Các Giải pháp kiểm tra hư hại trong vật liệu Composite

Infographic về các khuyết tật trong vật liệu composite

Phân loại vật liệu Compozit (Composite)

Vật liệu composite hay vật liệu tổng hợp là vật liệu kết hợp hay nói cách khác là vật liệu nhiều pha khác nhau về mặt hóa học. Chúng không hòa tan vào nhau mà phân cách nhau bởi ranh giới pha, chúng được tạo ra nhờ sự can thiệp kỹ thuật của con người.

Compozit thông thường có hai pha: pha liên tục trong toàn khối gọi là nền, pha phân bố gián đoạn và được nền bao bọc gọi là cốt.

Tính chất cơ học của compozit là sự lựa chọn thích hợp và phát huy những ưu việt của từng pha thành phần, nhưng lưu ý là không phải bao gồm tất cả tính chất của các pha thành phần.

Nền hay da hay skin là pha liên tục đóng vai trò liên kết toàn bộ các phần tử cốt tạo thành một khối thống nhất, đồng thời nó che phủ và bảo vệ cốt khỏi môi trường bên ngoài. Các loại nền hay “da/skin” thường gặp bao gồm chất dẻo, kim loại, gốm.

Cốt hay lõi hay phần core là pha không liên tục đóng vai trò tạo nên độ bền, độ đàn hồi và độ cứng. Các loại cốt thường dùng: chất vô cơ (sợi bo, sợi cacbon, sợi thủy tinh…), chất hữu cơ (sợi polyamit), kim loại (sợi thép không rỉ, bột vonfram, bột molipđen) hay các loại cốt có cấu trúc nhẹ như tổ ong (honey comb), có thể bằng giấy, kim loại… Một số loại compozit được sử dụng phổ biến trong cơ khí như sau:

Compozit cốt hạt – particle reinforcement

Loại này có đặc điểm là các phần tử cốt hạt thường cứng hơn nền thường là các oxit, cacbit… Hợp kim cứng là compozit cốt hạt trong đó nền là coban còn cốt là các hạt cacbit. Bê tông là compozit cốt hạt trong đó nền là xi măng, cốt là đá, sỏi, cát.

Compozit cốt sợi – Fiber reinforcement

Loại này có độ bền và mô đun đàn hồi riêng cao. Vật liệu nền phải tương đối dẻo, cốt phải có độ bền, độ cứng vững cao. Ngoài ra cơ tính của loại compozit này còn phụ thuộc vào hình dáng, kích thước và sự phân bố sợi. Các loại compozit sợi sử dụng hiện nay là compozit polyme sợi thủy tinh để làm vỏ xe ô tô, tàu biển, ống dẫn, tấm lót sàn công nghiệp. Compozit polyme sợi cacbon thường dùng chế tạo chi tiết của máy bay. Compozit kim loại sợi (nền là Cu, Al, Mg… cốt là sợi cacbon, bo, cacbit silic) loại này chịu nhiệt cao, dùng để chế tạo chi tiết trong tuabin.

Composite cốt rỗng hay composite có cấu trúc – Structure

Cấu tạo của composite cốt rỗng gồm ba lớp:

  • Hai lớp mặt được chế tạo từ vật liệu có độ bền cứng và vững cao nhằm chịu toàn bộ tải trọng (kéo nén và uốn) tác dụng theo các chiều song song với mặt tấm.
  • Lớp lõi nằm giữa hai lớp mặt là vật liệu nhẹ, độ bền và cứng vững tương đối nhỏ. Lớp này có tác dụng:
    • Duy trì khoảng cách giữa hai lớp mặt và giảm biến dạng theo chiều vuông góc với mặt tấm.
    • Tạo độ cứng vững nhất định, tránh các hiện tượng cong vênh tấm.

Trong kỹ thuật, người ta thường gặp hai loại lõi: lõi xốp (bọt) và lõi cấu tạo theo dạng tổ ong (honey comb).

Phân loại vật liệu composite

Composite dạng tổ ong là một tấm ghép ba lớp dạng tổ ong có khối lượng nhỏ, chống cháy tốt và có những tính chất hơn hẳn các vật liệu thông thường khác. Tấm ghép này có các lớp bề mặt được làm từ composite cuả sợi thuỷ tinh/ Epoxy và Kevlar/ Epoxy, còn phần lõi dạng tổ ong chính là giấy Nomex. Tấm ghép cấu trúc 3 lớp này được ứng dụng chủ yếu trong ngàng hàng không, đặc biệt là các kết cấu sàn và thân máy bay. Hình dưới đây chỉ rõ cấu tạo cuả một tấm ghép 3 lớp hoàn chỉnh:

Kiểm tra bong tách trong vật liệu composite với thiết bị BondMaster 600

Các Giải pháp kiểm tra vật liệu Composite

Phương pháp siêu âm là một trong các phương pháp chính và phát triển mạnh trong kiểm tra không phá hủy. Với các ứng dụng kiểm tra Composite, các phương pháp đa dạng dựa cùng trên nguyên lý siêu âm cơ bản bao gồm: Phát-thu (RF, xung lực, dạng quét), MIA (phân tích trở kháng cơ học) và Cộng hưởng âm. Ngoài ra các thiết bị và kỹ thuật sử dụng để kiểm tra composite có thể liệt kê gồm:

  • Siêu âm Phased Array (PAUT)
  • Siêu âm truyền thống (UT)
  • Kiểm tra bong tách (Bond testing)

Siêu âm phased array

Kết quả kiểm tra bong tách trên composite với Phased Array

Tăng cường năng suất với kiểm tra tốc độ cao

  • Thích hợp cho các vật liệu composite dạng fiberglass, carbon fiber composites, và các cấu trúc honeycomb
  • Kiểm tra nhanh giúp tăng năng suất và kiểm tra tấm lớn, với số lượng nhiều. Hay sử dụng trong các nhà máy sản xuất vật liệu composite.
  • Tiết kiệm thời gian, cho phép kiểm tra các cấu kiện với kích thước khác nhau.

Thông tin tham khảo thêm

Siêu âm truyền thống

Đo lường chính xác chiều dày của gần như mọi loại vật liệu

  • Đơn giản, dễ sử dụng
  • Đo chính xác chiều dày của vật liệu mỏng hay vật liệu nhiều lớp như sợi carbon.
  • Áp dụng cho thép, nhựa, composite, thủy tinh…
  • Tối ưu hóa cho quy trình QC process với độ tin cậy, bền chắc và dễ sử dụng

Thông tin tham khảo thêm

Kiểm tra bong tách Bond Testing

Tín hiệu kiểm tra trên máy BondMaster khi có khuyết tật bong tách trên vật liệu composite dạng tổ ong

Thiết bị kiểm tra chuyên dụng BondMaster 600 kết hợp cả năm phương pháp kiểm tra cơ bản, giúp đáp ứng yêu cầu trong các ứng dụng kiểm tra hàng không, chế tạo vật liệu composite, bảo dưỡng cấu trúc cho hầu hết các loại vật liệu composite hiện có.

Kiểm tra bong tách trên nhiều loại vật liệu hỗn hợp

  • Giải pháp tin cậy cho kiểm tra vật liệu composite có cấu trúc tổ ong
  • Đơn giản hóa kiểm tra tách lớp composite và các cấu trúc kết dính giữa thép-tới-thép
  • Dễ dàng, nhanh chóng với độ phân giải tuyệt vời

Thông tin tham khảo thêm