Nghiên cứu chế tạo hệ thiết bị phủ một số loại nhựa nhiệt dẻo bằng phương pháp tầng sôi cho các ứng dụng trong kỹ thuật và dân dụng

Khi các vấn đề môi trường trở thành mối quan tâm chung của các nhà khoa học thì việc sử dụng các vật liệu thân thiện môi trường có xu hướng phát triển rộng khắp trên toàn cầu. Nhằm cắt giảm lượng chất hữu cơ bay hơi độc hại (VOC) ảnh hưởng tới sức khỏe của con người và môi trường xung quanh, các phương pháp chế tạo các lớp phủ bảo vệ kim loại sử dụng bột nhựa nhiệt dẻo đã được nghiên cứu ứng dụng và cho các kết quả khả quan, chúng thực sự trở thành các công nghệ tiềm năng thay thế công nghệ sơn phủ truyền thống. Trong số các kỹ thuật chế tạo lớp phủ không sử dụng dung môi, công nghệ chế tạo lớp phủ nhựa nhiệt dẻo bảo vệ kim loại bằng phương pháp tầng sôi với những ưu điểm riêng đã và đang gây được sự chú ý rất lớn. Phương pháp tầng sôi ứng dụng tính chất nhiệt của nhựa nhiệt dẻo nhằm tạo ra trên bề mặt kim loại cần bảo vệ một lớp phủ với những tính chất mong muốn như: tính chất cơ lý hóa cao, khả năng chống lại môi trường xâm thực tốt, khả năng kháng hóa chất cao, bền môi trường... Các lớp phủ chế tạo được có độ đồng đều cao, có khả năng ứng dụng đối với các chi tiết nhỏ và phức tạp mà các phương pháp khác không áp dụng được.  Tuy nhiên, phương pháp tầng sôi vẫn còn là phương pháp mới mẻ tại Việt Nam, chưa được nghiên cứu ứng dụng nhiều.

Do đó, với mong muốn được góp phần trong việc tạo ra các giải pháp bảo vệ kim loại với với chi phí thấp, hạn chế sự ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, có khả năng ứng dụng cao trong điều kiện thực tế của nước ta, nhóm nghiên cứu do ThS. Tưởng Thị Nguyệt Ánh, Viện Ứng dụng công nghệ, Bộ Khoa học và Công nghệ đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo hệ thiết bị phủ một số loại nhựa nhiệt dẻo bằng phương pháp tầng sôi cho các ứng dụng trong kỹ thuật và dân dụng”.

Sau một thời gian triển khai thực hiện (từ tháng 01/2016 12/2017), nhóm nghiên cứu đã thu được các kết quả như sau:

1. Đã nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm thành công thiết bị phủ nhựa bằng phương pháp tầng sôi với khả năng điều khiển nhúng mẫu tự động, bao gồm:

Buồng phủ nhựa: Đường kính: 300 ± 5 mm; Chiều cao: 850 ± 5 mm; Tốc độ dòng khí: 0,04m/s cho nhựa PA11 và 0,06 m/s cho nhựa PE.

Buồng đốt: Chiều rộng: 600 ± 5 mm; Chiều sâu: 500 ± 5 mm; Chiều cao: 650 ± 5 mm

2. Đã tiến hành chế tạo 10 mẫu vật liệu kim loại phủ nhựa nhiệt dẻo PA11 và PE bằng phương pháp tầng sôi.

Lớp phủ nhựa PA11: Kích thước mẫu 100 x40 x5mm; Độ dày lớp phủ 225μm; Độ bám dính 716,4 psi; Độ bền va đập 182 kg.cm

Khả năng bảo vệ trong môi trường ăn mòn (thử nghiệm mù muối): sau 120 giờ liên tục trong buồng phun mù muối, không có hiện tượng phồng rộp, nứt gãy bong tróc. Các lớp phủ vẫn giữ được độ trơn, láng mịn, màu sắc ít biến đổi so với ban đầu.

Lớp phủ nhựa PE: Kích thước mẫu: 100 x40 x5mm; Độ dày lớp phủ: 254,6 μm; Độ bám dính: 192,8 psi; Độ bền va đập: 135 kg.cm.

Khả năng bảo vệ trong môi trường ăn mòn (thử nghiệm mù muối): sau 120 giờ liên tục trong buồng phun mù muối, không có hiện tượng phồng rộp, nứt gãy bong tróc. Các lớp phủ vẫn giữ được độ trơn, láng mịn, màu sắc ít biến đổi so với ban đầu.

3. Đã tiến hành lựa chọn 01mẫu chân vịt và thực nghiệm phủ nhựa nhiệt dẻo PA11 lên bề mặt bằng công nghệ phủ nhựa tầng sôi: Kích thước mẫu chân vịt; Đường kính: 200mm; Số cánh: 3

Kết quả thử nghiệm hiệu quả tạo lực đẩy cho thấy có sự thay đổi không đáng kể giữa mẫu chân vịt trước và sau phủ nhựa

4. Đã xây dựng được quy trình công nghệ phủ nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật (nhựa PA11) và dân dụng (nhựa PE) bằng phương pháp tầng sôi lên bề mặt kim loại với các chế độ công nghệ phủ như sau:

Nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật PA11: Nhiệt độ đốt nóng mẫu thép phù hợp: 250 độ C; Thời gian nhúng: 4s; Tốc độ dòng khí thích hợp: 0,04m/s.

Nhựa nhiệt dẻo dân dụng PE: Nhiệt độ đốt nóng mẫu thép phù hợp: 110oC; Thời gian nhúng: 4s; Tốc độ dòng khí thích hợp: 0,06m/s

Với hệ thiết bị phủ nhựa tầng sôi của đề tài, các lớp phủ bảo vệ chế tạo từ các loại nhựa nhiệt dẻo với khả năng đáp ứng nhiều yêu cầu khác nhau trong ứng dụng thực tế mà yêu cầu kĩ thuật lại không quá phức tạp, chi phí đầu tư thiết bị không lớn, năng lượng tiêu hao ít, không cần nhiều nhân lực (tối thiểu chỉ cần một công nhân).... do vậy sẽ làm giảm chi phí chế tạo lớp phủ dẫn đến việc giảm giá thành của sản phẩm. Việc sử dụng lớp phủ nhựa nhiệt dẻo thân thiện môi trường thay cho sơn phủ truyền thống sẽ làm giảm đáng kể sự ảnh hưởng của các loại dung môi độc hại đối với người lao động cũng như góp phần bảo vệ môi trường.

Như vậy, đề tài đã mang lại một giải pháp mới trong lĩnh vực bảo vệ chống ăn mòn kim loại tại Việt Nam, có thể thay thế một phần cho các lớp phủ nhựa sử dụng dung môi hữu cơ gây ảnh hưởng lớn tới sức khỏe của con người cũng như môi trường. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 14817/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (NASATI)