T R Ầ N V IẾ T T IỆ P BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN VIẾT TIỆP K Ỹ T H U Ậ T H Ó A H Ọ C NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CAO SU CHỐNG RUNG TRÊN CƠ SỞ CAO SU THIÊN NHIÊN LUẬN VĂN THẠC S[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN VIẾT TIỆP TRẦN VIẾT TIỆP KỸ THUẬT HÓA HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CAO SU CHỐNG RUNG TRÊN CƠ SỞ CAO SU THIÊN NHIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HÓA HỌC 2016A Hà Nội – 2018 1708330025927e0f0e259-8678-4333-9575-a399756bb515 17083300259274d040472-c4b2-41d6-8324-71c782ebfdb6 17083300259273a993018-85f1-44db-8b5c-0cf1dbebc2ee BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN VIẾT TIỆP NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CAO SU CHỐNG RUNG TRÊN CƠ SỞ CAO SU THIÊN NHIÊN Chuyên ngành : KỸ THUẬT HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Đặng Việt Hưng Hà Nội – 2018 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn đến TS Đặng Việt Hưng nhiệt tình, hướng dẫn bảo em suốt trình nghiên cứu thực luận văn Em xin cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình thầy cơng tác trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, NCS Nguyễn Trọng Quang bạn sinh viên khóa 57, 58, 59 học tập trung tâm giúp đỡ, thảo luận, đóng góp ý kiến quý báu em hoàn thành luận văn Hà nội, 02-2018 Học viên Trần Viết Tiệp i MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ vii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU Tình hình nghiên cứu giới Việt Nam Mục đích nghiên cứu, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu luận văn Tóm tắt đọng luận điểm đóng góp tác giả CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Cao su tự nhiên (CSTN) 1.1.1.Lịch sử phát triển 1.1.2.Thành phần cấu tạo cao su tự nhiên 1.1.3.Tính chất lý CSTN 1.1.4.Tính chất hóa học CSTN 1.1.5.Tính cơng nghệ CSTN 1.1.6.Ứng dụng CSTN 1.2 Kết cấu chống rung 1.2.1.Các vật liệu chống rung 1.2.1.1.Kim loại 10 1.2.1.2.Polyme 11 1.2.1.3.Ceramic 11 1.2.2.So sánh vật liệu 11 1.3.Vật liệu chống rung sở cao su 12 1.3.1.Ảnh hƣởng loại cao su 14 1.3.2.Ảnh hƣởng hệ xúc tiến 16 1.4.3.Ảnh hƣởng chất độn 17 1.3.4.Ảnh hƣởng chất hóa dẻo 19 1.4.Một số đặc điểm tính chất học cao su KCCR 20 1.4.1.Độ đàn hồi 21 ii 1.4.2.Modun đàn hồi (E), modun trƣợt (G) 21 1.4.3.Độ rão 22 1.4.4.Modun đàn hồi động (Ed), độ cứng động (Td) 22 1.5.Kết cấu chống rung cao su phƣơng tiện đƣờng sắt 24 CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Hóa chất thiết bị 27 2.1.1 Hóa chất 27 2.1.2 Thiết bị 27 2.2 Phƣơng pháp chế tạo mẫu 28 CHƢƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1.Đặc trƣng lƣu hóa cao su 30 3.1.1.Ảnh hƣởng silica silica biến tính silan 32 3.1.2.Ảnh hƣởng oxit sắt từ 38 3.1.3.Ảnh hƣởng Blend NR/CR 43 3.2.Các thông số ảnh hƣởng đến tính chất lý cao su 49 3.2.1.Ảnh hƣởng độ nhớt mooney 49 3.2.3.Ảnh hƣởng loại than 52 3.2.4.Ảnh hƣởng nhựa đƣờng 53 3.2.5.Ảnh hƣởng loại silica 54 3.2.5.1.Ảnh hƣởng đến độ trƣơng nở dung môi 54 3.2.5.2.Ảnh hƣởng đến tính chất học vật liệu 55 3.2.5.3.Ảnh hƣởng lên biến dạng nén dƣ 56 3.2.6.Ảnh hƣởng thời gian hỗn luyện 57 3.2.7 Ảnh hƣởng bari ferit 58 3.2.8.Ảnh hƣởng loại xúc tiến 59 3.3 Tính chất lão hóa nhiệt tải trọng động 61 3.3.1.Tính chất lý hiệu ứng mullin 62 3.3.2 Sự hình thành phát triển vết nứt 68 3.3.2.1 Hình thành phát triển vết nứt mẫu cao su chứa than đen 68 3.3.2.2 Hình thành phát triển vết nứt cao su chứa silica 71 iii 3.3.2.3 Hình thành phát triển vết nứt cao su chứa bari ferit 75 3.4.Các tính chất tổng hợp 77 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC 87 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Tính chất lý cao su tự nhiên Bảng 1.2: Hệ số tắt rung số loại cao su 15 Bảng 1.3: Ảnh hưởng hàm lượng mica đến khả chống rung cao su butyl 18 Bảng 1.4: Ảnh hưởng hàm lượng hóa dẻo đến khả chống rung cao su .20 Bảng 1.5: Các tính chất số loại cao su dùng kỹ thuật đường sắt 25 Bảng 2.1: Đơn chế tạo hợp phần cao su 28 Bảng 3.1:Các thông số đặc trưng lưu hóa cao su thiên nhiên cao su thiên nhiên chứa silica, silica biến tính 33 Bảng 3.2: Bảng lượng hoạt hóa mẫu cao su thiên nhiên (NR)và có sử dụng, silica khơng biến tính (NR + SiKBT) silica biến tính (NR + SiBT) 38 Bảng 3.3: Bảng thống kê thơng số lưu hóa mẫu cao su sử dụng oxit sắt Fe3O4 42 Bảng 3.4: Bảng lượng hoạt hóa mẫu NR chứa oxit sắt 42 Bảng 3.5: Bảng thống kê thông số lưu hóa mẫu cao su sử dụng blend NR/CR 47 Bảng 3.6: Thơng số lưu hóa mẫu blend NR/CR 48 Bảng 3.7: Tính chất lý mẫu cao su tờ cao su sơ luyện 50 Bảng 3.8: Bảng tính chất lý mẫu cao su sử dụng hàm lượng dầu khác 51 Bảng 3.9: Bảng tính chất lý mẫu cao su sử dụng than N330 N660 52 Bảng 3.10: Bảng tính chất lý mẫu cao su sử dụng nhựa đường không sử dụng nhựa đường 53 Bảng 3.11: Độ trương nở mẫu cao su sử dụng silica biến tính silica khơng biến tính toluen 55 Bảng 3.12: Bảng tính chất lý mẫu cao su sử dụng silica biến tính khơng biến tính .56 Bảng 3.13: Ảnh hưởng loại silica lên biến dạng nén dư 56 Bảng 3.14: Bảng tính chất lý mẫu cao su với thời gian hỗn luyện khác 57 Bảng 3.15: Bảng tính chất lý cao su sử dụng hàm lượng bari ferit thay đổi 58 Bảng 3.16: Đơn chế tạo hợp phần cao su với loại xúc tiến thay đổi 59 v Bảng 3.17: Bảng tính chất lý mẫu cao su với xúc tiến khác 60 Bảng 3.18:Tính chất lý sau tác động tải trọng chu kỳ nhiệt độ phòng 63 Bảng 3.19: Tính chất lý sau tác động tải trọng chu kỳ nhiệt độ 70 oC thời gian 22h 63 Bảng 3.20: Tính chất lý sau tác động tải trọng chu kỳ nhiệt độ 70 oC thời gian 44h 63 Bảng 3.21:Tính chất lý sau tác động tải trọng chu kỳ nhiệt độ 70 oC thời gian 88h 64 Bảng 3.22: Tính chất lý sau tác động tải trọng chu kỳ nhiệt độ 70 oC thời gian 216h 64 Bảng 3.23: Tính chất lý sau tác động tải trọng chu kỳ nhiệt độ 110oC thời gian 48h 64 Bảng 3.24: Đơn chế tạo hợp phần cao su chống rung tối ưu 78 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1: Sản lượng CSTN giới Hình 1.2: Cấu trúc hóa học cao su tự nhiên Hình 1.3:Vật liệu cao su từ tính cấu trúc đồng (a) cấu trúc không đồng (b) 19 Hình 1.4: Sự phụ thuộc Ed /E vào độ cứng cao su [48] 22 Hình 1.5: Đường phụ thuộc tải trọng – biến dạng động tĩnh cao su .23 Hình 2.1:Thiết bị đo mỏi động ZL3006A .28 Hình 3.1:Đường cong lưu hóa mẫu cao su thiên nhiên (NR) có sử dụng, silica khơng biến tính (NR + SiKBT) silica biến tính (NR + SiBT) 34 Hình 3.2:Đường cong lưu hóa mẫu cao su thiên nhiên (NR) có sử dụng, silica khơng biến tính (NR + SiKBT) silica biến tính (NR + SiBT) chuẩn hóa .34 Hình 3.3: Đường cong lưu hóa mẫu cao su thiên nhiên (NR) nhiệt độ khác .35 Hình 3.4: Đường cong lưu hóa mẫu cao su thiên nhiên chuẩn hóa nhiệt độ khác .35 Hình 3.5: Đường cong lưu hóa mẫu cao su thiên nhiên (NR) sử dụng silica khơng biến tính (NR + SiKBT) .36 Hình 3.6:Đường cong lưu hóa mẫu cao su thiên nhiên (NR) sử dụng silica không biến tính (NR + SiKBT) chuẩn hóa 36 Hình 3.7: Đường cong lưu hóa mẫu cao su thiên nhiên (NR) sử dụng silica biến tính (NR + SiBT) 37 Hình 3.8: Đường cong lưu hóa mẫu cao su thiên nhiên (NR) có sử dụng, silica biến tính chuẩn hóa nhiệt độ khác 37 Hình 3.9: Đường cong lưu hóa mẫu cao su sử dụng 1pkl ơxit sắt nhiệt độ khác .39 Hình 3.10: Đường cong lưu hóa chuẩn hóa mẫu cao su sử dụng 1pkl ơxit sắt nhiệt độ khác 39 Hình 3.11: Đường cong lưu hóa mẫu cao su sử dụng 3pkl ôxit sắt nhiệt độ khác 40 Hình 3.12: Đường cong lưu hóa chuẩn hóa mẫu cao su sử dụng 3pkl ôxit sắt nhiệt độ khác 40 Hình 3.13: Đường cong lưu hóa mẫu cao su sử dụng 5pkl ôxit sắt nhiệt độ khác 41 vii Hình 3.14: Đường cong lưu hóa chuẩn hóa mẫu cao su sử dụng 5pkl ơxit sắt chuẩn hóa nhiệt độ khác .41 Hình 3.15: Đường cong lưu hóa mẫu blend NR/CR với hàm lượng CR thay đổi .43 Hình 3.16: Đường cong lưu hóa chuẩn hóa mẫu blend NR/CR với hàm lượng CR thay đổi 44 Hình 3.17: Đường cong lưu hóa mẫu blend NR/CR với hàm lượng5pkl CR nhiệt độ khác .44 Hình 3.18:Đường cong lưu hóa chuẩn hóa mẫu blend NR/CR với hàm lượng 5pkl CR nhiệt độ khác 45 Hình 3.19: Đường cong lưu hóa mẫu blend NR/CR với hàm lượng 7pkl CR nhiệt độ khác .45 Hình 3.20: Đường cong lưu hóa chuẩn hóa mẫu blend NR/CR với hàm lượng 7pkl CR nhiệt độ khác .46 Hình 3.21: Đường cong lưu hóa mẫu blend NR/CR với hàm lượng 10pkl CR nhiệt độ khác 46 Hình 3.22: Đường cong lưu hóa chuẩn hóa mẫu blend NR/CR với hàm lượng 10pkl CR nhiệt độ khác 47 Hình 3.23: Đồ thị khảo sát độ nhớt mooney mẫu cao su tờ cao su sơ luyện 100 oC 49 Hình 3.24: Đồ thị dãn dài- ứng suất loại cao su khác 50 Hình 3.25: đồ thị dãn dài-ứng suất mẫu cao su theo hàm lượng dầu khác 51 Hình 3.26: đồ thị dãn dài-ứng suất mẫu cao su theo loại than khác 52 Hình 3.27: đồ thị dãn dài- ứng suất mẫu cao su chứa nhựa đường không chứa nhựa đường 53 Hình 3.28: Đồ thị độ trương nở mẫu cao su sử dụng silica biến tính silica khơng biến tính .54 Hình 3.29: Đồ thị dãn dài-ứng suất mẫu cao su theo loại silica biến tính khơng biến tính .55 Hình 3.30: Đồ thị dãn dài-ứng suất ảnh hưởng thời gian hỗn luyện .57 Hình 3.31: Đồ thị dãn dài- ứng suất mẫu cao su theo hàm lượng bari ferit khác .58 Hình 3.32: Đồ thị dãn dài- ứng suất ảnh hưởng loại xúc tiến 60 Hình 3.33: Đồ thị dãn dài- ứng suất mẫu cao su không già hóa thử độ mỏi .65 Hình 3.34: Đồ thị dãn dài-ứng suất mẫu cao su già hóa 70 oC 22h thử độ mỏi 66 viii