PGS.TS Ngô Trịnh Tùng (ngoài cùng bên phải) và GS.TS Tùng Phạm (ngoài cùng bên trái) cùng các thành viên nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu hóa lý vải sợi, Đại học Innsbruck

Xu hướng vật liệu nhẹ trong ngành hàng không

Trong lĩnh vực ngành hàng không hiện đại, vật liệu đóng vai trò then chốt quyết định hiệu suất, độ an toàn và chi phí vận hành. Các kết cấu máy bay đòi hỏi vật liệu phải có độ bền cao, khả năng chịu va đập tốt, chống ăn mòn và hoạt động ổn định trong điều kiện khắc nghiệt, đồng thời có khối lượng thấp nhằm tối ưu tiêu hao nhiên liệu.

Trên thực tế, nhiều dòng máy bay tiên tiến như Boeing 787 đã sử dụng tới khoảng 50% vật liệu polymer compozit trong cấu trúc, cho thấy xu hướng tất yếu của việc thay thế kim loại truyền thống bằng vật liệu nhẹ, bền hơn.

Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc nghiên cứu và làm chủ các vật liệu compozit tính năng cao vẫn còn hạn chế. Phần lớn vật liệu tiên tiến phục vụ hàng không và quốc phòng vẫn phụ thuộc vào nhập khẩu, kéo theo chi phí cao và tiềm ẩn rủi ro về công nghệ. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết phải phát triển các vật liệu có thể sản xuất trong nước.

Mẫu vật liệu polymer compozit khung xươmg 3D

Đột phá từ công nghệ nano và cấu trúc vật liệu lai

Xuất phát từ nhu cầu trên, PGS.TS Ngô Trịnh Tùng cùng cộng sự đã triển khai đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu polymer nanocompozit trên nền epoxy tính năng cao định hướng ứng dụng trong ngành hàng không” trong khuôn khổ nhiệm vụ hợp tác khoa học giữa Việt Nam và Cộng hòa Áo.

Nhóm nghiên cứu đã áp dụng đồng thời nhiều giải pháp công nghệ nhằm nâng cao tính năng vật liệu. Nền nhựa epoxy được gia cường bằng các ống nano cacbon giúp tăng độ cứng và khả năng chịu lực. Đồng thời, các hợp chất silane được sử dụng để xử lý bề mặt, tạo liên kết chặt chẽ giữa các thành phần, hạn chế hiện tượng tách lớp khi chịu tải.

Bên cạnh đó, bề mặt các lớp sợi gia cường, đặc biệt là sợi aramid, được xử lý để tăng độ nhám nhằm cải thiện độ bám dính với nền nhựa. Điểm nổi bật của nghiên cứu là nhóm đã thiết kế cấu trúc vật liệu lai bằng cách kết hợp sợi cacbon (độ cứng cao) với sợi aramid (khả năng chịu va đập tốt) giúp tối ưu đồng thời độ bền và độ dẻo dai.

Kết quả thử nghiệm cho thấy vật liệu đạt độ bền kéo 534,18 MPa, độ bền uốn 327,32 MPa, mô đun đàn hồi 72,38 GPa và độ bền va đập 127,73 kJ/m². Vật liệu cũng thể hiện khả năng chịu mỏi động vượt trên 10⁶ chu kỳ ở mức 70% độ bền kéo, đồng thời vẫn duy trì tới 96,25% tính chất sau các thử nghiệm lão hóa theo tiêu chuẩn ASTM G154 (tiêu chuẩn kỹ thuật trong kiểm tra và đánh giá vật liệu).

Với tỷ trọng chỉ 1,523 g/cm³, thấp hơn đáng kể so với kim loại truyền thống, vật liệu này giúp giảm đáng kể khối lượng kết cấu mà vẫn đảm bảo độ bền cần thiết. Trên cơ sở đó, nhóm đã ứng dụng thử nghiệm để chế tạo thân vỏ máy bay không người lái PELICAN VB01, đạt khối lượng dưới 2 kg nhưng vẫn đáp ứng các yêu cầu cơ lý.

Việc làm chủ công nghệ này không chỉ là một thành công kỹ thuật mà còn góp phần hiện thực hóa Quyết định số 1131/QĐ-TTg về phát triển các công nghệ và sản phẩm chiến lược, hướng tới tăng cường năng lực cạnh tranh quốc gia.

Mẫu thân vỏ UAV, một thành công kỹ thuật góp phần nhằm cụ thể hóa Quyết định số 1131/QĐ-TTg ngày 12/6/2025 của Thủ tướng Chính phủ ban hành Danh mục công nghệ chiến lược (CNCL) và sản phẩm công nghệ chiến lược

Theo PGS.TS Ngô Trịnh Tùng, việc phát triển vật liệu polymer compozit tính năng cao không chỉ nhằm tạo ra sản phẩm cụ thể, mà còn đặt nền móng cho công nghệ vật liệu tiên tiến tại Việt Nam.

Trong quá trình triển khai, nhóm nghiên cứu đã hợp tác với GS.TS Tùng Phạm từ Đại học Innsbruck (CH Áo), qua đó đã tiếp cận các kỹ thuật quan trọng như đánh giá độ bền mỏi động và công nghệ gia cường cấu trúc 3D.

Các chuyên gia nhận định, nghiên cứu là minh chứng cho thấy Việt Nam hoàn toàn có thể từng bước làm chủ các vật liệu chiến lược, phục vụ không chỉ ngành hàng không mà còn các lĩnh vực an ninh, quốc phòng và công nghệ cao.

Đây cũng là hướng đi quan trọng nhằm giảm phụ thuộc vào nhập khẩu, đồng thời nâng cao năng lực khoa học công nghệ trong nước.