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.

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.

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

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

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

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;