Tăng cường khả năng bám dính của vật liệu FRP trên nền kim loại bê tông thông qua lớp primer ester được tổng hợp từ dầu đậu nành epoxy hóa

Hồ Chí MinhTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA--- PHẠM THỊ ĐOAN TRINH TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG BÁM DÍNH CỦA VẬT LIỆU FRP TRÊN NỀN KIM LOẠI/ BÊ TÔNG THÔNG QUA LỚP PRIMER VINYL ESTER ĐƯỢC TỔNG HỢP TỪ DẦ

Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí MinhTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

PHẠM THỊ ĐOAN TRINH

TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG BÁM DÍNH CỦA VẬT LIỆU FRP TRÊN NỀN KIM LOẠI/ BÊ TÔNG THÔNG QUA LỚP PRIMER VINYL ESTER

ĐƯỢC TỔNG HỢP TỪ DẦU ĐẬU NÀNH EPOXY HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

TS LA THỊ THÁI HÀ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2007

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS LA THỊ THÁI HÀ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Tp HCM, ngày tháng năm 200

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Phạm Thị Đoan Trinh Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 25/10/1981 Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu Cao phân tử & Tổ hợp MSHV:00304064

I- TÊN ĐỀ TÀI:

Tăng cường khả năng bám dính của vật liệu FRP trên nền kim loại/ bê tông thông qua primer vinyl ester được tổng hợp từ dầu đậu nành epoxy hóa

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến độ bám dính của vật liệu FRP trên nền bê tông và kim loại thông qua lớp primer VESO.

- Aûnh hưởng của một số phụ gia đến tính chất và vai trò của primer VESO

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ .12/2006

IV- NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/07/2007

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):

TS LA THỊ THÁI HÀ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MƠN (Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký) QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thơng qua Ngày tháng năm

TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

LỜI CÁM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến:

1 GS.TS NGUYỄN HỮU NIẾU

2 TS LA THỊ THÁI HÀ

đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian qua

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, các cô chú, anh chị trong Trung tâm Polymer đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi làm luận văn tại đây Tôi cũng xin cảm ơn các em sinh viên Khoa vật liệu K2001, K2002 đã rất nhiệt tình hỗ trợ tôi khi cần thiết

Cuối cùng tôi xin cám ơn gia đình đã luôn bên cạnh, động viên để tôi thêm vững tâm bước trên con đường mình đã chọn

Xin cám ơn

Luận văn Thạc sĩ

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Việc sử dụng các vật liệu composite trong công nghiệp và xây dựng là một thị

trường rất sôi động và phát triển rất nhanh Polymer được gia cường bằng sợi

(FRP) hay composite là loại vật liệu ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong rất

nhiều lĩnh vực: công nghiệp hóa chất, giao thông vận tải, điện tử, xây dựng…

Trong công nghiệp sản xuất cũng như xây dựng, sự tham gia của các kết cấu bê

tông, kim loại chiếm một số lượng không nhỏ Các bồn chứa, các bể hóa chất, các

đường ống dẫn hóa chất, các đường ống dẫn chất thải, các chân cầu, các chân cột

dàn khoan… đều có sự góp mặt không nhỏ của vật liệu bê tông, kim loại Và việc

sử dụng vật liệu FRP được xem là một phương pháp rất hiệu quả Bể chứa kim

loại hoặc bê tông được phủ lớp vật liệu FRP sẽ bền môi trường hơn, sử dụng lâu

hơn và an toàn hơn Chân cầu, cột,… bằng bê tông được bọc lớp FRP sẽ lâu hư

hỏng hơn, chịu ăn mòn lâu hơn,

Trong gia công, thường để FRP bám chắc hơn vào nền bê tông, kim loại, người

ta sử dụng lớp lót trung gian (gọi là primer) để phủ lên bề mặt vật liệu trước khi

bọc lót FRP Luận văn này khảo sát khả năng bám dính của lớp FRP trên nền bê

tông và kim loại thông qua một lớp primer là vinyl ester (VESO) được tổng hợp từ

dầu đậu nành epoxy hóa và acid methacrylic Việc khảo sát tập trung vào các yếu

tố liên quan đến vai trò primer của VESO khi sử dụng trong việc bọc lót nhằm

tăng cường khả năng bám dính của FRP trên bê tông và kim loại ở điều kiện

thường và trong một số môi trường ăn mòn khác nhau

ABSTRACT The use of advance composite materials in industry and construction is an

exciting and rapidly expanding market Fiber reinforce polymer (FRP) materials

are composite materials which are used extensively in many fields such as:

chemical industry, transportation industry, electronic industry, construction…

In manufacturing as well as in construction, there are varieties of necessary

materials, especially concrete and metals which are used for containing and

conducting chemicals, waste water… or used in many civil constructions and

industrial constructions Using FRP materials is an effective method in corrosive

working environment Metal tanks and concrete tanks coated with FRP are more

and more resistant to corrosion

In operation of coated FRP, for enhancing the bonding between FRP and

concrete/ metal, primer is often used This is an intermediate thin layer of resin

covered on the surface of the substrates before applying FRP In this thesis, we

study the bonding between FRP and concrete/ metal substrates through a vinyl

ester primer (VESO) which is synthesized from epoxidized soybeans and

methacrylic acid The study is focused on elements related to primer role of VESO

in order to enhance the bonding between FRP materials and concrete/metal in

normal conditions and in corrosive environments

Luận văn Thạc sĩ

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: PRIMER 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ PRIMER 1

1.1.1 Khái niệm về primer 1

1.1.2 Mục đích sử dụng primer 1

1.1.3 Ứng dụng của primer 1

1.2 TÍNH CHẤT PRIMER 2

1.3 NHỮNG NGUYÊN NHÂN LÀM PRIMER MẤT ĐI TÁC DỤNG LÀM CHẤT KẾT DÍNH TRUNG GIAN 3

1.4 PRIMER CHO CÁC LOẠI NỀN 3

1.4.1 Primer cho nền kim loại 3

1.4.2 Primer cho nền nhựa 4

1.4.3 Primer cho bê tông 4

1.5 CÁC LOẠI PRIMER CÓ SẴN TRÊN THỊ TRƯỜNG 5

1.6 PRIMER VESO 5

1.6.1 Giới thiệu VESO 5

1.6.2 Tổng hợp VESO 6

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ KẾT DÍNH 9

2.1 KHÁI NIỆM VỀ KẾT DÍNH 9

2.1.1 Kết dính ngoại 9

2.1.2 Kết dính nội 9

2.1.3 Kết dính tự tạo 9

2.2 MỘT SỐ THUYẾT HIỆN ĐẠI VỀ KẾT DÍNH 10

2.2.1 Thuyết cơ học 10

2.2.2 Thuyết kết dính hóa học 10

2.2.3 Thuyết hấp phụ 10

2.2.4 Thuyết kết dính tĩnh điện 11

2.2.5 Thuyết khuếch tán 12

2.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG BÁM DÍNH CỦA POLYMER 13

2.3.1 Khả năng thấm ướt bề mặt của polymer và vật liệu tiếp xúc 13

2.3.2 Bản chất của vật liệu nền và polymer làm keo dán 14

CHƯƠNG 3: XỬ LÝ BỀ MẶT VẬT LIỆU 17

3.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CHUNG CỦA XỬ LÝ BỀ MẶT 17

3.1.1 Mục đích 17

3.1.2 Yêu cầu chung của các phương pháp xử lý bề mặt 17

3.2 XỬ LÝ BỀ MẶT KIM LOẠI 17

3.2.1 Phương pháp hóa học 17

3.2.2 Phương pháp cơ học 20

3.3 XỬ LÝ BỀ MẶT BÊ TÔNG 20

3.3.1 Xử lý hóa học 20

3.3.2 Xử lý cơ học 21

CHƯƠNG 4: VẬT LIỆU COMPOSITE 23

4.1 GIỚI THIỆU 23

4.1.1 Nền 23

4.1.2 Cốt 23

4.2 POLYMER ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG SỢI (Fiber – reinforced Polymer – FRP)24 4.2.1 Sợi 24

4.2.2 Nhựa nền 25

4.3 COMPOSITE SỢI THỦY TINH NỀN NHỰA VINYL ESTER 25

4.3.1 Sợi thủy tinh 25

4.3.2 Nhựa vinyl ester 26

CHƯƠNG 5: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ 36

5.1 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ BÁM DÍNH CỦA VẬT LIỆU FRP TRÊN NỀN KIM LOẠI, BÊ TÔNG 36

5.1.1 Đo mẫu kéo trượt 36

5.1.2 Mẫu kéo giật (Pull – off test) 36

5.2 PHÂN TÍCH CƠ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC (Dynamic Mechanical Thermal Analysis - DMTA) 37

5.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VẬT LIỆU THÔNG QUA PHỔ TIA X (X – RAY) 37

5.4 PHƯƠNG PHÁP ĐO TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU 37

Luận văn Thạc sĩ

5.4.1 Đo độ bền kéo 37

5.4.2 Đo độ bền uốn 38

5.5 PHƯƠNG PHÁP ĐO GÓC TIẾP XÚC (CONTACT ANGEL) GIỮA POLYMER VÀ BỀ MẶT 38

CHƯƠNG 6: NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT 39

6.1 SWANCOR 901 (SW 901) 39

6.2 NHỰA VINYL ESTER SWANCOR 984M 39

6.3 SWANCOR CP99 40

6.4 ACID METACRYLIC (C4 H 6 O 2 ) 41

6.5 DẦU ĐẬU NÀNH EPOXY HÓA (ESO) 41

6.6 PYRIDYN 42

6.7 STYRENE 43

6.8 METHY ETHYL KETON PEROXIT (MEKP) 44

6.9 CONAP (Co2+ ) 44

6.10 SỢI THỦY TINH 44

6.11 XI MĂNG HOLCIM ĐA DỤNG 45

6.12 NANOCLAY 45

6.13 SILICA FUMED 45

6.14 SILAN 46

6.15 TRISODIUM PHOTPHAT Na3 PO 4 47

6.16 DẦU DIESEL (DO) 47

6.17 THÉP TẠO MẪU 48

6.18 HÓA CHẤT NGÂM MÔI TRƯỜNG 48

CHƯƠNG 7: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 49

7.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 49

7.2 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG BÁM DÍNH CỦA FRP TRÊN NỀN BÊ TÔNG 49

7.2.1 Khảo sát hàm lượng chất khơi mào MEKP 49

7.2.2 Khảo sát phương pháp xử lý bề mặt 49

7.2.3 Khảo sát thời điểm gia công lớp FRP sau khi quét primer 50

7.3 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG BÁM DÍNH CỦA FRP TRÊN NỀN KIM LOẠI THÔNG QUA PRIMER VESO 50

7.3.1 Khảo sát hàm lượng chất khơi mào MEKP 50

7.3.2 Khảo sát phương pháp xử lý bề mặt 50

7.3.3 Khảo sát thời điểm gia công lớp FRP sau khi quét primer 50

7.4 KHẢO SÁT PHỤ GIA TRONG VESO ẢNH HƯỞNG LÊN ĐỘ BÁM DÍNH 50

7.4.1 Khảo sát vai trò của silica fumed 50

7.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của Nanoclay Cloisite 10A 51

7.4.3 Khảo sát vai trò của Dynasylan Glymo 52

7.5 KHẢO SÁT TỔ HỢP CỦA VESO VÀ SWANCOR 901 52

7.6 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC MÔI TRƯỜNG HÓA CHẤT KHÁC NHAU LÊN ĐỘ BỀN BÁM DÍNH CỦA FRP TRÊN NỀN BÊ TÔNG/ KIM LOẠI 52

CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM 53

8.1 TỔNG HỢP NHỰA VESO 53

8.1.1 Quy trình tổng hợp nhựa VESO 53

8.1.2 Thuyết minh quy trình 54

8.2 CHUẨN BỊ MẪU BÊ TÔNG 54

8.2.1 Chọn cấp phối bê tông 54

8.2.2 Quy trình tạo mẫu bê tông 55

8.3 QUY TRÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MẪU 56

8.3.1 Quy trình gia công mẫu 56

8.3.2 Gia công mẫu FRP trên nền bê tông 56

8.3.3 Gia công mẫu FRP trên nền kim loại 57

8.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỀ MẶT 58

8.4.1 Xử lý bề mặt bằng phương pháp bắn cát .58

8.4.2 Xử lý bề mặt bằng phương pháp hóa học 58

8.4.3 Phương pháp xử lý sơ bộ 59

8.5 PHƯƠNG PHÁP CHUẨN BỊ MẪU NGÂM MÔI TRƯỜNG 59

8.5.1 Chuẩn bị mẫu 59

8.5.2 Chuẩn bị môi trường 60

CHƯƠNG 9: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 61

9.1 KẾT QUẢ TỔNGHỢP NHỰA VESO 61

Luận văn Thạc sĩ

9.2 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG BÁM DÍNH CỦA FRP TRÊN NỀN BÊ TÔNG THÔNG QUA

PRIMER VESO 61

9.2.1 Tính chất của bê tông 61

9.2.2 Khảo sát hàm lượng chất khơi mào MEKP trong VESO 61

9.2.3 Khảo sát phương pháp xử lý bề mặt 64

9.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời điểm gia công lớp FRP .66

9.3 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG BÁM DÍNH CỦA FRP TRÊN KIM LOẠI THÔNG QUA PRIMER VESO 70

9.3.1 Khảo sát hàm lượng chất khơi mào MEKP trong VESO 70

9.3.2 Khảo sát phương pháp xử lý bề mặt kim loại 71

9.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời điểm gia công lớp FRP sau khi quét primer 74

9.4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA TRONG VESO LÊN ĐỘ BÁM DÍNH CỦA FRP TRÊN BÊ TÔNG/ KIM LOẠI 75

9.4.1 Khảo sát vai trò của silica fumed 75

9.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của NanoClay đến độ bám dính của FRP trên nền bê tông/ kim loại 79

9.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của Dynasylan Glymo đến độ bám dính của FRP trên nền bê tông và kim loại 87

9.5 KHẢO SÁT TỔ HỢP CỦA VESO VÀ VINYL ESTER CÓ SẴN TRÊN THỊ TRƯỜNG 90

9.5.1 Khảo sát độ bám dính của FRP trên bê tông khi dùng primer là tổ hợp VESO-SW901 91

9.5.2 Khảo sát độ bám dính của FRP trên kim loại khi dùng primer là tổ hợp VESO-SW901 82

9.6 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC MÔI TRƯỜNG HÓA CHẤT KHÁC NHAU LÊN ĐỘ BỀN BÁM DÍNH CỦA FRP TRÊN NỀN BÊ TÔNG/ KIM LOẠI 94

9.6.1 Khảo sát độ bền bám dính của FRP trên nền bê tông trong môi trường hóa chất khác nhau 94

9.6.2 Khảo sát độ bền bám dính của FRP trên nền kim loại trong môi trường hóa chất khác nhau 97

KẾT LUẬN CHUNG 99

ĐỀ NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

PHỤ LỤC 104

Luận văn Thạc sĩ

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VESO Nhựa vinyl ester trên cơ sở dầu đậu nành epoxy hóa với acid

Tg Nhiệt độ thủy tinh hóa

VESO-Clay Hỗn hợp VESO và Nanoclay

VESO-Clay3 Hỗn hợp VESO và 3% Nanoclay

VESO-Si Hỗn hợp VESO và Silica

VESO-Si1 Hỗn hợp VESO và 1% Silica

VESO-SW901 Tổ hợp của VESO và nhựa Swancor 901

FRP Vật liệu composite nền Polymer, cốt sợi

Primer Lớp lót trung gian tăng cường khả năng bám dính giữa FRP và nền bê

tông/ kim loại Mt… Mẫu đo kéo trượt trên nền kim loại (M – Metal)

Ct… Mẫu đo kéo trượt trên nền bê tông (C – Concrete)

Cg… Mẫu đo kéo giật trên nền bê tông

DANH MỤC CÁC BẢNG

1 Bảng 1.1: Các loại primer trên thị trường 1

2 Bảng 6.1: Thông số hóa lý của SW 901 39

3 Bảng 6.2: Tính chất cơ lý của nhựa SW 901 39

4 Bảng 6.3: Tính chất đặc trưng nhựa lỏng SW984-M 40

5 Bảng 6.4: Cơ tính nhựa Swancor – 984M (theo Datasheet) 40

6 Bảng 6.5: Tính chất của nhựa CP99 41

7 Bảng 6.6: Những thông số hóa lý của Silica Fumed 46

8 Bảng 6.7: Thông số kỹ thuật của Dynasylan Glymo 47

9 Bảng 8.1: Thành phần cấp phối bê tông 55

10 Bảng 9.1: Tính chất cơ, vật lý của VESO so với SW 984M và CP99 61

11 Bảng 9.2: Đặc điểm của VESO với các hàm lượng chất khơi mào khác nhau 62

12 Bảng 9.3: Cường độ bám dính trung bình của FRP trên bê tông khi dùng primer VESO với các hàm lượng khơi mào khác nhau 63

13 Bảng 9.4: Cường độ bám dính trung bình σ ( N/mm2) của FRP trên bê tông với các phương pháp xử lý bề mặt khác nhau 65

14 Bảng 9.5: Cường độ bám dính trung bình (kéo trượt) của FRP trên bê tông theo các thời điểm gia công FRP khác nhau 67

15 Bảng 9.6: Cường độ bám dính trung bình (kéo giật) của FRP trên bê tông theo các thời điểm gia công FRP khác nhau 67

16 Bảng 9.7: Độ bám dính trung bình khi so sánh 2 phương pháp xử lý bề mặt khác nhau với 2 thời điểm gia công FRP khác nhau 69

17 Bảng 9.8: Cường độ bám dính trung bình σ (N/mm2) của FRP trên kim loại khi dùng primer VESO với hàm lượng khơi mào khác nhau 70

18 Bảng 9.9: Cường độ bám dính trung bình của FRP trên kim loại với các phương pháp xử lý bề mặt khác nhau 73

Luận văn Thạc sĩ

19 Bảng 9.10: Cường độ bám dính trung bình của FRP trên kim loại theo các thời

điểm gia công FRP khác nhau 74

20 Bảng 9.11: Cường độ bám dính trung bình của FRP trên bê tông với primer VESO- Si 1 77

21 Bảng 9.12: Cường độ bám dính trung bình của FRP trên kim loại với primer VESO- Si 1 78

22 Bảng 9.13: Thời gian khuấy phù hợp ứng với các hàm lượng Nanoclay khác nhau trong VESO 79

23 Bảng 9.14: Độ nhớt, thời gian gel của các mẫu VESO – Clay so sánh với VESO 83

24 Bảng 9.15: Cường độ bám dính của FRP trên bê tông khi dùng primer VESO – Clay với các hàm lượng clay khác nhau 84

25 Bảng 9.16: Cường độ bám dính của FRP trên kim loại khi dùng primer VESO – Clay với các hàm lượng clay khác nhau 85

26 Bảng 9.17: So sánh tính chất cơ lý của VESO và VESO – Clay3 86

27 Bảng 9.18: Cường độ bám dính của FRP trên bê tông khi có mặt D.Glymo 88

28 Bảng 9.19: Cường độ bám dính của FRP trên kim loại khi có mặt D.Glymo 90

29 Bảng 9.20: Độ bám dính của FRP trên bê tông khi dùng primer tổ hợp VESO- SW901 91

30 Bảng 9.21: Độ bám dính của FRP trên kim loại khi dùng primer VESO- SW901 93

31 Bảng 9.22: Độ bám dính của FRP trên bê tông khi ngâm trong các môi trường khác nhau .95

32 Bảng 9.23: Độ bám dính của FRP trên kim loại khi ngâm trong các môi trường khác nhau .95

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

1 Hình 1.1: Một hệ kết dính của FRP trên nền bê tông 1

2 Hình 1.2: Công thức cấu tạo nhựa VESO 6

3 Hình 1.3: Cấu tạo ESO 6

4 Hình 2.1: Các loại kết dính (vật thể A + vật thể B + chất kết dính C) 9

5 Hình 2.2: Kết dính dưới tác động cơ học, sự móc vào nhau giữa hai bề mặt 10

6 Hình 2.3: Kết dính hóa học (chemical bonding) 11

7 Hình 2.4: Sự bám dính dưới tác động của lực tương tác Van- dec-Wan 11

8 Hình 2.5: Sự kết dính bằng lực liên kết tĩnh điện 12

9 Hình 2.6: Sự bám dính do khuyếch tán 13

10 Hình 2.7: Thấm ướt bề mặt: không tốt (bad wetting) và tốt (good wetting) 14

11 Hình 3.1: Các mức độ bề mặt bê tông sau xử lý, từ nhẹ (1-khắc acid) đến gồ ghề (9- xới mạnh bề mặt bê tông) 22

12 Hình 4.1: Cấu trúc sợi thủy tinh 26

13 Hình 4.2: Cấu trúc của nhựa vinyl ester 27

14 Hình 5.1: Phương pháp kéo giật và thiết bị đo 36

15 Hình 8.1: Quy trình tổng hợp VESO 53

16 Hình 8.2: Quy trình tạo mẫu bê tông 55

17 Hình 8.3: Quy trình gia công mẫu 56

18 Hình 8.4: Mẫu bê tông kéo trượt 57

19 Hình 8.5: Mẫu bê tông kéo giật và thử nghiệm kéo giật trên máy LLOYD 57

20 Hình 8.6: Mẫu kim loại kéo trượt 57

21 Hình 8 7: Bề mặt bê tông sau bắn cát 58

22 Hình 9.1: Giản đồ DMTA của VESO theo các hàm lượng MEKP khác nhau 62

Luận văn Thạc sĩ

23 Hình 9.2: So sánh cường độ bám dính của các mẫu kéo trượt và kéo giật theo các

hàm lượng chất khơi mào khác nhau của primer 63

24 Hình 9.3: So sánh cường độ bám dính của các mẫu kéo trượt và kéo giật theo các phương pháp xử lý khác nhau 65

25 Hình 9.4: So sánh cường độ bám dính của FRP trên bê tông theo các thời điểm gia công khác nhau 68

26 Hình 9.5: So sánh cường độ bám dính trung bình của FRP trên kim loại khi dùng primer VESO với hàm lượng MEKP khác nhau 70

27 Hình 9.6: Hình bề mặt thép (sau khi xử lý 24 giờ) qua kính hiển vi quang học với độ phóng đại 80 lần 72

28 Hình 9.7: Hình giọt nhựa VESO trên bề mặt thép 72

29 Hình 9.8: Giọt Swancor 984M trên bề mặt thép xử lý phun cát 72

30 Hình 9.9: So sánh cường độ bám dính trung bình của FRP trên kim loại với phương pháp xử lý bề mặt kim loại khác nhau 73

31 Hình 9.10: So sánh cường độ bám dính trung bình của FRP trên kim loại theo thời điểm gia công FRP khác nhau 75

32 Hình 9.11: Cường độ bám dính trung bình của FRP trên bê tông khi dùng primer VESO-Si 1 77

33 Hình 9.12: Cường độ bám dính trung bình của FRP trên kim loại khi dùng primer VESO-Si 1 78

34 Hình 9.13: Phổ tia X của mẫu VESO-Clay1 80

35 Hình 9.14: Phổ tia X của mẫu VESO-Clay3 80

36 Hình 9.15: Giản đồ TEM của mẫu VESO-Clay3 81

37 Hình 9.16: Phổ tia X của mẫu VESO-Clay5 81

38 Hình 9.17: Giản đồ TEM của mẫu VESO-Clay5 82

39 Hình 9.18: So sánh độ nhớt của các VESO – Clay với VESO .83

40 Hình 9.19: So sánh cường độ bám dính trung bình của FRP trên bê tông khi dùng primer VESO và VESO – Clay 84

41 Hình 9.20: So sánh cường độ bám dính trung bình của FRP trên kim loại khi dùng

primer VESO và VESO – Clay 85

42 Hình 9.21: Giản đồ DMTA của VESO và VESO – Clay3 87

43 Hình 9.22: So sánh cường độ bám dính của FRP trên bê tông khi có mặt

Dynasylan Glymo 88

44 Hình 9.23: So sánh cường độ bám dính của FRP trên kim loại khi có mặt

Dynasylan Glymo 90

45 Hình 9.24: So sánh cường độ bám dính của FRP trên bê tông khi dùng primer tổ

hợp VESO-SW901 với các hàm lượng SW901 khác nhau 91

46 Hình 9.25: So sánh cường độ bám dính của FRP trên kim loại khi dùng primer tổ

hợp VESO-SW901 với các hàm lượng SW901 khác nhau 93

47 Hình 9.26: Cường độ bám dính của FRP trên bê tông trước và sau khi được ngâm

trong môi trường hóa chất 30 ngày .96

48 Hình 9.27: Độ giảm cường độ bám dính của FRP trên bê tông sau khi được ngâm

trong môi trường hóa chất 30 ngày .96

49 Hình 9.28: Cường độ bám dính của FRP trên kim loại trước và sau khi được ngâm

trong môi trường hóa chất 30 ngày .97

50 Hình 9.29: Độ giảm cường độ bám dính của FRP trên kim loại sau khi được ngâm

trong môi trường hóa chất 1 tháng .97

51 Hình 9.30: Mẫu kim loại (ngâm trong H 2 SO 4 ) sau khi đo cường độ bám dính 98

Chương 1: Primer Luận văn Thạc sĩ

Chương 1: PRIMER [2,3,13]

1.1 TỔNG QUAN VỀ PRIMER [13]

1.1.1 Khái niệm về primer

Primer là lớp lót trung gian được phủ trên bề mặt vật liệu trước khi gia công chất kết dính nhằm tăng cường khả năng liên kết của mối nối Hình 1.1 minh họa cho một hệ kết dính của lớp FRP trên nền bê tông

Hình 1.1: Một hệ kết dính của FRP trên nền bê tông

1.1.2 Mục đích sử dụng primer

- Khi chất kết dính và chất nền không tương thích nhau, primer được dùng như lớp trung gian nhằm tăng liên kết cũng như độ bền của mối dán

- Khi bề mặt chất nền yếu hoặc xốp

- Khi giao diện giữa chất nền và chất kết dính cần thêm sự bảo vệ khi sử dụng trong những môi trường như hóa chất, ẩm, nhiệt…

1.1.3 Ứng dụng của primer

- Để bảo vệ bề mặt chất nền sau khi xử lý bề mặt (kéo dài thời gian giữa công đoạn chuẩn bị bề mặt vật nền và công đoạn dán)

- Đẩy mạnh những phản ứng hóa học giữa chất kết dính và chất nền

Bê tông Primer Bột trét Lớp nhựa phủ thứ 1

Lớp sợi Lớp nhựa phủ thứ 2

Lớp bảo vệ

- Điều chỉnh năng lượng tự do của bề mặt chất nền, tạo ra một bề mặt thấm ướt dễ dàng hơn

- Hòa tan ở mức thấp những chất bẩn hữu cơ nếu không những chất này sẽ nằm lại bề mặt liên kết làm yếu liên kết

- Ngăn chặn sự ăn mòn bề mặt nền trong lúc sử dụng

1.2 TÍNH CHẤT PRIMER

- Primer là một chất lỏng, thường có nguồn gốc hữu cơ, được phủ lên bề mặt chất nền trước khi sử dụng chất kết dính Thông thường, primer tương tự chất kết dính về mặt hóa học cho nên primer là cầu nối liên kết giữa chất nền và chất kết dính

- Do primer có độ nhớt thấp hơn độ nhớt của chất kết dính nên:

™ Primer có thể thấm sâu vào các lỗ xốp hoặc những mặt gồ ghề để tạo liên kết cơ học và che phủ

™ Primer dễ dàng điền đầy bề mặt nền, đuổi khí những chỗ rỗng, giúp cải thiện sự thấm ướt của chất kết dính

- Primer được sử dụng ngay sau khi chuẩn bị bề mặt và tạo thành một lớp film khô hoặc hơi hơi dính Điều chỉnh bề dày primer là cần thiết, vì nếu lớp primer quá dày thì những tính chất riêng của nó có thể trội hơn và primer trở thành bộ phận yếu nhất của mối nối

- Thông thường, người ta sử dụng phương pháp phun hoặc quét để tạo một lớp primer mỏng trên bề mặt chất nền Tùy loại primer mà chúng có thể khô ở nhiệt độ phòng hoặc cần làm khô cưỡng bức bằng không khí ở nhiệt độ từ 30oC đến

60oC trong khoảng thời gian từ 30 đến 60 phút Một lớp primer khô hoàn toàn giúp chống bám bụi và hư hỏng vật lý

- Trước đây, primer có hàm lượng chất bay hơi cao ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người, ngày nay, primer được sử dụng có hàm lượng chất bay hơi càng thấp càng tốt và những hệ primer sử dụng dung môi nước đang ngày càng

Chương 1: Primer Luận văn Thạc sĩ

được ứng dụng Đó là những polymer tan trong nước như epoxy, phenol formaldehyde Những primer này giúp màng film đồng đều hơn

1.3 NHỮNG NGUYÊN NHÂN LÀM PRIMER MẤT ĐI TÁC DỤNG LÀM CHẤT

KẾT DÍNH TRUNG GIAN

- Trong quá trình gia công, lớp primer có thể bị hỏng do các nguyên nhân sau:

™ Chỉ quét một lớp primer và lớp này quá mỏng

™ Thời gian từ lúc bắt đầu quét cho đến khi lớp primer đóng rắn hoàn toàn quá dài gây ra sự thủy phân và nhiễm bẩn

™ Lớp primer bị bọt, rỗng gây ra do tốc độ đóng rắn quá nhanh hoặc đóng rắn nóng

™ Tốc độ đóng rắn thấp tạo điều kiện quá trình dẻo hóa xảy ra hoặc những nhóm có khối lượng phân tử thấp di chuyển từ lớp primer vào trong bề mặt chung

™ Tốc độ đóng rắn quá nhanh làm cho lớp primer bị giòn và không thể mềm dẻo khi có sự thay đổi nhiệt

™ Lớp primer bị tấn công bởi dung môi trong chất kết dính

™ Lớp primer bị tấn công bởi nhiệt sinh ra trong quá trình đóng rắn của chất kết dính

1.4 PRIMER CHO CÁC LOẠI NỀN

1.4.1 Primer cho nền kim loại

- Mục đích sử dụng primer trên nền kim loại:

™ Bảo vệ bề mặt kim loại sau khi đã xử lý

™ Dùng để ngăn chặn quá trình ăn mòn kim loại

™ Được sử dụng như lớp trung gian giữa kim loại và chất kết dính khi hai chất này không tương thích nhau

- Thông thường, sử dụng primer như bước cuối cùng trong quá trình chuẩn bị bề mặt Primer được quét càng sớm càng tốt Với thép, khoảng thời gian tối đa từ lúc chuẩn bị bề mặt đến khi quét primer là 8 giờ

- Khi mối nối giữa kim loại và chất kết dính phải làm việc trong môi trường chứa nhiều tác nhân ăn mòn, lớp primer được dùng để tăng thêm khả năng chống ăn mòn cho kim loại nền Những primer loại này trong công thức có thêm những chất ức chế ăn mòn để trì hoãn quá trình ăn mòn, tăng thời gian sử dụng của mối nối Những primer loại này được dùng trong các cấu trúc liên kết của nhôm trong công nghiệp ôtô, trong ngành hàng không vũ trụ

1.4.2 Primer cho nền nhựa

Thường primer cho nền polymer được sử dụng cho mục đích thay đổi màu sắc của sản phẩm nhựa Khi quét sơn phủ lên bề mặt sản phẩm để tạo màu sắc và bảo vệ sản phẩm, primer thường được sử dụng để giảm bớt lớp sơn sử dụng, đồng thời giúp màng sơn bám chắc trên bề mặt sản phẩm

1.4.3 Primer cho bê tông

- Việc gia công kết dính trên bề mặt bê tông rất khó do các đặc điểm bề mặt của bê tông:

™ Bề mặt bê tông có tính kiềm rất cao, phá hủy mặt phân giới của những vật liệu nhạy cảm đối với sự thủy phân

™ Bề mặt bê tông có những thành phần chưa đóng rắn hết hoặc lớp vữa (độ xốp rất cao) cũng như có các thành phần “lỏng lẻo” không bám trên bề mặt

™ Trong bê tông thường có độ ẩm Độ ẩm này do nước bị giữ lại trong bê tông hoặc do thấm vào từ bên ngoài

™ Bề mặt bê tông có thể thay đổi theo môi trường bên ngoài mà nó tiếp xúc tùy thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm

- Ngoài ra bê tông là một vật liệu xốp và nó sẽ hút ẩm hay chất lỏng từ lớp sơn phủû, làm lớp sơn phủ mau khô Hầu hết các loại sơn sẽ xảy ra phản ứng hóa học trong thời gian bảo dưỡng, nó sẽ phụ thuộc vào lượng nước hay dung môi bay hơi, không bị hấp thụ Lớp primer sẽ giúp cho lớp sơn phủ hoàn thành chu trình bảo dưỡng Mặt khác, primer có giá thành rẻ hơn từ 10% đến 75% so với vật liệu sơn

Chương 1: Primer Luận văn Thạc sĩ

phủ nên việc sử dụng primer trước khi sơn phủ sẽ giúp làm giảm giá thành của hệ thống

1.5 CÁC LOẠI PRIMER CÓ SẴN TRÊN THỊ TRƯỜNG [27]

Bảng 1.1: Các loại primer trên thị trường

- Là primer vinyl ester trên nền bê tông

- Bám dính rất tốt trên bê tông

- Kháng nhiệt cao và kháng hóa chất tuyệt vời

SWANCOR

984M Chất lỏng mờ đục 400 82 3 tháng

- Là primer vinyl ester trên nền kim loại

- Tính đàn hồi tuyệt vời và bám dính cực tốt trên kim loại

SWANCOR

917

Chất lỏng trong suốt màu hổ phách

1.6.1 Giới thiệu về VESO

Nhựa VESO là một loại nhựa vinyl ester được biến tính khá mới được tổng hợp từ các loại dầu đậu nành epoxy hóa như Epoxid, Edenol (vốn được sử dụng nhiều làm chất hóa dẻo cho các loại nhựa như PVC) và acid methacrylic Nhựa VESO có công thức tổng quát như hình 1.2

Các mạch phân tử với các nhân thơm ở các loại nhựa epoxy thông thường tạo cho nhựa có độ cứng và chịu nhiệt cao được thay bằng mạch phân tử dài mềm dẻo của dầu đậu nành làm cho loại nhựa VESO tạo thành có mạch phân tử tương đối mềm dẻo hơn, độ cứng giảm nên có độ bền va đập và bề uốn cao hơn nhưng một số tính chất ưu việt của các vòng thơm cũng bị giảm đi đáng kể nhất là khả năng chịu môi trường

Hình 1.2: Công thức cấu tạo nhựa VESO

VESO được nghiên cứu tổng hợp để ứng dụng cho việc biến tính nhựa epoxy vinyl ester hoặc sử dụng như là lớp primer để tăng cường khả năng bám dính của một số loại vinyl ester có tính bám dính kém trên một số nền cơ bản như bê tông, kim loại,…

1.6.2 Tổng hợp VESO

Hình 1.3: Cấu tạo ESO

- ESO được tổng hợp từ loại dầu được trích ly từ hạt đậu nành, có thành phần chính là triglycerid (>95%), một loại ester của acid béo và glycerin

- Để tổng hợp ESO, thường tiến hành epoxy hóa dầu đậu nành theo một trong 2 cách sau:

Chương 1: Primer Luận văn Thạc sĩ

- Thường epoxy hoá dầu đậu nành theo phương pháp tác dụng với các peroxide

- ESO cũng chính là nguyên liệu hóa dẻo trong ngành công nghiệp nhựa PVC tạo ống, màng

- Các loại ESO thông dụng trên thị trường là Epoxid và Edenol của hãng Henkel, xuất xứ từ Đài Loan và Hàn Quốc

b) Acid methacrylic

CH C

CH32

Methacrylic acid tồn tại ở trạng thái lỏng, có mùi đặc trưng, không màu, có tính độc hại rất cao Khả năng trùng hợp và đồng trùng hợp rất cao Có khả năng phản ứng và sản phẩm vinylester có độ bền hóa chất cao do nhóm methyl (CH3) trong acid methacrylic giúp ổn định nhóm ester khỏi sự thủy phân

- Nhiệt độ phản ứng: 120 – 130 0C

HO

- Xúc tác: pyridine, chiếm 0,2% tổng khối lượng của dầu ESO và acid methacrylic

- Chất ức chế: hydroquinon, chiếm 0,02% tổng khối lượng của dầu ESO và acid methacrylic

- Monomer tương hợp: Styrene, chiếm tỷ lệ theo nhựa VESO tương hợp là Styrene:VESO = 4:6

- Chất khơi mào: MEKP

- Chất xúc tiến: Co2+

Vai trò của các chất xúc tác, chất ức chế cho quá trình tổng hợp VESO cũng như chế độ đóng rắn cho nhựa VESO tương tự như epoxy vinyl ester sẽ được trình bày cụ thể hơn trong chương 4

Chương 2: Lý thuyết về kết dính Luận văn Thạc sĩ

Chương 2: LÝ THUYẾT VỀ KẾT DÍNH [2,3,6,16]

2.1 KHÁI NIỆM VỀ KẾT DÍNH [2,3,6]

Kết dính là sự liên kết giữa hai vật thể thường thông qua chất trung gian gọi là chất kết dính (hay keo dán) Phần lớn chất kết dính được tổng hợp từ polymer

2.1.1 Kết dính ngoại

Là kết dính của 2 vật thể lỏng, rắn tinh thể hay vô định hình khác loại bất kỳ Kết dính ngoại gây nên do các lực liên kết của các phân tử, nguyên tử, ion, nhóm hoạt động hóa học khác nhau nằm ở bề mặt tiếp xúc của các vật thể Những lực liên kết như vậy gọi là lực kết dính ngoại và bản thân sự tác động tương hổ đó gọi là sự tác dụng tương hổ kết dính ngoại

2.1.2 Kết dính nội

Là kết dính (liên kết) của các phân tử, nguyên tử, ion trong bản thân vật thể Kết dính nội gây nên do các liên kết hóa học, lực Van der Waals và liên kết Hydro

C B

A

C B

A

B C

Hình 2.1: Các loại kết dính (vật thể A + vật thể B + chất kết dính C)

a) Kết dính ngoại; b) kết dính tự tạo; c) kết dính nội; d) kết dính hỗn hợp

2.1.3 Kết dính tự tạo

Là kết dính của các vật thể đồng loại Khác với kết dính ngoại, ở đây kết dính xảy ra nhờ các lực liên kết giữa các nguyên tử, phân tử đồng loại tiếp xúc với nhau Kết dính tự tạo về thực chất là trường hợp cá biệt của 2 hiện tượng khác nhau: kết dính ngoại và kết dính nội

2.2 MỘT SỐ THUYẾT HIỆN ĐẠI VỀ KẾT DÍNH [6,16]

2.2.1 Thuyết cơ học

Theo thuyết này, sự bám dính là do tác động cơ học, sự móc vào nhau giữa hai bề mặt vật liệu tạo mạng lưới cơ học dẫn đến cải thiện tính bám dính ở liên diện (hình 2.2)

Khi bề mặt vật liệu nền có các lỗ trống, khe nứt, sần sùi,… thì keo dán sẽ thấm vào những vị trí này, móc vào bề mặt vật liệu nền do đó độ bám dính tăng lên Để đạt được điều này yêu cầu polymer không những phải có độ nhớt thích hợp mà phải có tính chất lưu biến thích hợp để có thể chảy vào các lỗ rỗng trên bề mặt vật nền trong một khoảng thời gian thích hợp

Hình 2.2: Kết dính dưới tác động cơ học, sự móc vào nhau giữa hai bề mặt

2.2.2 Thuyết kết dính hóa học

Thuyết này cho rằng bám dính là do tương tác giữa các nhóm hóa học, các nhóm phân cực được mang trên hai bề mặt tiếp xúc hay từ sự hình thành các liên kết hóa học giữa hai bề mặt (hình 2.3)

2.2.3 Thuyết hấp phụ

Theo thuyết này, bám dính hình thành là do lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử của vật liệu làm keo dán và vật liệu nền (hình 2.4)

Chương 2: Lý thuyết về kết dính Luận văn Thạc sĩ

M.Z.Bancrott cho rằng độ bền kết dính càng lớn nếu như các phân tử của vật liệu keo dán được vật liệu nền hấp thụ càng mạnh Bruyne khẳng định rằng kết dính gây nên do lực tác dụng của các lực giữa các phân tử (lực Van der Waals) Theo Mac-Laren, yêu cầu tối cần thiết đối với các vật liệu keo dán là chúng phải thấm lên vật liệu nền Nếu vật liệu keo dán có thể kết tinh hay thay đổi thể tích của mình thì kết dính ngoại giảm đi, polymer ở trạng thái vô định hình có tính kết dính lớn hơn hơn trạng thái tinh thể…

Hình 2.3: Kết dính hóa học (chemical bonding)

Hình 2.4: Sự bám dính dưới tác động của lực tương tác Van- dec-Wan

2.2.4 Thuyết kết dính tĩnh điện

Theo thuyết này, sự bám dính của một polymer lên bề mặt của vật liệu là do sự tích điện trái dấu trên bề mặt polyme và vật liệu tiếp xúc (hình 2.5)

Theo thuyết điện, hệ thống keo dán – vật nền có thể xem là một tụ điện và lớp tích điện kép xuất hiện khi hai vật thể tiếp xúc với nhau là các bản tích điện của tụ điện đó Khi tách lớp keo dán khỏi vật nền, nghĩa là cũng giống như khi chuyển

dời các bản của tụ điện, sẽ xuất hiện một thế, đại lượng của nó tăng thì khe hở giữa các bề mặt bị tách rời nhau cho đến khi đạt đến khoảng cách giới hạn, ở đó những điện tích đối dấu không còn tác dụng tương hỗ với nhau nữa

Theo lý thuyết tĩnh điện, nếu ta phá vỡ mẫu với một vận tốc chậm, hai bề mặt kết dính được tách rời từ từ, các điện tích tự phân tán trong thể tích hai vật liệu, kết quả là năng lượng cần tách bóc bề mặt kết dính nhỏ Trong trường hợp ngược lại vận tốc tách bóc lớn, không có sự phân tán, điện tích bề mặt hai vật liệu giữ nguyên, trường hợp này lực tách bóc liên diện sẽ lớn

Hình 2.5: Sự kết dính bằng lực liên kết tĩnh điện

Nếu chỉ theo quan điểm của lý thuyết điện thì khó giải thích vì sao những polymer có bản chất gần giống nhau thì kết dính tốt hơn Lý thuyết điện không thể giải thích tại sao những polymer chứa phụ gia lại kết dính ngoại rất tốt vì đây là những vật liệu có khả năng dẫn điện

2.2.5 Thuyết khuyếch tán

Kết dính ngoại và kết dính tự tạo hình thành đều xuất phát từ khả năng khuếch tán của các đại phân tử hay đoạn mạch của chúng làm tạo thành liên kết bền vững giữa keo dán và vật nền Kết dính ngoại và kết dính tự tạo khác nhau ở chỗ: trong trường hợp kết dính ngoại, quá trình khuếch tán xảy ra do các polymer khác nhau, còn trong trường hợp kết dính tự tạo do cùng loại polymer

Lý thuyết khuếch tán xuất hiện từ những đặc điểm về cấu trúc của polymer như cấu tạo mắc xích, mạch phân tử mềm dẻo cho phép thay đổi hình thái sắp xếp của mình nhờ chuyển động nhiệt

Chương 2: Lý thuyết về kết dính Luận văn Thạc sĩ

Lý thuyết khuếch tán hoàn toàn phù hợp với những khái niệm đã biết: Nếu hai polymer cùng có cực hay không có cực thì độ kết dính cao và nếu một polymer có cực và polyme kia không có cực thì khó kết dính tốt với nhau

Theo lý thuyết khuếch tán, để tạo thành liên kết bền vững giữa hai polymer cần có hai điều kiện:

™ Những polymer đem tiếp xúc với nhau phải hòa tan, trộn hợp hoàn toàn hay một phần

™ Những polyme đó phải khá linh động để chúng có thể khuếch tán qua bề mặt phân chia pha

Hình 2.6: Sự bám dính do khuyếch tán

Lý thuyết khuếch tán hoàn toàn không áp dụng đối với trường hợp dán kim loại , thủy tinh, gạch ngói, gỗ, da, giấy,…

2.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG KẾT DÍNH CỦA

POLYMER

2.3.1 Khả năng thấm ướt bề mặt của polymer và vật liệu tiếp xúc

Để thấm ướt bề mặt, yêu cầu vật liệu polymer phải có sức căng bề mặt thấp hơn sức căng bề mặt của vật liệu cần bám dính, mục đích nhằm tạo nên góc thấm ướt bằng không Thấm hút hoàn toàn khi lực hút phân tử giữa chất lỏng và phân tử của chất rắn lớn hơn lực hút giữa các phân tử chất lỏng với nhau

Khả năng thấm ướt bề mặt còn phụ thuộc vào sức căng bề mặt của polymer và chất nền, độ nhớt của keo và cấu trúc của bề mặt vật nền (hình dạng và kích thước

lỗ rỗng) Sức căng bề mặt của vật liệu cần bám dính có thể thay đổi tùy theo các phương pháp xử lý bề mặt

Hình 2.7: Thấm ướt bề mặt: không tốt (bad wetting) và tốt (good wetting)

2.3.2 Bản chất của vật liệu nền và polymer làm keo dán

Độ bám dính của polymer trên một bề mặt phụ thuộc vào tính chất hóa học, hóa lý và vật lý của bề mặt tiếp xúc Cơ bản phụ thuộc vào khả năng tương hợp giữa hai vật liệu, năng lượng bề mặt của vật liệu tiếp xúc, cũng như cấu trúc vật lý của bề mặt

Vật liệu xốp (gỗ, giấy,…) sẽ dễ dàng hấp thụ các keo dán có độ nhớt thấp Kết quả của việc keo thấm vào sẽ làm cho lớp keo trên bề mặt mỏng, không bằng phẳng do đó sẽ làm giảm độ bền của mối nối Mặt khác, dung môi hay các chất thấp phân tử dễ dàng bị hấp phụ vào trong các mao quản và việc này sẽ tạo nên sự bám dính một cách nhanh chóng Tuy nhiên nó sẽ tạo nên ảnh hưởng xấu đến sự sắp xếp của các phân tử polymer trong lớp keo phủ trên bề mặt Dung môi sẽ cạnh tranh với các phân tử của polymer trong việc hấp phụ vào các mao quản

a) Khối lượng phân tử của polymer

Khối lượng phân tử thấp ảnh hưởng đến khả năng bám dính của polymer: xuất hiện hiện tượng rão ở nhiệt độ thấp, kém bền lão hóa, khả năng chịu lực tách bóc kém Tuy nhiên, khi khối lượng phân tử thấp thì khả năng thấm ướt bề mặt cao, tránh được bọt khí ở liên diện và dễ đạt kích thước liên diện theo yêu cầu

Chương 2: Lý thuyết về kết dính Luận văn Thạc sĩ

Có thể nhận thấy một điều là khi mức độ trùng hợp thấp, sản phẩm tạo thành có kết dính ngoại tốt nhưng kết dính nội kém Những polymer khối lượng phân tử lớn hòa tan khó, kết dính nội tốt nhưng kết dính ngoại kém

Khả năng hấp phụ của polymer trên bề mặt kim loại tăng mạnh khi tăng khối lượng phân tử

b) Độ phân cực của mạch polymer

Tùy theo cấu trúc phân tử phân cực nhiều hay ít, polymer thể hiện khả năng bám dính trên bề mặt tiếp xúc khác nhau Tuy nhiên, lý thuyết bám dính trên cơ sở độ phân cực của polymer chỉ có giá trị tương đối, còn những yếu tố khác, đôi khi là yếu tố kỹ thuật giữ vai trò quan trọng

a) Kỹ thuật xử lý khi dán

Độ bám dính của một polymer trên bề mặt bất kỳ phụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật xử lý khi dán bao gồm: chuẩn bị hỗn hợp polymer, xử lý bề mặt, kỹ thuật dán, v.v

Mục đích nhằm tăng khả năng khuếch tán, độ thấm ướt bề mặt của polymer trên bề mặt nền

b) Điều kiện hình thành màng keo dán

Màng keo dán có thể hình thành từ một trong các quá trình sau:

™ Quá trình thải dung môi từ dung dịch polymer

™ Quá trình nóng chảy polymer rắn

™ Quá trình trùng hợp hay trùng ngưng monomer hoặc oligomer đồng đẳng

™ v.v

Tùy mức độ thải dung môi khỏi màng keo dán mà có ảnh hưởng đến phẩm chất của mối dán Dung môi còn lại trong lớp keo dán sẽ làm cho lớp keo bị rỗng và do đó giảm độ bền cũng như độ chịu nhiệt

c) Nhiệt độ và thời gian đóng rắn hệ keo

Tùy thuộc vào bản chất hóa học và thành phần của các chất, có thể đóng rắn hỗn hợp keo dán ở nhiệt độ thường hay nhiệt độ cao Nhiệt độ cao thì thời gian hình thành liên kết giảm, độ bền và độ chịu nhiệt của mối dán tăng Ơû một nhiệt độ xác định, tăng thời gian đóng rắn sẽ làm tăng độ bền của các mối dán

d) Chiều dày màng keo

Độ bền của mối dán tăng khi giảm chiều dày màng keo dán Chiều dày của lớp keo dán phụ thuộc vào bản chất hóa học, thành phần, tính chất lưu biến và lượng keo đem quét và cũng phụ thuộc vào áp suất khi dán

e) Độ co và ứng suất nội tại

Trong quá trình hình thành màng keo, thường xảy ra hiện tượng co ngót gây ứng suất nội tại ảnh hưởng không tốt đến màng keo

Đối với polymer cấu tạo thẳng, mạch của chúng có một độ mềm dẻo nhất định, ứng suất nội tại cao sẽ không quan sát thấy, đặc biệt nếu như điều kiện trùng hợp khá êm dịu Điều này cũng tương tự đối với những loại keo đi từ polymer mềm (elastomer) hay polymer nhiệt rắn biến tính bằng polymer nhiệt dẻo hay elastomer

Những polymer nhiệt rắn ở trạng thái đóng rắn có cấu trúc không gian chặt chẽ thì ứng suất nội tại của chúng lớn

Chương 3: Xử lý bề mặt vật liệu Luận văn Thạc sĩ

Chương 3: XỬ LÝ BỀ MẶT VẬT LIỆU [2,3,13,17]

3.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CHUNG CỦA XỬ LÝ BỀ MẶT

3.1.1 Mục đích

Chuẩn bị bề mặt là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến biểu hiện của lớp che phủ (coatings) hoặc lớp vật liệu sửa chữa trên bề mặt vật liệu nền Nếu xử lý bề mặt không tốt, lớp sơn phủ hoặc lớp vật liệu che phủ trên bề mặt sẽ liên kết rất yếu với chất nền và dễ bị bong, tróc, hư hại

Mục đích của việc xử lý bề mặt:

™ Loại bỏ những lớp vật liệu nằm trên bề mặt nền và liên kết yếu với bề mặt nền Những lớp vật liệu này làm giảm sự thấm ướt của primer trên bề mặt chất nền và tạo các liên kết yếu giữa primer và chất kết dính với chất nền

™ Tạo năng lượng bề mặt cho chất nền để duy trì khả năng thấm ướt cao nhất với primer/chất kết dính và năng lượng này phải lớn hơn hoặc bằng năng lượng bề mặt của primer/chất kết dính

™ Tăng chất lượng mối liên kết bằng cách kiểm soát độ nhám của bề mặt

3.1.2 Yêu cầu chung của các phương pháp xử lý bề mặt

- Phải loại bỏ được những liên kết yếu trên bề mặt chất nền

- Phải an toàn khi sử dụng bằng tay, không gây cháy và độc hại, không được tiếp tục phản ứng sau khi đã xử lý xong

- Không đắt tiền và cung cấp thời gian xử lý ngắn nhất

- Quá trình phải được cơ giới hóa trong sản xuất công nghiệp

3.2 XỬ LÝ BỀ MẶT KIM LOẠI [3,26]

Có rất nhiều phương pháp xử lý bề mặt khác nhau Nhưng một cách tổng quát thì có hai phương pháp chính Đó là phương pháp hóa học và phương pháp cơ học Tùy vào loại bề mặt nền mà người ta lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp

3.2.1 Phương pháp hóa học

Ở đây không phân loại phương pháp theo tên của chất hóa học sử dụng mà phân loại theo mức độ xử lý của chúng Theo cách phân loại này có hai mức độ: mức độ xử lý yếu và mức độ xử lý mạnh

- Chỉ xử lý được những chất bẩn có liên kết yếu với bề mặt nền như: dầu mỡ, bụi bẩn Những phương pháp này không thích hợp để tẩy gỉ

- Được sử dụng như bước đệm cho các quá trình xử lý tiếp theo (mài hoặc tẩy gỉ)

- Những hóa chất được sử dụng ở mức độ này: dung môi (toluen, aceton, benzen, xylen, metyl etyl keton…), dung dịch (xà phòng, xút, dung dịch phosphat với độ pH từ 9.5 đến 10.5…)

- Dùng để xử lý những thành phần liên kết mạnh với bề mặt nền như gỉ trên bề mặt thép

- Nguyên tắc chung: Hòa tan lớp gỉ trong dung dịch xử lý Tùy vào bản chất của từng loại gỉ của chất nền (ví dụ: gỉ của sắt thì xốp còn gỉ của nhôm thì chặt và chắc) mà lựa chọn loại dung dịch xử lý phù hợp

- Yêu cầu chung: Sau khi xử lý thì không được phản ứng tiếp (tiếp tục ăn mòn bề mặt chất nền) hoặc còn lại trên bề mặt nền

PHƯƠNG PHÁP PHOTPHAT HÓA BỀ MẶT

Phương pháp này chủ yếu được sử dụng để tẩy gỉ cho thép và sắt, nhưng cũng được sử dụng cho các kim loại và hợp kim khác như: kẽm, thiết…

Phương pháp này sử dụng acid H3PO4 để hòa tan lớp gỉ và phản ứng với Fe để phủ một lớp tinh thể PO43- lên bề mặt xử lý Lớp tinh thể này tạo trên bề mặt một lớp không tan và bám dính rất chắc với kim loại nền và là nền tốt cho lớp primer hoặc sơn lót

Chương 3: Xử lý bề mặt vật liệu Luận văn Thạc sĩ

Để có thể hòa tan tốt Fe, pH của dung dịch phải từ 2 đến 4 Trong khi phản ứng với Fe, các ion H2 PO4-, H PO42- và PO43- đều xuất hiện và làm pH của dung dịch tăng do giảm nồng độ H+

Fe + H3PO4 → Fe(H2 PO4)2 + H2Fe(H2 PO4)2 → FeH PO4 + H2 FeH PO4 → Fe3(PO4)2 + H3PO4Tuy nhiên, chỉ có ion PO43- là không tan và nằm lại trên bề mặt sắt Song song với quá trình hòa tan Fe là quá trình thủy phân trở lại các muối được tạo thành Do đó, để tạo thành lớp tinh thể này nhanh hơn, những chất xúc tác oxi hóa được thêm vào, thông dụng là HNO3

Độ pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phủ photphat Nếu pH tăng chậm trong quá trình xử lý, phản ứng thủy phân được ngăn chặn và quá trình tẩy gỉ diễn

ra Kết quả là một lớp tinh thể PO43-mỏng, tốt được tạo thành Nếu pH tăng nhưng không nhanh quá, quá trình tẩy vẫn diễn ra nhưng lớp PO43- được tạo thành không tốt Nhưng nếu pH tăng rất nhanh, các tinh thể PO43- không thể tạo thành, dung dịch xử lý bị đen và bề mặt càng bẩn hơn

Phương pháp này chỉ thích hợp cho xử lý những chi tiết nhỏ và bề dày lớp gỉ không quá lớn

™ Đối với thép cacbon, dung dịch photphat sử dụng có thành phần như sau: Dung dịch HNO3 40% 5% (theo thể tích)

Dung dịch H3PO4 85% 30% (theo thể tích)

Nước cất 65% (theo thể tích)

™ Đối với thép không gỉ, dung dịch photphat sử dụng có thành phần như sau: Dung dịch HCl 35% 83.3% (theo thể tích)

Dung dịch H3PO4 85% 12.5% (theo thể tích)

Dung dịch HF 60% 4.2% (theo thể tích)

3.2.2 Phương pháp cơ học

- Chủ yếu được sử dụng để loại bỏ các chất bẩn bám chặt trên bề mặt như gỉ Rất thích hợp cho xử lý kim loại

- Các phương pháp xử lý: Mài mòn bằng các loại giấy mài hoặc đá mài, chà xát bằng dây kim loại, phun cát khô hoặc mạt giũa kim loại, mài bằng hơi

Phun cát khô hoặc mạt giũa thích hợp cho các chi tiết dày, không thích hợp cho các chi tiết mỏng vì sẽ làm cong chi tiết Trong khi mài bằng hơi (vapor honing) thì hữu hiệu cho cả hai loại chi tiết Mài bằng tay với giấy nhám, đá mài hoặc dây kim loại cho hiệu quả xử lý thấp nhất Trong quá trình xử lý, tránh tạo thành những bề mặt gồ ghề hoặc những rãnh, hố sâu trên bề mặt Sau khi xử lý, cần làm sạch bề mặt bằng cách loại bỏ mạt kim loại khỏi bề mặt Primer/ chất kết dính được quét lên ngay sau khi xử lý

3.3 XỬ LÝ BỀ MẶT BÊ TÔNG [2,17,24]

Loại bỏ các chất bẩn (bụi, dầu, mỡ) trên bề mặt bê tông tạo điều kiện cho primer và các vật liệu sửa chữa liên kết trực tiếp với chất nền, mặt khác, làm tăng phạm vi bề mặt bám dính cũng như độ nhám bề mặt, và cung cấp độ neo giữ vật liệu phủ trên bề mặt nền

3.3.1 Xử lý hóa học

Bê tông bị nhiễm bẩn bởi dầu, mỡ hoặc chất bẩn khác được làm sạch với chất tẩy rửa, trisodium phosphate hoặc nhiều loại chất rửa bê tông với các thương hiệu khác nhau trên thị trường Khi sử dụng các chất này phải kết hợp với việc chà xát và xối nước mạnh để loại bỏ các lượng dư thừa

Không nên dùng dung môi để tẩy rửa bê tông vì chúng có thể hòa tan với chất bẩn và mang chúng đi sâu vào trong bê tông Acid muriatic (HCl) cũng tương đối không hiệu quả trong việc loại bỏ dầu, mỡ

Chương 3: Xử lý bề mặt vật liệu Luận văn Thạc sĩ

Phương pháp khắc acid giúp loại bỏ một lượng vừa đủ vữa xi măng trên bề mặt bê tông, tạo độ nhám cho bề mặt Do có tiềm năng gây ăn mòn, ACI Committee

515 [17] khuyến cáo chỉ nên sử dụng phương pháp khắc acid khi các phương pháp xử lý bề mặt khác không dùng được

3.3.2 Xử lý cơ học

Thiết bị làm sạch bê tông bằng cơ học gồm 2 loại: quay tròn (rotary) và va đập (impact) Thiết bị quay bao gồm các đĩa quay và máy mài mòn, thường được dùng trên các bề mặt bê tông có cường độ nén thấp Thiết bị này không hiệu quả trên bê tông có cường độ cao do chỉ làm cho bề mặt nhẵn bóng hơn là mài mòn

Máy xới bê tông (scarifier) áp đặt một bánh xe cắt quay tròn trên bề mặt bê tông Chiều sâu vết cắt có thể kiểm soát được Thiết bị này thích hợp cho các nền nhà cũ và rất phù hợp để loại bỏ lớp sơn cũ hoặc hợp chất đóng rắn nhưng nặng, giá thành tương đối cao và đòi hỏi kỹ năng của người sử dụng

a) Bắn cát (Sandblasting)

Súng phun cát sử dụng áp suất không khí để bơm một luồng cát có tốc độ cao vào bề mặt bê tông Cát thô thường được sử dụng để loại bỏ xi măng hòa tan Cát thô tốt hơn cát mịn Nguồn không khí của máy phun cát được trang bị một túi dầu nhằm tránh gây bẩn bề mặt bê tông trong quá trình làm sạch

Bắn cát có thể được sử dụng như là công đoạn xử lý bề mặt cuối cùng để loại bỏ vữa, chất bẩn, dầu, mỡ…Nhưng với lượng lớn cát khô sử dụng và bụi do phương pháp này mang lại cũng như việc vệ sinh khó khăn (nhất là khi bề mặt bê tông lớn) đã gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người, nên phương pháp này được sử dụng rất hạn chế

b) Bắn nước (Water Blasting)

Phương pháp này sử dụng một dòng nước bắn trực tiếp vào bề mặt bê tông với một áp suất và vận tốc cao Nhờ áp suất cao của dòng nước, các tạp chất và chất bẩn trên bề mặt bê tông được tách khỏi bề mặt Phương pháp này thường được sử dụng như là công đoạn cuối trong quá trình xử lý bề mặt bê tông

Hình 3.1: Các mức độ bề mặt bê tông sau xử lý, từ nhẹ (1-khắc acid) đến

gồ ghề (9- xới mạnh bề mặt bê tông)

1