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

Luận văn thạc sĩ
Đề tài: Nghiên cứu khả năng bọc composite cho các kết cấu thép cacbon làm việc trong môi trường biển

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 trườngbiển 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

LỜI MỞ ĐẦU
Kim loại và kết cấu bằng kim loại đóng vai trò quantrọng 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 vàtuổi 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 tưnghiên 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 việctrong 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 dụngphủ 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 đểbảo 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 tàisẽ 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.

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 bểchứa 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 việctại những vùng biển có chiều sâu
mặt nước lên đến 1.000 m. Kết cấu đặc trưng của cáccông 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

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS.TS Hoàng Trọng Bá (2007), Vật liệu phi kim loại, NXB Khoa học và Kỹ thuật,
Hà Nội.
2. Nguyễn Đăng Cường (2006), Composite sợi thủy tinh và ứng dựng, NXB Khoa học
và kỹ thuật, Hà Nội.
3. Th.S Nguyễn Văn Đạt, Nghiên cứu phương pháp gia cường cơ học cục bộ tàu cá vỏ
gỗ bằng vật liệu composite (B98 - 33 - 18 - TĐ), Báo cáo kết quả nghiên cứu khoa
học, Trường Đại học Thủy sản Nha Trang.
4. Nghiêm Hùng (2008), Vật liệu học cơ sở, NXB Khoahọc kỹ thuật, Hà Nội.
5. T.S Đoàn Thị Thu Loan, Bài giảng Kỹ thuật vật liệu composite, Trường Đại học Kỹ
thuật, Đại học Đà Nẵng.
6. T.S Nguyễn Thanh Lộc, Ăn mòn và bảo vệ vật liệu,Đại học Quốc gia TP.HCM.
7. T.S Quách Hoài Nam (2008), Bài giảng cơ học vật liệu composite, Đại học Nha Trang.
8. Trần Đăng Nguyên (2007), Thiết kế phân xưởng sảnxuất UPE trên cơ sở EG và
DEG năng suất 1000 tấn/năm, Đại học Quốc gia TP.HCM.
9. Vũ Phương (2010), Nghiên cứu công nghệ tạo vật liệu composite đảm bảo khả năng
đúc áp lực bơm nước biển, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Nha Trang.
10. Proseeding “Hội thảo ăn mòn châu Á Thái Bình Dương 2000 - 2004”.
11. Trịnh Xuân Sén (2006), Ăn mòn và bảo vệ kim loại, NXB Đại học Quốc gia.
12. Sở Khoa học và Công nghệ Khánh Hòa (2008), “Báocáo đề tài xử lý chống ăn
mòn kim loại cho các công trình ven biển Khánh Hòa”.
13. PGS.TS Chu Quốc Thắng (1997), Phương pháp phần tử hữu hạn – dùng cho cao
học kỹ thuật, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
14. Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức (2002), Vật liệu composite cơ học và công
nghệ, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
15. Trần Ích Thịnh (2007), Vật liệu composite cơ học và tính toán kết cấu, NXB Giáo
dục, Hà Nội.
16. Ngô Quốc Thoại (2007), Nghiên cứu vật liệu composite trên cơ sở nhựa polyeste
không no (UPE) và sợi sisal, ĐH Quốc gia TP.HCM.
17. Th.S Lê Ngọc Trung (2005), Giáo trình ăn mòn vàbảo vệ kim loại, ĐH Đà Nẵng.
- 76 -
18. Trịnh Anh Trúc - Nguyễn Tuấn Dung (2006), Nghiên cứu lớp phủ bảo vệ chống ăn
mòn cho thép cacbon trên cơ sở polyurethan và hợp chất phôt pho, Tạp chí Khoa học
và Công nghệ (Tập 44, số 2).
19. T.S Nguyễn Văn Tư, Ăn mòn và bảo vệ vật liệu, ĐH Quốc gia Hà Nội.
20. G.S Alain Galerie, PGS.TS Nguyễn Văn Tư (2008),Ăn mòn và bảo vệ kim loại,
NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
21. Andrew C. Marshall (1998), Handbook of composite 2
nd
edition – sandwich
construction, page 254, California, USA.
22. Lars Thorslund Pedersen, Fibre Reinforced CrackResistant Epoxy Coatings for
Ballast Tanks, Hempel A/S, Lundtoftevej 150, 2800 Lyngby, Denmark.
23. Raymond F. Wegman and Thomas R. Tullos (1998), Handbook of Adhesive
bonded structural repair, New Jersey, USA.
24. Schwan F.J (1998), Handbook of composite 2
nd
edition – design of structure with
composite, page 709, California, USA.
25. Wayne C. Tucker and Thomas Juska (1998), Handbook of composite 2
nd
edition –
Marine application, page 916, California, USA.
26. http://www.giaothongvantai.com.vn/Desktop.aspx/Noi-dung/khoa-hoc-doi-song
/Cong_nghe_chong_an_mon_ket_cau_thep_cac_cong_trinh_bien_o_Nhat_Ban/
27.www.hempel.com/Internet/inecorporatec.nsf/vHEMPELDOC/6609F21764E5751A
C1256EBB0034D1BF?OpenDocument.
28. www.huntsman.com/performance_products/Media/Triethylenetetramine_(TETA).pdf
29. http://[email protected] và [email protected].