Composite FRP (Fiber Reinforced Polymer) là nhựa gia cường sợi thủy tinh: sợi thủy tinh chịu lực, nhựa polyester hoặc vinyl ester bọc quanh để giữ sợi đúng chỗ và che sợi khỏi nước, hóa chất. Vì không có sắt, xà gồ làm từ FRP không bị rỉ.
Composite nói chung là vật liệu ghép từ hai thành phần trở lên, mỗi thành phần làm một việc. Ở Việt Nam FRP còn được gọi là nhựa cốt sợi thủy tinh, nhựa gia cường sợi thủy tinh, hay gọi tắt là composite. Vỏ thuyền, bồn chứa hóa chất, tháp giải nhiệt mà nhiều người đã thấy đều làm từ loại vật liệu này.
[ẢNH – thêm sau: mặt cắt thanh FRP chụp cận, thấy rõ sợi thủy tinh nằm trong nhựa]
Sợi thủy tinh: phần chịu lực
Sợi dùng cho xà gồ là sợi thủy tinh loại E (E-glass), loại phổ biến và rẻ nhất trong các loại sợi gia cường. Mỗi sợi mảnh hơn sợi tóc, hàng nghìn sợi gom lại thành một bó dài gọi là roving. Trong thanh kéo đùn, roving chạy thẳng dọc suốt chiều dài thanh.
Ngoài roving, nhà sản xuất thường lót thêm lớp mat, là sợi rối hoặc sợi đan thành tấm, ở gần mặt ngoài. Lớp mat giúp thanh chịu được lực theo phương ngang và không bị tách dọc theo thớ sợi.
Sợi thường chiếm hơn một nửa khối lượng thanh. Lượng sợi càng nhiều, thanh càng khỏe và càng cứng.
Nhựa nền: phần bảo vệ
Nhựa hay dùng nhất là polyester. Nơi có hóa chất mạnh như xưởng xi mạ, trạm xử lý nước thải thì dùng vinyl ester, chịu axit và kiềm tốt hơn polyester. Epoxy còn bền hơn nữa nhưng đắt, ít khi dùng cho xà gồ.
Nhựa được pha thêm phụ gia tùy chỗ dùng: chất chống tia cực tím cho thanh để ngoài trời, chất chống cháy cho nơi có yêu cầu phòng cháy, bột màu để ra màu thanh. Mặt ngoài nhiều loại thanh có thêm một lớp vải rất mỏng gọi là veil. Lớp veil giữ cho lớp nhựa ở mặt ngoài dày và kín, nên sau nhiều năm phơi nắng sợi thủy tinh không lộ ra.
Thanh FRP được kéo đùn như thế nào
Xà gồ, ống và các thanh FRP dạng dài được làm bằng phương pháp kéo đùn (pultrusion). Dây chuyền có mấy khâu nối tiếp nhau:
- Giá treo hàng trăm cuộn roving, các sợi được kéo ra cùng lúc.
- Bể nhựa: sợi đi qua bể và thấm đều nhựa đã pha phụ gia.
- Bộ dẫn hướng xếp sợi và mat thành đúng hình mặt cắt, ví dụ hộp chữ nhật 100 × 50 mm.
- Khuôn thép nung nóng: nhựa đông cứng ngay trong khuôn, ra khỏi khuôn đã là thanh cứng.
- Máy kéo kẹp thanh kéo đi liên tục, cưa tự động cắt thanh theo chiều dài.
[ẢNH – thêm sau: sơ đồ dây chuyền kéo đùn gồm cuộn sợi, bể nhựa, khuôn nóng, máy kéo và cưa]
Vì sợi chạy thẳng theo chiều dài, thanh kéo đùn rất khỏe theo chiều dọc. Theo chiều ngang, phần chịu lực chủ yếu là nhựa và lớp mat nên yếu hơn nhiều. Xà gồ chịu uốn theo chiều dọc nên cách làm này hợp. Còn chiều ngang yếu là lý do khi bắt bu lông xuyên qua hộp phải có ống lót bên trong và không được siết quá tay.
Vì sao FRP không rỉ
Rỉ sét là sắt bị oxy hóa khi gặp nước và oxy. Muối, khí amoniac, hơi axit làm phản ứng này chạy nhanh hơn nhiều. FRP không có sắt, nên không có gì để rỉ.
Không rỉ không có nghĩa là chịu được mọi thứ. Nhựa polyester chịu tốt nước mặn, amoniac, axit loãng và phần lớn chất tẩy rửa, sát trùng dùng trong chuồng trại. Kiềm đặc, axit flohydric, dung môi mạnh, hoặc hóa chất nóng thì cần nhựa vinyl ester và lớp chắn bề mặt riêng. Nơi có hóa chất, cho nhà cung cấp biết tên hóa chất, nồng độ và nhiệt độ để chọn đúng loại nhựa.
So với thép, nhôm và gỗ
Composite FRP nhẹ hơn thép nhiều nhưng mềm hơn thép, không rỉ, không dẫn điện và dẫn nhiệt kém. Bảng dưới so bốn vật liệu theo các tính chất chính.
| Tính chất | FRP kéo đùn | Thép xây dựng | Nhôm định hình | Gỗ |
|---|---|---|---|---|
| Khối lượng riêng (tấn/m³) | 1,9 – 2,1 | 7,85 | 2,7 | 0,5 – 0,9 |
| Mô đun đàn hồi (GPa) | 20 – 25 | khoảng 200 | khoảng 70 | 8 – 14 |
| Rỉ, mục | Không | Rỉ | Bị ăn mòn ở nơi có kiềm, muối | Mục, mối mọt |
| Dẫn điện | Không | Có | Có | Không khi khô |
| Dẫn nhiệt | Kém | Tốt | Rất tốt | Kém |
Số liệu trong bảng là giá trị thường gặp, mỗi nhà sản xuất có số riêng. Hai dòng đáng để ý nhất là khối lượng riêng và mô đun đàn hồi.
Nặng khoảng một phần tư thép
Cùng một thể tích, FRP nặng chừng một phần tư thép. Một đoạn xà gồ SF-100 dài 6 m nặng khoảng 11,7 kg, một người vác lên mái được, không cần cẩu.
Mềm hơn thép khoảng tám đến mười lần
Mô đun đàn hồi cho biết vật liệu cứng hay mềm, tức là võng nhiều hay ít dưới cùng một tải. FRP khoảng 20 – 25 GPa, thép khoảng 200 GPa. Trong khi đó độ bền kéo dọc thớ của FRP kéo đùn lại không thua thép xây dựng thông thường.
Kết quả là xà gồ FRP gần như không bao giờ gãy vì quá tải ở mái nhà bình thường, nhưng sẽ võng nhiều nếu chọn cây quá nhỏ. Vì vậy xà gồ composite được chọn theo độ võng, và cùng một bước kèo thì hộp composite phải cao hơn hộp thép.
[ẢNH – thêm sau: hai cây xà gồ thép và composite đặt cạnh nhau, cây composite cao hơn]
Vài điều nên biết thêm
Ngoài việc không rỉ, composite FRP có mấy đặc điểm cần biết khi làm mái: không dẫn điện, dẫn nhiệt kém, cháy được, bạc mặt khi phơi nắng lâu và cần lưỡi cắt phù hợp.
- FRP không dẫn điện, làm mái gần đường dây hoặc tủ điện an toàn hơn thép.
- FRP dẫn nhiệt kém, phơi nắng giữa trưa sờ vào không nóng rát như thép.
- FRP là nhựa nên cháy được. Nơi có yêu cầu phòng cháy cần loại nhựa chống cháy.
- Phơi nắng trực tiếp nhiều năm, mặt ngoài có thể bạc màu và nhám dần. Phụ gia chống tia cực tím và lớp veil làm chuyện này chậm lại.
- Cắt, khoan được bằng dụng cụ thường, nên dùng lưỡi hợp kim hoặc lưỡi kim cương. Bụi sợi thủy tinh làm ngứa da, khi cắt nên đeo khẩu trang và găng tay.
Đọc tiếp: composite FRP dùng ngoài trời được bao lâu, nhựa composite có độc hại không và cách chọn cỡ xà gồ composite theo bước kèo và vùng gió.
Câu hỏi thường gặp
FRP là viết tắt của gì?
FRP là viết tắt của Fiber Reinforced Polymer, nghĩa là nhựa gia cường sợi. Vật liệu FRP dùng làm xà gồ là nhựa polyester hoặc vinyl ester gia cường sợi thủy tinh, ở Việt Nam hay gọi là composite hoặc nhựa cốt sợi thủy tinh.
Composite FRP có bị rỉ không?
Composite FRP không bị rỉ vì không chứa sắt. Rỉ sét là sắt bị oxy hóa, còn FRP chỉ gồm sợi thủy tinh và nhựa, nên khí amoniac, hơi muối hay axit loãng không làm nó rỉ.
Composite FRP nặng bằng bao nhiêu so với thép?
Composite FRP kéo đùn có khối lượng riêng khoảng 1,9 – 2,1 tấn mỗi mét khối, thép là 7,85 tấn. Cùng thể tích, FRP nặng khoảng một phần tư thép.
Composite FRP có cứng bằng thép không?
Không. Mô đun đàn hồi của FRP kéo đùn khoảng 20 – 25 GPa, của thép khoảng 200 GPa, nên FRP mềm hơn thép khoảng tám đến mười lần. Độ bền kéo dọc thớ thì tương đương thép xây dựng thông thường, vì vậy xà gồ composite được chọn cỡ theo độ võng.