Chế tạo chất làm kín trên cơ sở Silicon tương đương sản phẩm Viksint U2028NT của LB Nga, sử dụng làm vật tư trong lắp ráp quả đạn Kh-35E

Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> CHẾ TẠO CHẤT LÀM KÍN TRÊN CƠ SỞ SILICON<br /> TƯƠNG ĐƯƠNG SẢN PHẨM VIKSINT U2-28NT CỦA LB NGA,<br /> SỬ DỤNG LÀM VẬT TƯ TRONG LẮP RÁP QUẢ ĐẠN Kh-35E<br /> Ngô Hoàng Giang, Võ Hoàng Phương, Nguyễn Việt Hưng*, Nguyễn Đình Dương,<br /> Nguyễn Thị Hương, Nguyễn Ngọc Sơn<br /> Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu chế tạo, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu<br /> kỹ thuật của chất làm kín trên cơ sở silicon cho thấy với thành phần đơn:100 phần<br /> paste silicon có chứa bột oxít kẽm và bột oxít sắt/ 1,7 phần Etyl silicat TES 40 / 1,0<br /> phần chất lỏng kị nước MH15 thì chất làm kín chế tạo được đạt được các chỉ tiêu kỹ<br /> thuật của sản phẩm Viksint U-2-28NT của Liên bang Nga.<br /> Từ khóa: Quả đạn Kh-35E, Viksint U-2-28NT, Cao su silicon, Etylsilicat.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Chất trám Viksint U-2-28NT được sử dụng để làm kín cửa sổ bên, cửa sổ kiểm tra trên<br /> thân quả đạn Kh-35E [1,2]. Theo (TY38 303-04-04-90), Viksint U-2-28NT là chất trám<br /> trên cơ sở hệ cao su silicon lưu hóa ở nhiệt độ phòng; gồm các thành phần là paste U-2,<br /> xúc tác số 28 và chất lỏng kị nước 136-41. Sản phẩm cuối cùng có các tính chất đặc trưng<br /> như: ổn định, trơ về mặt hóa học, chịu được môi trường hóa chất, dầu mỡ và đặc biệt là<br /> khả năng làm việc trong dải nhiệt độ rộng (từ -55oC đến 300oC), nên được sử dụng khá<br /> phổ biến trong ngành hàng không, vũ trụ [7].<br /> Theo một số kết quả nghiên cứu đã công bố [6,8] chỉ ra rằng Viksint U-2-28NT được<br /> chế tạo từ chất nền là nhựa polydimetylsiloxan có các nhóm hydroxyl ở đầu mạch đã được<br /> thêm bột độn và bột màu, sử dụng chất lưu hóa là polyetylsilicat và dầu hydrosilicon lỏng.<br /> Bài báo này đưa ra kết quả chế tạo loại chất trám, làm kín trên cơ sở silicon tương<br /> đương sản phẩm Viksint U-2-28NT, đáp ứng yêu cầu chủ động trong việc bảo quản, sửa<br /> chữa quả đạn Kh-35E, tiến tới góp phần nghiên cứu làm chủ công nghệ chế tạo VKTBKT<br /> của quân đội.<br /> 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 2.1. Hoá chất - thiết bị<br /> 2.1.1. Hoá chất<br /> - Nhựa silicon lỏng các mác (Bayer, Đức)<br /> - Dầu silicon lỏng (GE Bayer MH15)<br /> - Etyl silicat TES 40 (Đức)<br /> - Bột: TiO2 , SiO2 , Fe2O3 , ZnO (Hàn Quốc)<br /> - Dung môi các loại (PA): axeton, Cyclohexan, metylclorit.<br /> 2.1.2. Thiết bị<br /> - Máy khuấy cơ có bộ phận điều chỉnh tốc độ quay (TQ).<br /> - Thiết bị phân tích phổ hồng ngoại TENSOR II Brucker (Mỹ).<br /> - Thiết bị đo thời gian gel hóa Gelnorm/Gel Instrumente AG (Mỹ).<br /> - Thiết bị thử nghiệm đa năng Zwick 2.5 (Đức).<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> 2.2.1. Chuẩn bị mẫu<br /> <br /> <br /> 140 N.H.Giang, V.H.Phương, N.V.Hưng,…, “Chế tạo chất làm kín… quả đạn Kh-35E.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Tiến hành pha chế mẫu Paste Silicon:<br /> Bước 1: dùng cối sứ để nghiền trộn, phân tán đều hỗn hợp oxít kim loại được chuẩn bị<br /> theo tỷ lệ sau: 180g ZnO : 12g Fe2O3 : 2g SiO2.<br /> Bước 2: thêm từ từ hỗn hợp oxít kim loại đã chuẩn bị ở trên vào cốc thủy tinh 500ml có<br /> chứa 200g nhựa silicon lỏng. Quá trình thêm hỗn hợp kim loại được khuấy trộn với tốc độ<br /> 100 vòng/phút, sau khi thêm toàn bộ lượng oxi kim loại vào nhựa thì giảm tốc độ khuấy<br /> xuống 60 vòng/phút và tiếp tục duy trì tốc độ này trong vòng khoảng 1 giờ đế khi thu được<br /> hỗn hợp đồng nhất ở dạng paste.<br /> Ký hiệu mẫu và thành phần đơn chế tạo chất trám trên cơ sở silicon, sử dụng chất lưu<br /> hóa Etyl silicat TES 40, chất lỏng kị nước MH15 với hàm lượng khác nhau, được thể hiện<br /> trong bảng 1[4].<br /> Bảng 1. Các thành phần đơn chất trám Silicon khảo sát.<br /> Đơn keo<br /> GS1 GS2 GS3 GS4 GS5<br /> Thành phần,<br /> Phần khối lượng<br /> Paste Silicon 100 100 100 100 100<br /> Etyl silicat TES 40 1,0 1,3 1,7 2,1 2,5<br /> Chất lỏng kị nước MH15 0,1 0,5 1,0 1,5 2,0<br /> <br /> Các mẫu này sau khi được chuẩn bị, để lưu hóa ở điều kiện phòng (nhiệt độ 25oC, độ ẩm<br /> 75%) và kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu như của sản phẩm Viksint U-2 -28NT.<br /> 2.2.2. Xác định thời gian gel hóa<br /> Thời gian gel hóa của các mẫu nghiên cứu được thực hiện trên thiết bị GELNORM<br /> theo tiêu chuẩn của Anh DIN 16916. Phương pháp kiểm tra này cho biết thời gian sống để<br /> sử dụng của chất trám.<br /> 2.2.3. Phân tích phổ hồng ngoại<br /> Phổ hồng ngoại của mẫu được chụp bằng phương pháp ép viên KBr, trên thiết<br /> TENSOR II (Brucker), ở bước sóng từ 400-4000 cm-1. Đo phổ hồng ngoại sau các khoảng<br /> thời gian khác nhau, để xác định khả năng lưu hóa qua sự thay đổi của các nhóm chức.<br /> 2.2.4. Xác định độ giãn dài tương đối<br /> Độ giãn dài tương đối của mẫu chất trám Silicon được kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN<br /> 4509: 2006. Cao su - Xác định các tính chất ứng suất - dãn dài khi kéo.<br /> 2.2.5. Xác định độ cứng Shore A<br /> Độ cứng của mẫu chất trám Silicon được kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN 1595-1: 2007.<br /> Cao su, lưu hóa hoặc nhiệt dẻo - Xác định độ cứng ấn lõm - Phần 1: Phương pháp sử dụng<br /> thiết bị đo độ cứng (Độ cứng Shore).<br /> 2.2.6. Kết quả xác định độ bền kéo đứt<br /> Độ bền kéo đứt của chất trám được kiểm tra ở nhiệt độ thường trên thiết bị bị thử<br /> nghiệm đa năng Zwick 2.5, theo tiêu chuẩn TCVN 4509-88.<br /> 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 141<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> 3.1. Kết quả xác định thời gian gel hóa<br /> Kết quả xác định thời gian gel hóa của các đơn chất trám silicon được trình bày trong<br /> bảng 2<br /> Bảng 2: Thời gian gel hóa của các đơn chất trám Silicon.<br /> Đơn keo<br /> GS1 GS2 GS3 GS4 GS5<br /> Thời gian gel hóa, h 8h 22’55” 6h 31’13” 5h 05’29” 3h 24’36” 2h 18’15”<br /> Kết quả ở bảng 2, cho thấy khi sử dụng hàm lượng các chất lưu hóa ít thì thời gian gel<br /> hóa của chất trám là rất dài, nhưng để lưu mẫu theo dõi có hiện tượng bề mặt còn dính,<br /> thể hiện sự lưu hóa chưa hoàn toàn do lượng xúc tác không đủ (mẫu GS1). Khi thay đổi<br /> lượng Etyl silicat TES 40 từ 1,3g - 2,1g và chất lỏng kị nước MH15 từ 0,5g - 1,5g, thời gian<br /> gel hóa giảm tương đối nhanh. Khi lượng chất lưu hóa Etyl silicat TES 40 được tăng lên tới<br /> 2,5g; chất lỏng kị nước MH15 là 2,0g thì thời gian gel hóa tiếp tục giảm, nhưng giảm chậm<br /> và ra ngoài khoảng giá trị yêu cầu. Kết quả nghiên cứu này cho thấy trong quá trình lưu<br /> hóa hàm lượng các nhóm OH trong cao su silicon giảm do xảy ra các phản ứng của nhóm<br /> OH ở đầu mạch sau [5]:<br /> <br /> CH3 CH3 CH3 CH3<br /> <br /> O Si OH H5C2 O O C2H5 HO Si O HO Si O O Si O<br /> <br /> CH3 CH3 CH3 CH3<br /> + Si + Si + 4 C2H5OH (1)<br /> CH3 CH3 CH3 CH3<br /> <br /> O Si OH H5C2 O O C2 H5 HO Si O HO Si O O Si O<br /> <br /> CH3 CH3 CH3 CH3<br /> <br /> CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3<br /> HO Si O Si OH +H Si O Si O O Si O Si O Si O Si O + H2 (2)<br /> CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3<br /> <br /> 3.2. Kết quả phổ hồng ngoại<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Phổ hồng ngoại của mẫu GS3 sau các khoảng thời gian khác nhau.<br /> <br /> <br /> 142 N.H.Giang, V.H.Phương, N.V.Hưng,…, “Chế tạo chất làm kín… quả đạn Kh-35E.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Kết quả ghi phổ hồng ngoại cho sự thay đổi nhóm chức trong nhựa silicon theo thời<br /> gian của các mẫu GS3, GS5, minh chứng thêm cho cho cơ chế lưu hóa, được trình bày thể<br /> hiện trong hình 1, hình 2 sau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Phổ hồng ngoại của mẫu GS5 sau các khoảng thời gian khác nhau.<br /> - Trên phổ đồ hình 1 và hình 2 cho thấy, các pic kép hấp thụ tại các tần số 1020-1100<br /> cm-1 đặc trưng cho liên kết Si-O-Si. Trong vùng này có hai đỉnh hấp thụ có cường độ lớn<br /> đặc trưng cho mạch siloxan là thẳng và dài. Vì liên kết Si-O-C2H5 cũng có phổ đặc trưng<br /> trong vùng này nên thường bị chồng lấn. Các pic tại 2900 cm-1 và 2960 cm-1 đặc trưng<br /> cho dao động hóa trị, các pic tại 1260 cm-1 và 1410 cm-1 đặc trưng dao động biến dạng của<br /> liên kết C-H trong nhóm CH3. Đỉnh hấp thụ tại vùng tần số 3440 cm-1 đặc trưng cho dao<br /> động hóa trị của các nhóm OH. Liên kết OH này cũng tạo nên pic hấp thụ tại vị trí có tần<br /> số khoảng 860 cm-1. Đây là nhóm chức hoạt động được gắn đầu các mạch siloxan. Các<br /> đỉnh hấp thụ tương đối yếu tại vị trí 2160 cm-1 đặc trưng cho liên kết Si-H [5].<br /> - Phản ứng đóng rắn được thể hiện rõ qua sự giảm về cường độ của các pic hấp thụ tại<br /> tần số 3440 cm-1 và 2160 cm-1 đặc trưng cho sự giảm về lượng của nhóm OH và SiH theo<br /> thời gian và lượng chất lưu hóa đưa vào. Cụ thể, kết quả đo của mẫu GS3 tại hình 1 cho<br /> thấy cường độ hấp thụ đặc trưng của hai pic của nhóm OH, SiH tại số song 3340 cm-1 và<br /> số sóng 2160 cm-1 giảm dần theo thứ tự thời gian lưu hóa của mẫu lần lượt là 60, 180, 300<br /> phút. Trong khi đó, với mẫu GS5 có tổng lượng chất lưu hóa là 4,5 g, tại thời điểm 90<br /> phút, pic hấp thụ của nhóm OH tại 3340 cm-1 và của nhóm SiH tại 2160 cm-1 đã giảm đi rõ<br /> rệt so với thời điểm 60 phút, đến thời điểm 140 phút thì còn rất yếu và hầu như không còn<br /> các pic hấp thụ tại vị trí này, tức là phản ứng lưu hóa gần như đã hoàn thành (hình 2).<br /> 3.3. Kết quả xác định các chỉ tiêu kỹ thuật khác<br /> Kết quả xác định các chỉ tiêu kỹ thuật khác như khối lượng riêng, độ cứng theo Shore A,<br /> độ giãn dài tương đối và độ bền kéo đứt trên nền nhôm của các đơn chất trám silicon chế<br /> tạo được trình bày trong bảng 3<br /> Bảng 3. Các chỉ tiêu kỹ thuật khác của các đơn chất trám Silicon.<br /> Đơn keo<br /> GS1 GS2 GS3 GS4 GS5<br /> Chỉ tiêu<br /> Màu Màu Màu Màu Màu<br /> Ngoại quan<br /> hồng hồng hồng hồng hồng<br /> Khối lượng riêng, g/cm3 2,13 2,18 2,21 2,26 2,3<br /> Độ cứng, Shore A 25 33 41 51 59<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 143<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> Độ giãn dài tương đối, % 214 251 300 260 225<br /> Độ bền kéo đứt, MPa 1,64 2,55 3,32 3,41 3,45<br /> Qua số liệu ở bảng 3 cho thấy: Khi tăng hàm lượng Etyl silicat TES 40 và chất lỏng kị<br /> nước MH15 lên, thì các các chỉ tiêu về khối lượng riêng, độ cứng theo Shore A và độ bền<br /> kéo đứt trên nền nhôm đều tăng. Riêng chỉ tiêu độ giãn dài tương đối có điểm cực đại ở<br /> đơn chất trám GS3. Điều này được lý giải là do ở các đơn chất trám GS1, GS2 chưa có sự<br /> lưu hóa hoàn toàn (như lý giải kết quả xác định thời gian gel hóa), còn ở các đơn chất<br /> trám GS4, GS5 giá trị độ giãn dài tương đối giảm là phù hợp với tương quan giá trị độ<br /> cứng.<br /> Các kết quả xác định các chỉ tiêu kỹ thuật ở đơn chất trám GS3 là đảm bảo, đáp ứng<br /> các tính chất làm kín như sản phẩm Viksint U-2-28NT của Liên bang Nga (trình bày ở<br /> bảng 4).<br /> Bảng 4. So sánh các chỉ tiêu kỹ thuật chất trám Silicon chế tạo được (GS3).<br /> TT Tên chỉ tiêu Giá trị<br /> Chất trám Silicon Sản phẩm Viksint<br /> chế tạo được GS3 U-2-28NT (Nga)<br /> 1 Đồng nhất, màu Đồng nhất, màu<br /> Ngoại quan<br /> hồng hồng<br /> 2 Khối lượng riêng, g/cm3 2,21 2,2<br /> 3 Thời gian sống của chất trám, h 5h 05’29” 3-8<br /> 4 Độ cứng, Shore A 41 35 - 50<br /> 5 Độ giãn dài tương đối, % 300 ≥ 275<br /> 6 Độ bền kéo đứt, MPa 3,32 ≥2<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Qua kết quả khảo sát hàm lượng các chất khâu mạch đến quá trình lưu hóa, thời gian<br /> gel hóa và kết quả ghi phổ hồng ngoại cho thấy có sự hình thành tương tác hóa học giữa<br /> nhựa và các chất lưu hóa, điều này đã minh chứng thêm cho cơ chế lưu hóa ở nhiệt độ<br /> thường của loại nhựa silicon có chứa hydroxyl ở đầu mạch này.<br /> Chất trám silicon chế tạo được có dạng đồng nhất, màu hồng với khối lượng dương:<br /> 2,21 g/cm3; thời gian sống 5h 05’ 29’’; độ cứng Shore A: 41; độ giãn dài tương đối: 300%;<br /> độ bền kéo đứt trên nền nhôm: 3,32 MPa. Các kết quả thu được về chỉ tiêu kỹ thuật cho<br /> thấy sản phẩm chế tạo được có tính chất tương đương với sản phẩm Viksint U-2-28NT<br /> nhập khẩu của Nga.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Nguyễn Việt Bắc, Chu Chiến Hữu (2013), “Vật liệu Polyme trong kỹ thuật tên lửa - Tài<br /> liệu kỹ thuật chuyên ngành”, Viện KH&CN quân sự/ BQP.<br /> [2]. Võ Hoàng Phương (2013), “Phân tích vật liệu tiêu hao cho quả đạn Kh-35E”, Nhiệm<br /> vụ số 17. Viện Khoa học và Công nghệ quân sự.<br /> [3]. Ngô Phú Trù (1996), “Kỹ thuật chế biến và gia công cao su”, Nhà xuất bản Đại học Bách<br /> khoa Hà Nội.<br /> [4]. Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), “Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên<br /> cứu cấu trúc phân tử”, Nhà xuất bản Giáo dục.<br /> [5]. John W. Dean (1990), “Silicone Adhesive Sealans and Abhesives”. Chapter 30,<br /> Handbook of Adhesives. Chapman & Hall.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 144 N.H.Giang, V.H.Phương, N.V.Hưng,…, “Chế tạo chất làm kín… quả đạn Kh-35E.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> [6]. Anthony F. Wilde (1989), “Standard rubbers for chemical defence research, volume I:<br /> Formular and properties”, U.S. Army Materials Technology Laboratory, Watertown,<br /> Massachusetts 02172-0001.<br /> [7]. ТУ 38.303-04-04-90<br /> [8]. Башкатов Т. В., Жигалин Я.Л (1987), “Технология синтетических каучуков:<br /> Учебник для техникумов”, 2-е изд., перераб. Л.: Химия.<br /> <br /> <br /> ABSTRACT<br /> FABRICATION BASED SILICONE SEALANT<br /> EQUIVALENT OF RUSSIAN FEDERATION VIKSINT U2-28NT,<br /> MAKING MATERIALS USED IN ASSEMBLY MISSILE Kh- 35E<br /> Based on the analytical results obtained, has selected analogs in manufacturing<br /> technology sealing materials from silicon. With single component including 100<br /> parts silicone paste containing zinc oxide powder and iron oxide powder / 1.7 parts<br /> ethyl silicate TES 40 / 1.0 parts of hydrophobic liquids MH15, the sealant is<br /> manufactured achieve the specifications of the product U - 2-28NT Viksint of the<br /> Russian Federation. The sealant is manufactured for use in assembling Kh - 35E<br /> rounds helped improve active in the preservation and repair of weapons and<br /> technical equipment of the army.<br /> Keywords: Missile Kh-35, Viksint U-2-28NT sealant, Silicone rubber, Ethylsilicate crosslinker.<br /> <br /> <br /> <br /> Nhận bài ngày 16 tháng 9 năm 2015<br /> Hoàn thiện ngày 26 tháng 10 năm 2015<br /> Chấp nhận đăng ngày 25 tháng 12 năm 2015<br /> <br /> <br /> <br /> Địa chỉ: Viện Hóa học - Vật liệu, Viện KH-CNQS;<br /> *<br /> Email: hungdiego76@yahoo.com<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 145<br />