là các giá trị được sử dụng để thiết kế tàu thuyền theo quy định của cơ quan Đăng kiểm, bao gồm: độ bền kéo, mô đun đàn hồi kéo, độ bền uốn, mô đun đàn hồi uốn) của vật liệu PPC như sau:

Bảng 2: Giá trị cơ tính chính của vật liệu PPC (trích từ bảng 1)

TT Đại lượng Giá trị
psi kg/mm2 MPa
1 Độ bền kéo (Tensile Break) 4.814 3,38 33,20
2 Mô đun đàn hồi kéo (Tensile Modulus) 152.192 107,00 1.049,69
3 Độ bền uốn (Flexural Strengh) 3.741 2,63 25,80
4 Mô đun đàn hồi uốn (Flexural Modulus) 183.860 129,26 1.268,1

 

III KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM THỰC TẾ VẬT LIỆU PPC

Để có cơ sở so sánh giữa giá trị lý thuyết và giá trị thực tế, UNINSHIP đã tiến hành kiểm nghiệm mẫu vật liệu PPC (mẫu do Hội Nghề cá tỉnh Khánh Hòa cung cấp). Kết quả cho trong bảng 3.

thu ppc

Mẫu thử PPC

Bảng 3: Kết quả kiểm nghiệm cơ tính vật liệu PPC của UNINSHIP [5]

PPC

Số liệu trên các bảng 4, 5, 6 và 7 để so sánh cơ tính của vật liệu PPC với cơ tính yêu cầu của vật liệu composite (còn gọi là vật liệu FRP) dùng trong đóng tàu của Đăng kiểm Việt Nam, đồng thời so sánh cơ tính của vật liệu PPC với các vật liệu đóng tàu truyền thống như thép cấp A, gỗ tàu thuyền (gỗ chò) và vật liệu FRP đang được sử dụng phổ biến trong đóng tàu ở Việt Nam hiện nay.

Bảng 4: Cơ tính yêu cầu của vật liệu composite dùng trong đóng tàu [1]

STT

Đại lượng

Theo TCVN 6282: 2003 [1]

1

Độ bền kéo (kg/mm2)

10

2

Môđun đàn hồi kéo (kg/mm2)

700

3

Độ bền uốn (kg/mm2)

15

4

Môđun đàn hồi uốn (kg/mm2)

700

Bảng 5: Kết quả kiểm nghiệm cơ tính của vật liệu thép cấp A đóng tàu [6].

Thep cap A

Bảng 6: Kết quả kiểm nghiệm cơ tính của vật liệu gỗ tàu thuyền [7].

 

G_

Bảng 7: Kết quả kiểm nghiệm cơ tính của vật liệu composite (FRP) dùng trong đóng tàu tại Việt nam [8].

FRP

Bảng 8: Bảng so sánh tổng hợp.

 

TT

Đại lượng

Vật liệu PPC (theo [4])

 

Vật liệu PPC thực tế [5]

Cơ tính vật liệu FRP theo yêu cầu của TCVN 6282 : 2003 [1]

Thép cấp A đóng tàu [6]

Gỗ tàu thuyền (chò) [7]

Cơ tính vật liệu FRP dùng trong đóng tàu ở Việt Nam [8]

(1)

(2)

(3)

 

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

1

Độ bền kéo (kg/mm2)

3,38

2,72

10,00

46,89

10,54

19,67

2

Mô đun đàn hồi kéo (kg/mm2)

107,00

 

61,14

700,00

2.395,7

655,68

756,71

3

Độ bền uốn (kg/mm2)

2,63

3,94

15,00

81,64

11,18

21,49

4

Mô đun đàn hồi uốn (kg/mm2)

129,26

93,21

700,00

7.333,3

1.582,2

1.218,2

 

IV NHẬN XÉT

 

1/ Từ các giá trị trong các bảng 1, 2 và 3 cho thấy kết quả kiểm nghiệm thực tế khá phù hợp với giá trị lý thuyết (tuy nhiều chỉ tiêu có hơi thấp hơn).

2/ So sánh với giá trị yêu cầu của Quy Phạm đóng tàu bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh, TCVN – 6282:2003 [1], bảng 4, giá trị cơ tính chính của vật liệu PPC bé hơn rất nhiều.

3/ Bảng 8 cho thấy cơ tính của vật liệu PPC thấp hơn nhiều so với cơ tính của các vật liệu đóng tàu truyền thống khác.

V KẾT LUẬN:

Về quan điểm sức bền cơ học có thể thấy:

                 - Cơ tính chính của vật liệu PPC khá bé (ngoại trừ có loại PPC khác với các loại trên đây), do vậy cần cân nhắc khi sử dụng vật liệu này để làm thân tàu, nhất là các loại tàu có tải trọng khá lớn và hoạt động ở khu vực thời tiết khắc nghiệt.

- Không thể sử dụng TCVN 6282 : 2003  “Quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh”  để tính toán kết cấu tàu làm bằng vật liệu PPC;

- Để có thể sử dụng PPC làm vật liệu đóng tàu, cần phải có tiêu chuẩn đặc thù do các cơ quan chuyên ngành ban hành, hoặc phải có kết quả nghiên cứu khoa học được xác nhận.

 

Tài liệu tham khảo:

[1] TCVN 6282: 2003 – Quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh. Hà Nội -2003.

[2] Material : PPC (Polypropylene) – www.abgrp.co.uk;

[3] Typical Engineering Properties of Polypropylene – www.ineos-op.com;

[4] Polupropylene Copolymer – www.plasticsintl.com;

[5] Phiếu kết quả kiểm nghiệm cơ tính vật liệu PPC – UNINSHIP 22-01-2013;

[6] Phiếu kết quả kiểm nghiệm cơ tính vật liệu thép cấp A đóng tàu – UNINSHIP 23-7-2012;

[7] Phiếu kết quả kiểm nghiệm cơ tính vật liệu gỗ tàu thuyền – UNINSHIP 23-7-2012;

[8] Phiếu kết quả kiểm nghiệm cơ tính vật liệu composite (FRP) dùng trong đóng tàu ở Việt Nam – UNINSHIP 23-7-2012;

 

————-

UNINSHIP