Bài thuyết trình Chuyên đề: Công nghệ sửa chữa vỏ tàu composite

CÁC THÀNH VIÊN NHÓM 7 :ĐINH BẠT MINHTRẦN ĐĂNG VỸHỒ HỮU VĂNVŨ CAO HUYPHAN VIẾT TUYẾTPHAN MINH THUẬTNội dung chuyên đềI. ĐẶT VẤN ĐỀII. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1. Khái quát về vỏ tàu composite 2. Các dạng hư hỏng của vỏ tàu bằng FRP 3. Công nghệ sữa chữa 4. Một số giải pháp tăng tính thẩm mỹ cho vỏ tàu composite 5. Thay thế vật liệu composite bằng vật liệu dẻo thân thiện với môi trường ( PPC )III. KẾT LUẬNI. ĐẶT VẤN ĐỀ Sữa chữa tàu thủy là một công việc vô cùng phức tạp. Khác với tàu vỏ thép, việc sửa các tàu vỏ phi kim loại chủ yếu là thay mới hoặc bổ sung, gia cường thêm vào. Thật khó có thể xác định trước chính xác thời gian khai thác của một con tàu. Hai con tàu hoàn toàn giống nhau nhưng có thể có thời gian khai thác khác nhau đáng kể. Việc kéo dài thời gian tuổi thọ cũng như thời gian sử dụng một con tàu phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng chế tạo ban đầu cũng như chất lượng của công tác bảo dưỡng sửa chữa. Trong những năm gần đây, mặc dù trong lĩnh vực đóng tàu đã đạt được rất nhiều tiến bộ khoa học, kỹ thuật, làm tăng tuổi thọ và độ tin cậy của tàu nhưng số lượng sự cố vẫn chưa có xu hướng giảm rõ rệt. Đặc biệt là phải làm việc trong điều kiện thời tiết ngày càng diễn biến phức tạp. Theo số lượng thống kê, trung bình hàng năm trên thế giới có khoảng trên dưới 30% số lượng tàu phải sửa chữa, bảo dưỡng. II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Khái quát về vỏ tàu composite. Vỏ tàu composite làm từ vật liệu như cốt sợi thủy tinh,nhựa tạo lớp,vật liệu lõi,Đạt yêu cầu của đăng kiểm. Vỏ tàu được đúc thành một khối thống nhất và việc thi công tiến hành liên tục. Vật liệu đóng tàu vỏ composite thường được hình thành ngay trong quá trình chế tạo từ khâu pha chế đến khi trát lớp. Đây là tàu khách vỏ được làm bằng Composite2. Các dạng hư hỏng vỏ tàu bằng FPRHư hỏng do mài mòn1 Hư hỏng do va đập2Hư hỏng do thủy phân vật liệu33Hư hỏng do lão hóa44 2.1 Hư hỏng do mài mòn Do vỏ tàu thường xuyên tiếp xúc vơi môi trường nước biển,mặt khác trong quá trình khai thác ,giữa vỏ tàu và nước biển thường có chuyển động tương đối với nhau do đó vỏ tàu FRP bị ăn mòn. Ban đầu mài mòn chỉ làm xuất hiện các vết tế vi sau thời gian sẽ phát triển thành các lỗ nhỏ phá hoại lớp sơn và có thể phá hoại lớp bao phủ gelcoat. Khi bóc các lớp vỏ gelcoat vỏ tàu sẽ bị thẩm thấu nước biển làm tăng nhanh quá trình hủy vật liệu FRP.2.2 Hư hỏng do va đập Là hư hỏng chủ yếu của vật liệu FRP, xảy ra đột biến và thường gây ra hư hỏng cục bộ hậu quả có thể thấy ngay được, có thể làm đắm tàu. Hư hỏng xảy ra phần lớn là do va chạm trong quá trình sử dụng tàu. 2.3. Hư hỏng do thủy phân vật liệu Là dạng hư hỏng đặc biệt của vật liệu FRP trong nước biển, do tác dụng hóa học gây ra. Vật liệu FRP được cấu tạo từ nhựa nền,là hợp chất polymer liên kết với nhau bằng liên kết đơn. Dưới tác dụng môi trường nước biển, nhiệt độ và tia cực tím.... các liên kết bị phá hủy làm cho polymer bị đứt mạch phá hỏng lớp bên ngoài vỏ FRP. 2.4. Hư hỏng do lão hóa Đây là dạng hư hỏng hầu như là không khắc phục được. Nếu được sửa chữa thì kết quả cũng không mạng lại chất lượng cao. Trong quá trình sử dụng thường mất dần các tính chất ban đầu của nó dưới tác dụng của môi trường nước biển, tia cực tím của ánh nắng mặt trời nên tính chất cơ lí vật liệu thay đổi theo thời gian sử dụng, chủ yếu là bị lão hóa ở nhựa nền và chuyển sang đen của lớp bao phủ gelcoat. Xuất hiện các dạng hư hỏng.3. Công nghệ sửa chữa.Công nghệ sửa chữa Sửa chữa nhỏVết xướt và rỗCác lỗ nhỏVết nứt nhỏLỗ nhỏ xuyên suốt vỏ tàu Sửa chữa lớnVết nứt và lỗCác hư hỏng lớn3.1. Sửa chữa nhỏ3.1.1. Vết xướt và rỗ Trường hợp vết xướt và rỗ chưa ăn sâu vào lớp gelcoat :Bước 1: Dùng khăn vải trắng thấm acetone để lau sạch vùng cần sửa chữa. Mục đích chủ yếu là để tẩy sạch bụi trên bề mặt, lau nhẹ để không ảnh hưởng đến phần lớp gel còn lại. Bước 2: Dùng giấy nhám cỡ thích hợp để tẩy cac vết xướt, phải cẩn thận tránh để ảnh hưởng đến phần còn lại của lớp gelcoat. Bước 3: Rửa vùng vừa được mài bằng vải sạch thấm nước, sau đó dùng giấy nhám tinh để đánh lại.Bước 4: Đánh bóng lại bề mặt bằng tay hay máy. Trường hợp vết xướt và rỗ chưa ăn sâu vào lớp gelcoat ( Sử dụng bột mattit trộn với nhựa polyester hay epoxy ) :Bước 1: Dùng vải trắng thấm acetone để lau sạch bề mặt lớp gelcoat.Bước 2: Trên bề mặt lớp sơn, ta lau mở rộng vùng bị hư hỏng. Không nên sử dụng acetone khi chưa biết chắc rằng acetone có phải là dung môi đối với loại sơn đang sửa chữa hay không. Chú ý: Nếu bề mặt cần màu thì ta nên trộn màu với matit trước khi sử dụng. Nếu matit là matit tự tạo ta sử dụng theo cách đã biết khi làm, nếu matit bán ở thị trường thì phải chú ý hướng dẫn sử dụng.Bước 3: Dùng dao để trét matit vào vùng hư hỏng.Bước 4: Đánh bóng bề mặt vừa được sửa chữa.Nếu sửa chữa cần khôi phục lại lớp gel, ta phải có gel với màu thích hợp. Có thể dùng bàn chải hay súng phun để tạo lại lớp gel. Chú ý độ dày lớp gel phải vừa đủ đạt yêu cầu, nếu độ dày lớn khi biến cứng lớp gel có thể bị nứt.3.1.2. Các lỗ nhỏ Trình tự các bước như sau :Bước 1: Mài bề mặt, có thể mài tay hay mài máy.Bước 2: Nếu vùng hư hỏng nhỏ, sửa chữa bằng trét matit là được. Nếu vùng hư hỏng lớn thì ta tiếp túc các bước tiếp theo.Bước 3: Cắt mẫu Mat đặt vừa vào vùng hư hỏng, việc tạo lớp phụ thuộc vào chiều sâu vùng bị tàn phá.Bước 4: Trộn chất xúc tác vào nhựa, nếu cần chất lượng sửa chữa cao ta dùng epoxy.Bước 5: Sử dụng cọ, bôi nhựa vào vùng sửa chữa.Bước 6: Đặt lớp Mat lên chỗ hư hỏng.Bước 7: Dùng cọ thấm nhựa đều cho mặt còn lại của Mat.Bước 8: Nếu cần thiết ta phải tiếp tục xếp lớp, tốt nhất nên cho lớp trước biến cứng mới thêm lớp sau để đảm bảo thành phần giữa nhựa và vật liệu cốt.Bước 9: Mài và đánh bóng lại bề mặt sửa chữa.3.1.3. Vết nứt nhỏ Nguyên nhân chủ yếu là do chế tạo lớp gel không đúng quy cách. Các bước sửa chữa như sau:Bước 1: Tìm hiểu nguyên nhân gây ra nứt ở lớp gel, các vết nứt này thường phát triển theo mọi phương trên bề mặt lớp gelBước 2: Dùng đục mở rộng các vết nứt ( dễ dàng để bôi mattit ).Bước 3: Dùng vải trắng thấm acetone để lau chùi sạch sẽ các vết được đục.Bước 4: Dùng dao để bôi mattit.Bước 5: Mài và đánh bóng cẩn thận bề mặt vừa khôi phục tránh làm ảnh hưởng đến bề mặt còn lại của lớp gel.Hình 3.1: Tạo lỗ dạng chữ V Để sửa chữa dạng này, ta có thể phải khoan suốt chiều dày vỏ ( đường kính lỗ == 8mm )Bước 6: Sau khi vá ta hoàn thành bề mặt và khôi phục lớp gel.3.2.2. Các hư hỏng lớn Vá các hư hỏng ở mức độ lớn hơn ta có thể tiến hành sửa chữa như phần đầu. Khi sử dụng vá cho các vùng phẳng hay các khúc uốn đơn giản ta sử dụng ván ép hay foocmica áp vào bề mặt vỏ để làm khuôn. Nếu ván ép để lại làm lõi gia cường thêm cho miếng vá, trước khi sửa chữa ta phải tạo bề mặt ván thích hợp cho việc dán FRP. Nếu ván ép được tháo đi sau khi vá, ta phải trét mattit đầy các lỗ sau khi bilong được tháo ra, trước khi thực hiện ta phải phủ lên bề mặt ván ép một chất tách khuôn. Với bề mặt cong phức tạp ta có thể dùng các tấm kim loại mềm hay các tấm chật dẻo như polyurethane, PVC, .. để tạo hình làm tấm đỡ.3.2.3. Tăng cường độ cứng cho vỏ FRP Tạo chiều dày : Đa số các trường hợp chiều dày được thêm ở mặt trong của vỏ nhưng cũng có trường hợp phải thêm vào phía ngoài. - Đầu tiên là chuẩn bị bề mặt của vỏ. - Chọn và quyết định chiều dày và vật liệu gia cường cần sử dụng. - Lớp đầu tiên thường là lớp Mat và thực hiện theo cách lớp này biến cứng mới thêm lớp sau. Thêm phần đỡ hay vật liệu lõi cho lớp FRP : Thông thường ta sử dụng với ván ép. Vấn đề cần lưu ý ở đây là chất lượng mối dán giữa vỏ FRP với gỗ hay vật liệu khác. Có 2 phương pháp như sau : - Dùng nhựa Epoxy để làm nền. - Dùng Mat để dán và sử dụng thêm các mối ghép cơ khí. Khôi phục lớp gel và sơn : Lớp bề mặt gel và sơn thường bị mài mòn hay hư hỏng trong quá trình sử dụng. Các bước khôi phục như sau : Bước 1: Chuẩn bị gel và chú ý thực hiện đúng chỉ dẫn của nhà sản xuất vì đây là loại nhựa đặc biệt. Bước 2: Mài bề mặt cẩn thận vì lớp bề mặt này ảnh hưởng quyết định đến chất lượng lớp gel. Bước 3: Thao tác khôi phục lớp gel tốt nhất ở nhiệt độ 15°C - 29°C. Bước 4: Nếu lớp gel cần màu phải trộn màu trước khi sử dụng nhựa. Bước 5: Dùng cọ sợi tự nhiên hay con lăn hay máy phun để tạo lớp gel. Bước 6: Khi tạo lớp gel, ta phải chú ý độ dày vừa đủ ( khoảng 1mm ) không quá dày, nếu không nó sẽ bị nứt sau khi biến cứng. Bước 7: Để khôi phục lại lớp sơn ta có thể sử dụng loại nhưa Epoxy để trộn, loại này có độ bám dính bề mặt tốt nhưng khó sử dụng.4. Một số giải pháp nhằm tăng tính thẩm mỹ cho vỏ tàu composite4.1. Yêu cầu thẩm mỹ và các yếu tố ảnh hưởng đến yếu tố thẩm mỹ Với sản phẩm là những con tàu bằng vật liệu composite, yêu cầu về mặt thẩm mỹ càng trở nên thiết thực, nhất là các tàu hoạt động trong ngành du lịch. Chất lượng và tính thẩm mỹ của tàu composite thường phụ thuộc vào các yếu tố sau : Bản chất của vật liệu.1 Chất lượng vật liệu.2 Tỉ lệ pha trộn3 Khuôn mẫu4 Trình độ tay nghề công nhân54.2. Những bề mặt cần tính thẩm mỹ và các giải pháp nâng cao tính thẩm mỹ cho chúng 4.2.1. Bề mặt tiếp xúc trực tiếp với khuôn Đây là bề mặt chiếm diện tích lớn nhất. Vì thế để bề mặt tiếp xúc khuôn có chất lượng tốt và tính thẩm mỹ cao ta có các giải pháp như sau : Xử lý khuôn : Về mặt vĩ mô : - Xử lí mối ghép giữa các dãi ván và giữa các đoạn khuôn để có bề mặt trơn đều bằng cách : Cân chỉnh các dãi ván hay các đoạn khuôn vào đúng vị trí, cố định chúng lại bằng đinh và nẹp; Sau đó cắt gọt chỗ lồi và dùng mattit lấp đầy những chỗ lõm, các đinh phải được đóng lún saaukhoir mặt ván và dùng mattit lấp kín lại; Sau khi lớp mattit khô cứng ta xử lí thô bề mặt. - Tại các bề mặt gãy khúc cần tạo góc lượn ta sử dụng mattit hay sử dụng một phần ống nhựa có bán kính tương ứng với bán kính góc lượn cần tạo, cố định phần ông này vào vị trí cần tạo rùi tiến hành xử lí như trên. - Làm giảm tối thiểu biến dạng cục bộ cho khuôn bằng các biện pháp gia cường bề ngoài khuôn và cố định khuôn với nền xưởng ( giảm khoảng cách sườn, tăng số lượng các thanh giằng, căn kê hợp lí ) Về mặt vi mô : Dùng các loại giấy nhám có độ mịn khác nhau chà vào bề mặt khuôn để tạo độ nhẵn, đặc biệt là tại các khu vực có trét mattit. Lưu ý : Trong quá trình chà có dùng nước để rửa nên cần phải nhanh chóng làm khô để tránh trường hợp nước thấm vào phần gỗ làm cong vênh chúng b) Chế tạo bề mặt : Để đảm bảo chất lượng bề mặt, quá trình thi công phải theo trình tự và cách thức sau: Quét lên bề mặt bên trong của khuôn một lớp Wat chống dính đều và vừa phải. Lập tức quét lớp gelcoat để tránh bụi bám vào bề mặt ( đảm bảo đều và áp lực lăn vừa phải ). Chiều dày lớp gel khoảng 0,8-1,0mm. Trát lớp FRP : Đầu tiên nên trát ít nhất 1-2 lớp Mat rồi mới đến các lớp vải- Mat xen kẽ nhau. Lưu ý : - Nếu bán kính góc lượn quá nhỏ ta có thể nhồi nhựa và sợi. - Nếu góc bán kính góc lượn lớn ta có thể trát bình thường, thỉnh thoảng trát xen kẽ tại đó các dãi Mat với khổ lớn hơn chiều dài cung góc lượn mỗi bên khoảng 20mm. 4.2.2. Bề mặt không tiếp xúc với khuôn Để làm đẹp các bề mặt không tiếp xúc với khuôn, ta có thể phối hợp các giải pháp sau :Thi công các lớp FRP cuối cùng : Ở các lớp cuối cùng ta nên trát 1-2 lớp Mat để tăng sự dính kết, sau đó trát tiếp lớp vải mịn để cho bề mặt láng hơn.b) Sơn bề mặt : - Nếu bề mặt ở các khu vực không yêu cầu tính thẩm mỹ cao ( hầm hàng, buồng máy, ..) ta nên sử dụng các thiết bị chuyên dùng để xử lí bề mặt. - Sau đó, dùng loại sơn bảo vệ trộn đều với nhựa và chất làm láng ( paraphin ) với tỉ lệ thích hợp, sơn đều một lớp lên bề mặt, để khô và sơn tiếp lớp thứ hai.c) Tạo kết cấu dạng 3 lớp : Nếu bề mặt yêu cầu tính thẩm mỹ lại vừa cách nhiệt cách âm thì ta sử dụng kết cấu dạng 3 lớp : FRP- Chất độn – FRP ( Chất độn có thể là Foam, xốp cách nhiệt; độ dày FRP chỉ cần 1,5-2,0mm ). Tạo kết cấu 3 lớp như sau : - Nếu chất đệm là xốp tấm ta đặt chúng lên trên, sau đó đặt các tấm ép FRP đã chế tao sẵn lên lớp xốp và dùng vít cấy hay đinh rút liên kết các tấm FRP vào các gân gia cường. - Nếu chất đêm là Foam : Ta liên kết các tấm FRP trước để tạo khoảng trống giữa 2 lớp FRP và bơm Foam vào trong đó.d) Ép la phông FRP Nếu bề mặt yêu cầu tính thẩm mỹ cao ta nên sử dụng lớp la phông bằng FRP ép trực tiếp vào bề mặt. Quá trình ép như sau : - Xử lí bề mặt cần ép. - Lăn lên đó một lớp nhựa, để khô và quét tiếp một lớp mattit dày 1-3mm. - Dùng các tấm la phông đã chế tạo sẵn ép vào khu vực vừa quet mattit Ưu điểm : Liên kết giữa lớp la phông và lớp FRP gốc rất chắc chắn. Nhược điểm : Các bề mặt có độ cong phức tạp, phải dùng nhiều tấm la phông ghép lại với nhau. Như vây sẽ tao nên đường nối làm giảm tính thẩm mỹ.e) Dán nỉ Tương tự như ép la phông FRP, ở đây la phông được sử dụng là vải nỉ và chất liên kết là keo dán. Ưu điểm : Tạo nên bề mặt đẹp, mềm mại. Nhược điểm : Nhanh hỏng do độ bền của nỉ không cao và lớp keo dán dễ bị lão hóa trong môi trường ẩm mặn. 4.2.3. Các vị trí liên kết Các vị trí liên kết cần tính thẩm mỹ bao gồm : Các đầu bulong1 Mối ghép giữa các tâm FRP2 Mối ghép bằng góc ướt3 a) Các đầu bulong Đối với các đầu bulong lồi ra ngoài bề mặt : - Ta mài bề mặt FRP xung quanh đầu bulong với bán kính gấp 10 lần bán kính bulong. - Sau đó phủ lên khoảng 3-4 lớp Mat loại 450kg/m2 và phủ vải lụa ngoài cùng. - Tiến hành xư lý bề mặt cho nhẵn và sơn giống như xung quanh. Đối với đầu bulong âm : Ta trét mattit vào đầy lỗ khoét, mài và sơn theo yêu cầu 4.2.4. Các chi tiết bằng kim loại ( lan can, bích neo, tay vịn, .. ). Hầu hết được làm bằng inox để vừa có tính thẩm mỹ vừa chịu được môi trường nước biển. Các chi tiết chủ yếu được gia công tại xưởng đóng tàu nên cần quan tâm nhiều hơn đến tính thẩm mỹ, đặc biệt là mối ghép hàn. Đối mối hàn không mài ta chú ý đến kỹ thuật hàn. Đối với mối hàn phải mài thì ta chú ý đến kỹ thuật mài và đánh bóng. b) Mối ghép giữa các tấm FRP ( Có 2 cách ) : Cách 1 : Mài hết lớp sơn trên bề mặt 2 bên mối ghép ( mỗi bên khoảng 50mm ), trát 2 lớp Mat loại 450kg/m2 và 1 lớp vải lụa, xử lý bề mặt và sơn theo yêu cầu. Cách 2 : Dùng các loại nẹp nhựa hay nhôm có bán trên thị trường lắp che mối ghép lại ( có thể lắp bằng đinh rút hay vít ).c) Mối ghép bằng góc ướt : Ta chỉ trét mattit, mài nhẵn và sơn.5. Thay thế vật liệu Composite bằng vật liệu Polypropylen copolymer (PPC) 5.1. Lý do thay thế vật liệu Composite Vật liệu composite có những ưu điểm so với sắt, thép nhưng khả năng rách, vỡ cao, không thể tái chế nên là mối đe dọa tiềm ẩn đối với môi trường. Nhiều nước đã cấm sử dụng vật liệu này. Hơn nữa, thi công đóng tàu composite mang tính đơn chiếc rất đắt, phải đóng hàng loạt lớn mới đủ chi phí làm khuôn mẫu.5.2. Những ưu việt của vỏ tàu làm bằng Polypropylen copolymer (PPC) Mới đây, Polypropylen copolymer (PPC) là một vật liệu nhiệt dẻo mới do Viện nghiên cứu vật liệu Cộng hòa Séc nghiên cứu thử nghiệm và sáng chế đã mang lại hiệu quả rõ rệt về kinh tế, thân thiện với môi trường. Với việc bổ sung các phụ gia và phụ gia chống tia cực tím, các nhà khoa học đã tạo ra vật liệu mới, đảm bảo độ bền phù hợp để đóng tàu thuyền và các công trình nổi. PPC có nhiều ưu điểm nổi bật như : - Chịu được thời tiết nắng nóng mà không biến dạng, bền trong giải nhiệt độ rộng từ - 30°c -260°c, có khả năng cách nhiệt và cách âm tốt, không gỉ, không gây ô nhiễm môi trường. - Vỏ tàu PPC không bị thủy sinh vật bám, chịu được va đập mạnh (thậm chí ngăn được đạn xuyên thủng). - Khi chuyển động, vỏ tàu có tính đàn hồi giúp giảm xóc, ít ma sát hơn vỏ gỗ và thép nên đạt tốc độ cao, dễ xoay trở, nhưng lại tiết kiệm nhiên liệu.  - Khi gia công PPC sử dụng công nghệ hàn nhiệt đặc biệt, không phát sinh chất độc hại cho người và môi trường; vật liệu và phế liệu có thể tái chế 100%. - Tàu vỏ PPC có thể đạt tuổi thọ ít nhất 50 năm. - Về giá cả, tàu thuyền bằng công nghệ mới không đắt hơn so với các công nghệ truyền thông mà chi phí vận hành lại thấp do không tốn kém chi phí bảo trì và tiết kiệm nhiên liệu.Hình : Khu CN Đông Xuyên đang kiểm tra sản phẩm mẫu thử nghiệm Với công nghệ mới chế tạo tàu thuyền an toàn cho người sản xuất và thân thiện môi trường, nếu được các cấp, các ngành quan tâm, sản phẩm có thể trở thành mặt hàng chiến lược xuất khẩu của Việt Nam.Hình : Mẫu tàu đánh cá làm bằng vật liệu PPCIII. KẾT LUẬN Trong công nghệ sửa chữa tàu thuyền, muốn đạt được hiệu quả cao ta phải hiểu được bản chất và mức độ của dạng hư hỏng. Từ đó đề ra phương án sửa chữa, vật liệu cần thiết để khắc phục và giải pháp nhằm tăng tính thẩm mỹ cho tàu vỏ composite. Ngoài việc tìm dạng hư hỏng và sửa chữa, chúng ta có thể nghiên cứu, tìm tòi ra các loại vật liệu có thể thay thế cho vật liệu Composite để giảm mức độ hư hỏng, giảm chi phí nhưng độ thẩm mỹ lại tăng lên. Đưa ngành đóng tàu lên một tầm cao mới!HếtCám ơn sự theo dõi của thầy và các ban