Nghiên cứu khả năng bọc composite cho các kết cấu thép cacbon làm việc trong môi trường biển

BẢN CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những số liệu báo cáo trong đề tài là hoàn toàn thực tế của
chính bản thân đã thực hiện được. Các số liệu trên chưa từng được công bố trên bất kỳ
tạp chí, công trình nghiên cứu nào trong và ngoài nước.

Nha Trang, tháng 12 năm 2010.
Học viên thực hiện
Hồ Hữu Huy


- 1 -
MỤC LỤC


Trang
MỤC LỤC 1
DANH MỤC CÁC BẢNG 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 4
LỜI MỞ ĐẦU 6
Chương 1: TỔNG QUAN 8
1.1 Tổng quan về kết cấu thép làm việc trong môi trường biển 8
1.2 Tổng quan về ăn mòn kim loại trong môi trường biển 13
1.2.1 Định nghĩa ăn mòn 13
1.2.2 Phân loại quá trình ăn mòn 13
1.2.3 Đặc điểm ăn mòn kết cấu thép trong môi trường biển 14
1.3 Tổng quan về bảo vệ ăn mòn kết cấu thép 16
1.3.1 Các biện pháp bảo vệ ăn mòn kết cấu thép 16
1.3.2 Các biện pháp bảo vệ ăn mòn kết cấu thép làm việc trong môi trường

biển thường dùng 20
1.4 Khả năng ứng dụng composite để bọc phủ kết cấu thép làm việc trong môi
trường biển 21
1.4.1 Bản chất về cơ chế kết dính của polyme 21
1.4.2 Sơ lược về ứng dụng composite bọc kết cấu thép 24
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 30
2.1 Yêu cầu kỹ thuật của lớp bọc phủ 30
2.1.1 Khả năng liên kết giữa lớp phủ composite và thép cacbon cần bảo vệ 30
2.1.2 Khả năng bảo vệ và giá thành của lớp phủ composite 37
2.2 Phân tích lựa chọn vật liệu bọc phủ composite 41
Chương 3: TÍNH CHỌN VẬT LIỆU THÀNH PHẦN VÀ THỰC NGHIỆM TẠO
VẬT LIỆU COMPOSITE 43
3.1 Tính vật liệu thành phần 43
3.1.1 Vật liệu gia cường 43
3.1.2 Vật liệu nền 45
3.1.3 Chất đóng rắn 45
- 2 -
3.2 Thực nghiệm tạo vật liệu composite 46
3.2.1 Mục đích thực nghiệm tạo vật liệu composite 46
3.2.2 Quy hoạch thực nghiệm lựa chọn kết cấu vật liệu và biện pháp công nghệ 47
3.2.3 Tiến hành thực nghiệm 50
3.2.4. Chế tạo mẫu thử 52
3.2.5 Phương pháp tính toán, đánh giá 54
Chương 4: KẾT QUẢ, THẢO LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 59
4.1 Kết quả thực nghiệm 59
4.1.1 Kết quả thử nghiệm cơ tính 59
4.1.2 Kết quả thử nghiệm bám dính 60
4.1.3 Kết quả thử nghiệm hấp thụ nước 61
4.1.4 Kết quả thử nghiệm ăn mòn trong môi trường biển 64
4.2 Kết luận 71

4.3 Đề xuất 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75
PHỤ LỤC
- 3 -
DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang
Bảng 2.1 Môđun Young của một số vật liệu 34
Bảng 2.2 Đặc trưng cơ học vật liệu của một số loại composite thông dụng 35
Bảng 2.3 Tính chất và giá thành của các loại nhựa 40
Bảng 2.4 Giá trị thử nghiệm cơ tính vật liệu glass/vinyleste 42
Bảng 3.1 Đặc tính cơ lý của sợi được lựa chọn 44
Bảng 3.2 Đặc tính cơ lý của nền được lựa chọn 45
Bảng 3.3 Đặc tính kỹ thuật của TETA 45
Bảng 3.4 Hệ số gia cường hữu ích 49
Bảng 3.5 Đặc tính vật liệu composite theo tính toán lý thuyết 50
Bảng 4.1 Kết quả tổng hợp thử nghiệm kéo 59
Bảng 4.2 Kết quả tổng hợp thử nghiệm uốn 59
Bảng 4.3 Kết quả tổng hợp thử nghiệm bám dính composite không có lớp lót 60
Bảng 4.4 Kết quả tổng hợp thử nghiệm bám dính composite có lớp lót 60
Bảng 4.5 Tổng hợp kết quả kiểm tra độ hấp thụ nước của vật liệu composite 61
Bảng 4.6 Tổng hợp kết quả đo điện hóa 64


- 4 -
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang
Hình 1.1 Giàn khoan bán chìm 8
Hình 1.2 Giàn khoan tự nâng 9

Hình 1.3 Cần cẩu nổi 10
Hình 1.4 Kết cấu dàn đáy 10
Hình 1.5 Kết cấu dàn mạn 11
Hình 1.6 Kết cấu dàn mạn và dàn vách 11
Hình 1.7 Kết cấu dàn boong 12
Hình 1.8 Ảnh hưởng của độ sâu nước biển đến ăn mòn 15
Hình 1.9 Bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài 18
Hình 1.10 Các dạng phá hoại của hệ thống nhiều pha 22
Hình 1.11 Bảo quản một số vị trí ăn mòn của ống dẫn bằng vật liệu
composite thủy tinh/epoxy 28
Hình 2.1 Môđun kéo riêng của một một số vật liệu sợi 38
Hình 2.2 Độ bền kéo riêng của một một số vật liệu sợi 38
Hình 2.3 Giá thành các loại vật liệu gia cường composite 41
Hình 3.1 Kích thước mẫu thử cơ tính composite theo tiêu chuẩn ISO 53
Hình 3.2 Kích thước mẫu thử bám dính theo tiêu chuẩn ASTM 54
Hình 3.3 Biểu diễn hình học của tổng trở Z 56
Hình 3.4 Phổ tổng trở lớp phủ tốt 57
Hình 3.5 Sơ đồ điện hóa tương đương của lớp phủ composite tốt 57
Hình 3.6 Phổ tổng trở lớp phủ bị khuyết tật 57
Hình 3.7 Sơ đồ điện hóa tương đương của lớp phủ bị khuyết tật 58
Hình 4.1 Đồ thị so sánh ứng suất tách lớp của composite có lớp lót “dán”
và không có lớp lót 61
Hình 4.2 Đồ thị so sánh độ hấp thụ nước trung bình các loại mẫu
sau 7 ngày ngâm 62
Hình 4.3 Đồ thị so sánh độ hấp thụ nước trung bình các loại mẫu
sau 14 ngày ngâm 63
Hình 4.4 Đồ thị so sánh độ hấp thụ nước trung bình các loại mẫu
sau 30 ngày ngâm 63
- 5 -
Hình 4.5 Đồ thị so sánh độ hấp thụ nước trung bình các loại mẫu

sau 14 ngày và 30 ngày ngâm 64
Hình 4.6 Sự thay đổi điện trở lớp phủ của loại mẫu CT3-X1 sau ngâm 9 tháng 65
Hình 4.7 Phổ tổng trở lớp phủ của mẫu CT3-X1 lúc chưa ngâm nước biển 65
Hình 4.8 Phổ tổng trở lớp phủ của mẫu CT3-X1 sau 9 tháng ngâm nước biển 66
Hình 4.9 Sự thay đổi điện trở lớp phủ của mẫu CT3-X2 sau ngâm 9 tháng 66
Hình 4.10 Phổ tổng trở lớp phủ của mẫu CT3-X2 lúc chưa ngâm nước biển 66
Hình 4.11 Phổ tổng trở lớp phủ của mẫu CT3-X2 sau 9 tháng ngâm nước biển 67
Hình 4.12 Sự thay đổi điện trở lớp phủ của mẫu CT3-XPh1 sau ngâm 9 tháng 67
Hình 4.13 Phổ tổng trở lớp phủ của mẫu CT3-XPh1 lúc chưa ngâm nước biển 67
Hình 4.14 Phổ tổng trở lớp phủ của mẫu CT3-XPh1 sau 9 tháng ngâm nước biển 68
Hình 4.15 Sự thay đổi điện trở lớp phủ của mẫu CT3-XPh2 sau ngâm 9 tháng 68
Hình 4.16 Phổ tổng trở lớp phủ của mẫu CT3-XPh2 lúc chưa ngâm nước biển 68
Hình 4.17 Phổ tổng trở lớp phủ của mẫu CT3-XPh2 sau 9 tháng ngâm nước biển 69
Hình 4.18 Điện trở lớp phủ của các loại mẫu đo ban đầu chưa ngâm nước biển 69
Hình 4.19 Điện trở lớp phủ của các loại mẫu lúc ngâm 9 tháng 69
Hình 4.20 Mẫu thử nghiệm ăn mòn trước và sau khi ngâm 70
Hình 4.21 Mẫu đo điện hóa chu kỳ 9 tháng 70

- 6 -
LỜI MỞ ĐẦU


Kim loại và kết cấu bằng kim loại đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế
quốc dân. Các máy móc, thiết bị kỹ thuật hầu hết được chế tạo từ kim loại (cơ bản là
thép cacbon). Khi các thiết bị này làm việc trong môi trường biển thường bị ăn mòn
với tốc độ cao nên đã làm giảm khả năng làm việc và tuổi thọ sử dụng.
Cho đến nay, thực tế sử dụng các kết cấu thép, các trang thiết bị máy móc
thường được bảo vệ bằng sơn phủ. Mặc dù được đầu tư nghiên cứu khá lớn nhưng
các loại sơn phủ chỉ có tác dụng bảo vệ với mức độ khá hạn chế các bề mặt không
làm việc, với tuổi thọ khá ngắn khi làm việc trong môi trường biển. Trên các bề mặt
của các kết cấu thép như: cặp ma sát, mặt sàn công tác của thiết bị các loại sơn phủ
thông thường không đảm bảo được độ bền cần thiết (đặc biệt là độ bền mòn) đã gây
ra sự hao phí lớn về vật chất, chi phí lao động và gây ô nhiễm môi trường.
Bọc bảo vệ bề mặt kim loại bằng nhựa (polyme) là giải pháp được nhiều cơ sở kỹ
thuật sử dụng. Tuy nhiên, công nghệ này mới chỉ được áp dụng cho kết cấu kim loại dân
dụng làm việc trong môi trường không khí bình thường (bọc giỏ và đèo hàng xe máy ).
Công nghệ này khi áp dụng cho kết cấu thép làm việc trong môi trường biển thường bị rỉ
và bong tróc rất nhanh, thậm chí một số hỗn hợp nhựa còn gây ăn mòn kim loại khá
mạnh. Ngoài ra, việc bọc nhựa thông thường không tạo được độ bền bề mặt đủ lớn cho
các bề mặt thiết bị kỹ thuật, kết cấu thép. Điều này chỉ có thể khắc phục nếu phủ lên các
bề mặt làm việc kết cấu thép bằng vật liệu composite.
Theo thông tin trên mạng, hãng Castolin Eutectic - một hãng sản xuất và cung
cấp công nghệ polyme phủ bề mặt hàng đầu thế giới với trên 100 năm hoạt động tại Mỹ
- đã giới thiệu dung dịch nguội Mecatec có tác dụng phủ bảo vệ các bề mặt của chi tiết
máy làm việc trong môi trường biển, hóa chất và nhiệt độ cao đến 240
0
C [29], Các

Mecatec, theo giới thiệu của Castolin Eutectic là các polyme tổng hợp ứng dụng cho bảo
vệ bề mặt hoạt động trong môi trường khắc nghiệt. Mặc dù có tính phủ bảo vệ bề mặt
kim loại tốt nhưng giá thành quá cao (dùng Mecatec 102P giá 160 USD/dm
2
bề mặt
phủ). Với khả năng bảo vệ và chống ăn mòn cao, Mecatec phù hợp với công nghệ bọc
phủ bảo vệ và phục hồi các chi tiết máy đặc chủng như cánh bơm hóa chất
Theo công nghệ này, nếu nghiên cứu sử dụng các composite bọc bảo vệ bề
mặt chi tiết máy hay các kết cấu thép thông dụng để bảo vệ bề mặt sẽ có giá thành
- 7 -
thấp hơn và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật thông thường của các kết cấu thép làm
việc trong môi trường biển.
Với yêu cầu cấp thiết có cơ sở khoa học và thực tiễn, xin đề xuất nghiên cứu đề tài
“Nghiên cứu khả năng bọc composite cho các kết cấu thép cacbon làm việc trong môi
trường biển”. Hy vọng kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần hoàn thiện công nghệ
bảo vệ bề mặt các thiết bị kỹ thuật, kết cấu thép làm việc trong môi trường biển, góp phần
hữu ích vào công việc chống ăn mòn đang cấp thiết hiện nay.
Đề tài hoàn thành với sự hướng dẫn tận tình của PGS. TS Phạm Hùng Thắng,
PSG. TS Quách Đình Liên, TS Phạm Trung Sản, Ths. Phan Quang Nhữ và nhiều bạn
đồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn, các thầy cô khoa Kỹ
thuật tàu thủy và khoa Cơ khí cùng toàn thể những người đã cùng tôi hoàn thành đề tài
nghiên cứu này.

Nha Trang, tháng 12 năm 2010.
Học viên
Hồ Hữu Huy
- 8 -
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về kết cấu thép làm việc trong môi trường biển

Kết cấu thép làm việc trong môi trường biển thường gặp đó là: hệ thống cốt
thép trong bê tông cốt thép ở các cầu cảng, các công trình đê điều, tàu thủy, hệ
thống giàn khoan dầu khí, đường ống dẫn dầu, bồn bể chứa dầu trên biển. Trong
nông, ngư nghiệp, đó là các hệ thống lồng thép, bơm, đường ống dẫn nước phục vụ
nuôi trồng thủy sản…
Một vài ví dụ về kết cấu thép làm việc trong môi trường biển như sau:
- Giàn khoan bán chìm (semi submersible): được chế tạo nhằm phục vụ việc
thăm dò và khoan khai thác dầu khí, có thể làm việc tại những vùng biển có chiều sâu
mặt nước lên đến 1.000 m. Kết cấu đặc trưng của các công trình nổi dạng này là một
hệ kết cấu thép gồm hai ponton nằm chìm trong nước đỡ toàn bộ hệ thống giàn khoan
nằm phía trên bằng các cột chống đặt lên trên hai ponton này. Phần nổi trên mặt nước
của giàn khoan được bố trí như một tàu công trình hiện đại, cỡ lớn với phòng sinh
hoạt, thiết bị khai thác, xử lý, thiết bị nâng hạ, sân bay lên thẳng v v…













Hình 1.1 Giàn khoan bán chìm

- 9 -
- Giàn khoan tự nâng (Jack up Self hoặc Elevating Platform): kết cấu thép với
3, 4 chân có thể trượt trong các lỗ xuyên qua thân giàn, còn thân giàn được bố trí nằm
phía trên các chân đế. Khi làm việc, giàn tựa lên các chân, còn các chân giàn lại được
tựa trên nền đáy biển nâng thân giàn cao dần lên, tách khỏi mặt nước và sau đó đưa
thân giàn lên hẳn phía trên mặt nước. Khi không làm việc, các chân giàn được rút lên
trên cao và giàn nổi như một tàu thông thường thượng tầng chứa thiết bị, máy móc,
phòng sinh hoạt, phân xưởng sản xuất, sàn hạ máy bay … Hình 1.2 là hình ảnh bố trí
của một giàn khoan tự nâng đang hoạt động tại vùng biển Việt Nam.

Hình 1.2 Giàn khoan tự nâng
- Cần cẩu nổi (crane barge):
Các cần cẩu nổi dùng trong công nghiệp khai thác dầu khí, xếp dỡ hàng hóa
trên môi trường sông nước, biển có kích thước và sức nâng rất lớn, từ vài trăm đến
hàng ngàn tấn. Hình 1.3 là cần cẩu mang tên YẾT KIÊU P3 của công ty trục vớt cứu
hộ - Cục Hàng hải Việt Nam có trang bị hai cẩu với sức nâng 350T, tầm với tối đa là
16m và chiều cao nâng cao là 31m.
- 10 -

Hình 1.3 Cần cẩu nổi
Tàu thủy được xem như một đại công trình kết cấu thép làm việc trên biển, bao
gồm kết cấu thân tàu và các trang thiết bị. Kết cấu thân tàu có dạng vỏ mỏng gồm phần
tôn bao bên ngoài và phần gia cường bên trong, tạo thành khung xương đảm bảo độ
bền, giữ tàu nổi và hoạt động trên nước.
Một số kết cấu cấu thành thân tàu như sau:
- Kết cấu dàn đáy:

Hình 1.4
Kết cấu dàn đáy

1. Sống phụ, 2. Sống chính, 3. Đà ngang đáy đặc
4. Tôn đáy, 5. Tấm lát sàn, 6. Tấm lát sàn bằng gỗ
7. Nẹp gia cường, 8. Đà ngang đáy hở
- 11 -
- Kết cấu dàn mạn:














- Kết cấu dàn mạn và dàn vách:

Hình 1.5
Kết cấu dàn mạn

1. Tôn mạn, 2. Sườn mạn, 3. Xà dọc mạn
4. Sườn khỏe, 5. Nẹp dọc, 6. Tôn boong




Hình 1.6

Kết cấu dàn mạn và dàn vách

1. Dàn mạn, 2. Vách ngang, 3. Vách dọc
4. Đà ngang đáy, 5. Nẹp vách

- 12 -
- Kết cấu dàn boong:










Hình 1.7 Kết cấu dàn boong
Ngoài kết cấu vỏ tàu, tàu thủy còn trang bị rất nhiều hệ thống phục vụ khác, có
thể liệt kê một số hệ thống cơ bản như:
- Hệ thống động lực: gồm có máy chính, hệ trục chân vịt, các hệ thống đường
ống vận chuyển nhiên liệu, làm mát phục vụ cho máy chính…
- Hệ thống điện và trang thiết bị hàng hải: bao gồm các trang thiết bị thông tin
liên lạc, cứu sinh sử dụng sóng vô tuyến, hệ thống điện phục vụ…
- Hệ thống thiết bị boong và thiết bị xếp dỡ: gồm các máy xếp dỡ, các loại cẩu
hàng, tời lái, tời mũi, tời neo…
- Các hệ thống phục vụ sinh hoạt cho thuyền viên: hệ thống cung cấp nước,
điều hòa, sưởi…
Các thiết bị, máy móc hoặc tàu thủy làm việc trong môi trường biển như phân tích
ở trên đều là một hệ các kết cấu thép được chế tạo, lắp đặt lại với nhau nhằm phục vụ cho
mục đích công việc cụ thể. Các phần tử cơ bản cấu tạo nên hệ thống kết cấu thép nêu trên
là từ các phần tử thanh, tấm hoặc ống và đều được chế tạo từ thép cacbon hoặc hợp kim
của chúng. Đối với hệ kết cấu thép lớn như tàu thủy, giàn khoan dầu khí… người ta

thường chế tạo từ thép cacbon thấp. Trong sử dụng, khai thác thì dùng các biện pháp bảo
vệ ăn mòn. Như thế mới đáp ứng được các yếu tố kinh tế. Việc bảo vệ chống ăn mòn các
kết cấu trên thường được sử dụng phương pháp phủ bề mặt bằng các hệ sơn kết hợp với
bảo vệ anôt hy sinh. Chỉ một số các chi tiết máy nhỏ, riêng lẻ thì được bảo vệ bằng lớp
phủ hợp kim cứng nhờ quá trình mạ hoặc nhiệt khuếch tán.
- 13 -
1.2 Tổng quan về ăn mòn kim loại trong môi trường biển
1.2.1 Định nghĩa ăn mòn
Lịch sử phát triển của xã hội gắn liền với việc sản xuất và sử dụng các loại vật
liệu mà quan trọng nhất là kim loại và hợp kim của chúng. Dưới tác dụng của các yếu
tố môi trường, đặc biệt là môi trường xâm thực - nước biển chẳng hạn, đại đa số các
kim loại không bền nhiệt động đều bị ăn mòn.
Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại do tương tác hóa học hoặc điện hóa của
kim loại với môi trường xung quanh. Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại do hậu
quả của sự phản ứng của kim loại với môi trường xung quanh. Những biến đổi không
có sự tham gia của các pha ngoài không được gọi là ăn mòn. Ăn mòn sắt và hợp kim
của nó tạo thành rỉ do sự hình thành các oxyt sắt hidrat hóa trong các sản phẩm ăn mòn
nên sắt và hợp kim của sắt thường bị gỉ.
1.2.2 Phân loại các quá trình ăn mòn
Có nhiều cách phân loại ăn mòn khác nhau. Về cơ bản có thể phân loại thành 2
loại ăn mòn chính sau:
1.2.2.1 Ăn mòn hóa học:
Ăn mòn hóa học còn được gọi là ăn mòn khô gây ra bởi phản ứng hóa học dị thể
giữa bề mặt kim loại với môi trường xung quanh, nghĩa là phản ứng biến đổi kim loại
thành ion. Tương tác giữa kim loại với môi trường lỏng không dẫn điện hay với không
khí khô là điển hình của dạng ăn mòn hóa học. Sự oxy hóa kim loại bởi oxy hay tương
tác giữa kim loại với các khí khác (SO
2
, H
2

S, các halogen, CO
2
…) ở nhiệt độ cao là các
dạng ăn mòn hóa học rất nguy hiểm.
1.2.2.2 Ăn mòn điện hóa:
Đây là dạng ăn mòn phổ biến nhất, là tương tác điện hóa giữa bề mặt kim loại
với môi trường xung quanh. Khác với phản ứng oxy hóa - khử đồng thể xảy ra ở dung
dịch, ăn mòn điện hóa là phản ứng oxy hóa - khử xảy ra làm nhiều giai đoạn ở nhiều
nơi khác nhau trên bề mặt kim loại. Do sự tồn tại của các ion trong dung dịch và
electron tự do trên kim loại, sự ăn mòn điện hóa xảy ra ở 2 quá trình sau:
- Quá trình anôt là nơi biến đổi trực tiếp kim loại thành ion hidrat hóa trong
dung dịch:
Me + xH
2
O → Me(H
2
O)
n+
+ ne
x
- 14 -
- Quá trình catôt làm cho các electron dư của quá trình anôt bị đồng hóa do một
vài chất nhận electron, gọi là các chất khử phân cực. Rõ ràng, với cơ chế ăn mòn nêu
trên thì rỉ của vỏ tàu, các thiết bị trên tàu làm việc trong môi trường biển là những ví
dụ điển hình của ăn mòn điện hóa.
Cần phải lưu ý rằng, việc nghiên cứu cơ chế ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học đôi
khi không phân biệt ranh giới rõ nét. Trong nhiều trường hợp, sự biến đổi chậm từ cơ chế
hóa học sang cơ chế điện hóa có thể xảy ra và ngược lại, sự ăn mòn trong các dung dịch
điện ly có thể xảy ra theo cơ chế điện hóa lẫn hóa học.
1.2.3 Đặc điểm ăn mòn kết cấu thép trong môi trường biển

1.2.3.1 Tính chất ăn mòn của thép cacbon:
Sắt ít bền với ăn mòn vì các nguyên nhân sau:
- Điện thế điện cực tiêu chuẩn của sắt (-0,44V) âm hơn so với điện cực tiêu
chuẩn của Oxy (1,23V) và Hydro (0.00V) nên không bền về phương diện nhiệt động.
- Quá thế của Hydro η
Fe
trên Fe thấp nên trong môi trường axit Fe bị ăn mòn
khá nhanh.
Thép cacbon là hợp kim của sắt có từ 0,05 đến 0,1% C. Thép cacbon thường rẻ,
độ bền và độ cứng của nó có thể thay đổi trong phạm vi rộng tùy theo hàm lượng
cacbon và phương pháp xử lý nhiệt. Cũng giống như sắt, thép cacbon có độ bền ăn
mòn thấp và thường phải có các lớp phủ bảo vệ.
1.2.3.2 Tính xâm thực của nước biển:
Các công trình kết cấu thép làm việc trong môi trường biển như: công trình dầu
khí, tàu biển, kết cấu thép phục vụ nuôi trồng thủy sản… đều bị nước biển ăn mòn.
Nước biển chứa từ 3 – 3,5% muối hòa tan. Thành phần của nước biển như: độ PH, độ
muối NaCl toàn phần, độ dẫn điện, độ hòa tan oxy trong nước phụ thuộc vào vị trí địa
lý của vùng biển. Chính các thành phần của nước biển mà chủ yếu là độ PH, độ hòa
tan oxy trong nước quyết định tính chất ăn mòn của nước biển.
1.2.3.3 Đặc điểm ăn mòn trong nước biển:
Đây là dạng ăn mòn kim loại trong môi trường chứa oxy. Ở nhiệt độ bình
thường, trong hơi nước bão hòa không khí, tốc độ ăn mòn khơi mào của sắt có thể đạt
giá trị khoảng 100mg/dm
2
.ngày. Sau vài ngày tốc độ này giảm dần đến khi một màng
oxyt sắt hình thành và màng này hoạt động như một hàng rào ngăn cản sự khuếch tán
của oxy. Khi vắng mặt oxy hòa tan, có thể bỏ qua tốc độ ăn mòn ở nhiệt độ thường vì
H
2
- 15 -

quá nhỏ. Tốc độ ăn mòn của thép tỉ lệ với nồng độ oxy. Do độ hòa tan oxy trong
chất điện phân nhỏ (khoảng 2,5.10
-4
mol/l) nên tốc độ ăn mòn của kết cấu thép phụ
thuộc vào tốc độ khuếch tán của oxy xảy ra ở catôt. Nếu không có quá trình di
chuyển oxy đến catôt đặc biệt như khuấy dung dịch chẳng hạn thì quá trình ăn mòn
của thép trong nước biến xảy ra như sau:
- Ăn mòn trong nước biển bị kìm hãm chủ yếu bởi quá trình catôt. Ion Cl
-
ngăn
cản sự tạo thành màng thụ động trên bề mặt kim loại. Nước biển dẫn điện tốt nên
không có sự khống chế điện trở.
- Nước biển chứa nhiều hàm lượng Ca
+
, Mg
+
nên sẽ hình thành các màng oxyt
CaCO
3
, Mg(OH)
2
để bảo vệ theo phản ứng:
Ca
2+
+ HCO
3
-
+ OH
-
= H

2
O + CaCO
3

Mg
2+
+ 2OH
-
= Mg(OH)
2

- Ảnh hưởng của nồng độ oxy đến tốc độ ăn mòn kết cấu thép cacbon theo thực
nghiệm đối với các vùng thủy triều khác nhau là khác nhau. Ở những vùng thủy triều
thay đổi lớn, dòng thủy triều thay đổi gây nên bắn tóe oxy hòa tan, dễ tiếp cận với kim
loại nên tốc độ ăn mòn lớn nhất. Ngược lại ở những vùng thủy triều ổn định hoặc dưới
lớp bùn, vì oxy khó thâm nhập nên tốc độ ăn mòn là nhỏ nhất.

Chiều sâu ăn mòn P
t.n

Mức bùn
Thủy triều thấp
Thủy triều cao
Vùng 5
Vùng 4
Vùng 3
Vùng 2
Vùng 1
Hình 1.8
Ảnh hưởng của độ sâu nước biển đến ăn mòn

Vùng 1: ăn mòn khí quyển; Vùng 2: vùng bắn tóe trên mức thủy triều cao
Vùng 3: vùng thủy triều; Vùng 4: ngập nước thường xuyên; Vùng 5: chôn trong đất
- 16 -
Do những tính ưu việt vốn có của kim loại như: độ bền cơ học, bền nhiệt, tính
dẫn điện, dẫn nhiệt cao nên kim loại đã xâm nhập hầu hết vào các ngành công
nghiệp, trong đó có những công trình làm việc trong môi trường biển. Những công
trình thép cacbon làm việc trong môi trường biển thường bị ăn mòn rất lớn. Ăn mòn
kim loại gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân. Theo báo cáo của Ủy ban ăn mòn
và bảo vệ Anh thì thiệt hại do ăn mòn ở Anh chiếm 3,5 % tổng sản lượng quốc dân. Ở
Mỹ thì chi phí này vào năm 1982 được đánh giá khoảng 126 tỷ đô la mỗi năm [6]. Việt
Nam có khí hậu nóng, ẩm và tỉ lệ sử dụng kim loại trong công nghiệp còn rất lớn cho
nên thiệt hại do ăn mòn còn có thể cao hơn nữa.
Ước tính chi phí cho lĩnh vực ăn mòn chiếm khoảng 3.5% - 4% tổng thu
nhập quốc dân đối với những nước có nền công nghiệp phát triển [6], [11]. Chi phí
bao gồm chi phí trực tiếp và gián tiếp. Thông thường chi phí gián tiếp (chi phí thay

thế, sửa chữa, chi phí cho các biện pháp ngăn ngừa, bảo vệ chống ăn mòn) lớn hơn
rất nhiều so với chi phí trực tiếp. Theo một nghiên cứu thống kê của các nhà nghiên
cứu ăn mòn trên thế giới [10], [12] vào những năm 1990 thì lượng kim loại bị mất
đi trực tiếp do ăn mòn chiếm khoảng 10% tổng sản lượng kim loại được sản xuất
hàng năm (trong đó ăn mòn khí quyển chiếm khoảng 80%); còn thiệt hại gián tiếp
như giảm độ bền thiết bị máy móc, giảm chất lượng công trình do gỉ thường gấp
1,5 đến 2 lần lượng thiệt hại trực tiếp trên. Đối với các nước có công nghiệp phát
triển, các nước có công nghiệp dầu khí hay khí hậu biển nhiệt đới thì tổng thiệt hại
do ăn mòn gây ra chiếm tới 4-5% thu nhập kinh tế quốc dân vào những năm 1990
nhưng đến năm 2000 tỷ lệ này còn 2-3% nhờ áp dụng một số biện pháp hữu hiệu
trong công tác chống ăn mòn. Ngoài ý nghĩa về mặt kinh tế như kéo dài tuổi thọ, độ
bền các công trình; bảo vệ chống ăn mòn còn có ý nghĩa quan trọng trong vấn đề
chống ô nhiễm môi trường và an toàn lao động.
Vì vậy, việc nghiên cứu bảo dưỡng và bảo vệ chống ăn mòn, kéo dài thời gian
sử dụng các kết cấu làm việc trong môi trường biển biển thường xuyên là một vấn đề
rất có ý nghĩa về mặt khoa học kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế.
1.3 Tổng quan về bảo vệ ăn mòn kết cấu thép
1.3.1 Các biện pháp bảo vệ ăn mòn kết cấu thép
1.3.1.1 Bảo vệ kim loại bằng cách biến đổi môi trường
a. Loại trừ cấu tử ăn mòn - Oxy:
- 17 -
Phần lớn các kết cấu thép có độ bền ăn mòn cao trong môi trường trung tính và
không có mặt oxy. Tuy nhiên trong thực tế luôn tồn tạo oxy trong môi trường. Độ hòa
tan của oxy trong môi trường nước phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất riêng phần của oxy
và nồng độ muối trong dung dịch.
Thực tế người ta thường sử dụng các phản ứng hóa học để loại oxy ra khỏi môi
trường như sau:
- O
2
+ 2Na

2
SO
3
= 2Na
2
SO
4
, ở nhiệt độ thường tốc độ của phản ứng trên chậm nên
ta có thể dùng chất xúc tác để tăng tốc độ (ví dụ thêm 0,001 ppm ion CO
2+
).
- N
2
H
4
+ O
2
= 2H
2
O + N
2
, ở nhiệt độc cao N
2
H
4
sẽ phân hủy thành:
3N
2
H
4

(hydrazin) = N
2
+ 4NH
3
Sử dụng hydrazin loại trừ được nguy cơ tạo thành muối, tuy nhiên N
2
H
4
và NH
3

gây ăn mòn đồng và hợp kim của nó. Thừa sunfit cũng gây ăn mòn thép.
b. Bảo vệ kết cấu thép bằng chất ức chế ăn mòn:
Chất ức chế ăn mòn là những chất mà ta thêm vào môi trường một lượng rất nhỏ
nhưng kìm hãm đáng kể tốc độ ăn mòn.
Việc sử dụng chất ức chế là một trong các phương pháp phổ biến có hiệu quả
chống ăn mòn trong các môi trường khác nhau. Chất ức chế là chất làm giảm ăn mòn
ngay cả khi nồng độ rất yếu (10
-3
- 10
-6
mol/l), làm giảm sự hao tổn kim loại hàng
chục, hàng trăm, thậm chí hàng nghìn lần. Các chất ức chế dùng để bảo vệ kim loại
chống ăn mòn khí quyển, trong môi trường axit, trong nước biển, trong các môi
trưòng oxy hóa, trong dầu mỡ. So sánh với các phương pháp bảo vệ khác, việc áp
dụng các chất ức chế có nhiều ưu điểm: không xây dựng lại sơ đồ kỹ thuật sản xuất,
cho phép sử dụng các kim loại rẻ tiền thay thế cho các kim loại đặc biệt, hoàn thiện
các điều kiện vệ sinh công nghiệp, nâng cao tính năng bảo vệ của các lớp mạ, sơn
hay polyme…, đảm bảo các tính chất cơ học của kim loại.
Các chất ức chế được chia thành 2 loại chính: ức chế catôt và ức chế anôt. Chất

ức chế anôt kìm hãm tốc độ hòa tan kim loại do hình thành các màng bảo vệ trên các
vùng anôt của bề mặt bị ăn mòn do chuyển kim loại vào vùng thụ động bền. Các màng
thụ động hình thành từ các phốt phát, silicat, benzoat. Chất ức chế catôt làm giảm tốc
độ ăn mòn do làm tăng quá thế của quá trình giải phóng hidro, hình thành các màng
hấp phụ, các màng này tách kim loại ra khỏi môi trường ăn mòn.

- 18 -
1.3.1.2 Bảo vệ kim loại bằng thay đổi thế điện cực – phương pháp điện hóa
a. Bảo vệ catôt bằng dòng ngoài:
Đây là một trong các phương pháp quan trọng để bảo vệ kết cấu thép chống ăn mòn.
Nhờ dòng điện 1 chiều của dòng điện ngoài, người ta có thể giảm thế điện cực của kim loại
trong vùng không bị ăn mòn. Trong quá trình bảo vệ catôt, cực âm của nguồn điện nối với chi
tiết bảo vệ catôt và điện cực sắt. Việc bảo catôt chủ yếu áp dụng cho Fe, Cu, Pb, Al trong
trường hợp các kim loại này ngâm trong nước hay trong môi trường ẩm.









Hình 1.9 Bảo vệ catôt bằng dòng điện ngoài
1. Thiết bị cần bảo vệ, 2. Chất độn dẫn điện
3. Điện cực phụ Zn (Anôt), 4. Dụng cụ kiểm tra, nguồn 1 chiều
b. Bảo vệ catôt bằng anôt hy sinh:
Để giảm thế điện cực đến thế bảo vệ (bằng kim loại không bị ăn mòn hay thụ
động hoàn toàn) ta có thể cho kết cấu thép cacbon tiếp xúc với kim loại ăn mòn ở thế
thấp hơn của kết cấu thép và tác dụng như anôt bị hy sinh. Để bảo vệ anôt bị hy sinh,

người ta dùng Zn, Mg, hợp kim Al-Zn. Phương pháp này được gọi là phương pháp bảo
vệ bằng protectơ catôt.
Bảo vệ bằng anôt hy sinh có giá trị khai thác cao hơn phương pháp dùng dòng
điện ngoài. Vật liệu dùng làm anôt hy sinh thường dùng Mg, Al và hợp kim magie.
Thông thường hay dùng Zn để làm anôt hy sinh vì giá thành thấp hơn nhiều so với Mg.
2.1.1.3 Bảo vệ Anôt
Phương pháp này dùng để bảo vệ các kim loại và hợp kim bị thụ động trong các
môi trường xâm thực nhờ phân cực anôt bằng nguồn điện 1 chiều, làm cho kim loại
chuyển vào trạng thái thụ động bền. Bảo vệ anôt thường dùng bảo vệ cho các loại thép

1
3

2

Zn
→
Zn
2+
+ 2e
4

- 19 -
không rỉ dùng trong các két chứa, các thùng chứa axit sunfuric và bazơ. Mục đích là
chống ăn mòn rỗ và ăn mòn rạn nứt.
1.3.1.4 Bảo vệ bằng cách ngăn ngừa với môi trường xâm thực
a. Bảo vệ bằng các lớp che phủ kim loại:
Việc bảo vệ bằng các lớp che phủ là một trong những phương pháp phổ biến
nhất, nhằm mục đích cô lập kết cấu thép với môi trường xâm thực. Lớp che phủ này
phải dày và bám dính với kết cấu thép, không bị ăn mòn hoặc bị ăn mòn ít hơn kim loại

của kết cấu thép. Tùy theo các tính chất bảo vệ khác nhau mà lớp phủ bằng kim loại có
được bằng cách mạ điện, nhiệt khuếch tán…
- Phương pháp mạ điện: bao gồm các loại như mạ: crôm, kẽm, đồng, niken…
Các lớp mạ này nhận được bằng kết tủa điện phân kim loại từ dung dịch các muối
tương ứng nêu trên. Kim loại mạ là catôt và anôt là bản kim loại kết tủa. Lớp mạ điện
được áp dụng chủ yếu để bảo vệ sắt và kết cấu thép cacbon hoạt động trong môi
trường khí quyển. Trong môi trường có tính xâm thực cao như nước biển, các lớp mạ
kim loại, đặc biệt là mạ kẽm không bền.
- Phương pháp nhiệt khuếch tán cũng nhằm mục đích tạo ra các lớp kim loại
phủ bề mặt có độ bền nhiệt động cao hơn kim loại của kết cấu thép cacbon. Phương
pháp này cần phải có nguồn nhiệt nung nóng chảy các kim loại cần phủ, sau đó nhờ
dòng oxy áp suất cao phun phủ lên bề mặt kim loại cần bảo vệ. Dòng kim loại sẽ
khuếch tán vào kim loại nền và hình thành lớp kim loại bảo vệ trên bề mặt. Tương tự
như phương pháp mạ, lớp phủ trong trường hợp này cũng kém bền khi hoạt động trong
môi trường xâm thực (đặc biệt là lớp phủ Zn). Hơn nữa, lớp phủ bằng kim loại chỉ
thích hợp bảo vệ ăn mòn cho các chi tiết máy nhỏ, lẻ, cần độ chính xác cao.
b. Bảo vệ bằng các lớp phủ phi kim:
Các lớp che phủ phi kim loại gồm các lớp che phủ vô cơ và hữu cơ. Các lớp che
phủ hữu cơ là các màng polyme. Các lớp phủ vô cơ chính là các màng oxit và màng
phốt phát hóa. Người ta cũng có thể kết hợp 2 lớp phủ lại với nhau để tạo thành lớp
phủ có tính chất bảo vệ ăn mòn tốt hơn. Lúc đó lớp phủ vô cơ được xem như là lớp
phủ lót cho lớp phủ hữu cơ. Ví dụ như người ta có thể cromat hóa hoặc phốt phát hóa
bề mặt của thép trước khi sơn phủ.
- 20 -
1.3.2 Các biện pháp bảo vệ ăn mòn kết cấu thép làm việc trong môi trường biển
thường dùng
Vấn đề bảo vệ chống ăn mòn mà đặc biệt là chống ăn mòn các kết cấu thép làm
việc trong môi trường biển đang được các nhà khoa học trong nước và thế giới hết sức
quan tâm. Trên thực tế đã và đang sử dụng một trong những phương pháp bảo vệ
chống ăn mòn nêu trên hoặc sử dụng kết hợp 2, 3 phương pháp nêu trên để bảo vệ ăn

mòn kết cấu thép.
Việc thay đổi tính chất của môi trường mà biện pháp chủ yếu là loại bỏ tác nhân
gây ăn mòn - oxy ra khỏi môi trường, hoặc thêm vào dung dịch các chất ức chế ăn
mòn là không phù hợp. Biện pháp này chỉ có thể thực hiện được trong phòng thí
nghiệm khi mà các điều kiện tự nhiên chúng ta có thể can thiệp và khống chế. Trong
khi đó các kết cấu làm việc trong môi trường nước biển thực tế lại phụ thuộc rất nhiều
vào các điều kiện tự nhiên rộng lớn.
Để thay đổi tính chất của kim loại, người ta có thể đưa các kim loại bền hơn đối
với ăn mòn vào trong thực tế khai thác. Việc hợp kim các kim loại là một phương pháp có
hiệu quả để tạo thành một loại thép mới, hợp kim mới có độ bền ăn mòn tốt hơn. Tuy
nhiên, theo phân tích ở mục 2.1.1.4a thì phương pháp này cũng ít áp dụng để bảo vệ kết
cấu thép làm việc trong môi trường biển. Điều này hoàn toàn hợp lý vì không ai đem kết
cấu cả con tàu hoặc các công trình dầu khí chẳng hạn để mạ kẽm hoặc hợp kim hóa tất cả
các bề mặt làm việc của kết cấu.
Các biện pháp chống ăn mòn sử dụng lớp phủ kim loại đang được sử dụng
phổ biến. Biện pháp này còn có thể đảm bảo độ bền, do lớp phủ kim loại chịu được
va đập tốt hơn lớp phủ hữu cơ. Trong kết cấu phần dưới: các trụ cầu của cầu dẫn qua
cảng, lớp phủ titanium (1mm Ti + 4mm thép tấm) đã được sử dụng như là biện pháp
chống ăn mòn có hiệu suất cao trong những vùng có thủy triều và nước biển bắn vào.
Lớp phủ Titan được chế tạo bằng công nghệ phôi cán nóng liên kết bản thép và bản
Titan có hiệu suất cao. Khi vật liệu Titan được sử dụng riêng rẽ trong môi trường
biển thì một lớp màng bám không mong muốn được hình thành trên bề mặt tấm Titan
thành lớp màng chống ăn mòn. Và ăn mòn lưỡng kim xuất hiện giữa tấm Titan và
thép trong nước biển được ngăn ngừa bằng mối nối hàn chống ăn mòn điện khí hóa.
Khi lớp phủ Titan được kết hợp sử dụng với sơn thì mật độ chống ăn mòn hiện tại
giảm và hi vọng độ bền là 100 năm.
- 21 -
Việc chống ăn mòn điện được sử dụng để ngăn ngừa ăn mòn của các cấu kiện
thép trong nước biển, dưới đáy biển. Chống ăn mòn điện khí có kiểu cực dương lưu điện
và kiểu nguồn điện bên ngoài. Mật độ dòng điện chống ăn mòn trong nước biển đối với

thép rỗng trong các kết cấu cảng thông thường là 100 mA/m
2
. Có thể sử dụng giá trị cao
hơn một chút trong môi trường biển bị ô nhiễm hoặc có dòng chảy từ nước sông vào,
hoặc có sóng lớn, tốc độ dòng chảy lớn. Mật độ điện lưu chống ăn mòn của khối đá xây
trong tường chắn, kè chắn hay dưới đáy biển là 50% hoặc 20% của giá trị dưới nước.
Đôi khi giá trị nhỏ hơn được ước tính đối với các thành phần ở sâu dưới đáy biển.
Các cầu tàu, neo đậu thuyền, kè bảo vệ và các kết cấu khác trong bến cảng, gần
đây biện pháp chống ăn mòn dài hạn đã được kết hợp trong khâu thiết kế ban đầu. Kết
quả là độ bền đã được duy trì trong phạm vi toàn bộ chu kì tuổi thọ của kết cấu. Ngày
nay các biện pháp này đang thu hút sự quan tâm. Các sản phẩm chống ăn mòn hiệu
quả cao đã được quảng bá từ giữa những năm 80. Gần đây các cọc ống thép chống ăn
mòn hiệu suất cao đang được ứng dụng thử ở nhiều nơi. Theo [26], các nhà sản xuất đã
sử dụng lớp màng polyethylene hoặc polyurethane dày tối thiểu 2 - 2,5mm bao bọc các
cọc ván thép, cọc ống ván thép. Biện pháp này đã đạt được 50% hiệu suất sử dụng
trong các cấu kiện bến cảng. Trong vùng dưới nước thì những biện pháp này được sử
dụng kết hợp với chống ăn mòn điện hóa, hoặc sử dụng độc lập.
1.4 Khả năng ứng dụng composite để bọc kết cấu thép làm việc trong môi trường biển
Để nghiên cứu khả năng ứng dụng composite bọc phủ kết cấu thép, điều quan
tâm trước tiên đó là sự liên kết giữa vật liệu composite với thép. Sau đó mới tiến
hành nghiên cứu thành phần cấu tạo hợp lý của vật liệu composte. Do vậy, chúng ta
cần tìm hiểu bản chất kết dính của các hợp chất cao phân tử trong composite mà chủ
yếu là polyme, từ đó lựa chọn tổ hợp vật liệu composite với cơ chế kết dính thích
hợp để bọc phủ kết cấu thép.
1.4.1 Bản chất về cơ chế kết dính của polyme
Hiện nay kết dính là một vấn đề có ý nghĩa thực tiễn lớn và đóng vai trò hết sức
quan trọng trong hầu hết các ngành kỹ thuật hiện đại. Nếu xem xét những chất dùng làm
vật liệu kết dính thì có thể rút ra một nhận xét là hầu hết các chất đó đều đi từ polyme. Khi
phân tích cơ chế kết dính giữa vật liệu composite với thép thành một khối kết dính bất kỳ
thì độ bền của chúng phụ thuộc vào 2 yếu tố liên kết chính, đó là: kết dính ngoại

(adhesion) và kết dính nội (cohesion).
- 22 -
- Kết dính ngoại là kết dính của vật liệu composite với vật liệu thép cacbon. Kết
dính có được là do các lực liên kết của các phân tử, nguyên tử, ion, nhóm hoạt động
hoá học khác nhau nằm ở bề mặt tiếp xúc giữa composite và thép. Những lực liên kết
như vậy gọi là lực kết dính ngoài và bản thân sự tác động tương hỗ đó gọi là sự tác
dụng tương hỗ kết dính ngoại.
- Kết dính nội là kết dính (liên kết) của các phân tử, nguyên tử ion trong thể tích
của một vật thể (các thành phần cấu tạo của polymer, composite hay thép cacbon) hoặc
kết dính mới gây nên do các liên kết hoá học lực Van-dec-van và liên kết hydro giữa vật
liệu nền polyme và các thành phần cốt của vật liệu composite.
Hiện tượng bám dính đóng một vai trò to lớn trong sản xuất các vật liệu bao
gồm nhiều pha. Thí dụ, độ bền của giấy và bìa cứng (không phết keo) phụ thuộc vào
lực liên kết của các sợi tiếp xúc với nhau. Các lớp màng của vật liệu làm keo dán dính
lại với nhau quan sát thấy khi dán
các chi tiết (gỗ, cao su, chất
dẻo ) là một thí dụ về tác dụng
tương hỗ của kết dính tự tạo.
Các tính chất cơ lý của hệ
thống nhiều pha phụ thuộc vào
kết dính ngoại và kết dính nội, có
thể dùng những số liệu nhận được
khi thử độ bền vật liệu (thí dụ là
keo dán chẳng hạn) để đánh giá
một cách định tính hay định lượng
hiệu ứng của các hiện tượng đó.

Bằng cách thực nghiệm cho biến dạng các vật liệu bao gồm nhiều pha (kéo,
uốn, chẻ, v.v ) ta quan sát thấy nhiều dạng phá hoại khác nhau, điều đó tuỳ thuộc vào
sức tác dụng tương hỗ nào là khâu yếu nhất của hệ thống (kết dính ngoại, kết dính

nội). Thí dụ: dán hai vật thể A và B nhờ chất C, chất này nhận được bằng cách ghép
(quét chồng) từng lớp mỏng lại với nhau. Nếu như sự phá hoại xảy ra ở giới hạn phân
chia pha (vật thể A hay B + keo dán C), đó là loại phá hoại kết dính ngoại, nó xuất
hiện khi sự kết dính ngoại của các vật thể nằm trong hệ thống nhỏ hơn độ bền của kết
Hình
1
.
10

Các dạng phá hoại của hệ thống nhiều

pha

(Vật thể A + Vật thể B + Keo dán C)
- 23 -
dính nội hay kết dính tự tạo. Nếu bản thân vật thể A, B hay keo dán C bị phá hoại, như
vậy có nghĩa là dạng phá hoại thuộc loại kết dính nội. Trong trường hợp này kết dính
nội nhỏ hơn kết dính ngoại.
Vậy bằng cách xác định độ bền của hệ thống nhiều pha (kéo, uốn, chẻ,…) có
thể nhận được số liệu đặc trưng cho lực tác dụng kết dính ngoại, kết dính nội. Điều này
có ý nghĩa trong việc xác định khả năng bám dính cũng như đánh giá khả năng tách
lớp của 2 loại vật liệu khác pha.
Tuy nhiên những chỉ số về độ bền của thành phẩm không phải khi nào cũng cho một
sự đánh giá về lượng đối với hiện tượng bám dính. Thông thường người ta dùng những
phương pháp gián tiếp để xác định lực kết dính ngoại của các vật thể. Tuy nhiên những số
liệu nhận được bằng cách như vậy cần thiết để đặc trưng cho các tính chất xác định của
thành phần và trong một số trường hợp chúng có thể dùng để đánh giá về lượng khả năng
dán của vật liệu này hay vật liệu khác.
Tóm lại để các vật thể dính lại với nhau cần phải dán. Một quá trình dán điển
hình có thể chia ra các giai đoạn cơ bản sau:

1) Biến đổi chất dùng làm keo dán đến trạng thái tích hợp để quét lên bề mặt
vật liệu phải dán (hoà tan, nóng chảy, làm màng dán, ).
2) Chuẩn bị bề mặt các vật liệu phải dán (làm sần sùi, xử lý hoá học và vật
lý, ) và quét keo dán.
3) Biến đổi keo dán thành lớp dán liên kết chặt các vật liệu phải đem dán lại ở
nhiệt độ, áp suất và thời gian tương ứng.
Những hiện tượng xuất hiện ở các giai đoạn khác nhau của quá trình kết dính
(dán) có nhiều đặc điểm khác biệt vì vậy xây dựng một lý thuyết hoàn chỉnh về kết
dính gặp rất nhiều khó khăn. Đáng tiếc là cho đến nay, những thành tựu trong lĩnh vực
tổng hợp và ứng dụng các loại keo dán chủ yếu đạt được bằng cách tích tụ kinh
nghiệm thực tiễn. Hiện nay chưa có một lý thuyết chung để giải thích thõa mãn quá
trình dán. Một trong những lý thuyết ra đời sớm nhất để giải thích hiện tượng dán là lý
thuyết của W. Mc’Bain. Lý thuyết này xem quá trình dán như là “chêm” cơ học vật
liệu dán vào các lỗ nhỏ (hay vào chiều sâu) của vật liệu phải dán. Để xác minh điều
đó, người ta đã tiến hành nhiều thí nghiệm dán gỗ, giấy, xi măng, thạch cao và đi đến
kết luận là dễ dán những vật liệu tương tự như thế, nghĩa là vật liệu đó có nhiều lỗ
- 24 -
rỗng. Ngoài ra cũng lưu ý rằng độ bền mối dán của các vật liệu không có lỗ rỗng như
kim loại tăng lên khi làm sần sùi bề mặt dán.
Tuy nhiên những công trình sau đó đã bác bỏ lý thuyết của Mc’Bain. Người ta
đã thử dán gỗ sồi như một hợp kim dễ nóng chảy nhưng không thành công. Điều đó
chứng tỏ rằng vấn đề “chêm” keo dán vào các lỗ rỗng của vật liệu phải dán không đủ
để giải thích các hiện tượng kết dính (dán).
Về sau, nhờ mở rộng nghiên cứu trên nhiều hướng nên hình thành một số lý thuyết
đặc biệt về kết dính, những lý thuyết này gọi là những lý thuyết hiện đại về kết dính.
1.4.2 Sơ lược về ứng dụng composite bọc các kết thép
1.4.2.1 Đại cương về composite
a. Định nghĩa về vật liệu composite:
Vật liệu composite là vật liệu được chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác
nhau nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn vật liệu ban

đầu. Vật liệu composite được cấu tạo từ các thành phần cốt nhằm đảm bảo cho composite
có được các đặc tính cơ học cần thiết và vật liệu nền đảm bảo cho các thành phần của
composite liên kết, làm việc hài hoà với nhau. Cơ chế kết dính giữa các loại vật liệu để
tạo thành vật liệu composite theo cơ chế kết dính polyme trình bày phần 2.2.1.
b. Các đặc điểm cơ bản của composite:
- Khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các kết cấu sản phẩm theo những yêu
cầu kỹ thuật khác nhau.
- Khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu trong điều kiện khắc
nghiệt của môi trường.
- Khả năng áp dụng rộng rãi, tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao, chịu môi
trường, dễ lắp đặt, có độ bền riêng và các đặc trưng đàn hồi cao, bền vững với môi
trường ăn mòn hoá học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp.
- Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định dễ triển khai được các thủ
pháp công nghệ, thuận lợi cho quá trình sản xuất.
1.4.2.2 Những ứng dụng chủ yếu của composite
- Chế tạo nhiều chi tiết, linh kiện chế tạo ôtô.
- Ngành hàng không vũ trụ sử dụng vật liệu này vào việc cuốn cánh máy bay, mũi
máy bay và một số linh kiện, máy móc khác của các hãng như Boing 757, 676 Airbus
310… Trong ngành công nghiệp điện tử được sử dụng để sản xuất các chi tiết, các bảng