Nghiên cứu chế tạo vật liệu ma sát (VLMS) trên cơ sở các hệ polime - compozit

Nội dung nghiên cứu: 1 - Nghiên cứu tổng hợp chất kết dính trên cơ sở nhựa phenol- focmandehit biến tính bằns dầu hạt điều cacdanol 2 - Nghiên cứu chế tạo bột ma sát, khảo sát ảnh hưởns

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

Đề tài: ĐẶC BIỆT CÂP ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

BÁO CÁO TỔNG KẾT KÊT QUẢ NGHIÊN c ú u CHẾ TẠO VẬT LIỆU MA SÁT (VLMS) TRÊN

THUYẾT MINH ĐỂ TÀI NGHIÊN cúu KHOA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

1 Tên đề tài: 2 Mã số: $ € > < 7 1 0 *

Tiếng Việt: Nghiên cứu chế tạo vật liệu ma sát (VLMS) trên cơ sở các hệ

3 Thời gian thực hiện: 24 tháng (từ tháng 6/1997 đến tháng 6/1999)

4 Theo hướng nghiên cứu ưu tiên: Công nghệ ứng dụng

5 Họ và tén chủ nhiệm đề iài: Ngô Duy Cường

Học hàm, học vị, chuyên m ôn: PGS TS Hoá học, Cao phân tử

Chức vụ: Phó chủ nhiệm khoa hoá

Đon vị công tác: Khoa hoá, ĐHKH Tự Nhiên, ĐHQGHN

Địa chỉ: 19 Lê Thánh Tông sỏ'điện thoại: 8.253.503

6 Các đơn vị phối hợp chính:

- Viện Hoá Công nghệ thuộc Bộ Công nghiệp nặng

- Nhóm nhiệt động học khoa Hoá ĐHKHTN

- Bộ môn Phân tích, bộ môn Hữu cơ ĐHKHTN

7 Danh sách những người tham gia thực hiện chính:

Họ và tên Học hàm, học vị Đo~n vị, cơ quan

polime - compozit

Tiếng Anh: Synthesis Reserch Machanical Properties of Material

Friction based on Polymer Composities

Vũ Nsọc Ban

Hoàng Thọ Tín

Nsuyển Đức Huệ

PGS TSPGS TS

Bộ Côns nghiệp nặng Khoa Hoá Khoa Hoá

8 Tình hình nghiên cứu:

Trong nước:

Vật liệu ma sát là một trong những loại vật liệu có mặt trong hầu hết các

cơ cấu chuyển lực, hãm tốc độ, v.v Nguyên tắc của việc chế tạo VLMS compozite là phối hợp hay hay nhiều thành phần khác nhau trên cơ sở các hợp chất cao phân tử, chất độn, chất gia cường, v.v nhằm tạo ra vật liệu ma sát đáp ứng những yêu cầu khắt khe nhất của công nghệ và thực tiễn VLMS trên

cơ sở các polime chịu được mài mòn cao, hệ số ma sát lớn, bền với môi trường, không bị ăn mòn, v.v ở nước ta trong những năm gần đây có một số

cơ sở nghiên cứu vấn đề này như Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Kĩ thuật Quân sự, Khoa Hoá trường ĐHKHTN, ĐHQG Hà nội, v.v Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu thu được, nhà máy "Gạch lát - Má phanh ôtô" đã sản xuất VLMS trên cơ sở chất kết dính là nhựa phenol - focmandehit, chất độn là sợi amiãng, nhưng chất lượng chỉ bằng 70% so vói sản phẩm nhập ngoại Vì vậy việc nghiên cứu nâng cao chất lượng tương đương với sản phẩm nhập ngoại là cần thiết

N goài nước:

Ở các nước công nghiệp phát triển việc nghiên cứu và sản xuất VLMS trên

cơ sở các hệ polime compozite đã rất được quan tâm Thí du, ở Anh quốc từ năm 1952 đã thành lập trung tâm quốc gia chuyên nghiên cứu về ma sát

Có một báo cáo cho biết, nếu được đầu tư đúng mức cho nghiên cứu, thì Anh Quốc có mỗi năm tiết kiệm được 500 triệu bảng Anh cho VLMS

9 M ục tiêu của đề tài: Nghiên cứu và chế tạo thử thành công VLMS trên cơ

sỏ' các hệ polime - compozit về chỉ tiêu tính năng cơ lí tương đương với VLMS nhập ngoại

10 Nội dung nghiên cứu:

1 - Nghiên cứu tổng hợp chất kết dính trên cơ sở nhựa phenol- focmandehit biến tính bằns dầu hạt điều (cacdanol)

2 - Nghiên cứu chế tạo bột ma sát, khảo sát ảnh hưởns của nó đến tính nãn^

cơ lí của VLMS

3 - Khảo sát ảnh hưởng của các loại bột độn đến tính năng cơ lí của VLMS Chế tạo-thử nghiệm má phanh ô tô, má phanh xe máy trên cơ sở VLMS tổng hợp được.

11 Nhu cầu kinh tế - xã hội, khoa học, đào tạo:

1 - Nâng cao đáng kể chất lượng VLMS làm các chi tiết truyền lực,

má phanh xe các loại

2 - Đào tạo hai sinh viên cao học và 5 sinh viên làm luận văn tốt nghiệp

12 Mô tả phương pháp nghiên cứu:

Tổng hợp chất kết dính polime Tổng hợp các bột độn Chế tạo VLMS.Khảo sát tất cả các tính năng cơ lí - hóa VLMS

13 Dự kiến các kết quả đạt được:

1 - Các kết quả khoa học: Chế tạo thành công một loại VLMS có thành phần dầu đào lộn hột; VLMS đạt các tính năng cơ lí tương đương VLMS

6/97 -T 6/99 Tất cả thành

viên đề tài

2 VLMS trên cơ sở nhựa phenol - cacdanol - focmandehit 112.1 Nhựa phenol - cacdanol - focmandehit 112.2 Cao su

2.3 Hệ chất độn

3 Khả năng phản ứng giữa phenol - focmadehit biến tính

3.2 Nhựa phenol - focmadehit biến tính bằng cacdanol 143.3 Quá trình đóng rắn chựa novolac và nhựa novolac cacdanol

4 Khả năng ứngdụng của nhựa phenol - focmadehit và nhựa

phenol - focmandehit biến tính bằng cacdanol dùng làm chất

5

2.2.3 Xác định hàm lượng phenol tự do trong nhựa 25

MỞ ĐẨU

Vật liệu ma sát (VLMS) trên cơ sở các polime là một loại vật liệu compozit đặc biệt được sử dụng trong các cơ cấu hãm của các hệ thống truyền động Mặc dù VLMS, trên cơ sở polime có hệ thống ma sát không thật cao nhưng do độ mài mòn nhỏ, ít gây tiếng ổn, bền với mối trường ăn mòn và các dung môi hữu cơ, nên ngày càng được sử dụng rộng rãi

Cùng vói sự phát triển của các ngành khoa học khác, khoa học về mat sát cũng được nghiên cứu từ lâu nhưng các lí thuyết về mát - mài mòn vẫn không ngừng được bổ xung và phát triển Bắt đầu từ lí thuyết cổ điển, lí thuyết phân

tử, lí thuyết về điện cho đến lí thuyết hiện đại ngày nay.

VLMS cũng như các loại vật liệu khác luôn được các nhà nghiên cứu, nhà sản suất quan tâm và cải tiến không ngừng để nâng cao chất lượng và đáp ứng yêu cầu thực tiễn VLMS trên cơ sở nhựa phenol - fomandehit đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng ở một số nước khác Vật liệu này có độ mài mòn nhỏ, hệ số ma sát tương đối cao, bển vói môi trường hoá chất Do nhiệt toả ra trén bề mặt của VLMS trong quá trình sử dụng nên sau một thời gian VLMS thường trở nên cứng, đòn trong quá trình vận hành tạo tiếng ồn khó chịu, sản phẩm sẽ bị mòn nhanh hơn và giảm hệ số ma sát Để khấc phục những tổn tại nêu trên, đã tiến hành nghiên cứu giảm độ cứng và nâng cao một số tính năng

cơ lí của VLMS

Nội dung nghiên cứu:

1 Nghiên cứu tổng hợp chất kết dính trên cơ sở nhựa phenol focmandehit biến tính bằng dầu hạt điều (cacdanol)

2 Nghiên cứu chế tao bôt ma sát, khảo sát ảnh hưởng của nó đến tính năn^ cơ

lí của vật liệu ma sát

3 Khảo sát ảnh hưởng của các loại bột độn đến tính năng cơ lí của VLMS Chế tạo thử nghiệm má phanh xe máy trên cơ sở VLMS tổng hợp được

7

Khoa học ma sát và mài mòn đã được các nhà khoa học như I V Gragenxki và E- M Svexôba người Nga nghiên cứu [1].

Các hiện tượng ma sát tuy đã được nghiên cứu từ lâu nhưng các ỉí thuyết

về ma sát - mài mòn vẫn không ngừng được bổ sung và phát triển cùng vơí sự phát triển của các ngành khoa học khác [1; 14; 29-33]

1.2 Khái quát chung vê vật liệu polim e compozit (PC).

Vật liệu PC là loại vật liệu gồm hai hay nhiều pha trong đó có pha tạo hình (matrix) là polime và các pha khác là phụ gia tăng cường Tuỳ thuộc vào bản chất của phụ gia mà vật liệu polime compozit có thể được chia thành:

- Vật liệu có phụ gia phân tán

- Vật liệu được tăng cường bằng sợi ngắn hay phiến

- Vật liệu được tăng cường bằng sơi liên tục

- Vật liệu độn khí

- Vật liệu hỗn hợp polime - polime

Độ bền của vật liệu polime - compozit phụ thuộc vào bản chất hoá học và cấu trúc của nhựa nền, của chất độn (chất tăng cường) liên kết bề mạt phán chia pha giữa nhựa nền và chất độn (chất tăng cường) [2-8; 27;] 6],

Nhựa phenol - focmandehit (PHENOL - FOCMANDEHIT) là loại polime được phát hiện đầu tiên và có nhiều ưu điểm nén được sử dụng rống rãi cho đến ngày nay Ưu điểm của loại nhựa PHENOL - FOCM ANDEHIT là cách điện tốt, bền hoá chât và có độ bền nhiệt cao hơn so với các loại nhựa thông dụng khác như epoxy, polieste không no, [9; 10; 12; 15].

Các sản phẩm từ nhựa phenol rất phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vưc như công nghiệp điện tử, dân dụng, hàng không, giao thông vận tải và trong lĩnh vực quán sự Chủng loại sản phẩm cũng rất đa dạng từ vật liệu

ép, đúc, làm chất kết dính trong công nghiệp sản xuất gỗ dán cho đến sơn keo, Vật liệu ép trên cơ sở nhựa phenol - focmandehit sử dụng làm VLMS là một trong những ứng dụng của nhựa PF [4; ; 5; 6; 12; 13]

Nhựa phenol - focmandehit có độ bền nhiệt cao: nhiệt độ làm việc từ 150 -r 200°c Do tính chất này mà vật liệu polime - compozit trên cơ sở nhựa phenol - focmandehit với những chất độn thích hợp như sợi thuỷ tinh, sợi amiăng có khả năng làm việc ở những nhiệt độ cao tới 250°c hoặc trong những điều kiện nhiệt độ làm việc thay đổi trong phạm vi rộng mà không có nguy cơ bị thayđổi kích thước

Nhựa phenol - focmandehit có khả nãng chịu mài mòn tương đương so vói đồng và nhôm [9; 16; 17; 18]

Hệ số ma sát của nhựa phenol - focmandehit tương tự như các loại nhựa nhiệt rắn khác, nằm trong khoảng 0,2^ 0,3, tương đối thấp so với cao su và kim loại nhưng với các chất độn thích hợp có thể tăng hệ số ma sát của vật liệu tới0,7+0,8 [9],

1.3 Các thành phần chính trong tổ họp vật liệu ma sát.

VLMS là một loại vật polime - compozit đặc biệt, ngoài nhữnơ yêu cầu chung đối với vật liệu poĩime - compozit, còn phải đáp ứng Iihữnơ đòi hỏi riêng của VLMS Các cập ma sát dùng trong các cơ cấu hãm cần phải thoả

9

mãn những yêu cầu: hệ số ma sát ổn đinh, độ chịu mài mòn cao, chịu được áp lực lớn; bề mãt không bị cào xước, tách lớp hay dính vào vật liệu cán hãm trong quá trình sử dụng; các VLMS không bị cháy hoặc sinh khói khi sử dụng [20-24].

VLMS cũng như các loại vật liệu polime - compozit khác gồm hai phần chính là kết dính và chất độn

Chất kết dính cần phải có những đặc điểm sau [9]:

- Có khả năng phủ hoàn toàn lên chất độn và các chất tăng cường

- Có cấu trúc mạng lưới không gian sau khi đóng rắn

- Có khả năng hồi phục trong quá trình hoá rắn để làm giảm ứng suất nội

- Chất kết dính chứa các nhóm hoạt động hay phân cực

- Thav đổi độ mài mòn và các tính chất về ma sát của vật liệu

1.4 Yêu cầu và ứng dụng của VLMS.

a) Yêu càu.

Các nhà nghiên cứu người Nga như I.v G rasenxiki B.I Coxtexki đã nshiên cứu, phát triển và đưa ra một số yêu cầu chi tiết đối với VLMS [11]

- Hệ số ma sát đủ lớn với trường hợp sử dụng làm má phanh cho các loại

xe tải nhẹ căc loại cần phải lớn hơn hoặc bằng 0 2 , nếu khôns; sẽ khỏns đảm bảo an toàn cho quá trình sử dụng

- Hệ số ma sát, mài mòn phải ổn định, trong quá trình phanh chỉ được phép thay đổi khống quá 15% đối với các loại xe du lịch hoặc xe tái dễ khống chế máy móc trong khi vận hành.

- Dưới tác dụng của nhiệt t o ả ra trong quá trình vận hành các CO' cấu ma sát thì lớp bề mặt không được tróc, bám dính vào bề m ặt cần hãm

b) ứng dụng của VLMS.

VLMS ra đời cùng với sự phát triển của các phương tiện giao thông vận tải, đó là một phần không thể thiếu được trong tất cả các cơ cấu hãm để làm chậm hoặc ngừng hẳn chuyển động của máy móc, xe cộ VLMS còn có mặt trong các chi tiết truyền động của các khớp nối để truyền chuyển động cho các

bộ phần cơ khí khác

Trên thế giới VLMS cũng được cảc nhà khoa học và sản xuất quan tâm Năm 1976 ở Mĩ người ta đã kết luận rằng việc ứng dụng kĩ thuật ma sát sẽ tiết kiệm được 12 4- 16 tỉ đôla trong một năm Ở Anh từ những năm 1966 đã thừa nhận hàng năm hiệu quả kinh tế do ứng dụng các thành tựu kĩ thuật ma sát học là 500 triệu bảng Anh tương đương với 2% thu nhập của nền kinh tế quốc dân [11]

2 VLMS trên cơ sỏ chựa phenol - cacdanol - focmandehit.

2.1 Nhựa phenol - cacdanol - focm andehit (PCF).

Một trong những yếu tố quan trọng hàng đầu ảnh hưởng đến chất lượng của vật liệu polime - compozit là tính chất cơ lí hoá học của nhựa nền (chất kết dính) Trong vật liệu polime - compozit chức năng của nhựa nền rất đa dạng tuỳ thuộc vào ngoại lực mà vật liệu chịu tác động

Nhựa phenol - focmandehit cũng như một số loại nhựa nhiệt rắn khác chứa nhiều nhóm chức trong mạch, có độ phân cực lớn, có sức căng bề mạt khoảng 35 -r 45 din.cm’1 rất thuận tiện khi sử dụng làm chất kết dính và cho

vặt liệu polime - compozit Ngoài ra chất đóng rắn urotropin có khả năng tăng liên kết của các nhóm chức trên bề mặt chất độn với nhựa nền [8: 21; 22].

Các nhựa phenol - focmandehit được tổng hợp từ phản ứng trùng ngưng các phenol với focmandehit hoặc đổng trùng ngưng các phenol có nhóm thế khác nhau với focmandehit

Quá trình biến tính nhựa phenol - focmandehit để sử dụng làm chất kết dính cho VLMS có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau với mục đích thay đổi một phần hay toàn bộ các tính chất của sản phẩm

Để nhựa phenol - focmandehit đáp ứng được những yêu cầu của VLMS theo các công trình nghiên cứu [3, 4] đã lựa chọn phương pháp biến tính nhựa phenol - focmandehit bằng cacdanol

Từ cấu trúc hoá học của cacdanol có thể nhận thấy cacdanol có thể có ba khả năng phản ứng là phản ứng của hiđro hoạt động trong nhân thom, phản ứng của nhóm hiđroxiphenol và phản ứng nối đôi ở m ạch [4],

3 Khả năng phản ứng giữa phenol-focmandehit biến tính bàng cacdanol.

Như ta đã biết, cả phenol và cacdanol đều có khả nâng tham gia phản ứng trùng ngưng với focmandehit Tuy nhiên để hiểu rõ quá trình và thấy được sự ảnh hưởng của tỉ lệ cấu tử trong hệ phản ứng phenol - cacdanol - focmandehit,

ta cần nghiên cứu từng quá trình phản ứng giữa phenol - focm andehit và cacdanol - focmadehit Phản ứng trùng ngưng giữa phenol và focmandehit đã được biết tò lâu Sau đây ta xét khả năng phản ứns giữa cacdanol và

focmadehit để tons hợp nhựa cacdanol - focmandehit.

OH

(11=0,2,4,6)

3.1 Nhựa cacdanoỉ - focmandehit.

Cacdanol có khả năng tham gia phản ứng trùng ngưng với focmadehit cả trong môi trường axit và trong môi trường kiềm Cơ chế phản ứng được diễn tả như sau:

a) Phản ứng trong môi trường ơxit (H +).

Quá trình ngưng tụ tiếp tục xảy ra để tạo polime

b) Phản ứng trong môi trường kiềrìì (OH~).

Xúc tác thường dùng là NH4OH

CH2OH

Sau đó quá trình khâu mạch tiếp tục xảy ra tưcms tự phản ứng giữa phenol

và focmandehit với xúc tác là bazơ

Một đặc điểm quan trọng của phản ứng giữa cacdanol và focm andehit là điều kiện phản ứng có hoặc không có dung môi

- Nếu khồng dùng dung môi thì khó tách nước ra khỏi hệ phản ứns vì

nhựa rất nhót, khó điều chỉnh phản ứng.

13

- Nếu dùng dung môi khóng hoà tan được sản phẩm là polime thì phản ứng sẽ phân lớp.

- Nếu dùng dung môi hoà tan được sản phẩm thì nhựa tạo thành sẽ tan vào dung môi làm cho hệ đồns nhất hơn, dễ tách nước ra khỏi hệ

3.2 Nhựa phenol - focmandehit biến tính bằng cacdanol.

Vì trong phân tử cacdanol có chứa nhóm thế R làm giảm khả năng phân cực của cacdanol Do đó, phản ứng giữa cacdanol và focmandehit không thực hiện đổng thể được Đồng thời dẫn đến tốc độ phản ứng xảy ra chậm, phản ứng không đạt hiệu suất cao Trong khi đó, phenol không chứa nhóm thế (-R ) như cacdanol nên có khả năng tan được trong nước, do đó phản ứng xảy ra dễ dàng hơn Chính vì vậy, khi cho phenol, cacdanol đồng thời phản ứng với focmandehit, do phenol phản ứng với focmandehit dễ dàng hơn, nên tốc độ phản ứng của hệ ba cấu tử trên cũng xảy ra nhanh hơn, hiệu suất phản ứng đạt cao hơn Bên cạnh đó, sản phẩm thu được từ phản ứng đổng trùng ngưng giữa phenol, cacdanol và focmandehit cồ những tính chất cơ lí hoá mong muốn Sản phẩm thu được còn kết hợp các tính chất của cả hai loại nhựa phenolic và nhựa cácdanol - focmandehit

Phản ứng trung ngưng giữa phenol, cacdanol và focmandehit cũng có thể tiến hành với điều kiện phản ứng là xúc tác axit hoặc bazơ

Nhựa phenol - cacdanol - focmandehit thường được tổng hợp theo hai criai đoạn [1.2]

- Giai đoạn 1: Giai đoạn metyl hoá ở nhiệt độ 60 4- 65°c tronơ 2 °ũờ

- Giai đoạn 2: Thực hiện ở nhiệt độ 95°c trong 1.5 giờ

Xúc tác cho phản ứng là dung dịch N h.O H 25% với tỉ lê 69c trons kroner

so với phenol

Tuỳ thuộc và tỉ lệ các cấu tử tham gia phản ứng mà nhựa nhận được có các

Công thức cấu tạo:

c h 2- ỏ h 2- c h 2 N

/C H z C T2 x

N\

CH f

Quá trình đóng rắn thường được thực hiện ở nhiệt độ 160 -ỉ- 180°c

4 Khả nâng ứng dụng của nhựa phenol - focmandehit và nhựa phenol -

focmandehit biến tính bàng cacdanol dùng làm chất kết dính cho vật

liệu ma sát.

Việc sử dụng nhựa phenol - focmandehit và nhựa phenol - cacdanol - focmandehit làm chất kết dính cho vật liệu ma sát đã được quan tâm đến từ láu [1; 2; 9]

Trong nhiều trường hợp vật liệu ma sát trên cơ sỏ' nhựa phenol - focmandehit có khả năng thay thế cho vật liệu ma sát trên cơ sỏ' kim loại, do

có nhiều ưu điểm sau:

- Nhưa phenol - focmandehit có tính chất cơ, lí, hoá hoc thav đổi trons một phạm vi rộng có khả năng biến tính bởi các hợp chất cao phán tử hệ chất độn, chất tàng cường

15

— Giá thành nhựa rẻ, dễ gia công đối với tất các san phâm co hình dạng

Một trong những yêu cầu quan trọng đối với vật liệu ma sát, đó là hệ số

ma sát có độ bền đối vói nhiệt Hệ số ma sát của nhựa phenol - focmandehit tương tự như loại nhựa nhiệt rắn khác, thấp hơn so với cao su và kim loại thông thường, nhưng khi có chất độn tăng cường thì có thể tăng hệ số ma sát của vật liệu gấp 2 hoặc 3 lần

Nhựa phenol - focmandehit và nhựa phenol - cacdanol - focmandehit cũng như một số loại nhựa nhiệt rắn khác có chứa nhiều nhóm chức trong mạch, có

độ phân cực rất lớn rất thuận tiện khi sử dụng làm chất kết dính cho vật liệu

ma sát Trong trường hợp này, do có nhóm thế trong phân tử cacdanol nên phenol - cacdanol - focmandehit có độ nhớt cao hơn so với nhựa phenol - focmandehit Do đó, nó tăns khả năng thấm ướt bề mặt chất độn của nhựa và

vì vậy nó làm tăng độ bền liên kết giữa nhựa nền và các chất độn tãns cườns Điều này có ảnh hưởng đến tính ổn định của vật liệu ma sát

Một chỉ tiêu quan trọng khác đối với vật liệu ma sát là tính bền đối với nhiệt độ Khi làm việc ở nhiệt độ cao có thể dẫn tới hệ số ma sár bị giảm và độ mài mòn cao

Nhựa phenol - focmandehit có độ bền nhiệt cao đáp ứng được yêu cầu này Nhưng nó lại có độ cứng cao, độ bền va đập thấp, do đó độ mài mòn cao,

hệ số ma sát bị suy giảm Ngược lại nhựa phenol - cacdanol - focmandehit có

độ mền dẻo cao, có khả năng bám dính bề mặt tốt hơn nên có hệ số ma sát cao

và độ mài mòn thấp Nhưng tính bền đối với nhiệt lại không bằng nhựa phenol

- focmandehit

Do đó, khi nghiên cứu khả năng sử dụng hai loại nhựa này để làm chất kết dính cho vật liệu ma sát, cần phải tập trung vào hai nhiệm vụ:

1 Nghiên cứu tìm ra được tỉ lệ phenol - cacdanol - focmandehit thích hợp

để sản phẩm thu được vừa có độ mềm dẻo cao vừa bền với nhiệt độ Nhờ vậy tăng được hệ số ma sát và giảm mài mòn

2 Lựa chọn các chất độn tăng cường thích hợp, có khả năng trộn hơp tốt với nhựa nền để tăng cường những tính năng cơ, lí, hoá của nhựa nền

Về thành phần hoá học, nhựa phenol có công thức ở dạng tổng quát sau:

— c h 2

5 Cao su.

Để có một loai VLMS có các tính chất cơ lí hoá cao đổng thời có đô cứnơ<-2 othấp, theo các công trình nghiên cứu của các tác giả đã lựa chọn việc sử dụnơ cao su nitril để làm giảm độ cứng của vật liệu [3; 4 ; 9 ‘ 30; 31]

Đã có nhiều công trình nghiên cứu về tác dụng của cao su trong việc biến tính nhựa phenonic [9; 24; 25] Nguyên tắc chung để biến tính nhựa bằng cao

su là trộn nhựa vói cao su sau đó cho đóng rắn Trong quá trình đónơ rắn cao

su có thể phản ứng với nhựa và cùng tham gia vào quá trình lưu hoá cao su và được coi nhừ một mắt xích trong mạng lưới [9],

Trộn hỗn hợp nhựa phenol - focmandehit với cao su nhằm tạo ra một loại sán phẩm kết hợp được những tính chất ưu việt của các loại nhựa ban đầu đổng thời có rihững tính chất quí báu của cao su như độ mềm dẻo cao khả năng hồi phục lớn và hệ số ma sát cao.

Cao su butadien nitril là sản phẩm đổng trùng hợp 1,3 butandien và acrylonitrl có mặt xúc tác như trietanolamin, pesunfatkali Tính chất của nó phụ thuộc rất nhiều vào tỉ lệ các cấu tử tham gia phản ứng Hàm lượng nhóm nitril trong sản phẩm phản ứng càng cao thì cao su càng cứng, khả năng chịu môi trường càng cao [7],

Một trong những ưu điểm của cao su butandien nitril so vói các loại cao

su khác là khả năng trộn hợp tốt với các loại polime phân cực trong đó được nhắc đến nhiều nhất là khả năng trộn hợp của cao su nitril với nhựa phenol - focmandehit Tổ hợp cao su butadien nitril với phenol - focmandehit có nhiều tinh chất quí giá như: chịu nhiệt cao, chỏng xé rách tốt, bền với ozon, oxi và

có độ kết dính ngoại cao Điều này giải thích tại sao cao su nitril thườnơ được sử dụng trong tất cả LVMS trên cơ sở nhựa phenol - focmandehit [9].Trong phần nghiên cứu này đã sử dụng cao su butadien nitril làm tác nhân giảm độ cứng của VLMS

ố Hệ chất độn.

Chất độn sử dụng trong vật liệu polime - compozit rất đa dạng và đónơ vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất của vật liệu Dưới tác độnơ của ngoại lực, chat độn đong vai tiò là thành phân chính chiu các ứncr suất tâp trung Nhựa phenol - focmandehit có tính dòn cao, khi đó chất độn đónơ vai trò chính trong việc cải tạo tính chất cơ lí của vật liệu là tàng khả năng chịu va đập

Ngoài ra, chất độn có các chức năng như tăng độ cứiis của vật liệu <riảm

độ co ngót khi gia công vật liệu Bên cạnh đó, chất độn còn có một số tính

loại chất độn còn có khả năng tãng độ cách điện và biến đổi tính chất ma sát của sản phẩm.

Ảnh hưởng của chất độn đến tính chất cơ lí của vật liệu trên cơ sở nhựa phenol - focmandehit được trình bày ở bảng 1 [1]

Bảng 1 Ảnh hưởng của bột độn đến tính chất cơ lí của vật liệu

M ột trong những chất độn thưòng được sử dụng trong VLMS là bột amiăng và sợi kevlar

Bột amiăng là chất độn có nguồn gốc khoáng chất, có cấu trúc tự nhiên dạng sợi Amiãng có nhiều loại nhưng lại thông dụng là crysolit (hiđrat magie silicat), 3M g0.2S i0.2H 20 Amiăng dễ thấm ướt các loại nhựa khác nhau Amiăng trơ về hoá học, trong môi trường kiềm amiăng có thể chịu được ở

100°c trong một thời gian dài.

Ưu điểm lớn nhất của amiăng là không cháy và tuỳ thuộc vào thành phần

có thể bị phân huỷ ở nhiệt độ rất cao trong khoảng 1770 1450°c [4], Tínhchất đó đã đáp ứng được yêu cầu của VLMS là cần phải có độ bền nhiệt cao trong quá trình sử dụns

Sợi aramid Kevlar (Kevlar là một trong những nhãn hiệu đãng k í của

họ sợi aramid thuộc sở hữu Công ty Du Pont, W ilmington, Delware USA) là

19

sợi hữu cơ đã xuất hiện trên thị trường từ năm 1971 Sợi Kevlar có công thức hoá học là poli-para-phenylene terephtalamide (viết tắt là PPD-T) được sản

diamine (H2H -C 6H4-N H 2) và terephtaloyl dichloride <C]OCC6H,COCl) trong dung dung môi amit [12,13, 14]

Độ bền của phân tử trong sợi Kevar được tăng cường bởi những liên kết hydro nội phân tử Hơn nữa Kevlar có cấu trức thẳng, gần như 100 % tinh thể

và có độ đinh hướng rất cao của các phân tử dọc theo trục của sợi Do vậy, sợi Kevlar có hai tính chất nổi bật [14; 15]

1 Độ bền ứng suất và độ cứng cao (Kevlar 49)

2 Độ bền ứng suất và độ dẻo dai cao (Kevlar 29)

Như chỉ ra ở bảng dưới, tính dai và độ bền ứng suất của sợi Kevlar 49 và Kevlar 29 đều cao hơn hẳn các loại sợi hữu cơ thông dụng như sợi Nylon-6 6 Những tính chất nổi bật này thu được bằng cổng nghệ polyme tinh thể lỏng

xuất trong công nghiệp bởi quá trình trùng naưng của para-phenylene

n + 2n HC

[14].

Bans 1 Tính chất của sợi aramid Kevlar và sợi Nylon-66.

Loại sợi Tính dẻo dai Độ giãn dài Độ bền ứng suất

Nhờ các tính năng ưu việt trên, sợi Kevlar được dùng để tăng cường cao su (trong các sản phẩm lốp xe, dây curoa, vòi cao su .) và tăng cường chất dẻo (vỏ tàu thuyền và nhiều bộ phận của ô tô, máy bay )• Tổ hợp của Kevlar 49 với sợi thuỷ tinh hay sợi graphite có khả nãng cân bằng độ bền nén và độ bền kéo của sản phẩm Ngoài ra, sợi Kevlar 29 còn được sử dụng cho quần áo, máy móc bảo vệ chống nhiệt và chống cắt; sản xuất dây cáp và đặc biệt là VLMS (phanh, đĩa ly hợp ) [14]

21

- Focmandehit 36,5% do nhà mày hoá chất Đức Giang sản xuất.

- Cacdanol chưng cất từ vỏ hạt điều tại 245 ± 5°c ở 5 -i- 10 mmHg

- Dầu vỏ hạt điều

- Axit clohiđric 37% do nhà máy hoá chất Đức Giang sản xuất

- Bộ amíăng

- Sợi Kevlar của Mỹ

- Oxit kẽm, oxit magie tinh khiết

- Cao su butađienitril CKH-26 của Nga

Sau đó định phân iot tạo ra bằng dung dịch natritiosunphat 0,1N

I2 + 2Na2S20 3 =' Na2S40 6 + 2NaIDung dịch bromit - bromat được chuẩn bị bằng cách hoà tan 2,1 g kali bromat và 9 ,25 gam kali bromit vào một lít nước cất

Phươììg pháp định phân phenol

Cân 2 -r 3 gam phenol trên cân phân tích, hoà tan trong nước cất và chứa vào bình đựng nước 500 ml dung dịch, cho vào bình tam giác 250 ml, thêm vào đó 50 ml dung dịch bromit - bromat, 5 ml axit HC1 (d = 1,19) và lắc đều Sau 15 phút, cho thêm 5 ml dung dịch KI 10% Để yên 10 phút và chuẩn lượng iot tạo ra bằng Na2s 20 3 0,1 N với chất chỉ thị là hổ tinh bột Đổng thời

Vị - thể tích dung dịch Na2s20 3 0,1 dùng định phán mảu kiểm tra, ml

v r thể tích dung dịch Na2S20 , 0.1 N dùns định phán mẫu nghiên cứu ml

23