Vật liệu composite đã được sử dụng rộng rãi trong thương mại 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 nhiều ngành công nghiệp khác nhau như hàng thể thao, hàng không dân dụng, ô tô, hàng hải, kỹ thuật dân dụng và xây dựng. Cho đến nay, chi phí của 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 gồm sợi và nhựa theo một tỷ lệ nhất định. Trong khi ma trận nhựa quyết định hình dạng cuối cùng của vật liệu composite, các sợi đóng vai trò là chất gia cường để tăng cường độ bền cho chi tiết composite. Tỷ lệ nhựa so với sợi thay đổi tùy thuộc vào độ bền và độ cứng của chi tiết theo yêu cầu của nhà cung cấp cấp 1 hoặc nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM).
Cấu trúc chịu lực chính cần tỷ lệ sợi cao hơn so với ma trận nhựa, trong khi cấu trúc phụ chỉ cần một phần tư lượng sợi so với ma trận nhựa. Điều này áp dụng cho hầu hết các ngành công nghiệp, tỷ lệ nhựa so với sợi phụ thuộc vào phương pháp sản xuất.
Ngành công nghiệp du thuyền biển đã trở thành động lực chính trong tiêu thụ vật liệu composite toàn cầu, bao gồm cả vật liệu lõi xốp. Tuy nhiên, ngành này cũng đang trải qua giai đoạn suy thoái, với việc đóng tàu chậm lại và lượng hàng tồn kho tăng cao. Sự sụt giảm nhu cầu này có thể là do sự thận trọng của người tiêu dùng, sức mua giảm sút và việc phân bổ lại nguồn lực hạn chế cho các hoạt động kinh doanh cốt lõi và sinh lời hơn. Các xưởng đóng tàu cũng đang điều chỉnh lại sản phẩm và chiến lược kinh doanh để giảm thiểu thua lỗ. Trong giai đoạn này, nhiều xưởng đóng tàu nhỏ đã buộc phải rút lui hoặc bị mua lại do thiếu vốn lưu động, không thể duy trì hoạt động kinh doanh bình thường. Việc sản xuất du thuyền lớn (>35 feet) bị ảnh hưởng nặng nề, trong khi các loại thuyền nhỏ hơn (<24 feet) trở thành trọng tâm sản xuất.
Tại sao nên sử dụng vật liệu composite?
Vật liệu composite mang lại nhiều ưu điểm so với kim loại và các vật liệu truyền thống khác, chẳng hạn như gỗ, trong việc chế tạo tàu thuyền. So với các kim loại như thép hoặc nhôm, vật liệu composite có thể giảm trọng lượng tổng thể của một bộ phận từ 30 đến 40 phần trăm. Việc giảm trọng lượng tổng thể mang lại hàng loạt lợi ích phụ trợ, chẳng hạn như chi phí vận hành thấp hơn, lượng khí thải nhà kính thấp hơn và hiệu quả 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 bộ phận.
Vật liệu composite cũng mang lại cho các nhà sản xuất thuyền sự tự do thiết kế lớn hơn, cho phép tạo ra các bộ phận có hình dạng phức tạp. Ngoài ra, các bộ phận composite có chi phí vòng đời thấp hơn đáng kể so với các vật liệu cạnh tranh do chi phí bảo trì thấp hơn, và chi phí lắp đặt và lắp ráp cũng 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 thuyền OEM và các nhà cung cấp cấp 1 chấp nhận.
Vật liệu composite hàng hải
Mặc dù có những nhược điểm, vật liệu composite vẫn được nhiều xưởng đóng tàu và nhà cung cấp cấp 1 tin tưởng rằng vật liệu composite sẽ được sử dụng nhiều hơn trong ngành đóng du thuyền.
Trong khi các loại tàu lớn hơn dự kiến sẽ sử dụng các vật liệu composite tiên tiến hơn như nhựa gia cường sợi carbon (CFRP), thì các loại tàu nhỏ hơn sẽ là động lực chính thúc đẩy nhu cầu tổng thể về vật liệu composite hàng hải. Ví dụ, trong nhiều du thuyền và thuyền buồm hai thân mới, các vật liệu composite tiên tiến, chẳng hạn như sợi carbon/epoxy và bọt polyurethane, được sử dụng để chế tạo thân tàu, sống tàu, boong, đuôi tàu, cột buồm, vách ngăn, thanh giằng và cột buồm chính. Nhưng những siêu du thuyền hoặc thuyền buồm hai thân này chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng nhu cầu về tàu thuyền.
Mặc dù có những nhược điểm, vật liệu composite vẫn được nhiều xưởng đóng tàu và nhà cung cấp cấp 1 tin tưởng rằng vật liệu composite sẽ được sử dụng nhiều hơn trong ngành đóng du thuyền.
Trong khi các loại tàu lớn hơn dự kiến sẽ sử dụng các vật liệu composite tiên tiến hơn như nhựa gia cường sợi carbon (CFRP), thì các loại tàu nhỏ hơn sẽ là động lực chính thúc đẩy nhu cầu tổng thể về vật liệu composite hàng hải. Ví dụ, trong nhiều du thuyền và thuyền buồm hai thân mới, các vật liệu composite tiên tiến, chẳng hạn như sợi carbon/epoxy và bọt polyurethane, được sử dụng để chế tạo thân tàu, sống tàu, boong, đuôi tàu, cột buồm, vách ngăn, thanh giằng và cột buồm chính. Nhưng những siêu du thuyền hoặc thuyền buồm hai thân này chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng nhu cầu về tàu thuyền.
Nhu cầu tổng thể về thuyền bao gồm thuyền máy (động cơ trong, động cơ ngoài và động cơ đuôi), thuyền phản lực, phương tiện thủy cá nhân và thuyền buồm (du thuyền).
Giá vật liệu composite sẽ có xu hướng tăng, do giá sợi thủy tinh, nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo sẽ 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. Nhưng tác động tổng thể của nó đến 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, và polyester không bão hòa cùng vinyl ester là các vật liệu polymer chính. Polyvinyl clorua (PVC) sẽ tiếp tục chiếm thị phần lớn trong thị trường lõi xốp.
Theo số liệu thống kê, vật liệu composite gia cường sợi thủy tinh (GFRP) chiếm hơn 80% tổng nhu cầu về 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 trong các tàu lớn và các ứng dụng chịu va đập mạnh trong các thị trường ngách.
Thị trường vật liệu composite hàng hải đang phát triển cũng chứng kiến xu hướng hướng tới các vật liệu và công nghệ mới. Các nhà cung cấp vật liệu composite hàng hải đã bắt đầu hành trình tìm kiếm sự đổi mới, giới thiệu các loại nhựa sinh học mới, sợi tự nhiên, polyester phát thải thấp, vật liệu prepreg áp suất thấp, lõi và vật liệu sợi thủy tinh dệt. Tất cả đều nhằm mục đích tăng khả năng tái chế và tái tạo, giảm hàm lượng styren, và cải thiện khả năng gia công và chất lượng bề mặt.
Thời gian đăng bài: 05/05/2022
