Chế tạo chất làm kín trên cơ sở silicon tương đương sản phẩm viksint U2-28NT của LB Nga, sử dụng làm vật tư trong lắp ráp quả đạn KH-35E - Ngô Hoàng Giang

Hóa học & Kỹ thuật môi trường N.H.Giang, V.H.Phương, N.V.Hưng,, “Chế tạo chất làm kín quả đạn Kh-35E.” 140 CHẾ TẠO CHẤT LÀM KÍN TRÊN CƠ SỞ SILICON TƯƠNG ĐƯƠNG SẢN PHẨM VIKSINT U2-28NT CỦA LB NGA, SỬ DỤNG LÀM VẬT TƯ TRONG LẮP RÁP QUẢ ĐẠN Kh-35E Ngô Hoàng Giang, Võ Hoàng Phương, Nguyễn Việt Hưng*, Nguyễn Đình Dương, Nguyễn Thị Hương, Nguyễn Ngọc Sơn Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu chế tạo, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu kỹ thuật của chất làm kín trên cơ sở silicon cho thấy với thành phần đơn:100 phần paste silicon có chứa bột oxít kẽm và bột oxít sắt/ 1,7 phần Etyl silicat TES 40 / 1,0 phần chất lỏng kị nước MH15 thì chất làm kín chế tạo được đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm Viksint U-2-28NT của Liên bang Nga. Từ khóa: Quả đạn Kh-35E, Viksint U-2-28NT, Cao su silicon, Etylsilicat. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Chất trám Viksint U-2-28NT được sử dụng để làm kín cửa sổ bên, cửa sổ kiểm tra trên thân quả đạn Kh-35E [1,2]. Theo (TY38 303-04-04-90), Viksint U-2-28NT là chất trám trên cơ sở hệ cao su silicon lưu hóa ở nhiệt độ phòng; gồm các thành phần là paste U-2, xúc tác số 28 và chất lỏng kị nước 136-41. Sản phẩm cuối cùng có các tính chất đặc trưng như: ổn định, trơ về mặt hóa học, chịu được môi trường hóa chất, dầu mỡ và đặc biệt là khả năng làm việc trong dải nhiệt độ rộng (từ -55oC đến 300oC), nên được sử dụng khá phổ biến trong ngành hàng không, vũ trụ [7]. Theo một số kết quả nghiên cứu đã công bố [6,8] chỉ ra rằng Viksint U-2-28NT được chế tạo từ chất nền là nhựa polydimetylsiloxan có các nhóm hydroxyl ở đầu mạch đã được thêm bột độn và bột màu, sử dụng chất lưu hóa là polyetylsilicat và dầu hydrosilicon lỏng. Bài báo này đưa ra kết quả chế tạo loại chất trám, làm kín trên cơ sở silicon tương đương sản phẩm Viksint U-2-28NT, đáp ứng yêu cầu chủ động trong việc bảo quản, sửa chữa quả đạn Kh-35E, tiến tới góp phần nghiên cứu làm chủ công nghệ chế tạo VKTBKT của quân đội. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Hoá chất - thiết bị 2.1.1. Hoá chất - Nhựa silicon lỏng các mác (Bayer, Đức) - Dầu silicon lỏng (GE Bayer MH15) - Etyl silicat TES 40 (Đức) - Bột: TiO2 , SiO2 , Fe2O3 , ZnO (Hàn Quốc) - Dung môi các loại (PA): axeton, Cyclohexan, metylclorit. 2.1.2. Thiết bị - Máy khuấy cơ có bộ phận điều chỉnh tốc độ quay (TQ). - Thiết bị phân tích phổ hồng ngoại TENSOR II Brucker (Mỹ). - Thiết bị đo thời gian gel hóa Gelnorm/Gel Instrumente AG (Mỹ). - Thiết bị thử nghiệm đa năng Zwick 2.5 (Đức). 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Chuẩn bị mẫu Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 141 Tiến hành pha chế mẫu Paste Silicon: Bước 1: dùng cối sứ để nghiền trộn, phân tán đều hỗn hợp oxít kim loại được chuẩn bị theo tỷ lệ sau: 180g ZnO : 12g Fe2O3 : 2g SiO2. Bước 2: thêm từ từ hỗn hợp oxít kim loại đã chuẩn bị ở trên vào cốc thủy tinh 500ml có chứa 200g nhựa silicon lỏng. Quá trình thêm hỗn hợp kim loại được khuấy trộn với tốc độ 100 vòng/phút, sau khi thêm toàn bộ lượng oxi kim loại vào nhựa thì giảm tốc độ khuấy xuống 60 vòng/phút và tiếp tục duy trì tốc độ này trong vòng khoảng 1 giờ đế khi thu được hỗn hợp đồng nhất ở dạng paste. Ký hiệu mẫu và thành phần đơn chế tạo chất trám trên cơ sở silicon, sử dụng chất lưu hóa Etyl silicat TES 40, chất lỏng kị nước MH15 với hàm lượng khác nhau, được thể hiện trong bảng 1[4]. Bảng 1. Các thành phần đơn chất trám Silicon khảo sát. Đơn keo Thành phần, Phần khối lượng GS1 GS2 GS3 GS4 GS5 Paste Silicon 100 100 100 100 100 Etyl silicat TES 40 1,0 1,3 1,7 2,1 2,5 Chất lỏng kị nước MH15 0,1 0,5 1,0 1,5 2,0 Các mẫu này sau khi được chuẩn bị, để lưu hóa ở điều kiện phòng (nhiệt độ 25oC, độ ẩm 75%) và kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu như của sản phẩm Viksint U-2 -28NT. 2.2.2. Xác định thời gian gel hóa Thời gian gel hóa của các mẫu nghiên cứu được thực hiện trên thiết bị GELNORM theo tiêu chuẩn của Anh DIN 16916. Phương pháp kiểm tra này cho biết thời gian sống để sử dụng của chất trám. 2.2.3. Phân tích phổ hồng ngoại Phổ hồng ngoại của mẫu được chụp bằng phương pháp ép viên KBr, trên thiết TENSOR II (Brucker), ở bước sóng từ 400-4000 cm-1. Đo phổ hồng ngoại sau các khoảng thời gian khác nhau, để xác định khả năng lưu hóa qua sự thay đổi của các nhóm chức. 2.2.4. Xác định độ giãn dài tương đối Độ giãn dài tương đối của mẫu chất trám Silicon được kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN 4509: 2006. Cao su - Xác định các tính chất ứng suất - dãn dài khi kéo. 2.2.5. Xác định độ cứng Shore A Độ cứng của mẫu chất trám Silicon được kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN 1595-1: 2007. Cao su, lưu hóa hoặc nhiệt dẻo - Xác định độ cứng ấn lõm - Phần 1: Phương pháp sử dụng thiết bị đo độ cứng (Độ cứng Shore). 2.2.6. Kết quả xác định độ bền kéo đứt Độ bền kéo đứt của chất trám được kiểm tra ở nhiệt độ thường trên thiết bị bị thử nghiệm đa năng Zwick 2.5, theo tiêu chuẩn TCVN 4509-88. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Hóa học & Kỹ thuật môi trường N.H.Giang, V.H.Phương, N.V.Hưng,, “Chế tạo chất làm kín quả đạn Kh-35E.” 142 3.1. Kết quả xác định thời gian gel hóa Kết quả xác định thời gian gel hóa của các đơn chất trám silicon được trình bày trong bảng 2 Bảng 2: Thời gian gel hóa của các đơn chất trám Silicon. Đơn keo GS1 GS2 GS3 GS4 GS5 Thời gian gel hóa, h 8h 22’55” 6h 31’13” 5h 05’29” 3h 24’36” 2h 18’15” Kết quả ở bảng 2, cho thấy khi sử dụng hàm lượng các chất lưu hóa ít thì thời gian gel hóa của chất trám là rất dài, nhưng để lưu mẫu theo dõi có hiện tượng bề mặt còn dính, thể hiện sự lưu hóa chưa hoàn toàn do lượng xúc tác không đủ (mẫu GS1). Khi thay đổi lượng Etyl silicat TES 40 từ 1,3g - 2,1g và chất lỏng kị nước MH15 từ 0,5g - 1,5g, thời gian gel hóa giảm tương đối nhanh. Khi lượng chất lưu hóa Etyl silicat TES 40 được tăng lên tới 2,5g; chất lỏng kị nước MH15 là 2,0g thì thời gian gel hóa tiếp tục giảm, nhưng giảm chậm và ra ngoài khoảng giá trị yêu cầu. Kết quả nghiên cứu này cho thấy trong quá trình lưu hóa hàm lượng các nhóm OH trong cao su silicon giảm do xảy ra các phản ứng của nhóm OH ở đầu mạch sau [5]: Si O O O O H5C2 H5C2 C2H5 C2H5 Si CH3 CH3 OHO Si CH3 CH3 OHO Si CH3 CH3 OH O Si CH3 CH3 OH O Si O O O O Si CH3 CH3 OH Si CH3 CH3 OH Si CH3 CH3 O Si CH3 CH3 O + 4 C2H5OH+ + (1) OH Si CH3 CH3 O Si OH CH3 CH3 + SiH CH3 CH3 O Si O CH3 CH3 Si OO Si O Si O Si O CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 + H2 (2) 3.2. Kết quả phổ hồng ngoại Hình 1. Phổ hồng ngoại của mẫu GS3 sau các khoảng thời gian khác nhau. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 143 Kết quả ghi phổ hồng ngoại cho sự thay đổi nhóm chức trong nhựa silicon theo thời gian của các mẫu GS3, GS5, minh chứng thêm cho cho cơ chế lưu hóa, được trình bày thể hiện trong hình 1, hình 2 sau: Hình 2. Phổ hồng ngoại của mẫu GS5 sau các khoảng thời gian khác nhau. - Trên phổ đồ hình 1 và hình 2 cho thấy, các pic kép hấp thụ tại các tần số 1020-1100 cm-1 đặc trưng cho liên kết Si-O-Si. Trong vùng này có hai đỉnh hấp thụ có cường độ lớn đặc trưng cho mạch siloxan là thẳng và dài. Vì liên kết Si-O-C2H5 cũng có phổ đặc trưng trong vùng này nên thường bị chồng lấn. Các pic tại 2900 cm-1 và 2960 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị, các pic tại 1260 cm-1 và 1410 cm-1 đặc trưng dao động biến dạng của liên kết C-H trong nhóm CH3. Đỉnh hấp thụ tại vùng tần số 3440 cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của các nhóm OH. Liên kết OH này cũng tạo nên pic hấp thụ tại vị trí có tần số khoảng 860 cm-1. Đây là nhóm chức hoạt động được gắn đầu các mạch siloxan. Các đỉnh hấp thụ tương đối yếu tại vị trí 2160 cm-1 đặc trưng cho liên kết Si-H [5]. - Phản ứng đóng rắn được thể hiện rõ qua sự giảm về cường độ của các pic hấp thụ tại tần số 3440 cm-1 và 2160 cm-1 đặc trưng cho sự giảm về lượng của nhóm OH và SiH theo thời gian và lượng chất lưu hóa đưa vào. Cụ thể, kết quả đo của mẫu GS3 tại hình 1 cho thấy cường độ hấp thụ đặc trưng của hai pic của nhóm OH, SiH tại số song 3340 cm-1 và số sóng 2160 cm-1 giảm dần theo thứ tự thời gian lưu hóa của mẫu lần lượt là 60, 180, 300 phút. Trong khi đó, với mẫu GS5 có tổng lượng chất lưu hóa là 4,5 g, tại thời điểm 90 phút, pic hấp thụ của nhóm OH tại 3340 cm-1 và của nhóm SiH tại 2160 cm-1 đã giảm đi rõ rệt so với thời điểm 60 phút, đến thời điểm 140 phút thì còn rất yếu và hầu như không còn các pic hấp thụ tại vị trí này, tức là phản ứng lưu hóa gần như đã hoàn thành (hình 2). 3.3. Kết quả xác định các chỉ tiêu kỹ thuật khác Kết quả xác định các chỉ tiêu kỹ thuật khác như khối lượng riêng, độ cứng theo Shore A, độ giãn dài tương đối và độ bền kéo đứt trên nền nhôm của các đơn chất trám silicon chế tạo được trình bày trong bảng 3 Bảng 3. Các chỉ tiêu kỹ thuật khác của các đơn chất trám Silicon. Đơn keo Chỉ tiêu GS1 GS2 GS3 GS4 GS5 Ngoại quan Màu hồng Màu hồng Màu hồng Màu hồng Màu hồng Khối lượng riêng, g/cm3 2,13 2,18 2,21 2,26 2,3 Độ cứng, Shore A 25 33 41 51 59 Hóa học & Kỹ thuật môi trường N.H.Giang, V.H.Phương, N.V.Hưng,, “Chế tạo chất làm kín quả đạn Kh-35E.” 144 Độ giãn dài tương đối, % 214 251 300 260 225 Độ bền kéo đứt, MPa 1,64 2,55 3,32 3,41 3,45 Qua số liệu ở bảng 3 cho thấy: Khi tăng hàm lượng Etyl silicat TES 40 và chất lỏng kị nước MH15 lên, thì các các chỉ tiêu về khối lượng riêng, độ cứng theo Shore A và độ bền kéo đứt trên nền nhôm đều tăng. Riêng chỉ tiêu độ giãn dài tương đối có điểm cực đại ở đơn chất trám GS3. Điều này được lý giải là do ở các đơn chất trám GS1, GS2 chưa có sự lưu hóa hoàn toàn (như lý giải kết quả xác định thời gian gel hóa), còn ở các đơn chất trám GS4, GS5 giá trị độ giãn dài tương đối giảm là phù hợp với tương quan giá trị độ cứng. Các kết quả xác định các chỉ tiêu kỹ thuật ở đơn chất trám GS3 là đảm bảo, đáp ứng các tính chất làm kín như sản phẩm Viksint U-2-28NT của Liên bang Nga (trình bày ở bảng 4). Bảng 4. So sánh các chỉ tiêu kỹ thuật chất trám Silicon chế tạo được (GS3). TT Tên chỉ tiêu Giá trị Chất trám Silicon chế tạo được GS3 Sản phẩm Viksint U-2-28NT (Nga) 1 Ngoại quan Đồng nhất, màu hồng Đồng nhất, màu hồng 2 Khối lượng riêng, g/cm3 2,21 2,2 3 Thời gian sống của chất trám, h 5h 05’29” 3 - 8 4 Độ cứng, Shore A 41 35 - 50 5 Độ giãn dài tương đối, % 300 ≥ 275 6 Độ bền kéo đứt, MPa 3,32 ≥ 2 4. KẾT LUẬN Qua kết quả khảo sát hàm lượng các chất khâu mạch đến quá trình lưu hóa, thời gian gel hóa và kết quả ghi phổ hồng ngoại cho thấy có sự hình thành tương tác hóa học giữa nhựa và các chất lưu hóa, điều này đã minh chứng thêm cho cơ chế lưu hóa ở nhiệt độ thường của loại nhựa silicon có chứa hydroxyl ở đầu mạch này. Chất trám silicon chế tạo được có dạng đồng nhất, màu hồng với khối lượng dương: 2,21 g/cm3; thời gian sống 5h 05’ 29’’; độ cứng Shore A: 41; độ giãn dài tương đối: 300%; độ bền kéo đứt trên nền nhôm: 3,32 MPa. Các kết quả thu được về chỉ tiêu kỹ thuật cho thấy sản phẩm chế tạo được có tính chất tương đương với sản phẩm Viksint U-2-28NT nhập khẩu của Nga. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Việt Bắc, Chu Chiến Hữu (2013), “Vật liệu Polyme trong kỹ thuật tên lửa - Tài liệu kỹ thuật chuyên ngành”, Viện KH&CN quân sự/ BQP. [2]. Võ Hoàng Phương (2013), “Phân tích vật liệu tiêu hao cho quả đạn Kh-35E”, Nhiệm vụ số 17. Viện Khoa học và Công nghệ quân sự. [3]. Ngô Phú Trù (1996), “Kỹ thuật chế biến và gia công cao su”, Nhà xuất bản Đại học Bách khoa Hà Nội. [4]. Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), “Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử”, Nhà xuất bản Giáo dục. [5]. John W. Dean (1990), “Silicone Adhesive Sealans and Abhesives”. Chapter 30, Handbook of Adhesives. Chapman & Hall. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 145 [6]. Anthony F. Wilde (1989), “Standard rubbers for chemical defence research, volume I: Formular and properties”, U.S. Army Materials Technology Laboratory, Watertown, Massachusetts 02172-0001. [7]. ТУ 38.303-04-04-90 [8]. Башкатов Т. В., Жигалин Я.Л (1987), “Технология синтетических каучуков: Учебник для техникумов”, 2-е изд., перераб. Л.: Химия. ABSTRACT FABRICATION BASED SILICONE SEALANT EQUIVALENT OF RUSSIAN FEDERATION VIKSINT U2-28NT, MAKING MATERIALS USED IN ASSEMBLY MISSILE Kh- 35E Based on the analytical results obtained, has selected analogs in manufacturing technology sealing materials from silicon. With single component including 100 parts silicone paste containing zinc oxide powder and iron oxide powder / 1.7 parts ethyl silicate TES 40 / 1.0 parts of hydrophobic liquids MH15, the sealant is manufactured achieve the specifications of the product U - 2-28NT Viksint of the Russian Federation. The sealant is manufactured for use in assembling Kh - 35E rounds helped improve active in the preservation and repair of weapons and technical equipment of the army. Keywords: Missile Kh-35, Viksint U-2-28NT sealant, Silicone rubber, Ethylsilicate crosslinker. Nhận bài ngày 16 tháng 9 năm 2015 Hoàn thiện ngày 26 tháng 10 năm 2015 Chấp nhận đăng ngày 25 tháng 12 năm 2015 Địa chỉ: Viện Hóa học - Vật liệu, Viện KH-CNQS; * Email: hungdiego76@yahoo.com