Nghiên cứu chế thử sơn máy bay cho máy bay hàng không dân dụng việt nam sơn cho máy bay ATR 72 hoặc A 320

1

ĐỀ TÀI CẤP BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI.
MÃ SỐ : DT083011








BÁO CÁO KHOA HỌC







NGHIÊN CỨU CHÕ THỬ SƠN MÁY BAY CHO
MÁY BAY HÀNG KHÔNG DÂN DỤNG VIỆT NAM
SƠN CHO MÁY BAY ATR-72 HOẶC A-320

Chủ nhiệm đề tài : TS VŨ THƯỜNG BỒI







8639



Hà Nội - 2011


2

BO CO KHOA HC

Tờn ti: NGHIấN CU CH TH SN MY BAY CHO MY BAY
HNG KHễNG DN DNG VIT NAM. SN CHO MY
BAY ATR-72 HOC A -320.
Mó s : DT 083011.
C quan qun lý : Cc Hng khụng Vit Nam-B Giao thụng vn ti.
C quan ch trỡ: Trung tõm t vn cụng ngh v dch v hng khụng-
Hi KHKT hng khụng Vit Nam.
Ch nhim ti : Tin s V Thng Bi.
C quan và cá nhân phi hp chớnh :
-Vin K thut quõn s PKKQ:
TS Nguyễn Duy Lời.

TS Hoàng Anh Tuấn.
KS Vũ Tuấn Long.
CN Đỗ Thị Thu Hà.
- Vin Hoỏ hc Vt liu-Vin KHCN quõn s BQP:
TS Đào Công Minh.
- Cục Hàng không Việt Nam:
Ths Hồ Minh Tấn.
-Cụng ty c phn Sn Tng hp H ni
Kinh phớ : 987 triu ng.Thc chi:791.953.148ng.
Thi gian thc hin: 36 thỏng(t thỏng 1 - 2008 n thỏng 12 -2010.
Ngy thỏng 4 nm 2011
C QUAN QUN Lí TI C QUAN CH TRè TI





GS TSKH Nguyễn Đức Cơng
CH NHIM TI




TS Vũ Thờng Bồi

3


MC LC

Trang
Mở đầu. 6
Chng 1.Tổng quan về hệ thống sơn bảo vệ máy bay. 6
1.1. Về ăn mòn kết cấu máy bay. 6
1.2.Vật liệu kết cấu chính trong thân cánh máy bay. 7
1.2.1. Hợp kim nhôm. 7
1.2.2. Thép. 8
1.2.3. Hợp kim magiê. 8
1.3.Tính chất cơ bản của hệ sơn phủ bảo vệ chống gỉ máy bay. 8
1.4. Vật liệu chế tạo hệ sơn máy bay. 10
1.4.1. Chất tạo màng. 10
1.4.2. Dung môi. 10
1.4.3. Chất hoá dẻo. 10
1.4.4. Chất đóng rắn. 11
1.4.5. Bột mầu. 11
1.4.6. Chất độn. 11
1.4.7. Phụ gia. 12
1.5. Các dạng sơn phủ. 12
1.5.1. Sơn lót. 12
1.5.2. Matit. 12
1.5.3. Sơn men. 12
1.5.4. Sơn không mầu. 12
1.6. Các tính chất quan trọng của sơn. 12
1.6.1. Độ nhớt. 13
1.6.2. Độ bám dính. 13
1.6.3. Độ phủ. 13
1.6.4. Hàm khô. 13
1.6.5. Độ bóng. 13
1.6.6. Độ dầy. 13
1.6.7. Độ dẻo. 13

1.6.8. Độ bền tác động môi trờng. 14
1.6.9. Thời gian khô. 14
1.6.10. Độ tin cậy bảo vệ chống ăn mòn của hệ sơn phủ. 14
1.7. Các mác sơn máy bay đã và đang dùng trên thế giới. 14
Chng 2. Nghiên cứu chế thử sơn lót VASTA-1 mô phỏng sơn lót
Celerol Wash Primer 913-21 của hãng Mankiewicz. 18
2.1. Về sơn lót Wash Primer. 18

4
2.2. Nghiên cứu chế thử sơn lót VASTA-1. 18
2.2.1.Chất tạo màng polyvinyl butyral. 18
2.2.2. Lựa chọn PVB trên thị trờng. 22
2.2.3. Qui trình công nghệ sản xuất sơn lót VASTA-1. 23
2.2.4. Nhận xét. 29
Chng 3. Nghiên cứu chế thử mô phỏng sơn lót VASTA-2 V78
theo Seevenax Primer 113-22. 30
3.1. Về hệ sơn epoxy. 30
3.1.1. Este hoá nhựa epoxy. 31
3.1.2. Biến tính nhựa epoxy bằng nhựa phênolic. 31
3.1.3. Biến tính nhựa epoxy bằng amin. 31
3.1.4. Biến tính nhựa epoxy bằng polyisôxanat. 32
3.2.Qui trình phòng thí nghiệm. 32
3.2.1.Tổng hợp polyaxit phân tử thấp. 32
3.2.2.Tổng hợp nhựa polyamit phân tử thấp. 33
3.2.3. Pha chế thành phần 1 của sơn VASTA-2. V78 34
3.2.4. Đơn pha chế sơn lót VASTA-2.V78 34
3.2.5. Các phơng pháp phân tích hoá học. 35
3.3.Qui trình chế thử sơn lót VASTA-2.V78 36
3.3.1. Chuẩn bị nguyên liệu. 36
3.3.2. Pha chế thành phần 1. 36

3.3.3. Pha chế thành phần 2. 36
3.3.4. Kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật của sơn. 37
3.3.5. Nhận xét. 41
Chng 4. Nghiên cứu chế thử mô phỏng sơn lót VASTA-2B .
G252 mô phỏng theo CF 37047 của hãng ADAF. 42
4.1. Về sơn lót Aerodur CF 37047. 42
4.2. Qui trình phòng thí nghiệm. 42
4.2.1. Điều chế axit béo dầu lanh. 42
4.2.2.Tổng hợp nhựa aminoamit trên cơ sở axít béo dầu lanh. 43
4.2.3.Tổng hợp nhựa epoxy biến tính. 43
4.2.4. Đơn pha chế sơn lót VASTA -2B .G252 44
4.3.Qui trình chế thử sơn lót VASTA-2B.G252 44
4.3.1. Chuẩn bị nguyên liệu và pha chế thành phần 1. 44
4.3.2. Pha chế thành phần 2. 45
4.3.3. Kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật. 45
4.3.4. Nhận xét. 49
Chng 5. Nghiên cứu chế thử mô phỏng sơn phủ VASTA-3
theo Alexit Topcoat 411-77. 50
5.1. Về polyuretan. 50
5.2.Sơn polyuretan . 50

5
5.3. Điều chế thành phần 1 sơn VASTA-3. 51
5.3.1. Qui trình phòng thí nghiệm. 51
5.3.2. Phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật của polyeste polyol. 52
5.3.3. Khảo sát nguyên liệu polyeste polyol trên thị trờng. 53
5.3.4. Đơn pha chế thành phần 1 sơn VASTA-3. 54
5.4. Tổng hợp thành phần 2 của sơn VASTA-3. 55
5.4.1. Về Polyisoxianat. 55
5.4.2. Tổng hợp Desmodur L trong phòng thí nghiệm. 57

5.4.3. Tổng hợp Desmodur N trong phòng thí nghiệm. 58
5.4.4. Phân tích xác định chỉ số isoxianat. 58
5.4.5. Quá trình công nghệ sản xuất sơn VASTA-3. 59
5.4.6. Nhận xét. 64
Chng 6.Nghiên cứu chế thử chât tẩy sơn VASTASO. 65
6.1.Mục đích. 65
6.2.Tổng quan về chất tẩy sơn máy bay. 65
6.2.1.Các phơng pháp tẩy sơn. 65
6.2.2.Các chát tẩy sơn thờng dùng trong hàng không. 66
6.3.Kết quả thử nghiệm. 70
6.3.1.Phân tích cơ chế tẩy sơn bằng dung môi. 70
6.3.2.Các chất phụ trợ. 71
6.3.3.Xây dng đơn pha chế chất tẩy sơn VASTASO. 72
6.3.4.Các chỉ tiêu kỹ thuật chất tẩy sơn VASTASO. 72
6.3.5.Phơng pháp thử. 73
6.4.Nhận xét. 73
Chng 7.Nghiên cứu qui trình công nghệ sơn máy bay. 74
7.1.Yêu cầu kỹ thuật. 74
7.2.Dán bảo vệ những chỗ không sơn. 74
7.3.Tẩy sơn vỏ ngoài máy bay. 74
7.4.Rửa máy bay. 75
7.5.Sơn máy bay. 75
7.6.Sơ đồ sơn vỏ ngoài máy bay. 77
7.7.Sn th nghim ca bung hng mỏy bay Fokker A-502 81
Kết luận. 83
Tài liệu tham khảo. 84
Dự thảo Tiêu chuẩn cơ sở sản phẩm. 89
Phụ lục - Các văn bản kết quả thử nghiệm

6
MỞ ĐẦU.
Vai trò của hệ sơn trên máy bay rất quan trọng.Nó nhằm bảo vệ toàn bộ kết
cấu thân cánh máy bay khỏi bị tác động của môi trường và điều kiện sử dụng
gây gỉ kết cấu dẫn đến mất an toàn bay do gỉ và đặc biệt mỏi gỉ kết cấu thân
cánh máy bay. Để bảo vệ được kết cấu thân cánh máy bay đòi hỏi hệ sơn gồ
m
nhiều lớp,bám chắc,chịu mài mòn,chịu sốc nhiệt từ -60
0
C đến 60
0
C,chịu rung
xóc,chịu uốn,chịu lực xoắn,chịu được các chất lỏng làm việc như xăng,dầu
hoả,dầu nhờn,dầu thuỷ lực…Nó cũng phải chịu được các tác động của môi
trường nhiệt đới ẩm,môi trường biển,bức xạ mặt trời,thời tiết,khí hậu…Lớp sơn
phủ còn có chức năng hoàn thiện đặc trưng khí động c
ủa máy bay.Việc giảm lực
cản khí động dẫn đến giảm tiêu hao nhiên liệu bay,tăng tốc độ bay [1].Còn về
mặt mỹ thuật,hệ sơn máy bay cũng đòi hỏi độ láng bóng mà không loá,sắc mầu
phù hợp,trang trí có tính thẩm mỹ cao…Tất cả các yêu cầu trên phải đáp ứng
trong thời gian sử dụng trung bình 4-5 năm. Đó là tuổi thọ của các hệ sơn máy
bay hiện nay trên thế giới đã
đạt được.Sau thời hạn này máy bay phải vào xưởng
để đại tu hoặc sửa chữa một phần hệ sơn phủ.
Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về hệ thống sơn bảo vệ máy bay.
Chương1.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SƠN PHỦ BẢO VỆ MÁY BAY.

1.1.Về ăn mòn(gỉ) kết cấu máy bay.
Các chi tiết kết cấu thân cánh máy bay thường là các tấm bản mỏng,do đ
ó
khi bị gỉ với độ sâu không đáng kể cũng làm giảm rõ rệt độ bền kết cấu, đặc biệt
với ăn mòn mỏi[2]. Ăn mòn có thể xẩy ra cả ở mặt trong và mặt ngoài máy bay.
Đặc trưng ăn mòn máy bay rất đa dạng tuỳ thuộc điều kiện khí hậu môi trường
nơi đậu máy bay, điều kiện làm việc của kết cấu,chất lượ
ng bảo dưỡng…
Thông thường hư hỏng do ăn mòn xẩy ra trên vỏ bọc máy bay đậu ở sân
bay gần khu công nghiệp và gần biển. Ăn mòn đặc biệt dẽ xẩy ra ở các mối ghép
nối, đầu đinh tán, ốc vít…Ăn mòn trên mặt ngoài vỏ bọc máy bay có đặc trưng
ăn mòn điểm (ăn mòn pitting). Ăn mòn cũng xẩy ra ở mặt trong vỏ bọc máy bay
như chỗ thoát khí,khu vệ sinh,buồng hàng,bụng máy bay…d
ễ bị đọng ẩm. Điều
kiện diễn ra ăn mòn kết cấu bên trong thân cánh máy bay do đó dễ hơn và sự
bảo vệ cần chú ý hơn.Khu vực ca-bin hành khách đặc biệt dễ tích tụ nước lẫn tạp
chất bẩn có tính xâm thực mạnh với các hợp kim kết cấu thân cánh máy bay như
duy-ra D16 ,2024(Al-Cu-Mg), và B95 ,7075(Al-Zn-Mg).Khoang chứa ắc qui
cũng là khu vực dễ xẩy ra ăn mòn.
Để chống ăn mòn kim loạ
i nói chung và chống ăn mòn kết cấu thân cánh
máy bay người ta dùng các nhóm phủ bảo vệ như sau:
-Mạ kim loại bền ăn mòn hơn.
-Xử lý bằng lớp phủ vô cơ (ô xýt hoá,phốt phát hoá…).
-Sơn phủ hữu cơ.
Sử dụng sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn kim loại được sử dụng rộng rãi.Nó
cho phép bảo vệ các chi tiết kim loại lẫn phi kim loại,dễ sử dụng trong thực t
ế và

7

giá thành rẻ.Ngoài ra sơn phủ cho phép trang trí vẻ đẹp bên ngoài.Trong công
nghiệp hàng không người ta dùng kêt hợp phủ kim loại,phủ phi kim loại(xử lý a-
nôt hoá,phôt phát hãa) và sơn phủ.
1.2. Vật liệu kết cấu chính trong thân cánh máy bay.
Trong kết cấu thân cánh máy bay hiện đại chủ yếu là hợp kim nhôm và ma
giê;các mác thép có độ bền cao;titan và hợp kim titan.Ngoài ra còn dùng các loại
vật liệu phi kim loại như cao su,chất dẻo,chất bịt kín và compozit
1.2.1.Hợp kim nhôm.
Trong kết cấu thân cánh máy bay,nhôm được dùng chủ yế
u dưói dạng hợp
kim.Nhôm hợp kim hoá với Cu,Mg,Zn, Mn…và nhiệt luyện khác nhau cho vật
liệu nhẹ,có độ bền cơ cao hơn nhôm rất nhiều như duy-ra D16-Nga,2024-
Mỹ,B95-Nga,7075-Mỹ như bảng 1.
Bảng 1.Thành phần hoá học hợp kim kết cấu thân cánh máy bay[3].
Nguyên tố hợp kim (%)
Mác
hợp kim
Cu Mg Zn Mn Fe Si Cr
D16 4,1 1,5 0,1 0,45 0,5 0,5 -
2024 4,4 1,5 - 1,60 - 0,5 -
B95 1,7 2,3 6 0,4 0,7 0,28 0,1
7075 1,6 2,5 5,1 - - - -
Nhôm tinh khiết có độ bền chống ăn mòn rất cao do có màng ô xýt tạo ra
do phản ứng của nhôm với ô xy.Khi hợp kim hoá cho hợp kim nhôm có các tính
chất cơ học cần thiết nhưng độ bền ăn mòn mất đi do màng ô xýt không còn
đồng nhất.Người ta khắc phục nhược điểm này bằng cách dát lên các tấm hợp
kim nhôm cả 2 phía lớp nhôm mỏng rồi cán nóng.Nhờ biện pháp này,các tấm
hợp kim nhôm bền ăn mòn hơn.
Tuỳ thuộ
c vào phương pháp chế tạo,hợp kim nhôm có 2 dạng,hợp kim

nhôm biến tính và hợp kim nhôm đúc.Hợp kim nhôm đúc được được sản xuất
dưới dạng các bán thành phẩm:tấm,lá, định hình, ống,sợi…Tấm hợp kim nhôm
biến tính thường được cán,dát lớp nhôm tinh khiết ở cả hai phía.Loại vật liệu
này thường dùng làm các tấm vỏ bọc panel thân cánh máy bay,chủ yếu là các
hợp kim như ở bảng 1.
Hợp kim nhôm biến tính ,về
độ bền ăn mòn có thể chia làm hai
nhóm Nhóm thứ nhất trong thành phần hợp kim không có Cu nhưng có
Mn,Mg,Si…có độ bền ăn mòn tuơng đối cao.Nhóm thứ hai có Cu,Zn cho độ bền
ăn mòn thấp là hợp kim nhôm cán không dát nhôm tinh khiết và hợp kim nhôm
rèn dập.



8
Trong chế tạo máy bay,người ta sử dụng từ 60 đến 90% khối lượng là hợp
kim nhôm để làm khung sườn,vỏ bọc thân cánh máy bay,tấm điều khiển…Nó
còn dùng làm đinh tán,nẹp,tang trống,càng,cánh quạt,các bộ phận khung
phòng,trang cụ…
1.2.2.Thép.
Trong chế tạo máy bay còn dùng nhiều mác thép khác nhau.Chúng chịu lực
cắt,khác nhau về độ bền ăn mòn.
Thép có độ bền ăn mòn thấp như 30ХГСА (Nga), ANS4434(Mỹ).Nó dùng
để chế tạo các chi tiế
t kết nối, đai nẹp, bu lông, chi tiết càng, đai ốc, vòng đÖm,
nắp bịt, chốt…
Thép có độ bền ăn mòn cao là thép không gỉ,hợp kim titan,thép chịu nhiệt
thường dùng trong động cơ.
1.2.3. Hợp kim magiê
Trong hàng không sử dụng chủ yếu sản phẩm hợp kim magiê đúc. Ưu

điểm lớn nhất của nó là nhẹ, cứng nhưng độ bền ăn mòn thấp. Nó thường dùng
làm thân máy nén, dụng c
ụ, cac-te,nắp các-te, tang trống, phanh, cần lái, thanh
giằng, khung ca-bin…
Như vậy vật liệu kim loại trên máy bay cần bảo vệ chống ăn mòn, hoàn
thiện đặc tính khí động, chủ yếu là các tấm panel từ hợp kim nhôm (Al,Cu,Mg)
và(Al, Zn, Mn) rất nhậy cảm với ăn mòn, cần đến hệ sơn chất lượng rất cao.
1.3.Tính chất cơ bản của hệ sơn phủ bảo vệ máy bay.
Để bảo vệ chố
ng ăn mòn,hoàn thiện tính năng khí động và tăng vẻ đẹp cho
máy bay, tuỳ khả năng đáp ứng của ngành chế tạo sơn, người ta dùng nhiều hệ
sơn phủ khác nhau với một lớp sơn lót,một lớp sơn trung gian ,hai lớp phủ ngoài
với độ dầy cỡ 100-150µm. Mỗi lớp sơn có chức năng riêng. Lớp sơn lót có tác
dụng xử lý các khuyết tật bề mặt ô xýt nhôm (kim loại) t
ăng độ bám với nền.
Lớp sơn trung gian thưòng là loại sơn có khả năng bám tốt với lớp sơn lót và lớp
sơn phủ. Lớp sơn phủ cần có các tính năng cơ lý hoá đủ chịu đựng các điều kiện
tác động của môi trường và điều kiện sử dụng.
Việc dùng hệ sơn nào để bảo vệ máy bay tuỳ thuộc vào tầm quan trọng củ
a
kết cấu, yêu cầu thẩm mỹ, chế độ làm việc và điều kiện sử dụng. Nó thường là
kết quả tính toán tối ưu về yêu cầu chống gỉ và kết cấu giá thành.Sơn máy bay
dân dụng cần chú ý ngoài yêu cầu bảo vệ chống gỉ còn cần nâng cao vẻ đẹp cho
nó. Sơn máy bay quân sự ngoài các yêu cầu trên còn cần các yêu cầu nguỵ
trang, nghi trang…
Vỏ máy bay siêu âm khi bay với tốc độ siêu âm có thể bị
đốt nóng đến
140
0
C, vì vậy hệ sơn còn cần tính chịu nhiệt.

Các máy bay trên tầu hải quân,tầu sân bay hay máy bay hoạt động ở vùng
biển đảo đòi hỏi hệ sơn phải bền với mù muối và nhiều tính năng đặc biệt khác.

9
Các máy bay phun thuốc trừ sâu trong nông nghiệp,lâm nghiệp cũng đòi
hỏi hệ sơn phủ có độ bền ăn mòn rất cao.
Đặc điểm kết cấu máy bay lại rất phức tạp do ghép nối nhiều tấm bản mỏng
từ nhiều chủng loại vật liệu khác nhau, có nhiều khe kẽ, hõm hốc, dễ đọng
sương, đọng ẩm do thăng giáng nhiệt giữa ngày và đêm hay sau mỗi chuy
ến
bay, tạo môi trường ăn mòn cục bộ [4].
Trong máy bay,ngoài các bộ phận làm bằng hợp kim nhôm chiếm từ 60 đến
90% khối lượng,còn có các hợp kim khác của Fe, Mg,Ti, Ni,Cr…dễ tạo cặp pin
ăn mòn điện hoá nếu không được sơn cách ly.
Tuổi thọ máy bay phụ thuộc rất nhiều vào độ tin cậy làm việc của kết cấu
thân cánh, đặc biệt là độ chịu mỏi. Ăn mòn mỏi là dạng ăn mòn rất nguy hi
ểm
trên máy bay vì nó thường xẩy ra dưới giới hạn mỏi mà các phương pháp kiểm
tra không phá huỷ cho đến nay vẫn chưa phát hiện được.
Vì vậy,việc chọn hệ sơn phủ cho máy bay rất quan trọng,trước hết là chống
gỉ bộ khung thân cánh máy bay để đảm bảo độ tin cậy làm việc trong tuổi thọ
thiết kế, sau đó nhằm hoàn thiện tính năng khí động, giảm suất tiêu hao nhiên
liệu, tăng vẻ
đẹp cho máy bay trong quá trình khai thác sử dụng có tính đến các
yếu tố xâm thực của môi trường và điều kiện làm việc của nó.
Thường có 2 cấp độ chọn hệ sơn phủ máy bay.Sơn phủ bảo vệ mặt trong
và sơn phủ bảo vệ mặt ngoài với công nghệ sơn nhiều lớp sau khi làm ph¼ng các
khe kẽ bằng matit.Các hệ sơn này trước hết phải bền với thời tiế
t,khí hậu ở
nhiều vùng khí hậu khác nhau,nhất là ở vùng khí hậu nhiệt đới, bền xăng ,dầu,

mỡ, hoá chất, bÒn va đập, chịu mài mòn, bền với bức xạ mặt trời…
Trong lịch sử ngành hàng không,cùng với sự phát triển của công nghệ sơn
phủ,công nghệ điện hoá,các nhà chế tạo máy bay đã dùng nhiều mác sơn khác
nhau để bảo vệ chống gỉ máy bay và làm đẹp cho máy bay.Mặt trong máy bay
th
ường dùng hệ sơn lót chịu ẩm cao trên cơ sở chất tạo màng sơn alkyd biến
tính nhựa phenolic(sơn alkyd mêlamin).Gầm,sàn máy bay chở khách là khu vực
tích tụ ẩm,tạp chất xâm thực mạnh nên thường dùng sơn peclovinyl bền hoá
chất.Phía trong khoang động cơ thường được sơn bằng sơn chịu nhiệt silicon
hoăc sơn alkyl phenol formaldehyt biến tính thªm 5% bột nhũ nhôm.Giới hạn
chịu nhiệt của hệ sơn này
đến 400
0
C.
Khu vực khoang ắc qui tiếp xúc với axít hoặc kiềm cũng đòi hỏi lớp sơn
chịu được kiềm,axít mạnh, đã từng sử dụng trên nền chất tạo màng epoxy và
peclovinyl.
Khu vực buồng càng cần hệ sơn chịu mài mòn,chịu rung xóc,chịu va đập
như sơn epoxy.
Các khu vực có hệ thống dầu thuỷ lực,hệ thống dầu đốt đòi hỏi hệ sơn b
ền
dầu mỡ như hệ sơn trên cơ sở chất tạo mang polyuretan hoặc epoxy polyamit.

10
Các khu vực chịu xói mòn mạnh như mép cánh quay, ốp che rađa,mũi máy
bay thường dùng hệ sơn chịu mài mòn trên cơ sở epoxy polyamit,cao su
neopren(MIL-L-7439), epoxy polyamit hoặc epoxy thiocol.
Mặt trên ca bin máy bay chở khách cũng đã được sơn bằng hệ sơn có khả
năng phản xạ 70-80% nhiệt bức xạ mặt trời đảm bảo không làm nóng khoang
hành khách như sơn AC-1115 của Nga trên nền chất tạo mµng acrylic.

Bên trong ca bin của người lái máy bay cần được chiếu sáng nh
ưng không
được làm loá mắt. Ở đây phải dùng hệ sơn ngoài các tính năng bảo vệ tốt còn
cần khả năng hấp thụ hay tán xạ hết ánh sáng mặt trời.Các loại sơn mờ buồng
lái cần cho nhu cầu này.
Các khu vực nguy hiểm như mút cánh, điểm đánh dấu,biển chỉ dẫn…được
sơn bằng sơn phản quang để thu hút sự chú ý của con người.
1.4. Vật liệu ch
ế tạo hệ sơn máy bay.
1.4.1. Chất tạo màng.
Có hai loại chất tạo màng:thuận nghịch và bất thuận nghịch.Chất tạo màng
thuận nghịch hình thành do bay hơi dung môi như sơn peclovinyl, acrylic,
nitroxenlulo… Màng sơn loại này kém chịu dung môi. Chất tạo màng bất thuận
nghịch tạo ra do quả trình phản ứng hoá học tạo ra màng. Các loại màng sơn
alkyd, epoxy, melamin formalđehyt, polyuretan…là màng bất thuận nghịch.
Loại màng sơn này dung môi không hoà tan được.
1.4.2. Dung môi.
Dung môi là chất l
ỏng dễ bay hơi dùng để hoà tan chất tạo màng.Nó là
phương tiện để tạo lớp mỏng đều màng sơn trên bề mặt vật liệu cần phủ bảo
vệ.Quá trình khô màng sơn là quá trình bay hơi dung môi và khâu mạch kiểu
hoá học hoặc vật lý.
Dung môi cho sơn là hỗn hợp dung môi hữu cơ có điều chỉnh được tốc độ
bay hơi, độ nhớt, thích hợp cho từng loại màng sơn.Có loại dung môi
để hoà tan,
có loại dung môi để pha loãng, điều chỉnh độ nhớt tuỳ thuộc công nghệ sơn.Các
dung môi quan trọng nhất trong sơn máy bay là axeton, butylaxetat,
xylen,toluen, metyl etyl xeton(MEK) metyl isobutyl xeton (MIBK), celloson,
xăng pha sơn…
Axeton hoà tan tốt các loại màng sơn vinylic, acrylic, epoxy, estexellulo.

Butylaxetat phối trộn với nhiều loại dung môi khác hoà tan tốt nhựa tổng hợp
như nitroxellulo.Toluen, xylen hoà tan tèt nhựa alkyd, silicon, peclovinyl,
acrylic, alkyd styrol. Xăng pha sơn thường dùng pha loãng sơn dầu,bitum…
1.4.3.Chất hoá dẻo.
Khi chế tạo chất tạo màng,người ta đã chú ý hoá d
ẻo nội phân tử màng khi
khâu mạch.Tuy nhiên còn cần chất hoá dẻo để làm mềm mại màng sơn,nhất là
loại màng sơn thuận nghịch polyme hoá như peclovinyl,acrylic, nitroxellulo.Nó
là thành phần quan trọng của sơn.Chất hoá dẻo cần thoả mãn nhiều tính

11
cht,nhng quan trng nht l phi tng hp vi cht to mng, ỏp sut hi
riờng phn nh,gi c tớnh n hi nhit thp (di 0
0
C),bn vi bc x
mt tri,khụng c,mựi d chu.Cỏc cht hoỏ do thng dựng l
dibutylphtalat(DBP),dioctylphtalat(DOP),tricresylphụtphỏtCỏc cht ny cú
nhit sụi cao, ỏp sut hi riờng phn thp.
1.4.4.Cht úng rn.
L hp cht hoỏ hc, c a vo lm tỏc nhõn khõu mch mng li
khụng gian theo c ch phn ng hoỏ hc.Thớ d sn epoxy dựng cht úng rn
l dung dch hexametylen diamin trong etanol.Tuy nhiờn hexametylen diamin cú
c tớnh cao nờn thng thay bng cht
úng rn pụlyamit phõn t thp úng
rn sn epoxy va gim c tớnh va hoỏ do cho mng sn.Cỏc loi mng sn
tng hp khỏc cng cú cht úng rn thớch hp cho mỡnh nh sn polyvinyl
butyral dựng a xớt phot phorớc,sn polyuretan dựng cht úng rn isoxyanat hoc
polyisoxyanat.
1.4.5.Bt mu (Pigment).
Bt mu phi khụng tan trong dung mụi hoc liờn kt hoỏ hc vi dung

mụi.Nú to vi cht to mng mt mng sn bo v
cú tớnh trang trớ, thm m
cao .Bt mu cú th l bt mu vụ c hoc bt mu hu c.Bụt mu vụ c nõng
cao cng, bn, kt dớnh,gim thm nc.Trong sn hng khụng ch
yu dựng cỏc bt mu iu ch bng con ng hoỏ hc.Bt mu trng titan
ioxyt(TiO
2
),ZnO.Titan ioxýt dng rutin bn khớ quyn hn dng anatat.ZnO
thng b hoỏ phn trong khớ quyn.Cỏc loi sn sn bờn trong dựng TiO
2
dng
anatat v ZnO.Sn bờn ngoi phi dựng TiO
2
dng rutin.Bt mu xanh lỏ cõy
trong hng khụng thng dựng crụmtriụxyt(Cr
2
O
3
).Nú bn trong khớ quyn v
bn vi bc x mt tri.Cng nh ZnO,Cr
2
O
3
cú ph kộm TiO
2
.Bt mu
vng trong hng khụng dựng ch yu l km crụmat(ZnCrO
4
).Cng cú th phi
trn ZnCrO

4
vi chỡ cromat(PbCrO
4
) hoc cadimi sunphua(CdS).Bt mu en
dựng ch yu l mui than iu ch t nhit phõn cac bua hydrụ.
Chất mu hu c dựng trong mt vi loi sn hng khụng.Nú l cỏc loi
phm mu khụng tan trong dung mụi hu c,cú cng mu mnh,to gam
mu rc r.Mu c kt hp gia bt mu hu c v bt mu vụ c thũng
dựng s
n c hiu,lụgụ,bin bỏoBt mu xanh lam gục phtaloxyanin cú
bn cao vi bc x mt tri v khớ quyn.Trong hng khụng nú ch yu dựng
sn trang trớ.
Bt mu kim loi trong sn hng khụng ch yu dựng bt nhụm(nh) to
lp sn mu bc cú tỏc dng nõng cao bn nhit v gim thm nc.
1.4.6.Cht n.
Ngoài bột mầu,trong nhiều hệ sơn ngời ta còn đa vào chất độn.Đây là các
chất trơ,đa vào để cho tỷ lệ thể tích các hợp phần đảm bảo cân bằng
PVC(Percent Volume Content-Hàm lợng phần trăm thể tích)-tỷ lệ chất tạo
màng-bột mầu-dung môi.Nó góp phần giảm tiêu hao bột mầu,hoàn thiện tính
năng cơ lý của màng sơn.Bột độn dùng chủ yếu là bột talc,bột đá (CaCO
3
).

12
1.4.7.Phụ gia.
Trong hệ sơn đôi khi có mặt chất chống lắng,chất làm mờ,chất dẫn
điện,chất hấp thụ,trong suốt,phản xạ sóng điện từ
1.5.Các dạng sơn phủ.
1.5.1.Sơn lót.
Vai trò quan trọng nhất của sơn lót là đảm bảo độ kết dính cao nhất giữa bề

mặt đợc sơn với vật liệu sơn phủ.Nó cũng cần tạo ra lớp bảo vệ chống gỉ cho bề
mặt kim loại.Chọn sơn lót trên cơ sở tính chất vật liệu nền và tính chất hệ sơn.Có
loại màng sơn lót bám tốt trên kim loại này nhng không bám tốt trên kim loại
khác.Có loại bột mầu nh

Pb
3
O
4
chống gỉ tốt cho thép nhng gây ăn mòn cho
nhôm. Sơn lót cần sơn thật mỏng thì độ bám tốt hơn sơn dầy.Chất lợng bám của
màng sơn lót còn phụ thuộc nhiều vào chất lợng xử lý sạch bề mặt ,điều kiện
nhiệt ẩm,thời gian khôMọi khuyết tật do sơn lót sẽ làm hỏng nhanh cả hệ sơn.
Trong sơn lót máy bay chủ yếu dùng bột mầu crômat.Do có hấp thụ ẩm
nên một phần bột mầu crômát cho ion CrO
4
-2
ức chế ăn mòn nhôm.Hợp kim
nhôm dùng nhiều trên máy bay do nó có màng oxyt bảo vệ.Sơn có bột mầu
crômát nâng cao khả năng chống gỉ nhờ nó hoàn thiện màng oxyt nhôm.Đối với
bề mặt thép,ngoài bột mầu crômat còn có thể dùng bột mầu Fe
2
O
3
,ZnO.
Còn có biện pháp nâng cao độ bám của sơn lót là chọn chất tạo màng phù
hợp.Sơn lót máy bay dùng chất tạo màng pôlyvinylbutyral đóng rắn bằng axít
photphoric cho khả năng tốt nhất bề mặt vỏ bọc máy bay cần sơn.
1.5.2.Ma tít.
Đây là dạng bột nhão gồm chất tạo màng,bột độn,bột mầu, dùng làm bằng

các khe kẽ,hõm hốc trên bề mặt chi tiết trớc khi sơn.Trong hàng không hạn chế
dùng ma tít làm bằng bề mặt vì nó không chịu đợc rung xóc.Nó chỉ dùng làm
kín các khe kẽ giữa các tấm vỏ bọc panel,các hõm hốc do đinh tán,bu-lông tạo
ra.
1.5.3.Sơn không mầu.
Là dung dịch chất tạo màng trong dung môi thích hợp.Thờng sơn lần cuối
cùng.Để tăng độ dẻo của màng sơn,tăng độ bền bức xạ mặt trời của các loại
sơn tổng hợp và estexenlulo ngời ta thờng thêm các chất hoá dẻo,chất ổn
quang,chất ổn nhiệt
1.5.4.Sơn men (phủ mặt).
Là sơn không mầu đợc nghiền trộn với bột mầu.Nó là lớp sơn phủ lên bề
mặt đã đợc sơn lót hoặc trát ma tít.Sơn men cùmg sơn lót tạo ra hệ sơn phủ giúp
bề mặt chi tiết đợc bảo vệ chống gỉ và chịu đợc các điều kiện sử dụng nh
nhiên liệu máy bay,du nhờn, dầu thuỷ lực,các chất lỏng chuyên dụng,chịu bức
xạ mặt trời,chịu ma nắng,chịu sốc nhiệt và đặc biệt phải giữ đợc sắc mầu trong
thời gian sử dụng ít nhất 3 đến 5 năm.
1.6.Các tính chất quan trọng của sơn.

13
Độ tin cậy bảo vệ chống gỉ của hệ sơn phủ trong điều kiện sử dụng sẽ phụ
thuộc nhiều vaò các tính năng của sơn nh:
1.6.1.Độ nhớt.
Độ nhớt của sơn đợc điều chỉnh tuỳ phơng pháp
sơn(nhúng,phun,quét,lăn )Độ nhớt đợc đo bằng phễu đo độ nhớt tính bằng thời
gian (giây) chẩy qua phu cú ng kớnh l 4mm 100ml sơn ở nhiệt độ xác
định(20
0
C).
1.6.2. Độ bám dính.
Độ bám dính của sơn với nền là chỉ tiêu quan trọng có ảnh hởng đến độ

bền của hệ sơn.Với chỉ tiêu này thì đặc biệt chú ý độ bám của sơn lót.
1.6.3. Độ phủ.
Độ phủ là chỉ số đặc trng cho khả năng che phủ của màng sơn tính bằng
lợng gam tối thiểu cần để phủ một diện tích 1m
2
.Chỉ số này phụ thuộc bột mầu
và hiệu số hệ số khúc xạ ánh sáng của bột mầu và chất tạo màng.
1.6.4. Hàm khô.
Hàm khô của sơn chỉ số lợng vật liệu sơn của loại sơn khi màng sơn
khô,tính bằng % lợng sơn đã dùng.Chỉ số này quan trọng liên quan đến khối
lợng máy bay tăng lên sau khi sơn.Ngc vi hm khụ l hm lng cht hu
c bay hi(VOC-Volatile Organice Content tớnh bng g/l)
1.6.5. Độ bóng.
Độ bóng của màng sơn phụ thuộc chất lợng chất tạo màng.Bề mặt sơn
phẳng nhẵn thì ánh sáng phản xạ theo một góc nhất định cho bề mặt sơn bóng
láng.Nếu bề mặt sơn không phẳng nhẵn thì ánh sáng phản xạ theo các góc khác
nhau gây cảm giác bề măt sơn không nhẵn,không bóng.Độ bóng có ảnh hởng
đến độ bền màng sơn.Màng sơn lót không cần bóng vì nó cần bám tốt với lớp
sơn tiếp theo.Xác định độ bóng của màng sơn bằng dụng cụ quang điện.
1.6.6. Độ dầy.
Độ dầy đóng vai trò quan trọng trong hệ sơn phủ.Có sự lựa chọn tối u về độ
dầy của hệ sơn phủ bảo vệ.Giảm độ dầy so với độ dầy tối u làm giảm khả năng
chống gỉ do tăng số vi lỗ khi thoát khí dung môi.Tăng độ dầy so với độ dầy tối
u làm suy giảm các chỉ tiêu cơ lý.
1.6.7. Độ dẻo.
Độ dẻo của màng sơn có ảnh hởng đến tuổi thọ của hệ sơn phủ.Các chi tiết
kim loại đợc sơn thng cú bin dng khi lm vic trong mụi trng.Nu mng
sn ph cú do th
p thỡ nú d b phỏ hu nh nt,v hoc bong trúc.
do ca mng sn c xỏc nh bng cỏch un tm kim loi c sn

quanh thanh kim loi hỡnh tr vi cỏc ng kớnh khỏc nhau (1,3,5,15,20mm)
(ISO 1519) hoc hỡnh tr ng kớnh 100mm,hỡnh nún (ISO 3279).Mng sn
do nht khi un vi trc 1mm m khụng xut hin rn nt.

14
1.6.8.Độ bền với tác động của môi trường.
Đây là chỉ số chính quyết định chất lượng màng sơn phủ. Độ bền với tác
động của môi trường xâm thực (nước, xăng,dầu mỡ,hoá chất…) được xác định
theo phương pháp quan sát mắt phát hiện thay đổi bề mặt sơn,tăng khối
lượng,thay đổi độ cứng của lớp sơn phủ sau một thờ
i gian nhất định để trong
môi trường. Độ bền khí quyển được xác định theo sự thay đổi tính chất của lớp
sơn phủ khi để trong điều kiện tự nhiển trong khoảng thời gian từ 1 đến 3
năm.Phương pháp thử nghiệm gia tốc tương đương 3 năm được tiến hành trong
thời gian 48 giờ trong tủ khí hậu chuyên dụng mô phỏng điều kiện tự nhiên[5].
1.6.9.Thời gian khô.
Thời gian khô của màng sơn dược tính bằng giờ.Người ta chia thời gian
khô làm 3 cấp độ:Khô không dính,khô không in dấu,khô thấu.Khô thấu được
xác định bằng cách áp tấm vải màn lên mẫu màng sơn với lực 20 N/cm
2
phải
không để lại dấu vết.
1.6.10. Độ tin cậy bảo vệ chống ăn mòn của hệ sơn phủ.
Độ tin cậy bảo vệ chống ăn mòn của hệ sơn phủ còn phụ thuộc trạng thái bề
mặt đựơc phủ và chất lượng của công nghệ sơn.Trên bề mặt kim loại được sơn
nếu có vết gỉ,chúng sẽ gia tốc quá trình
ăn mòn dưới lớp sơn.Vết gỉ trên sắt
chúng trở thành ca tốt và gia tốc quá trình ăn mòn đến 30-40 lần[1].Các chất bẩn
như dầu mỡ,bụi, ẩm …trên bề mặt được sơn cũng làm giảm đáng kể độ bám của
hệ sơn phủ.Công nghệ sơn chỉ có chất lượng khi tất cả các công đoạn của quá

trình sơn được tuân thủ chặt chẽ.Chuẩ
n bị bề mặt,sơn lót,bả matít, đánh
nhẵn,phun sơn các lớp của hệ sơn, để sơn khô.
1.7.Các mác sơn máy bay đã và đang được dùng trên thế giới.
Từ đầu thế kỷ 20,khi loài người chế tạo được máy bay thì đã cần sơn máy
bay để bảo vệ máy bay trước tác động của môi trường sử dụng và làm đep cho
máy bay.
Ở Nga từ năn 1924 đã sản xuất máy bay hoàn toàn b
ằng kim loại, đã dùng
sơn dầu để bảo vệ máy bay.
Sơn dầu dùng chất tạo màng là dầu thực vật(dầu lanh,dầu chẩu) nấu với
nhựa thiên nhiên như nhựa thông.Sơn dầu nay không còn dùng trong hàng
không do nó nhanh bị bạc mầu,tuổi thọ hạn chế tính bằng tháng.
Sơn alkyd dùng chất tạo màng tổng hợp có sử dụng dầu thực vật.Cho đến
những năm 60 của thế
kỷ 20,Nga dùng các mác sơn alkyd ГФ-021,ГФ -031(sơn
lót)ПФ-23,ПФ-820,ПФ-171 để sơn các chi tiết khác nhau trên máy bay.Nhược
điểm của chúng là lâu khô,thường phải sấy. Độ bền khí quyển của chúng thấp
nên chỉ dùng sơn mặt trong máy bay.
Sơn acrylic dùng chất tạo màng là nhựa tổng hợp acrylíc.Sơn trên cơ sở
chất tạo màng acrylíc có ưu điểm là nhanh khô,bền khí quyển,tương hợp tốt với
nhiều loạ
i bột màu và các hệ sơn khác như peclovinyl, epoxy.Nhược điểm của
nó là bị trương phồng trong dung môi , đặc biệt là trong rượu butylic.Nga có các

15
mác sơn hàng không AK-069,AK-070 (sơn lót);AK-113,AK-113 Ф,AC-16 (sơn
phủ lớp cuối cùng); AC-131,AC-1115 là loại sơn phủ mầu trắng,sau khi sấy trở
thành màng sơn bất thuận nghịch,bám tốt,chịu mài mòn ,chịu xăng dầu mỡ.
Sơn peclovinyl dùng chất tạo màng là nhựa tổng hợp peclovinyl.Màng sơn

peclovinyl bền khí quyển,bền hoá chất,khó cháy,chịu xăng dầu mỡ và khoáng
chất.Nhược điẻm của nó là kém bền với b
ức xạ mặt trời,nhanh bị hoá phấn, độ
bám không cao với kim loại nên không dùng làm sơn lót.Nga có các mác sơn
máy bay như XB-16 là huyền phù bột mầu với nhựa peclovinyl biến tính nhựa
alkyd,XB-536 là huyền phù bột mầu với nhựa peclovinyl biến tính nhựa
acrylic.Sơn peclovinyl chủ yếu dùng sơn các khu vực có độ ẩm cao,môi trường
xâm thực,khu vực để ăc qui,bên trong máy bay.Sơn này có thể chịu được nhiệt
độ đến 200-250
0
C.
Sơn epoxy dùng chất tạo màng trên cơ sở nhựa tổng hợp epoxy.Sơn epoxy
có ưu điểm là độ cứng cao,chịu mài mòn,khó thấm nước biển,bền với kiềm,a
xit,dầu khoáng,dầu thuỷ lực,nhiên liệu bay.Nhược điểm của màng sơn epoxy là
trong điều kiện khí quyển nó nhanh chóng bị bạc mầu do bị hoá phấn.Nga có
các mác sơn dùng trong hàng không như ЭП-076(sơn lót),ЭП-140(sơn phủ),ЭП
-
255,ЭП-275(dùng sơn phủ các chi tiết bằng compozit không cản sóng vô
tuyến,ra đa). Ở Hà lan có mác sơn Aerodur CF 37047, ở Đức có mác sơn
Seevenax Primer113-22 trên nền nhùa epoxy biến tính đóng rắn bằng
polyisoxianat hoặc polyamit oligome.
Sơn silicon là sơn trên cơ sở chất tạo màng là nhựa silicon.Nó dùng để sơn
bảo vệ các bộ phận,chi tiết của máy bay làm việc ở dải nhiệt độ từ 450 đến
500
0
C. Ưu điểm của màng sơn này là chịu được sốc nhiệt trong dải nhiệt độ từ
460 - 500
0
C đến -50
0

C.Nhược điểm của màng sơn silicon là độ bám, độ dẻo kém
các màng sơn khác.Nga có các mác sơn chịu nhiệt dùng trên máy bay như KO-
85 chịu nhiệt đến 300
0
C,KO-811,KO 814 chịu nhiệt đến 400
0
C,KO-88 chịu
nhiệt đến 500
0
C.
Sơn polyvinyl axetal là sơn trên cơ sở chất tạo màng nhựa polyvinyl
axatal(butyral). Ưu điểm của màng sơn này là độ bám rất cao với kim loại,bền
với xăng ,dầu ,mỡ, nhiên liệu bay,chịu ẩm.Màng sơn được đóng rắn bằng axit
photphoric có tác dụng hoàn thiện bề mặt nền.Nó chủ yế dùng làm sơn lót,cho
màng sơn lãt dầy cỡ 6 đến 8 µm. Ở Nga có mác sơn BЛ-02 tương đương vớ
i
coating compound MIL-C-8514 của Mỹ,Metaflex FCR primer của Hà lan,
6840B của Pháp,Celerol Wash primer 913-21của Đức[6,7,8,9] .
Sơn polyuretan là sơn trên cơ sở chất tạo màng nhựa polyuretan.Trong
hàng không dùng sơn polyuretan 2 thành phần.Thành phần 1 gồm bột mầu
nghiền trộn với nhựa polyeste polyol.Thành phần 2 là chất đóng rắn
polyisoxianat.Màng sơn polyuretan có khả năng bảo vệ và tính thẩm mỹ cao.Do
đó khi sơn phủ bảo vệ mặt ngoài máy bay sau nhiều năm sử dụng nó vẫn không
bị
bạc mầu.Màng sơn polyuretan còn bền mài mòn do có độ cứng cao,bền với
xăng,dầu, mì,chất lỏng thuỷ lực tổng hợp. Đặc biệt nó ít bị bám bẩn và dễ rửa
sạch.Chính nhờ những ưu điểm này,hiện nay các nhà chế tạo máy bay dùng sơn

16
pôlyurêtan để sơn máy bay thay cho các hệ sơn trước đây.Nga có mác sơn YP-

1161,Hà lan có sơn Aerodur HF A130,Aerodur HF A 133, Đức có Alexit
Topcoat 411.77.Mỹ có sơn CA 8000,MIL-P-85285D…Nhược điểm của sơn
polyuretan chủ yếu là độc tính ảnh hưởng đến giai đoạn phun sơn.
Như vậy,với sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo vật liệu sơn
phủ,gần đây ngành công nghiệp chế tạo máy bay nói chung và máy bay dân
dụng nói riêng trên thế gi
ới đã có hệ sơn phủ tối ưu gồm:
-Sơn lót 1 trên nền nhựa polyvinyl butyral.
-Sơn lót 2 trên nền nhựa epoxy biến tính.
-Sơn phủ mặt trên nền nhựa polyuretan.
Với hệ sơn này,máy bay được bảo vệ chống gỉ tốt cả bên trong và bên
ngoài với tuổi thọ cao hơn hẳn các hệ sơn khác nhờ nó bền với bức xạ mặt
trời,bền với tác động củ
a điều kiện sử dụng và ít bị bám bụi bẩn.
Nhiệm vụ của đề tài nghiên cứu này là nghiên cứu sản xuất ở Việt nam hệ
sơn máy bay gồm sơn lót trên nền nhựa polyvinyl butyral (VASTA-1),sơn lót
trên nền nhựa epoxy biến tính(VASTA-2) và sơn phủ mặt trên nền nhựa
polyuretan(VASTA-3) có các chỉ tiêu kỹ thuật tương đương sản phẩm của nước
ngoài.
Cùng với hệ sơn, đề tài còn nghiên cứu s
ản xuất chất tẩy sơn(VASTASO)
có khả năng làm rộp nhanh hệ sơn máy bay nhưng không tác động đến bề mặt
hợp kim nhôm kết cấu máy bay.Chất tẩy sơn sử dụng khi sửa chữa hệ sơn máy
bay.
Sơn lót VASTA-1 sẽ chế tạo mô phỏng các mác sơn 6840 B của hãng sơn
International Celomer Aviation (Pháp);sơn Metafex FCR Primer của hãng sơn
AKZO Dexter Aerospace Finishes (Hà lan);Celerol Wash Primer 913-21 của
hãng sơn Mankiewicz(Đức);Coating compound MiL-C-8514(Mỹ) và BЛ-02
(Nga) trên nền chất tạo màng polyvinyl butyral và b
ột mầu ZnCrO

4
.
Sơn lót VASTA-2 sẽ chế tạo mô phỏng các mác sơn CF- 37047 của hãng
sơn AKZO Dexter Aerospace Finishes (Hà lan);Sevenax 113-22 của hãng sơn
Mankiewicz (Đức);Coating compound MiL-P-23377(Mỹ) và ЭП-076(Nga) trên
nền nhụa epoxy biến tính.
Sơn phủ mặt VASTA-3 sẽ chế tạo mô phỏng các mác sơn Alexit Topcoat
411-77 của hãng sơn Mankiewicz(Đưc);Aerodur HF A130,Aerodur HF A 133
của hãng sơn AKZO Dexter Aerospace Finshes (Hà lan) và sơn YP- 1161 của
Nga ,CA 8000 ,MIL-P-85285D của Mỹ trên nền nhựa polyuretan. Hệ sơn
Celerol Wash Primer 913-21/Sevennax Primer 113-22/Alexit Topcoat 411-77 đã
được hãng chế tạo máy bay Airbus phê chuẩn dùng trên máy bay theo AMS-
3095 A ngày 20-1-2005 và AIMS 04.04.013 ngày 26-4-2004.


17

Chương 2. nghiªn cøu chÕ thö s¬n lãt VASTA-1 m« pháng
s¬n lãt Celerol Wash Primer 913-21 cña h∙ng
Mankiewicz
2.1. Mở đầu.
Như phần tổng quan về các loại màng sơn trong hệ sơn máy bay,sơn lót
Celerol Wash Primer 913-21 do hãng sơn Mankiewicz(Đức) chế tạo đã được
nhà chế tạo máy bay Airbus phê chuẩn đưa vào làm sơn lót thứ nhất trong sơ đồ
hệ sơn AMS 3095A.Sơn này tương đương với sơn lót ВЛ-02 của Nga
[6],coating compound MiL-C-8514 của Mỹ,Metaflex FCR Primer của Hà lan và
6840B củ
a Pháp…
Qua phân tích tài liệu kỹ thuật và phân tích mẫu sơn,chóng tôi xác định
được sơn lót Celerol Wash Primer 913-21 gồm chất tạo màng trên nền nhựa

polyvinyl butyral,bột mầu ZnCrO
4
,chất xúc tác khâu mạch không gian là axít
photphoric.Trong mẫu sơn Metaflex FCR Primer có thêm thành phần nhựa
phenolic.Chúng ta cần lựa chọn nguyên liệu,xây dựng đơn pha chế,kiểm tra chất
lượng sơn theo tiêu chuẩn đã được hãng Airbus phê chuẩn(AMS 3095A)
2.2. Nghiên cứu chế thử sơn lót VASTA-1.
2.2.1. Chất tạo màng pôlyvinyl butyral.
Qui trình phòng thí nghiệm.
2.2.1.1. Tổng hợp n.butandehyt.
N.Butandehyt được điều chế trên cơ sở phản ứng ô xy hoá khống chế
n.butanol trong môi trường n−íc bằ
ng hỗn hợp cromic ở nhiệt độ tử 95 đến
100
0
C. Phản ứng hoá học xẩy ra như sau:

H
2
SO
4
đặc
CH
3
-CH
2
-CH
2
-CH
2

OH CH
3
-CH
2
-CH
2
-CHO + H
2
O
K
2
Cr
2
O
7

Sản phẩm thô được làm khô bằng CaCl
2
khan,tinh chế bằng cách chưng cất
ở nhiệt độ 75-78
0
C đạt hiệu suất 55% n.butandehyt.
Qui trình:
Chuẩn bị làm sạch thiết bị phản ứng có dung tích 15 lít.
Pha dung dịch ô xy hoá với 1320 gam K
2
Cr
2
O
7

trong 8600 ml nước cất. Đổ
2040 gam a xít H
2
SO
4
đặc (d=1,84 g/cm
3
) vào và khuấy đều trong 15 phút.
Đun và khuấy 1000gam n.butanol trong bình phản ứng đến 110
0
C.Cho máy
ổn nhiệt làm việc và bơm nước có nhiệt độ 75
0
C vào bình sinh hàn ruột gà lắp
thẳng đứng.Cho nước lạnh vào sinh hàn nghiêng để ngưng tụ hơi n.butandehyt.

18
Nhỏ từ từ dung dịch ô xy hoá vào bình phản ứng. Điều chỉnh tốc độ nhỏ
giọt với tốc độ sao cho toàn bộ dung dich ô xy hoá được cho hết trong vòng 2
giờ. Khống chế phản ứng sao cho nhiệt độ phản ứng trong khoảg 100-120
0
C.
Sau khi nhỏ hết dung dịch phản ứng thì tiếp tục duy trì nhiệt độ như trên
trong vòng 30 phút nữa.
N.butandehyt thu được cho vào phễu chiết.Tách bỏ nước ở phía dưới.Cho
200gam CaCl2 vaò và lắc đều rồi để đến hôm sau đem chưng cất. Chưng cất
n.butandehyt ở 75-80
0
C. Hiệu suất đạt 55%.
2.2.1.2.Tổng hợp nhựa polyvinyl butyral (PVB).

-Phản ứng hoá học:[26]
H
2
SO
[-CH
2
-CH
2
-]
n
+mCH
3
-CH
2
-CH
2
-CHO [-CH
2
-CH-CH
2
- CH-CH
2
-CH-CH
2
-CH-]
n

OH O – CH - O OH OCOCH
3

CH
2
-CH
2
-CH
3

- Qui trình tổng hợp nhựa Pôlyvinyl Butyral (PVB) như sau:
Pha 25 ml H
2
SO
4
đặc (d=1,84g/cm
3
) vào bình phản ứng chứa 6800gam
nước cất, lắc đều. Thêm vào bình trên 750 gam pôlyvinyl alcol (PVA) mác 205
của Nhật. Vừa khuấy vừa nâng nhiệt độ lên đến 70
0
C. Giữ ở nhiệt độ này và tiếp
tục khuấy cho dến khi tan hết. Hạ nhiệt độ hệ phản ứng đến nhiệt độ phòng. Tiếp
tục làm lạnh bằng nước đá đến 8
0
C.Tiếp tục khuấy và nhỏ từ từ 300 gam
n.butandehyt điều chế được ở trên,trong vòng 1 giờ. Sau đó nâng nhiệt độ hệ
phản ứng từ 8
0
C lên 55
0
C trong vòng 3 giờ. Hạ nhiệt độ hệ phản ứng xuống đến
nhiệt độ phòng (25

0
C) trong vòng 17 giờ nữa. Kết tủa nhựa PVB được lọc
gạn,ngâm rửa bằng nước nóng 60
0
C nhiều lần. Sau đó ngâm nhựa PVB trong
dung dịch NaOH 0,2% ở 60
0
C trong vòng 1 giờ. Lọc gạn, rửa nhiều lần bằng
nước nóng 60
0
C, rồi rửa nhiều lần bằng nước cất. Nhựa được làm khô ở nhiệt độ
phòng rồi sấy chân không ở 50
0
C dến khi nhựa trong suốt.
Sản phẩm PVB được phân tích xác định hàm lượng các nhóm chức
hydrôxyl,axêtyl,butyral như sau [10]:
- Xác định hàm lượng nhóm Hydrôxyl (-OH).
Xác định nhóm –OH trong PVB bằng phưong pháp axêtyl hoá trong dung
dịch piridin theo phản ứng:
R-OH + (CH
3
CO)
2
O + C
6
H
5
N→ ROCOCH
3
+ C

6
H
5
N.CH
3
COOH
Chuẩn độ axít axetíc trong piridin bằng dung dịch NaOH 0,5N.
Tinh chế piridin bằng cách làm khô với NaOH rồi chưng cất ở 114
0
C.
Sử dụng anhydríc axetíc tinh khiết phân tích (PA ).
Pha dung dịch thuốc thử phenolphtalein 1% trong etanol.
Pha dung dịch chuẩn NaOH 0,5N.
Chuẩn bị bình nón cỡ 100ml và pipet cỡ 2ml.

19
Cân lượng mẫu 0,5 gam nhựa PVB cho vào bình nón 100 ml có nút
nhám.Thêm vào bình nón trên 4 ml hỗn hợp piridin và anhydrit axetic tỷ lệ
88:12. Làm mẫu trắng đối chứng, đun cách thuỷ 2 giờ ở 60
0
C. Làm lạnh,thêm 25
ml nước cất,lắc đều rồi tiến hành chuẩn độ lượng a xit axetic giải phóng ra bằng
dung dịch NaOH 0,5N.
Hàm lượng nhóm –OH được tính theo công thức sau:
X(%)=
g
0,0085 k. c).b(a
−
−
.100

Trong đó:
a : Số ml NaOH 0,5N đã dùng để chuẩn độ mẫu trắng.
b: Số ml NaOH 0,5N đã dùng để chuẩn độ mẫu PVB.
0,0085: Lượng gam nhóm –OH tương ứng với 1ml NaOH 0,5N
k: hệ số


g: Khối lượng mẫu nhựa PVB.
-Xác định hàm lượng nhóm butyral.
+ Phản ứng chuẩn độ:
CH
2
- CH - CH
2
- CH - CH
2

O CH O + NH
2
OH.HCl →
C
3
H
7


CH
2
- CH - CH
2

- CH - CH
2
+ C
3
H
7
- C = N.OH + HCl
OH OH H
+ Dụng cụ hoá chất:
- Dung dịch NH
2
OH.HCl 7% trong etanol.
- Metyl da cam 0,1%.
- Dung dịch NaOH 0,5N trong etanol.
- Bình nón nút nhám cỡ 250ml.
- Pipet 25ml,20ml,10ml.
- Ống đong 100ml.
+ Tiến trình phân tích:
Cân 3 mẫu PVB,mỗi mẫu 0,5 gam cho vào bình nón cỡ 250ml, lắp sinh hàn
hồi lưu với 20 ml etanol cho đến khi tan hết nhựa.Sau đó cho vào mỗi bình10 ml
NaOH 0,5N (thực)
k =
NaOH 0
,
5N
(
l
ý
thu
y

ết
)

20
dung dịchNH
2
OH.HCl 7% rồi tiếp tục đu n trong 2,5 giờ nữa. Thêm 25 ml nước
cất qua sinh hàn hôi lưu rồi đun tiếp cho đến tan hết kết tủa. Làm lạnh đến nhiệt
độ phòng và chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,5N đến khi metyl da cam đổi
mầu. Cùng lúc làm song song mẫu trắng. Hàm lượng nhóm butyral được tính
theo công thức:
X(%) =
g
0,004 k. c). b (a −−
.100
Trong đó:
g: khối lượng mẫu phân tích.
a : Lượng NaOH (ml) 0,5N để chuẩn độ mẫu.
b : Lượng NaOH(ml) 0,5N để chuẩn độ mẫu trắng.
c: Lượng cộng thêm của chỉ số a xit mẫu qui ra ml NaOH 0,5N.
Trị số a xít
c = g .
28
k: Hệ số.
NaOH (thực) 0,5N
k =
NaOH (lý thuyết) 0,5N
0,044 : là khối l
ượng nhóm butyral tương ứng với 1 ml NaOH 0,5N
- Xác định nhóm axêtát.

+ Phản ứng chuẩn độ:
NaOH
[-CH
2
-CH-]
n
[-CH
2
- CH- ]
n
+ CH
3
-COONa
OCOCH
3
OH
+ Dụng cụ hoá chất:
- HCl 0,5N.
- NaOH 0,5N trong etanol.
- Phenolphtalein.
- Bình cầu đáy tròn nút nhám cỡ 100ml.
- Bếp cách thuỷ.
+ Tiến trình phân tich:
Cho vào bình nón nút nhám cỡ 100ml 0,2 gam nhựa PVB và 10 ml etanol.
Thêm vào 5 ml dung dịch NaOH 0,5 N trong etanol và tiếp tuc un trong 2 giờ
nữa, để nguội và chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,5N. Đồng thời tiến hành làm
mẫu trắng.

21
Hàm lượng nhóm axêtát trong PVB được tính theo công thức:

X(%) =
g
0,0295 .k . b)(a −
.100
Ở đây:
a : Lượng HCl 0,5N đã dùng để chuẩn độ mẫu trắng.
b : Lượng HCl 0,5N đã dùng để chuẩn độ mẫu PVB.
k : Hệ số.
HCl 0,5N(thực)
k
=

HCl 0,5N (lý thuyết)
g : Khối lượng mẫu phân tích.
0,0295 : là khối lượng nhóm axêtát (-OCOCH
3
) tương ứng với
1mlHCl 0,5N.
2. 2.Lựa chọn nhựa polyviny butyral (PVB) trên thị trường.
Nhựa PVB được sản xuất đầu tiên ở Mỹ trong thập niên 30 của thế kỷ 20
do hãng Monsanto khởi xướng [7]. Nó được dùng lúc đó chủ yếu để chế tạo
kính an toàn cho ô tô.Sau này nó được dùng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp
gốm, sứ, mực in, compozit, keo dán và sơn phủ…Trong sơn phủ thì quan trọng
nhất là làm chất xử lý bề mặt (Wash Primer).
Trên thị trường hiện nay có bán nhiều sản phẩm PVB của nhiều nhà sản
xuất với tên thương mại khác nhau như hãng Solutia (Mỹ) cung cáp dưới tên
Butvar với các loại nhựa khác nhau (Bảng 2).
Bảng 2.Tính
chÊt vật lý của nhựa Butvar[11].

Tính chất
Đơn
vị đo
B-72 B -74 B -76 B – 79 B -90 B – 98
Phân tử
lượng trung
bình
x 1000 170-250 120-150 90-120 50-80 70-100 40-70
Hàm lượng
nhóm OH
% 17,5-20 17,5-20 10-13 10,5-13 18-20 18-20
Hàm lượng
nhóm axetát
% 0-2,5 0-2,5 0-1,5 0-1,5 0-1,5 0-2,5
Hàm lượng
nhómbutyral
% 80 80 88 88 80 80
Nga cung cấp nhựa PVB các loại ЛА ,ЛБ dùng làm sơn có các chỉ tiêu kỹ
thuật như bảng 3.

22
Bng 3. Cỏc ch tiờu k thut ca nha PVB Nga [12]

Cỏc ch tiờu k thut n v oNha Nha
Nhúm axetat (max) % 3 3
Nhúm Butyral % 41-48 43-48
Ch s a xớt ( max) % 0,12 0,12
nht vi Bz-1 Gy 8-18 19-30

Hóng Bakờlit (c) cung cp nha PVB vi tờn th

ơng mi Vinilit XYHL
v XYHG vi cỏc ch tiờu k thut nh bng 4

Bảng 4.Các chỉ tiêu kỹ thuật của nhựa Vinilit. .[13]
Cỏc ch tiờu k thut n v o
Nha Vinilit
XYHL
Nha Vinilit
XYHG
Nhúm Butyral % 80,7 80
Nhúm hydroxyl % 19 18
Nhúm axetat % 0,3 0,3
Hóng Diethelen & Co.Ltd (c) cung cp nha PVB di tờn thng mi
Mowital B.30T cú cỏc ch tiờu k thut nh bng 5.
Bng 5. Cỏc ch tiờu k thut ca nha Mowital.30T[14].



Sau khi phõn tớch ti liu k thut,chỳng tụi chn nha Polyvinyl Butyral
mỏc Movital B.30T nh ó nghiờn cu [14] pha ch sn lút VASTA-1.

2.3. Qui trỡnh cụng ngh sn xut sn lút VASTA-1.
2.3.1 Xõy dng n pha ch.

Sn lút VASTA-1 ch to mụ phng sn lút -02 ca Nga, Wash Primer
FCR ca Hlan ,Resin axớt MIL-C-8514C ca M v Celerol Wash Primer
913-21 ca hóng Mankiewicz (c) .Cỏc mỏc sn ny ó c nhiu hóng ch
to mỏy bay s dng.Riờng sn lút Celerol Wash Primer 913-21 ó c hóng
ch to mỏy bay Airbus phờ chun cho s dng trờn mỏy bay theo AMS.3095A,
bng 6.

Cỏc ch tiờu k thut n v o Nha Mowital.30T
Nhúm Butyral % 44
Nhúm hydroxyl % 24
Nhúm axetat % 3

23
Bảng 6. Đơn pha chế sơn lót VASTA-1.

Thành phần 1 Thành phần 2 Tỷ lệ pha trộn
Hợp phần Khối lượng Hợp phần Khối lượng
Thành phân1/
Thành phần 2
Nhựa PVB 7,2 H
3
PO
4
(85%) 3,6
ZnCrO
4
6,9 H
2
O 3,2
Nhựa phenolic 3,6 IPA 13,2
Magie silicat 1,1
Iso.butanol 15,1
Iso.propanol 46,1
80 20 4:1

2.3.2. Chuẩn bị nguyên liệu.

Tiếp nhận nhựa Movital B.30T,kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật như hàm
luợng nhóm butyral,nhóm hydroxyl,nhóm axetat theo các phương pháp phân
tích như ở mục 1.2.1.1. Kết quả phân tích phù hợp với thông báo của nhà sản
xuất và đơn pha chế thì đưa vào sản xuất.
Bột mầu kẽm cromát trong sơn lót VASTA-1 cho hợp kim nhôm kết cấu
thân cánh máy bay phải thoả mãn chức năng ức chế ăn mòn (chống gỉ) nhờ khả
năng phân giải chậm cho ion CrO
4
-2
thụ động hoá bề mặt hợp kim nhôm, magie.
Các chỉ tiêu kỹ thuật của bột mầu kẽm cromat cho VASTA-1 như sau:
ZnO: 66-72%
CrO
3
(min): 16%
CrO
3
(tan được trong nước): 2%
PbO : 0,03%
SO
3
: 0,01%
Cl : 0,1%
Hàm ẩm: 4%
Chất không tan trongNH
4
OH: 0,5%
Chúng tôi chọn ZnCrO
4

của Nhật bản thoả mãn các tiêu chuẩn trên.
2.3.3. Pha chế thành phần 1.
Chuẩn bị cân lượng nhựa polyvinyl butyral Movital B.30T cho vào hỗn hợp
dung môi iso.butanol và iso.propanol với tỷ lệ 1:3, ngâm trương một ngày
đêm,thỉnh thoảng khuấy đảo. Sau khi nhựa tan hoàn toàn trong dung môi thì
thêm bột mầu ZnCrO
4
và MgSiO
3
vào

rồi nghiền trộn trong máy nghiền suốt 24

24
giờ. Thêm nhựa phenolic và tiếp tục nghiền trộn 24 giờ nữa. Cho sản phẩm qua
thiết bị lọc mịn. Đóng hộp, dán nhãn.

2.3.4. Pha chế thành phần 2.
Tính toán lượng axít photphoric, nước cất, IPA theo đơn pha chế. Lần lượt
đổ nước cất, IPA, vào thiết bị phản ứng, khuấy đều 15 phút. Lọc qua thiết bị lọc
mịn. Đóng hộp, dán nhãn.

2.3.5. Pha chế dung môi pha loãng BV-1
Để điều chỉnh độ nhớt hệ sơn khi sơn, sơn VASTA-1 dùng dung môi BV-1
.

Dung môi BV-1 là hỗn hợp n.butanol vµ iso.propanol theo tỷ lệ 1:3.
Cân n.butanol và iso.propanol theo tỷ lệ khối lượng, cho vào thiết bị khuấy
trộn 15 phút.L
äc, đóng hộp,dán nhãn.

2.3.6. Kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật của sơn VASTA-1 theo AMS.3095A.
Chuẩn bị mẫu nền:
Mẫu được làm từ hợp kim nhôm duyra có thành phần hợp kim
kho¶ng 4%
Cu,1,5%Mg và 0,6% Mn. Đây là hợp kim nhôm có độ bền cao dùng phổ biến
trong kết cấu máy bay. Mỹ ký hiệu hợp kim này là 2024, Nga ký hiệu l
µ
Д-16.Gia công mÉu để thử nghiệm sơn theo tiêu chuẩn quốc tế (ISO 1513, ISO
1514).
Sơn VASTA-1 được chuẩn bị bằng cách cân chính xác 4 phần thành phần 1,
1 phần thành phần 2, trộn lẫn, khuấy kỹ và điều chỉnh độ nhớt bằng dung môi
pha loãng BV-1.
Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật của sơn VASTA-1 trình bầy trên
b¶ng 7.

25
Bảng 7. Các chỉ tiêu kỹ thuật của sơn VASTA-1.
Yêu cầu thử theo AMS.3095A và AIMS 04.04.013
KÕt qu¶ thö nghiÖm thÈm ®Þnh
ë:


TT

Tên chỉ tiêu
kỹ thuật

Yêu c
Çu

Panel thử,
hệ sơn
Điều kiện thử Phương pháp
thử
Trung
tâm
KTTC,
ĐLCL
Khu
vực1
Trung tâm
polyme,
ĐHBK
HN
Viện kỹ
thuật
Nhiệt Đới
I Sơn lỏng

1 Cảm quan Hộp sơn mở ra
không vón cục, đóng
váng, tạo gel.
Các thành
phần sơn
Khi tiếp nhận sơn ISO 1513 Hợp
cách


2 Tính chất sử
dụng

Màng sơn phẳng
đều, không nhoè
mầu, không nhăn,
sệ, lồi lõm, rỗ.
2024T3 ISO 3270 FTMS141 Hợp
cách

3 Hàm lượng
chất bay hơi
(VOC) g/l
Theo số liệu tham
khảo
Lớp phủ
cuối
Pha trộn để sử dụng ASTM. D
3960
637g/l
4 Thời gian
sống
g4≥
Các thành
phần sơn
Pha trộn để sử dụng
22gi
ê

5 Thời gian
khô
kh«ng
g2≤

2024 T3 ISO 3270 ISO 1517
0,5giê