NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU CAO SU BLEND BỀN DẦU MỠ VÀ MÔI TRƯỜNG TRÊN CƠ SỞ CAO SU NITRIL BUTADIENE (NBR), CAO SU CLOROPEN (CR) VÀ NHỰA POLYVINYLCLORUA (PVC)

- KHẢO SÁT VẬT LIỆU NBR/CR 3.1.1.
- Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới tính chất cơ lý của vật liệu.
- Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CR đến các tính chất cơ lý của vật liệu, chúng tôi chế tạo các mẫu vật liệu cao su blend NBR/CR với các tỉ lệ khác nhau.
- Mẫu vật liệu tạo thành được đo một số tính chất cơ lý trong cùng một điều kiện.
- Những kết quả thu được thể hiện trong bảng dưới đây: Bảng 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới tính chất cơ học của vật liệu Tính chất CR.
- Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ bền kéo đứt của vật liệu.
- Hình 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu.
- Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ dãn dư của vật liệu.
- Hình 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ cứng của vật liệu Nhận thấy rằng khi biến tính NBR bằng CR, ban đầu độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt của vật liệu đều giảm mạnh, nhất là khi hàm lượng CR còn thấp (khoảng 10.
- Khi hàm lượng CR tăng lên, hai cao su này phần nào tương hợp với nhau hơn làm tính năng cơ lý của vật liệu tăng lên và đạt cực đại ở hàm lượng CR khoảng 50%.
- Sau đó tính chất cơ lý giảm dần do lúc này thành phần CR chiếm ưu thế mà tính chất cơ lý của CR thấp hơn hẳn so với NBR làm tính chất cơ lý vật liệu giảm.
- Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ bền trong dầu mỡ của vật liệu.
- NBR là loại cao su chịu dầu rất tốt, khi biến tính NBR bằng CR sẽ ảnh hưởng tới hầu hết các tính chất cơ lý kỹ thuật của vật liệu.
- Để đánh giá khả năng bền dầu mỡ của vật liệu, chúng tôi dựa vào độ trương trong xăng A92 và trong dầu biến thế của vật liệu.
- Độ trương trong xăng A92 của vật liệu Những kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ trương trong xăng A92 của vật liệu được trình bày trên hình dưới đây.
- Bảng 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ trương của vật liệu Độ trương.
- Hàm lượng CR.
- Nhận thấy rằng, khi hàm lượng CR tăng thì nhìn chung độ trương của vật liệu tăng.
- Nhưng khi hàm lượng CR đạt khoảng 30 – 40% thì độ trương của vật liệu có xu hướng giảm và đạt cực tiểu ở khoảng 50%.
- Khi hàm lượng này tiếp tục tăng, độ trương của vật liệu lại tiếp tục tăng.
- Xu thế thay đổi độ trương khá phù hợp với xu thế thay đổi các tính năng cơ học của vật liệu.
- Điều này có thể giải thích ở khoảng tỷ lệ NBR/CR là 50/50 hai vật liệu này tương hợp với nhau tốt hơn làm cho vật liệu có cấu trúc chặt chẽ hơn đã hạn chế sự xâm nhập của các phân tử xăng A92 vào vật liệu và do vậy đã làm giảm độ trương của nó.
- Độ trương trong dầu biến thế của vật liệu.
- Chúng tôi tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của quá trình biến tính tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu.
- Bảng 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu Độ trương.
- Nhận thấy rằng, khi hàm lượng CR biến tính tới 50% vật liệu hầu như không bị trương trong dầu biến thế sau khi ngâm tới 720 giờ.
- Từ những kết quả nghiên cứu thu được cho thấy rằng, vật liệu blend trên cơ sở NBR/CR với tỷ lệ 50/50 có khả năng bền xăng dầu rất tốt (gần bằng vật liệu 100% NBR).
- Từ những kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng CR tới tính chất cơ lý của vật liệu, chúng tôi chọn vật liệu NBR/CR với tỷ lệ 50/50 để nghiên cứu tiếp.
- NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BLEND NBR/CR/PVC 3.2.1.
- Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu Vật liệu blend NBR/CR có tính năng cơ lý tốt, bền dầu mỡ và môi trường cao, song giá thành khá cao.
- Vì vậy, để có thể giảm giá thành mà vật liệu vẫn có tính chất tốt, chúng tôi tiếp tục biến tính blend NBR/CR với PVC.
- Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PVC đến các tính chất cơ học của vật liệu, chúng tôi chế tạo các mẫu NBR/CR với tỷ lệ cố định 50/50 và thay đổi hàm lượng PVC.
- Kết quả thu được thể hiện trong bảng dưới đây: Bảng 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ học của vật liệu.
- Hình 3.5: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ bền kéo đứt của vật liệu Qua đồ thị nhận thấy, khi biến tính blend NBR/CR (50/50) bằng PVC thì ban đầu độ bền kéo đứt của vật liệu có xu thế giảm và ở hàm lượng PVC 5% độ bền kéo đứt đạt giá trị thấp nhất.
- Khi hàm lượng PVC tiếp tục tăng (lớn hơn 20%) thì độ bền kéo đứt của vật liệu lại giảm.
- Do vậy, với hàm lượng khoảng 20% PVC có thể xen vào giữa hai pha NBR và CR tạo sự kết dính tốt giữa hai pha cao su nhờ vậy tạo cho vật liệu có cấu trúc chặt chẽ hơn, dẫn đến độ bền kéo đứt của vật liệu tăng lên.
- Tuy nhiên, khi hàm lượng PVC vượt quá giá trị thích hợp, khả năng tương hợp của nó giảm dẫn đến tính chất cơ học của vật liệu giảm..
- Hình 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu Đồ thị cho thấy, khi có PVC tham gia vào thành phần của blend thì độ dãn dài khi đứt của vật liệu giảm dần theo sự tăng dần của hàm lượng PVC và khi hàm lượng PVC đưa vào là 30% thì độ dãn dài khi đứt chỉ còn 315%..
- Hình 3.7: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ dãn dài dư của vật liệu.
- Hình 3.7 cho thấy khi hàm lượng PVC tăng từ 0% đến 30% thì độ dãn dài dư của vật liệu tăng từ 8,55 đến 13,52.
- Sở dĩ có kết quả như vậy do PVC là vật liệu có tính đàn hồi kém hơn cao su, hiện tượng hồi phục sau biến dạng của vật liệu này chậm.
- Do vậy, với sự tăng của hàm lượng PVC, độ dãn dài dư của vật liệu tăng.
- Hình 3.8: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ cứng của vật liệu Hình 3.8 cho thấy độ cứng của polyme blend tăng dần theo chiều tăng của hàm lượng PVC trong vật liệu.
- Độ cứng của vật liệu đạt 73,5 Shore A tại hàm lượng PVC đưa vào chiếm 30% khối lượng.
- Vì vậy, khi tăng hàm lượng PVC đồng nghĩa với việc hàm lượng nhựa trong vật liệu blend cũng tăng lên do đó làm tăng độ cứng và giảm khả năng đàn hồi của vật liệu.
- Nghiên cứu khả năng bền dầu mỡ của vật liệu Cũng tương tự trên, khả năng bền dầu mỡ của vật liệu được đánh giá thông qua độ trương trong xăng A92 và dầu biến thế của vật liệu.
- Dưới đây là những kết quả khảo sát độ trương trong xăng A92 và dầu biến thế của vật liệu.
- Những kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PVC đến độ trương nở trong xăng A92 của vật liệu được thể hiện trên đồ thị dưới đây:.
- Hình 3.9: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương của vật liệu trong xăng A92 Nhận thấy rằng, khi hàm lượng PVC tăng thì nhìn chung độ trương của vật liệu tăng.
- Nhưng khi hàm lượng PVC đạt khoảng 10% thì độ trương của vật liệu có xu hướng giảm và đạt cực tiểu ở khoảng 20%.
- Khi hàm lượng này tiếp tục tăng, độ trương của vật liệu lại tiếp tục tăng nhưng không đáng kể..
- Điều này có thể giải thích ở khoảng tỷ lệ (NBR/CR)/PVC là 80/20 có khả năng tương hợp tốt giữa 3 cấu tử làm cho vật liệu có cấu trúc chặt chẽ hơn đã hạn chế sự xâm nhập của các phân tử xăng A92 vào vật liệu và do vậy đã làm giảm độ trương của vật liệu.
- Định hướng của vật liệu nghiên cứu là sử dụng chế tạo sản phẩm tiếp xúc với dầu biến thế.
- Vì vậy, chúng tôi tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của quá trình biến tính tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu.
- Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng dưới đây Bảng 3.5: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương của vật liệu trong dầu biến thế Độ trương.
- Nhận thấy rằng, khi hàm lượng PVC tăng (từ 5% đến 15%) thì độ trương của vật liệu cũng tăng dần.
- Tuy nhiên ở hàm lượng PVC là 20% thì độ trương của vật liệu lại giảm.
- Khi hàm lượng PVC tiếp tục tăng (lớn hơn 20%) thì độ trương của vật liệu lại tăng..
- Từ những kết quả nghiên cứu thu được cho thấy rằng, vật liệu blend trên cơ sở (NBR/CR)/PVC với tỷ lệ 80/20 có khả năng bền xăng dầu rất tốt.
- Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới cấu trúc hình thái và khả năng bền nhiệt của vật liệu 3.2.3.1.
- Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới cấu trúc hình thái của vật liệu Để khảo sát ảnh hưởng của quá trình biến tính tới cấu trúc hình thái của vật liệu, chúng tôi đã tiến hành chụp ảnh bề mặt gẫy của vật liệu NBR/CR/PVC bằng kính hiển vi điện tử quét SEM.
- Dưới đây là ảnh SEM bề mặt gẫy của một số mẫu vật liệu tiêu biểu:.
- Hình 3.10: Ảnh SEM của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 90/10.
- Hình 3.11: Ảnh SEM của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20.
- Hình 3.12: Ảnh SEM của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 70/30 Qua ảnh SEM của các mẫu vật liệu có thể thấy rằng, ở mẫu vật liệu blend (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 (hình 3.11) thì các cấu tử cao su và nhựa phân tán tốt vào nhau, các pha phân tán tương đối đều, hiện tượng phân chia pha không rõ rệt.
- Còn ở mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 90/10 (hình 3.10) và mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 70/30 (hình 3.12) thì có thể thấy các pha phân tán không tốt với nhau, bề mặt phân cách pha xuất hiện rõ hơn.
- Vì vậy, vật liệu blend (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 có các tính năng cơ lý, kỹ thuật tốt hơn ở các tỷ lệ khác.
- Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới khả năng bền nhiệt của vật liệu.
- Để khảo sát ảnh hưởng của quá trình biến tính tới khả năng bền nhiệt của vật liệu chúng tôi nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) tại khoa Hóa học – ĐHKHTN - ĐHQGHN.
- Hình 3.13: Biểu đồ TGA của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 100/0 Hình 3.14: Biểu đồ TGA của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 90/10 Hình 3.15: Biểu đồ TGA của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20.
- Từ những kết quả phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) của các mẫu vật liệu thu được những số liệu trong bảng dưới đây: Bảng 3.6: Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu.
- Mẫu vật liệu có tỉ lệ (NBR/CR)/PVC.
- Thông qua kết quả phân tích TGA có thể thấy rằng mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 có nhiệt độ bắt đầu phân hủy cao hơn hẳn (284,00oC) so với mẫu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ oC) và (NBR/CR)/PVC tỉ lệ oC), đồng thời nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của mẫu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 cũng cao hơn so với mẫu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 100/0.
- Điều này chứng tỏ mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 có độ bền nhiệt tốt hơn so với các mẫu vật liệu còn lại.
- Ảnh hưởng của các chất biến đổi cấu trúc tới tính chất cơ lý và cấu trúc hình thái của vật liệu Để có thể cải thiện hơn nữa tính năng cơ lý, kỹ thuật của vật liệu blend trên cơ sở NBR/CR/PVC, chúng tôi cho thêm vào tổ hợp vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 một số chất biến đổi cấu trúc, làm tương hợp gồm DLH (từ dầu vỏ hạt điều) và D01 (từ dầu trẩu) với hàm lượng 1%.
- Những kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chất tương hợp tới cấu trúc, tính chất của vật liệu được trình bày trong các mục dưới đây.
- Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới tính chất cơ học của vật liệu Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới tính chất cơ học của vật liệu polyme blend được trình bày trong bảng dưới đây: Bảng 3.7: Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới tính chất cơ học của vật liệu Tính chất Mẫu vật liệu.
- Tuy nhiên, với cùng hàm lượng các chất tương hợp thì đối với các chất tương hợp khác nhau cho tính chất cơ học của vật liệu thu được cũng khác nhau.
- Với sự có mặt của chất tương hợp là D01 thì độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt của vật liệu tăng lên, độ cứng và độ dãn dài dư giảm.
- Tuy nhiên tính chất cơ học của vật liệu thu được khi sử dụng D01 không cao bằng vật liệu khi sử dụng DLH.
- Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới cấu trúc hình thái của vật liệu Cấu trúc hình thái của vật liệu cao su blend được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM).
- Ở mẫu có thêm phụ gia biến đổi cấu trúc DLH bề mặt gẫy của vật liệu có cấu trúc đều đặn và chặt chẽ hơn hẳn, hiện tượng phân pha không thấy rõ (hình 3.16), nhờ vậy mà tính chất cơ học của vật liệu tốt hơn như phần trên đã nêu rõ.
- Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới độ bền nhiệt của vật liệu Để khảo sát ảnh hưởng của quá trình biến tính tới khả năng bền nhiệt của vật liệu chúng tôi nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) tại khoa Hóa học – ĐHKHTN - ĐHQGHN.
- Hình 3.17: Biểu đồ TGA của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC/D01 tỉ lệ 80/20/1.
- Hình 3.18: Biểu đồ TGA của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC/DLH tỉ lệ 80/20/1 Từ những kết quả phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) của các mẫu vật liệu thu được những số liệu trong bảng dưới đây: Bảng 3.8: Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng một số mẫu vật liệu Chỉ tiêu Mẫu.
- Nhận thấy rằng, khi có thêm chất biến đổi cấu trúc, làm tương hợp, nhiệt độ bắt đầu phân hủy của vật liệu có DLH tiếp tục tăng thêm một chút do vật liệu có cấu trúc đều đặn và chặt chẽ hơn (như phần trên đã chỉ rõ).
- Mặt khác, tổn hao trọng lượng của các vật liệu (đến 520oC) thấp hơn hẳn so với các cấu tử ban đầu.
- Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới độ bền môi trường của vật liệu.
- Độ bền môi trường (thời tiết) của vật liệu được đánh giá thông qua thử nghiệm gia tốc bức xạ, nhiệt ẩm theo tiêu chuẩn ASTM D4587-91 thực hiện trong thiết bị thử nghiệm UVCON của hãng ATLAS (Mỹ.
- hệ số già hóa sau thử nghiệm ở 70oC trong thời gian 96 giờ trong môi trường không khí và trong dầu biến thế của vật liệu được xác định theo TCVN 2229-77.
- Bảng 3.9: Hệ số già hóa của vật liệu sau 10 chu kỳ thử nghiệm bức xạ, nhiệt, ẩm và thử ở 70oC sau 96 giờ trong không khí và trong dầu biến thế Vật liệu.
- Vật liệu blend trên cơ sở (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 có cấu trúc chặt chẽ và các tính chất cơ lý kỹ thuật tốt hơn các tỉ lệ khác, cụ thể:.
- Khi cho thêm 1% chất biến đổi cấu trúc, làm tương hợp đặc biệt là DLH vào vật liệu blend trên cơ sở (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 làm cho vật liệu có cấu trúc đều đặn và chặt chẽ hơn do vậy tính chất cơ lý của vật liệu cũng tốt hơn, cụ thể:.
- Độ cứng: 71,5 Shore A + Nhiệt độ bắt đầu phân hủy: 286,15oC + Nhiệt độ phân hủy mạnh nhất: 465,47oC + Hệ số già hóa qua thử nghiệm gia tốc bức xạ nhiệt ẩm sau 10 chu kì: 0,94 + Hệ số già hóa trong không khí ở 70oC: 0,91 + Hệ số già hóa trong dầu biến thế ở 70oC: 0,91 Vật liệu cao su blend trên cơ sở (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 có và không có chất tương hợp có tính năng cơ học cao, bền nhiệt, bền môi trường, bền dầu mỡ đáp ứng yêu cầu chế tạo một số sản phẩm cao su kĩ thuật có yêu cầu bền dầu mỡ, bền môi trường cao.
- Đỗ Quang Kháng, Lương Như Hải, Vũ Ngọc Phan, Ngô Trịnh Tùng, Hoàng Tuấn Hưng, Ngô Kế Thế, Nguyễn Thành Nhân (2007), “Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su nitril butadien và polyvinyl clorua”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, T.
- Đỗ Quang Kháng, Nguyễn Văn Khôi, Đỗ Trường Thiện (1995), “Vật liệu tổ hợp polyme – những ưu điểm và ứng dụng”, Tạp chí hoạt động khoa học, số 10, Tr.
- Trần Thị Thanh Vân, Nguyễn Phi Long (2009), “Một số tính chất của vật liệu Polyme blend trên cở sở cao su EPDM và cao su silicon”, Tạp chí Hóa học, T.47 (4A), tr.
- Từ vật liệu đến sản phẩm cao su kĩ thuật .
- Vật liệu cao su sản xuất giày chất lượng cao.
- Hình 3.16: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC/DLH (80/20/1)