Vật liệu composite đã được sử dụng thương mại trong hơn 50 năm. Trong giai đoạn đầu thương mại hóa, chúng chỉ được sử dụng trong các ứng dụng cao cấp như hàng không vũ trụ và quốc phòng. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, vật liệu composite đang bắt đầu được thương mại hóa trong các ngành công nghiệp tiêu dùng khác nhau như đồ thể thao, hàng không dân dụng, ô tô, hàng hải, kỹ thuật dân dụng và xây dựng. Cho đến nay, chi phí vật liệu composite (cả nguyên liệu thô và sản xuất) đã giảm đáng kể so với những năm trước, cho phép chúng được sử dụng trên quy mô lớn trong ngày càng nhiều ngành công nghiệp.
Vật liệu composite là hỗn hợp sợi và nhựa theo một tỷ lệ nhất định. Trong khi nền nhựa quyết định hình dạng cuối cùng của vật liệu composite, các sợi đóng vai trò gia cố để tăng cường độ bền cho chi tiết composite. Tỷ lệ nhựa/sợi thay đổi tùy theo độ bền và độ cứng của chi tiết theo yêu cầu của Nhà sản xuất Thiết bị Gốc (OEM) hoặc Cấp 1.
Cấu trúc chịu lực chính đòi hỏi tỷ lệ sợi cao hơn so với ma trận nhựa, trong khi cấu trúc thứ cấp chỉ cần một phần tư lượng sợi trong ma trận nhựa. Điều này áp dụng cho hầu hết các ngành công nghiệp, tỷ lệ nhựa trên sợi phụ thuộc vào phương pháp sản xuất.
Ngành công nghiệp du thuyền biển đã trở thành động lực chính trong việc tiêu thụ vật liệu composite toàn cầu, bao gồm cả vật liệu lõi xốp. Tuy nhiên, ngành này cũng đã trải qua một cuộc suy thoái, với việc đóng tàu chậm lại và hàng tồn kho tăng cao. Sự sụt giảm nhu cầu này có thể là do người tiêu dùng thận trọng, sức mua suy giảm và việc phân bổ lại các nguồn lực hạn chế sang các hoạt động kinh doanh cốt lõi và có lợi nhuận cao hơn. Các nhà máy đóng tàu cũng đang điều chỉnh lại sản phẩm và chiến lược kinh doanh của mình để giảm thiểu thua lỗ. Trong giai đoạn này, nhiều nhà máy đóng tàu nhỏ đã buộc phải rút lui hoặc bị mua lại do mất vốn lưu động, không thể duy trì hoạt động kinh doanh bình thường. Việc sản xuất du thuyền lớn (>35 feet) bị ảnh hưởng, trong khi các tàu nhỏ hơn (<24 feet) trở thành trọng tâm sản xuất.
Tại sao lại là vật liệu composite?
Vật liệu composite mang lại nhiều lợi thế so với kim loại và các vật liệu truyền thống khác, chẳng hạn như gỗ, trong đóng tàu. So với kim loại như thép hoặc nhôm, vật liệu composite có thể giảm tổng trọng lượng của một bộ phận từ 30 đến 40%. Việc giảm tổng trọng lượng mang lại một loạt lợi ích phụ, chẳng hạn như chi phí vận hành thấp hơn, lượng khí thải nhà kính thấp hơn và hiệu suất nhiên liệu cao hơn. Việc sử dụng vật liệu composite cũng giúp giảm trọng lượng hơn nữa bằng cách loại bỏ các ốc vít thông qua việc tích hợp các thành phần.
Vật liệu composite cũng mang lại cho các nhà đóng tàu sự tự do thiết kế lớn hơn, cho phép tạo ra các bộ phận có hình dạng phức tạp. Ngoài ra, các thành phần composite có chi phí vòng đời thấp hơn đáng kể nếu so sánh với các vật liệu cạnh tranh nhờ chi phí bảo trì thấp hơn và chi phí lắp đặt, lắp ráp thấp hơn nhờ khả năng chống ăn mòn và độ bền cao. Không có gì ngạc nhiên khi vật liệu composite đang ngày càng được các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) và các nhà cung cấp cấp 1 chấp nhận.
Vật liệu tổng hợp biển
Bất chấp những hạn chế của vật liệu composite, nhiều xưởng đóng tàu và nhà cung cấp Cấp 1 vẫn tin rằng sẽ sử dụng nhiều vật liệu composite hơn trong du thuyền biển.
Trong khi những chiếc thuyền lớn hơn dự kiến sẽ sử dụng vật liệu composite tiên tiến hơn như nhựa gia cố sợi carbon (CFRP), thì những chiếc thuyền nhỏ hơn sẽ là động lực chính thúc đẩy nhu cầu chung về vật liệu composite hàng hải. Ví dụ, trong nhiều du thuyền và tàu catamaran mới, các vật liệu composite tiên tiến như sợi carbon/epoxy và bọt polyurethane được sử dụng để chế tạo thân tàu, sống thuyền, boong, mạn thuyền, giàn khoan, vách ngăn, dầm dọc và cột buồm. Tuy nhiên, những siêu du thuyền hoặc tàu catamaran này chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng nhu cầu về tàu thuyền.
Bất chấp những hạn chế của vật liệu composite, nhiều xưởng đóng tàu và nhà cung cấp Cấp 1 vẫn tin rằng sẽ sử dụng nhiều vật liệu composite hơn trong du thuyền biển.
Trong khi những chiếc thuyền lớn hơn dự kiến sẽ sử dụng vật liệu composite tiên tiến hơn như nhựa gia cố sợi carbon (CFRP), thì những chiếc thuyền nhỏ hơn sẽ là động lực chính thúc đẩy nhu cầu chung về vật liệu composite hàng hải. Ví dụ, trong nhiều du thuyền và tàu catamaran mới, các vật liệu composite tiên tiến như sợi carbon/epoxy và bọt polyurethane được sử dụng để chế tạo thân tàu, sống thuyền, boong, mạn thuyền, giàn khoan, vách ngăn, dầm dọc và cột buồm. Tuy nhiên, những siêu du thuyền hoặc tàu catamaran này chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng nhu cầu về tàu thuyền.
Nhu cầu chung về tàu thuyền bao gồm tàu thuyền máy (động cơ trong, động cơ ngoài và động cơ lái), tàu phản lực, tàu thủy tư nhân và tàu buồm (du thuyền).
Giá vật liệu composite sẽ tiếp tục tăng do giá sợi thủy tinh, nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo tăng theo giá dầu thô và các chi phí đầu vào khác. Tuy nhiên, giá sợi carbon dự kiến sẽ giảm trong tương lai gần do năng lực sản xuất tăng và sự phát triển của các tiền chất thay thế. Tuy nhiên, tác động tổng thể của việc này lên giá vật liệu composite hàng hải sẽ không lớn, vì nhựa gia cường sợi carbon chỉ chiếm một phần nhỏ trong nhu cầu vật liệu composite hàng hải.
Mặt khác, sợi thủy tinh vẫn là vật liệu sợi chính cho vật liệu composite hàng hải, trong khi polyester không bão hòa và vinyl este là vật liệu polymer chính. Polyvinyl clorua (PVC) sẽ tiếp tục chiếm thị phần lớn trên thị trường lõi xốp.
Theo thống kê, vật liệu composite gia cường sợi thủy tinh (GFRP) chiếm hơn 80% tổng nhu cầu vật liệu composite hàng hải, trong khi vật liệu lõi xốp chiếm 15%. Phần còn lại là nhựa gia cường sợi carbon, chủ yếu được sử dụng trên tàu thuyền lớn và các ứng dụng chịu va đập quan trọng trong các thị trường ngách.
Thị trường vật liệu composite hàng hải đang phát triển cũng đang chứng kiến xu hướng ứng dụng vật liệu và công nghệ mới. Các nhà cung cấp vật liệu composite hàng hải đã bắt tay vào hành trình đổi mới, giới thiệu các loại nhựa sinh học, sợi tự nhiên, polyester phát thải thấp, vật liệu prepreg áp suất thấp, lõi và vật liệu sợi thủy tinh dệt mới. Tất cả đều hướng đến việc tăng khả năng tái chế và tái tạo, giảm hàm lượng styrene, đồng thời cải thiện khả năng gia công và chất lượng bề mặt.
Thời gian đăng: 05-05-2022
