Khảo sát tính chất và thành phần của sơn phủ AK-O7o trong tên lửa I - Lã Đức Dương

Hãa häc L. §. D­¬ng, N. H. Phong, P. T. Xu©n, "Kh¶o s¸t tÝnh chÊt v thnh phần tªn löa I." 130 KH¶o S¸T TÝNH CHÊT Vµ THµNH PHÇN CñA S¬N PHñ AK-070 TRONG TªN LöA I LÃ ĐỨC DƯƠNG, NGUYỄN HÙNG PHONG, PHAN THANH XUÂN Tóm tắt: Sơn lót AK-070 (do Nga chế tạo) hiện đang được ứng dụng để sơn phủ một số chi tiết trong tên lửa I. Để chủ động trong quá trình sản xuất và chế tạo trong nước, nhóm tác giả đã tiến hành khảo sát đo đạc các tính chất cơ lý và phân tích thành phần hóa học mẫu sơn này do Nga chế tạo. Kết quả phân tích thành phần cho thấy sơn AK-070 được chế tạo từ hỗn hợp nhựa Acrylic trong dung môi toluen, với chất màu là SrCrO4 và chất hóa dẻo là tricresyl phosphate. Sơn có độ bền cơ lý cao đáp ứng yêu cầu đặt ra của màng bảo vệ cho một số chi tiết trong tên lửa I. Từ khóa: Sơn lót, Nhựa Acrylic, Sơn AK-070. 1. MỞ ĐẦU Lớp sơn lót là thành phần màng dùng để phủ lên trên bề mặt kim loại trước khi sơn các loại màng sơn khác. Một lớp sơn lót tốt có thể thu được các tính năng như sau: Tăng khả năng bám dính giữa chất nền và các lớp sơn, điền đầy các lỗ hổng trên bề mặt vật liệu, ức chế ăn mòn đối với các bề mặt kim loại [1,2]. Sơn lót một thành phần AK- 070 theo GOST 25718-83 [3] nhập từ Nga hiện nay đang được ứng dụng trong lắp ráp cụm tên lửa 9M39 và 9Є410, là nhiệm vụ trọng yếu trong xu hướng chủ động chế tạo VKTBKT trong nền công nghiệp quốc phòng nước ta. Dung dịch tạo màng lót cho các lớp sơn tiếp theo là thành phần sơn lót bắt buộc trong hệ sơn được sử dụng để sơn ống phóng trong tên lửa, các tiếp điểm của linh kiện điện tử trong tên lửa (lắp ráp khoang lái và động cơ hành trình...) hay các vị trí ốc vít, mà phục vụ trực tiếp cho việc lắp ráp các cụm tên lửa thuộc dự án I. Tuy nhiên, thời hạn sử dụng của loại sơn lót này chỉ có 12 tháng kể từ ngày sản xuất, trong khi đó thời gian để nhập khẩu có thể lên đến vài tháng và khó nhập khẩu với số lượng nhỏ, hơn nữa quy trình chế tạo các chi tiết của cụm tên lửa lại yêu cầu nhiều công đoạn, vì vậy sơn lót có thể hỏng trước khi chúng được đưa vào sử dụng cho các chi tiết tên lửa. Không những thế, việc nhập khẩu các sản phẩm liên quan đến quốc phòng là rất khó khăn và phức tạp. Vì vậy việc nghiên cứu chế tạo sản phẩm sơn màng lót phục vụ dự án I là thực sự cần thiết, giúp ta chủ động về sản phẩm, chất lượng và sẵn sàng đáp ứng bất cứ lúc nào khi dự án I yêu cầu. Trong bài báo này nhóm tác giả đã tiến hành khảo sát một số tính chất cơ lý theo tiêu chuẩn TCVN và GOST, đồng thời phân tích thành phần hóa học của mẫu sơn lót AK-070 lấy từ xí nghiệp X23 và nhà máy Z129, làm cơ sở cho việc chủ động chế tạo sơn màng lót một thành phần đáp ứng nhu cầu sử dụng cho công nghiệp quốc phòng. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất và thiết bị - Mẫu sơn AK-070 lấy từ xí nghiệp X23; Mẫu sơn thu được có màu vàng chanh, dạng sệt. - Dung môi pha loãng Toluen, Butyl acêtat, etanol; - Dung dịch KOH 0,01 M; - Máy khuấy cơ (Trung Quốc); - Mẫu thử là các tấm thép kích cỡ 70 x 150 mm và 20 x 150 mm, với độ dày lần lượt là 0,9 mm và 0,2 mm; - Tủ sấy TDA-8001 (Trung Quốc), dải nhiệt độ 0 – 300oC; Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 30, 04 - 2014 131 - Thiết bị quay li tâm MODEL 800 (Trung Quốc), tốc độ tối đa: 4000 vòng/phút. 2.2. Phương pháp nghiên cứu - Độ bám dính, độ bền uốn, độ bền va đập và độ cứng của màng được xác định theo các tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 2097-1993, TCVN 2099-2007, TCVN 2100-1-2007 và TCVN 2098-2007. - Hàm lượng chất không bay hơi, thời gian khô và chỉ số axit của sơn được xác định theo các tiêu chuẩn của Nga: GOST 17537-72, GOST 19007-73 và GOST 23955-80, cụ thể như sau: Xác định màu sắc màng sơn Màu sắc, vẻ bề ngoài được xác định trên các phiến mỏng bằng thép CT3 [3] với kích thước 70x150 mm, độ dày 0,9 mm. Sơn sau khi được phủ lên tấm mẫu bằng phương pháp quét được để khô tự nhiên trong thời gian 1 giờ, sau đó lớp màng được quan sát bằng mắt thường trong ánh sáng ban ngày. Xác định chỉ số axit của sơn lót Chỉ số axit được xác định theo GOST 23955-80 [4] và được tiến hành như sau: Cân 10g mẫu sơn AK-070 cho vào 100 ml nước nóng (70 - 80oC), khuấy liên tục trong 2 giờ. Dung dịch thu được sau khi khuấy được chuẩn độ với dung dịch KOH 0,01M cùng với 2-3 giọt phenolphtanein. Xác định thời gian khô cấp 3 ở 20oC của màng sơn Thời gian khô màng sơn được xác định theo GOST 19007-73 [5]. Tấm kim loại phủ sơn sau khi để khô đến một khoảng thời gian nhất định ( 5, 10, 15, 20, 25 phút), được đặt một lớp giấy, trên lớp giấy đặt một miếng cao su mỏng, giữa miếng cao su đặt quả nặng 200g. Sau khoảng 30s thì nhấc vật nặng và tấm cao su ra, còn tấm mẫu và lớp giấy được đưa lên cao khoảng 28-32mm so với mặt bàn rồi cho rơi xuông (28-32mm là khoảng cách từ cạnh tẫm mẫu xuống mặt bàn). Nếu lớp giấy bong ra không dính vào lớp sơn có nghĩa là thời gian khô cấp 3 được thỏa mãn. - Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh của hỗn hợp nhựa được xác định trên máy DMA 8000 trong dải nhiệt độ từ 0 - 100oC và thành phần hóa học chất màu được xác định thông qua nhiễu xạ tia X. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát tính chất cơ lý của sơn AK-070 Mẫu sơn AK-070 được nhận về từ xí nghiệp X23 được pha loãng bằng dung môi toluen (hoặc hỗn hợp dung môi 648 và P-5A) được phủ lên các tấm mẫu (thép và kính) để khô tự nhiên trong vòng 7 ngày, sau đó mẫu được gửi phân tích các tính chất cơ lý tại Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 1, kết quả được thể hiện trong bảng sau: Bảng 1. Độ bám dính, độ bền uốn, độ bền va đập và độ cứng màng sơn AK-070. STT Tên chỉ tiêu Phương pháp thử Kết quả 1 Độ bám dính TCVN 2097-1993 Điểm 1 2 Độ bền uốn TCVN 2099-2007 2 mm 3 Độ bền va đập TCVN 2100-1-2007 200 kg.cm 4 Độ cứng TCVN2098-2007 0,49 Nhìn vào bảng 1 thấy rằng màng sơn AK-070 có độ bám dính cao (điểm 1), độ bền uốn cao, có khả năng chịu va đập tốt. Các tính chất cơ lý này của màng hoàn toàn phù hợp với khả năng ứng dụng màng như lớp màng lót hay trên các bề mặt vật liệu yêu cầu độ uốn và khả năng chịu va đập cao. Màu sắc bề ngoài màng sơn, chỉ số axit và thời gian khô được xác định theo tiêu chuẩn GOST, kết quả thu được trong bảng 2. Kết quả ở bảng 2 chỉ ra rằng sơn AK-070 là sơn khô tương đối nhanh và có chỉ số axit thấp xấp xỉ 0,1 mgKOH. Hãa häc L. §. D­¬ng, N. H. Phong, P. T. Xu©n, "Kh¶o s¸t tÝnh chÊt v thnh phần tªn löa I." 132 Bảng 2. Màu sắc bề ngoài, chỉ số axit và thời gian khô cấp 3 của màng sơn AK-070. STT Tên chỉ tiêu Phương pháp thử Kết quả 1 Màu sắc bề ngoài GOST 25718-83 Màu vàng nhạt 2 Chỉ số axit, mg KOH GOST 23955-80 0,1 3 Thời gian khô cấp 3 GOST 19007-73 20 phút 3.2. Phân tích thành phần mẫu sơn AK-070 Theo GOST 25718-83 thì thành phần sơn AK-070 bao gồm: hỗn hợp nhựa acrylic, hỗn hợp các dung môi, các chất ức chế ăn mòn và tạo mầu họ cromat (ZnCrO4, SrCrO4...) và phụ gia hóa dẻo tricresyl phốt phát. 3.2.1. Xác định loại nhựa Acrylic sử dụng trong sơn AK-070 Nhựa Acrylic trong sơn màng lót AK-070 được xác định dựa trên việc xác định nhiệt độ chuyển pha thủy tinh của các cấu tử trong thành phần sơn. Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh của mẫu sơn AK-070 từ nhà máy X-23 và nhựa Acrylic được đo trên máy DMA 8000 trong dải nhiệt độ từ 0 - 100oC tại Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự thu được kết quả như trên hình 1. Dựa vào kết quả đo nhiệt độ chuyển pha thủy tinh ta thấy rằng trong mẫu sơn AK-070 xuất hiện 2 peak ở 21,1oC và 57,4oC, cho thấy rằng trong mẫu sơn AK-070 là hỗn hợp của 2 nhựa acrylic. Đối với mẫu nhựa Acrylic mua trên thị trường thì ta đo được nhiệt độ chuyển pha thủy tinh là 51,7oC. Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh này hoàn toàn phù hợp với các ứng dụng trong sơn, nhựa Acrylic có nhiệt độ chuyển pha thủy tinh là 21,1oC có thể được cho thêm vào để điều chỉnh độ nhớt cũng như khả năng bám dính của sơn lót. 3.2.2. Xác định chất màu sử dụng trong sơn AK-070 Theo tiêu chuẩn của dung dịch tạo màng lót GOST 25718-83 thì chất màu sử dụng trong hệ sơn này là SrCrO4 và ZnCrO4. Đây là loại bột màu chống gỉ cho sơn phủ các chi tiết chế tạo từ hợp kim của nhôm. Hình 2. Phổ nhiễu xạ tia X mẫu chất màu trong sơn lót AK-070. Hình 1. Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh của mẫu sơn AK-070 Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 30, 04 - 2014 133 Mẫu sơn được cung cấp trong Dự án I cũng được phân tích xác định thành phần, trong đó thành phần hóa học của chất màu được xác định thông qua phân tích nhiễu xạ tia X. Hình 2 chỉ ra rằng, các píc thu được hoàn toàn phù hợp với các píc chuẩn của pha SrCrO4 đơn nghiêng (monoclinic) với thông số mạng a = 7.0810, b = 7,3380 và c = 6,7710 (tương ứng với phổ chuẩn 00-015-0368). Kết quả phân tích cho thấy chất màu sau khi đã chiết tách phần nhựa là chất tạo màng và các thành phần khác trong mẫu sơn được sử dụng chỉ bao gồm SrCrO4. Trong mẫu sơn đã không thấy có sự xuất hiện của ZnCrO4. Điều này chứng tỏ chất màu trong mẫu sơn chỉ bao gồm một cấu tử là muối cromat của stronti. Hàm lượng của chất màu trong sơn AK-070 được phân tích như sau: Cân một khối lượng mẫu sơn AK-070, sau đó pha loãng và ly tâm tách chất màu. Lượng chất mẫu thu được sấy khô và cân xác định khối lượng chất mầu. Thí nghiệm lặp lại 3 lần ta thu được % khối lượng chất màu là 0,8 - 1%. Do mẫu sơn lót AK-070 cung cấp từ dự án I đã hết hạn sử dụng, nên chất hóa dẻo và dung môi đã chết. Tuy nhiên theo tiêu chuẩn GOST 25718-83 thì chất hóa dẻo sử dụng trong hệ sơn lót AK-070 là tricresyl phốt phát và dung môi là 648. 4. KẾT LUẬN Kết quả khảo sát các tính chất cơ lý và phân tích thành phần hóa học của mẫu sơn lót AK-070 lấy từ xí nghiệp X23 và nhà máy Z129 cho thấy rằng sơn được chế tạo từ hỗn hợp 2 nhựa acrylic có nhiệt độ chuyển pha thủy tinh là 21,1 và 57,4oC, với thành phần chất màu là SrCrO4 với hàm lượng là 08 - 1%, dung môi hòa tan nhựa hỗn hợp dung môi 648 và phụ gia hóa dẻo là tricresyl phốt phát. Kết quả này cho thấy khả năng có thể nghiên cứu chế tạo được sơn AK-070 trong nước, nhằm thay thế sơn nhập khẩu từ Nga phục vụ nền công nghiệp quốc phòng. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. R.B. Harold, Chemistry of wash primers, Thompson & Co., Oakmont, 1953. [2]. G.F.Weismantal, Paint Handbook, Mc Graw-Hill Corporation Inc., 1981. [3]. Tiêu chuẩn quốc gia GOST 25718-83, Sơn lót AK-069 và AK-070, 1983. [4]. Tiêu chuẩn quốc gia GOST 23955-80, Các phương pháp xác định chỉ số axit, 1980. [5]. Tiêu chuẩn quốc gia GOST 1900-73, Phương pháp xác định thời gian khô của lớp màng, 1973. ABSTRACT INVESTIGATING PROPERTIES AND COMPOSITIONS OF AK-070 WASH PRIMER (GOST 25718-83) IN THE I MISSLE The AK-070 wash primer (manufactured by Russia) has been employing in protecting some components of I missle. In terms of actively fabricating whenever the product is needed, in this article the physico-mechanical properties and chemical compostions of the AK-070 wash primer imported from Russia were investigated in detail. The obtained results indicate that the AK-070 wash primer is fabricated from a mixture of acrylic resins in toluene solvent, pigment of SrCrO4 with the plasticizers of tricresylphosphate. Keywords: Wash primer, Acrylic resin, AK-070 primer. Nhận bài ngày 9 tháng 7 năm 2013 Hoàn thiện ngày 26 tháng 2 năm 2014 Chấp nhận đăng ngày 19 tháng 03 năm 2014 Địa chỉ: Viện Hóa học - Vật liệu, Viện KH-CN Quân sự.