Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO KEO DÁN THÙNG DẦU MỀM TRÊN CƠ SỞ CAO SU NEOPREN SỬ DỤNG TRONG KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG BÙI THỊ HỒNG PHƯƠNG (1), VƯƠNG VĂN TRƯỜNG (1), HÀ NGỌC THIỆN (1), VŨ TRẦN DƯƠNG (1), NGUYỄN ĐỨC ANH (1) MỞ ĐẦU Hiện nay, Qn chủng Phịng khơng Khơng qn Hải quân sử dụng loại máy bay để bảo vệ vùng trời, biển đảo thêm lục địa đất nước Một số loại máy bay Liên bang Nga nước khác sản xuất sử dụng thùng dầu mềm dùng để chứa nhiên liệu TC-1 JET-A1 Các thùng dầu mềm thường chế tạo từ cao su chịu dầu loại 203B Trong trình khai thác sử dụng tác động mơi trường nhiều nguyên nhân khác thùng dầu mềm bị nứt, rách, bong tróc… nên cần phải sửa chữa, hàn vá cao su keo dán chịu dầu Các loại keo dán thường sử dụng keo dán thành phần keo dán hai thành phần sở cao su butadien nitril, cao su neopren [1-4] Keo dán sở cao su neopren sử dụng phổ biến công nghiệp giày da, otô đặc biệt ngành kỹ thuật hàng không Để chế tạo keo dán sử dụng loại cao su neopren Tuy nhiên keo dán làm từ cao su neopren có mác khác tính chất keo khác nhau, chẳng hạn: Keo dán sở cao su neopren mác KNR có độ kết dính thấp; keo dán sở cao su neopren mác GNA, kết tinh chậm có độ dính kéo dài độ bền kết dính khơng cao đóng rắn nhiệt độ phòng nhiệt độ cao; keo dán sở cao su neopren mác GRT đóng rắn chậm, thời gian trì độ dính lâu độ bền dính thấp; keo dán sở cao su neopren mác W đóng rắn nhanh có độ bền kết dính cao; keo dán sở cao su neopren mác WRT đóng rắn nhanh độ bền màng thấp; keo dán sở cao su Найрит НE kết tinh chậm (chậm so với sử dụng Найрит A Найрит Б), màng khơ đóng rắn cách dễ dàng nhiệt độ phòng nhiệt độ cao [4-7] Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu chế tạo keo dán thùng dầu mềm sở cao su neopren sử dụng lĩnh vực hàng khơng, có so sánh đối chứng với mẫu keo dán cao su 4NBUV Liên bang Nga THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất Cao su neopren mác 1212 mác 1142 (Lanxess), Cao su neopren mác 210 Baypren, etylaxetat (TQ), xăng (VN), MgO, ZnO (TQ), silicagel (TQ) TMTD (TQ) 2.2 Quy trình chế tạo keo - Chuẩn bị hỗn hợp cao su: Cao su khối cắt thành cục nhỏ cán dát thành có chiều dày khoảng 2-3 mm máy cán trục hở Các cao su cắt thành miếng có kích thước khoảng x cm để sử dụng cho cán luyện máy cán thí nghiệm Cân cao su thành phần theo đơn nghiên cứu (MgO, 68 Tạp chí Khoa học Công nghệ nhiệt đới, Số 22, 05-2021 Nghiên cứu khoa học công nghệ ZnO TMTD) cân kỹ thuật Cho vào máy cán thí nghiệm cán mềm cao su khoảng 5-7 phút (nhiệt độ buồng trộn khoảng 55-60oC) Kết thúc trình, lấy hỗn hợp cao su cán dát thành mỏng (d ≤ mm) máy cán trục hở - Quy trình chế tạo keo: Mẫu cao su thử nghiệm cắt thành phần nhỏ khoảng x cm ngâm vào hỗn hợp dung môi khoảng 24 đến cao su trương nở Cho toàn hỗn hợp cao su vào cối nghiền bi, nghiền hỗn hợp cho đồng nhất, thời gian nghiền trộn khoảng giờ, cuối cho toàn lượng hydrosol oxit silic vào nghiền thêm 10 phút Điều chỉnh độ nhớt hỗn hợp dung môi để đạt độ nhớt 25-30 giây theo nhớt kế VZ-1 2.3 Các phương pháp đánh giá chất lượng keo dán 2.3.1 Màu sắc, dạng ngồi tính đồng nhất: Màu sắc, dạng ngồi tính đồng quan sát mắt thường ống nghiệm thủy tinh chiều cao 200 mm, đường kính (21±0,5) mm điều kiện nhiệt độ mơi trường, ánh sáng ban ngày 2.3.2 Độ nhớt: Đo độ nhớt theo VZ-1 thực nhiệt độ (20±1)oC Đặt nhớt kế giá cho nhớt kế cố định vị trí nằm ngang Đóng lỗ (vịi phun) tay, phía lỗ phun đặt ống đong chia độ Sau dung dịch keo ổn định bỏ ngón tay khỏi lỗ, vừa thấy keo xuất qua miệng lỗ phun bấm đồng hồ bấm giây Khi lượng keo đạt mức xác 50 ml ngừng đồng hồ bấm giây đọc thời gian chảy với sai số không lớn giây Làm lần lấy kết trung bình Tiến hành đo lần, lần sau không cần rửa nhớt kế Độ nhớt mẫu keo thử tính theo cơng thức: X = t.K (1) Trong đó: t - giá trị trung bình thời gian chảy lần đo K - hệ số điều chỉnh nhớt kế, K = 1,0 2.3.3 Xác định hàm lượng chất khơng bay hơi: Cân xác 10 gam keo cân phân tích có độ xác 10-2 g cho vào cốc sứ khô, đặt vào tủ sấy sấy nhiệt độ từ 90oC đến 100oC giờ, lấy cốc để nguội bình hút ẩm Sau cân cân phân tích, lặp lại q trình đến khối lượng mẫu không đổi Làm lần lấy kết trung bình - Xử lý kết Hàm lượng chất khơng bay tính theo cơng thức sau: X= 𝑥100 (2) Trong đó: X: Phần trăm hàm lượng chất không bay hơi; m1: Khối lượng keo ban đầu; m2: Khối lượng cặn keo sau sấy Tạp chí Khoa học Công nghệ nhiệt đới, Số 22, 05-2021 69 Nghiên cứu khoa học công nghệ 2.3.4 Độ bền tách lớp mối dán keo dán cao su với cao su (mác P-29/TY 38105121-75) sau 20 phút Chuẩn bị mẫu cao su: Mẫu cao su P-29 cắt theo kích thước (20 x 5) cm, mẫu rửa nước xà phịng ấm (khoảng 60-70oC) sau rửa lại nước ấm (khoảng 60-70oC) để khô nhiệt độ phòng Trước dán keo, mẫu cao su làm lại xăng để khô khoảng 15 phút - Chuẩn bị mẫu keo dán: Khuấy kỹ lọ đựng keo cho đồng nhất, điều chỉnh lại độ nhớt hỗn hợp dung môi etylaxetat xăng đến độ nhớt đạt từ 25 đến 30 giây tiến hành quét keo lên mẫu - Keo quét lên mặt mẫu cao su làm hai lớp, lớp thứ để khơ hồn tồn, lớp thứ để khô khoảng 15 phút trước dán hai mẫu cao su với Lượng keo sử dụng cho ba mẫu (16±1) gam - Sau 20 phút, mẫu kéo để xác định độ bền bóc tách mối dán keo máy kéo đa với tốc độ kéo 100mm/phút 2.3.5 Độ bền tách lớp mối dán keo dán vải cao su capron (TY 380056079-75) với sau 20 phút - Chuẩn bị mẫu vải cao su capron: Mẫu vải cao su cắt theo kích thước (20x5) cm Trước dán keo, mẫu vải cao su rửa xăng để khô nhiệt độ phòng khoảng 15 phút - Chuẩn bị keo dán: Được thực mục 2.3.4 - Keo quét lên bề mặt vải cao su làm ba lớp, lớp thứ cách lớp thứ 20 phút, lớp thứ hai cách lớp thứ ba 25 phút trước dán hai vải cao su với Lượng keo sử dụng cho ba mẫu (25±1) gam - Sau 20 phút, mẫu kéo để xác định độ bền bóc tách mối dán keo máy kéo đa với tốc độ kéo 100 mm/phút 2.3.6 Sự tách hai lớp vải cao su capron (TY 380056079-75) dán dạng sách - Chuẩn bị mẫu vải cao su capron: Mẫu vải cao su cắt theo kích thước (10x10) cm Trước dán keo, mẫu vải cao su rửa xăng để khơ nhiệt độ phịng khoảng 15 phút - Chuẩn bị keo dán: Được thực mục 2.3.4 - Keo quét bề mặt vải cao su làm lớp, lớp thứ cách lớp thứ 20 phút, lớp thứ hai cách lớp thứ ba 25 phút trước dán gập vải cao su với - Mẫu để không tải trọng giờ, sau đánh giá xem mẫu có bị phân tách không 2.3.7 Phương pháp thử nhiệm thực tế Keo dán 4NBUV thử nghiệm thực tế nhà máy A42 theo quy trình sửa chữa thùng dầu mềm cho máy bay trực thăng Mi-8 Mi-17 70 Tạp chí Khoa học Công nghệ nhiệt đới, Số 22, 05-2021 Nghiên cứu khoa học công nghệ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu chế tạo keo dán cao su sở cao su neopren 3.1.1 Xây dựng thành phần đơn Qua trình nghiên cứu tài liệu [8-11] thử nghiệm thăm dị chúng tơi định hướng sử dụng cao su neopren làm keo dán cho thùng dầu mềm cao su neopren mà chúng tơi lựa chọn khảo sát có tính chất phù hợp cho keo dán như: - Tương tác tốt với phụ gia dung môi cho hỗn hợp keo dán đồng nhất, khơng vón cục - Dán cao su chịu dầu, cho độ bền mối dán tốt - Chế tạo với số phụ gia silicagel tạo keo dán có khả kháng dầu, mỡ cao Từ chúng tơi xây dựng đơn chế tạo keo sơ khai bao gồm thành phần bảng Bảng Thành phần đơn chế tạo keo dán TT Tên thành phần Cao su neopren MgO ZnO TMTD Silicagel Hỗn hợp etylaxetat:xăng=1:1 Phần khối lượng theo cao su 100 2÷10 1÷10 1,5 5÷15 Đạt độ nhớt theo yêu cầu - TMTD sử dụng chất xúc tiến lưu hóa keo dán, khơng ảnh hưởng nhiều đến tính chất keo dán nên sử dụng cố định hàm lượng TMTD 1,5 phần khối lượng 3.1.2 Kết khảo sát lựa chọn mác cao su neopren phù hợp cho sản xuất keo dán Cao su neopren thành phần có keo dán thùng dầu mềm, giữ vai trò định đến độ mềm dẻo tính đàn hồi mối dán keo Tổng quan tài liệu cho thấy keo dán sở neopren sử dụng sửa chữa thùng dầu mềm thường sử dụng cao su neopren (nairit) mác HE (keo dán 4NBUV Liên Bang Nga) Cao su nairit mác HE thuộc loại kết tinh chậm Màng khơ đóng rắn dễ dàng nhiệt độ phòng nhiệt độ cao Cao su Nairit chứa tác nhân chống lão hóa nhuộm màu không màu tiếp xúc ánh sáng Chúng chọn ba loại cao su CR 210 hãng Baypren thuộc nhóm W, cao su CR 1212 CR 1142 Lanxess sản xuất thuộc nhóm GNA để nghiên cứu chế tạo keo dán dựa tương đồng tính chất so với cao su nairit mác HE Chỉ tiêu nghiên cứu lựa chọn độ bền mối dán keo cao su P-29 Kết khảo sát thống kê bảng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ nhiệt đới, Số 22, 05-2021 71 Nghiên cứu khoa học công nghệ Bảng Ảnh hưởng cao su neopren lên tính keo dán Mác cao su Cao su CR 210 Phần KL Cao su MgO ZnO Silicagel Độ bền mối dán*, (kgf) Đặc trưng mối dán * Cao su CR 1212 Cao su CR 1142 100 10 100 10 100 10 1,398 1,967 1,835 Keo khơng đóng rắn triệt để Tỷ lệ hỗn hợp Tỷ lệ hỗn hợp cao su cao su CR1212:CR11 CR210:CR1142 42 = 1:1 = 1:1 100 100 4 5 10 10 1,679 Keo đóng Keo Keo đóng rắn đóng rắn tương đối chưa tốt tốt rắn tốt 1,625 Keo đóng rắn chưa tốt Độ bền bóc tách mối dán keo cao su P-29 sau 20 phút Từ kết cho thấy cao su neopren mác 1212 tốt Điều hồn tồn phù hợp cao su CR mác 1212 có tính chất tương đồng với cao su Nairit mác HE hai loại cao su thuộc nhóm biến tính lưu huỳnh, kết tinh chậm chứa tác nhân chống lão hóa, khơng màu tiếp xúc ánh sáng 3.1.3 Nghiên cứu hàm lượng MgO ZnO có keo dán MgO ZnO hai oxit kim loại giữ vai trò tác nhân đóng rắn (lưu hóa) cho cao su neopren, ngồi cịn chất độn keo dán Tuy nhiên tùy theo loại keo với mục đích sử dụng khác mà hàm lượng hai kim loại dùng khác Lượng MgO ZnO keo dán neopren ảnh hưởng tới khả đóng rắn màng keo Vì chúng tơi nghiên cứu tỷ lệ MgO ZnO 100 phần cao su neopren mác CR 1212 sử dụng để chế tạo keo dán Kết nghiên cứu thống kê bảng Bảng Ảnh hưởng hàm lượng MgO ZnO lên mối dán keo Thành phần đơn Cao su CR1212 MgO ZnO Silicagel TMTD Độ bền mối dán*, (kgf) Đặc điểm mối dán keo * 72 M1 100 10 1,5 2,005 Màng keo mềm M2 M3 M4 M5 100 100 100 100 10 5 5 10 10 10 10 1,5 1,5 1,5 1,5 1,948 1,768 1,450 2,346 Màng Màng keo Màng keo Màng keo keo đóng tương đối đóng rắn đóng rắn khơ chưa tốt chưa tốt rắn tốt Độ bền bóc tách mối dán keo cao su P-29 sau 20 phút Tạp chí Khoa học Cơng nghệ nhiệt đới, Số 22, 05-2021 Nghiên cứu khoa học công nghệ Từ kết nghiên cứu thấy tỷ lệ MgO/ZnO = 4/5 cho chất lượng mối dán tốt Tỷ lệ lựa chọn cho nghiên cứu 3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần silicagel lên độ bền mối dán keo Silicagel có dạng hình cầu Bề mặt hạt nhân hạt keo gồm silicon dioxit (SiO2) bao phủ nhóm silanol (SiOH) Sự phân ly dẫn đến xuất lớp điện kép điện tích âm hạt zola Thêm hydrosol oxit silic thành phần keo cho phép thu lượng lớn trung tâm kết dính Hydrosol silic oxit tương tác với thành phần hữu cao su cloroprene làm cho độ bền liên kết cải thiện lớp vật liệu dán làm tăng độ bền mối dán keo môi trường xâm thực Ngồi keo dán có thành phần silicagel có khả kháng dầu xăng cao [12], tính chất cần thiết cho keo dán 4NBUV.VN Chúng tơi tiến hành khảo sát có mặt silicagel hàm lượng 100 phần khối lượng cao su CR 1212 keo dán để đạt độ bền mối dán tốt Kết khảo sát thống kê bảng Bảng Ảnh hưởng hàm lượng silicagel lên mối dán keo Thành phần đơn M6 M7 M8 M9 M10 M11 100 100 100 100 100 100 MgO 4 4 4 ZnO 5 5 5 Silicagel 7,5 10 12,5 15 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,675 1,865 1,950 2,104 2,001 1,987 Cao su TMTD Độ bền mối dán* , (kgf) * Độ bền bóc tách mối dán keo cao su P-29 sau 20 phút Từ kết cho thấy hàm lượng silicagel ảnh hưởng lớn đến tính lý mối dán keo Mẫu keo khơng có silicagel có độ bền bóc tách thấp, độ bền bóc tách tăng lên theo chiều tăng hàm lượng silicagel đạt giá trị cực đại vùng lân cận 10 phần Khi lượng silicagel tăng đến 15 phần độ bền bóc tách mối dán lại có xu hướng giảm Kết thí nghiệm khẳng định tỷ lệ cao su/silicagel = 100/10 độ bền mối dán keo đạt chất lượng tốt Từ kết nghiên cứu xác định đơn chế tạo keo hồn chỉnh bảng Tạp chí Khoa học Công nghệ nhiệt đới, Số 22, 05-2021 73 Nghiên cứu khoa học công nghệ Bảng Đơn chế tạo keo dán TT Thành phần Phần khối lượng Cao su neopren mác 1212 100 MgO ZnO TMTD 1,5 Silicagel 10 Hỗn hợp etylaxetat xăng tỷ lệ 1:1 Đạt độ nhớt theo yêu cầu (300-400) 3.2 Kết đánh giá chất lượng keo 3.2.1 Kết đánh giá phòng thí nghiệm Sau lựa chọn đơn chế tạo keo dán, tiến hành chế thử keo dán theo quy trình mục 2.2 đánh giá tính chất keo dán như: Độ bền tách lớp mối dán keo bọt cao su P-29 sau dán 20 phút, độ bền tách lớp mối dán keo vải cao su capron độ bền tách hai lớp vải cao su capron dán dạng sách Kết cho thấy hai lớp vải cao su capron dán dạng sách sau không bị phân tách Độ bền tách lớp mối dán keo mẫu bọt cao su P-29 sau dán 20 phút độ bền tách lớp mối dán keo vải cao su capron có độ chụm cao, trung bình đạt 0,44 kgf/cm 1,38 kgf/cm Kết cụ thể cho bảng 6, hình hình Bảng Kết đo độ bền bóc tách mối dán keo Độ bền mối dán bọt cao su P-29 Độ bền mối dán vải cao su capron TT Tải trọng phá hủy mẫu, kgf Độ bền bóc tách, kgf/cm Tải trọng phá hủy mẫu, kgf Độ bền bóc tách, kgf/cm 2,408 0,48 6,648 1,33 1,848 0,37 7,062 1,41 2,004 0,40 6,902 1,39 2,538 0,51 ˗ ˗ 2,346 0,47 ˗ ˗ TB 2,225 0,44 6,877 1,38 74 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ nhiệt đới, Số 22, 05-2021 ... độ mềm dẻo tính đàn hồi mối dán keo Tổng quan tài liệu cho thấy keo dán sở neopren sử dụng sửa chữa thùng dầu mềm thường sử dụng cao su neopren (nairit) mác HE (keo dán 4NBUV Liên Bang Nga) Cao. .. keo dán cao su sở cao su neopren 3.1.1 Xây dựng thành phần đơn Qua trình nghiên cứu tài liệu [8-11] thử nghiệm thăm dị chúng tơi định hướng sử dụng cao su neopren làm keo dán cho thùng dầu mềm cao. .. chất keo dán nên sử dụng cố định hàm lượng TMTD 1,5 phần khối lượng 3.1.2 Kết khảo sát lựa chọn mác cao su neopren phù hợp cho sản xuất keo dán Cao su neopren thành phần có keo dán thùng dầu mềm,