Công nghệ

Chống xâm thực cho vỏ tàu biển

1/. Hiện tượng xâm thực ở vỏ tàu thuyền composite ở Việt Nam
 - Hiện nay, đại đa số tàu thuyền composite sản xuất tại Viêt Nam đối mặt với thực trạng là vỏ tàu sau một thời gian sử dụng, phát hiện ra nhiều mụn nước nhỏ với đường kính khoảng từ vài milimet đến vài chục milimet, phân bổ đều toàn bộ bề mặt gelcoat dưới mớn nước của lườn tàu composite. Nhiều trường hợp các mụn tích nước phồng dộp nặng, làm tách các lớp sợi thân tàu và phá hủy các liên kết của nhựa polyester. Đây là một trong những quan ngại chất lượng hàng đầu của chủ tàu và cũng là mối quan tâm của các nhà sản xuất tàu composite. Chủ tàu sau thời gian sử dụng phải bỏ ra chi phí đáng kể để sửa chữa. Nhà sản xuất luôn phải đối mặt với vấn đề đảm bảo uy tín và thương hiệu nên phải tìm kiếm giải pháp khắc phục các hiên tượng này.
 
  - Các mụn nước do thẩm thấu ở dưới mớn nước của lườn tàu composite cũng là mối quan tâm hàng đầu của các công ty sản xuất tàu thuyền Composite cũng như các nhà cung cấp nguyên vật liệu composite, vì nó gây ảnh hưởng tới uy tín và thương hiệu của mình. Trong phạm vi bài viết này, chúng tôi đã tổng hợp một số tác nhân chính gây ra hiện tượng phồng dộp trên bề mặt gelcoat và các lớp sợi. Đồng thời đúc kết các phương pháp tối ưu, kinh tế và hiệu quả nhằm hạn chế sự phồng dộp này. Có 2 mấu chốt trong công nghệ chống xâm thực này. 
  • Thứ nhất lựa chọn nguyên vật liệu: sử dụng nhựa gốc Vinyl Ester và nhựa Polyester phản ứng trung bình tỏa nhiệt thấp.
  • Thứ hai là ứng dụng hệ thống súng phun nhựa sợi & gelcoat. Qua nhiều năm kiểm chứng, công nghệ này đã khắc phục hoàn hảo hiện tượng phồng dộp do nước thẩm thấu xâm thực.
 
Hình minh hoạ (1): Blisters: Hiên tượng phồng dộp nhiều điểm bên ngoài v tàu.
Nguồn: https://www. Gatorbak.com- Help Prevent gel coat blisters.
  
2/. Cấu trúc của vỏ tàu composite

  - Hiện nay tại Viêt Nam, đa số tàu thuyền composite hoặc tàu thuyền gỗ bọc áo composite đều có cấu trúc các lớp Polyester/sợi thủy tinh. Trong đó nguyên liệu sợi thủy tinh; vải thủy tinh; vật liệu lõi… được xếp nhiều lớp chồng lên nhau theo thiết kế của nhà sản xuất và được kết dính bằng nhựa polyester không no gốc Ortho; sau đó được phủ ngoài bằng một lớp gelcoat.
 

  - Cấu trúc vỏ tàu composite (Gelcoat/Nhựa polyester/ Sợi thủy tinh) luôn có khuynh hướng bị nước từ bên ngoài thẩm thấu vào xuyên qua bề mặt gelcoat tới bên trong các lớp sợi. Sự thẩm thấu luôn xảy ra tại khu vực dưới mớn nước của vỏ tàu composite. 
 
3/. Hiện tượng thẩm thấu
  - Hiện tượng phồng dộp do nước thẩm thấu qua các lổ nhỏ, các khoảng trống của lớp gelcoat và các lớp sợi. 
  - Theo nguyên tắc thẩm thấu, nước từ bên ngoài vỏ tàu, ngấm xuyên qua lớp gelcoat và bắt đầu phản ứng với các chất tan nằm tại các lớp sợi, tạo thành một dung dịch các chất có thể tan trong nước dưới dạng những hạt nước vô cùng nhỏ. Các hạt nước này bị kẹt lại bên trong lớp composite và dưới lớp gelcoat. Lớp gelcoat và lớp sợi ngoài cùng đóng vai trò như một lớp màng bán thấm (Bruggemann, 1979). 
 
  - Vì các giọt nước bên trong các lớp sợi và nước bên ngoài có nồng độ khác nhau nên các giọt nước nhỏ này không thể ngấm xuyên qua lớp gelcoat ra bên ngoài. Ngược lại nước từ bên ngoài có nồng độ lớn hơn vẫn tiếp tục ngấm xuyên qua màng gelcoat cố gắng hòa tan các dung dịch bên trong tạo thành dòng thẩm thấu. Càng ngày càng nhiều nước bên ngoài ngấm vào làm cho các giọt nước nở lớn ra và tạo ra một áp suất thẩm thấu, làm chênh lệch áp suất xung quanh lườn tàu. 
 
 - Về lý thuyết thì nước bên ngoài tiếp tục ngấm vào các túi nước bên trong và chỉ ngưng lại đến khi nào nồng độ của chúng bằng nhau. Khi càng nhiều nước bên ngoài ngấm vào thì tạo ra một lực kéo ra tác dụng lên bên ngoài gelcoat và laminate làm cho vùng này trương to lên và chúng sẽ bắt đầu phồng lên hay bị nứt (Megel Clegg, 2003).
 
4/. Tác hại của các mụn nước do thẩm thấu đối với vỏ tàu composites
 Trong túi nước thẩm thấu là bao gồm các thành phần không phản ứng của nhựa polyester, và có thể hòa tan với nước như lượng glycol dư, các acid hữu cơ phthalic acid, các chất đóng rắn hay hợp chất xúc tiến kim loại. Khi tác dụng với nước, tạo thành acid (hydrochloric acid và acetic acid). Nó có thể bẻ gãy các liên kết ester trong các mạch polymer; làm các lớp sợi thủy tinh mất kết dính với polyester và bị bong lên. Độ bền cơ học của vỏ tàu kết quả cũng giảm theo (David, 1983).
 
5/. Một số tác nhân thúc đẩy các mụn nước thẩm thấu phát triển nhanh:
  - Trong quá trình nấu nha (nhựa polyester được điều chế trong bồn phản ứng gia nhiệt), một số nguyên vật liệu không phản ứng trong quá trình tạo thành mạch polymer, hoặc chúng tạo những mạch bão hòa vô cùng ngắn. Cuối cùng thì cũng sẽ tạo thành các chất hòa tan với nước. Chỉ những phân tử thuộc một phần của mạng liên kết polymer mới không bị phản ứng với nước (Hewitt, 2001). 

  - Các phần tử tự do khác ở những khoảng trống giữa các mạch polymer trở thành các phần vật chất hòa tan được và là nguyên nhân để quá trình thẩm thấu xảy ra.

  - Thống kê tìm thấy 1% - 5% vật chất hòa tan trong nhựa polyester đã đóng rắn hoàn toàn (Rockett, 1987). 

  - Các chất hòa tan được với nước là nguyên nhân của quá trình thẩm thấu nước, Những phản ứng hóa học của nước và acid tạo thành glycol sẽ bẻ gãy mạng polymer, cuối cùng trở thành chất hòa tan với nước, phá hủy các lớp sợi của thân tàu (Abeysinghe, 1983)

  - Sử dụng nhựa polyester gốc ORTHO là chưa phù hợp vì tính năng kháng nước của loại này vô cùng hạn chế. Về cấu tạo phân tử, các gelcoat và polyester gốc ortho có nhiều nhóm ester dễ bị phản ứng với nước tạo thành dung dịch chất tan, làm kích thích quá trình thẩm thấu của các lớp sợi (Marsh, 2007).
 

Giải pháp: Đổi sang nhựa polyester gốc Vinyl ester: theo George Marsh viết ở tạp chí Reinforce Plastic 2007, nhựa Vinyl ester có ít nhóm ester hơn nhựa ortho polyester nên ít nhạy cảm với nước hơn. Ngoài ra nhựa Vinyl ester có mang những tính năng của nhựa epoxy như linh hoạt và dẻo dai hơn ortho polyester nên có khả năng chống va đập cho lườn tàu composite (Marsh, 2007).
 
6/. Vinyl ester resin: một lựa chọn tối ưu để khắc phục hiện tượng phồng dộp do thẩm thấu:
  - Nhựa Vinyl ester có ưu điểm vượt trội hơn nhựa polyester về tính năng kháng ẩm và không nhạy cảm với các phản ứng thủy phân. Được ứng dụng bên trong lớp gelcoat phủ ngoài của vỏ tàu. Nước, sau khi thẩm thấu xuyên qua lớp gelcoat, sẽ bi chặn lại ở lớp sợi + nhựa Viny lester này. Do nhựa Viny lester không tương tác với nước để tạo thành một hỗn hợp các chất hòa tan làm tiền đề cho thẩm thấu xâm thực. Kết quả hiện tượng phồng dộp do nước thẩm thấu sẽ đươc chận lại và không phát triển thành các túi nước phồng dộp gây tác hại tới vỏ tàu.

  - Vì nhựa Vinyl ester điều chế từ epoxy nên nó mang ưu điểm của epoxy như dẻo dai, tính đàn hồi cao, có thể kéo giãn 5% (trong khi đó nhựa ortho polyester chỉ 1%) có thể chịu nhiệt tới 2000C mà không bị biến dạng. Các thí nghiệm của Interplastic Corporation trên các mẫu nhựa vinyl ester, ortho polyester sau thời gian 15 năm cho thấy hiện tượng xâm thực do thẩm thấu gia tăng tỉ lệ thuận với nhiệt độ. 

  - Trong đó nhựa vinyl ester sau 15 năm ở nhiệt độ 650C không cho thấy có dấu hiệu bị nước thẩm thấu. Và ở nhiệt độ 930C, nhựa vinylester có tỉ lệ thẩm thấu ít nhất. Trong khi đó, nhựa Polyester ở nhiệt độ 15-320C bắt đầu bị xâm thực thẩm thấu ở thời gian 1.75- 5 năm. Sau 15 năm vẫn tiếp tục bị thẩm thấu hút ẩm (David, 2002).

  - Công ty sản xuất tàu composite Tân viễn Đông tại Việt Nam và một số nhà máy sản xuất tàu composite trên thế giới đã ứng dụng công nghệ vinylester cho vỏ tàu, thuyền composite: Horizon Yacht (Taiwan), Ocean Alexande (Taiwan), Johnson Yacht, New Ocean Yatch. Inter Marine SpA. Cantieri Navali Ship.
 
 
7/. Giới thiệu các loại nhựa đăc chủng dùng sản xuất vỏ tàu thuyền composites Vinyl ester kết hợp với nhựa Polyester là giải pháp tối ưu cho nghành tàu thuyền composites để hạn chế thẩm thấu:
  - Theo Rockett trình bày trong bài “ Những nguyên nhân hiện tượng xâm thực của v tàu (The Causes of Boat hull Blisters) Nhựa Polyester được điều chế có 16 liên kết trong mạch polyester thông dụng. Trong đó 8 liên kết là Glycol, 4 liên kết là Phtalic acid  (Isophthalic, Orthphthalic & Terephthalic) và 4 liên kết là unsaturated acid. Mỗi mạch polyemer có 8 đơn vị styrene bao quanh.Tỉ lệ của các thành phần trên quyết định tới tính chất, đặc tính của polyester (Rockett, 1987). 

  - Thay đổi tỉ lệ của thành phần liên kết nhằm tối ưu hóa các tính năng của nhựa cho những ứng dụng khác nhau. Nhựa Polyester ứng dụng cho nghành tàu thuyền composite vì vậy cũng được điều chỉnh các tỉ lệ phối hơp các thành phần nguyên vật liệu trên cho ra các loại nhựa chuyên dùng cho ngành tàu thuyền composite.

Giải pháp:  Dựa trên những phân tích trên;

Kiên Trung Long cũng đã điều chế một loại gelcoat NPG-ISO 1819 phù hợp cho môi trường Việt Nam nhằm tạo thành tấm màng hạn chế tối đa sự thẩm thấu của nước qua màng gelcoat.

  - Đồng thời Kiên Trung Long chúng tôi đã đặt nhà máy Eternal Materials thiết kế một loại polyester với mã số ETERSET 2504-12 và nhựa Vinylester ETERSET 2960 với các tính năng vượt trội và đã được chúng tôi kiểm chứng sau một thời gian dài dùng hai loại nhựa này sản xuất tàu thuyền composite.
 
7.1 NPG-ISO 1819: Gelcoat phủ ngoài
- Khả năng ngăn ngừa và hạn chế sự thẩm thấu của nước từ môi trường.
 
 
7.2 ETERSET 2960PT-30:  Nhựa vinylester gốc epoxy.
- Kháng tất cả các loại acid.
- Kháng nước, kháng ẩm, kháng phồng dộp do thẩm thấu.
 
7.3 ETERSET 2504-12: nhựa polyester phản ứng trung bình tỏa nhiệt thấp.
- Khả năng kháng nước; kháng ẩm; hạn chế phồng dộp do thẩm thấu.
- Ít co ngót, biến dạng vỏ tàu composites do phản ứng đóng rắn tỏa nhiệt thấp hơn. Cho phép thao tác một lần nhiều lớp sợi để đạt chiều dày 10mm mà không bị co ngót. Vỏ tàu khi ra khuôn sẽ không bị biến dạng.
 
7.4 Cách thi công: 
  - Nhựa vinylester 2960PT-30 sẽ được thi công với một hay hai lớp sợi thủy tinh 300gr hoặc tương đương độ dày nếu dùng súng phun ngay dưới lớp gelcoat phủ ngoài. Nhựa polyester Eterset 2504PT-12 sẽ thi công với sợi thủy tinh và vật liệu gia cố ngay sau lớp laminate của nhựa ETERSET 2960PT-30.
 
 
 Hình minh Họa (2): Quy trình chống xâm thực với nhựa Vinyl Ester

Công nghệ khác

(84-28) 3877 6251
Bộ phận kinh doanh