Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ lên tính chất của vật liệu sử dụng chế tạo giầy chịu xăng, dầu mỡ trên cơ sở cao su butadien acrylonitril

Nội dung bài viết trình bày nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ lên tính chất của vật liệu sử dụng chế tạo giầy chịu xăng, dầu mỡ trên cơ sở cao su butadien acrylonitril.

Kết nghiên cứu KHCN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ LÊN TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHẾ TẠO ĐẾ GIẦY CHỊU XĂNG DẦU, MỢ TRÊN CƠ SỞ CAO SU BUTADIEN ACRYLONITRIL (NBR) VÀ NHỰA NHIỆT DẺO POLYPROPYLEN (PP) BẰNG PHƯƠNG PHÁP LƯU HÓA ĐỘNG C MỞ ĐẦU ao su nhiệt dẻo vật liệu có tính chất cao su lưu hóa song lại chảy gia công polyme nhiệt dẻo Một phương pháp sử dụng để chế tạo loại vật liệu phương pháp lưu hóa động Lưu hóa động q trình khâu mạch có chọn lọc pha phân tán Pha phân tán pha cao su lưu hóa q trình trộn hợp với polyme nhiệt dẻo [7], [8] Ở Việt Nam, từ năm 1990, cao su nhiệt dẻo ứng dụng sản xuất giầy ủng chống xăng dầu mỡ [9] Từ đến có nhiều nghiên cứu chế tạo thành công cao su nhiệt dẻo, điển hình năm 2005, chất đàn hồi nhiệt dẻo tiêu biểu thương mại hoá polyme blend PP/EPDM phương pháp lưu hố động [10] Bản chất hóa học cao su butadiene acrylonitril (NBR) nhựa nhiệt dẻo polypropy- 26 ThS Nguyễn Thị Thu Thủy Viện Nghiên cứu KHKT Bảo hộ lao động lene (PP) khác nhau, nên chúng không tự tương hợp với nhau, người ta sử dụng chất tương hợp để gắn kết chúng [4] Nhiều nhà vật liệu học giới nghiên cứu, chế tạo cao su nhiệt dẻo sở cao su NBR nhựa PP phương pháp lưu hóa động có sử dụng chất trợ tương hợp khác [2], [5], [6] Bên cạnh chất trợ tương hợp, yếu tố công nghệ quan tâm Có nghiên cứu [3] độ nhớt pha thành phần có ảnh hưởng rõ rệt đến phân tán cấu tử vào nhau, làm trộn hợp tốt Khi khảo sát vật liệu blend NBR/PP, tác giả [1] xác định trình lưu hóa động làm xuất liên kết ngang pha cao su bề mặt phân chia pha làm tăng cường mức độ trộn hợp Ảnh minh họa, Nguồn Internet Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2017 Kết nghiên cứu KHCN Bên cạnh đó, chế độ cơng nghệ nhiệt độ, tốc độ thời gian chế tạo ảnh hưởng lớn đến hình thành pha cao su NBR phân tán PP nóng chảy Trong báo trình bày số kết nghiên cứu chế độ công nghệ chế tạo vật liệu sử dụng chế tạo đế giầy chịu xăng dầu, mỡ sở cao su NBR nhựa nhiệt dẻo PP THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên vật liệu - Cao su butadiene nitril Kumho Hàn Quốc, với hàm lượng acrylonitril 35% - Nhựa PP (Sabic – Tiểu vương quốc Ả Rập) có số chảy 4,5g/10 phút (1900C; 2,16kg) - Xúc tiến lưu hóa DM, TMTD loại kỹ thuật Singapore, chất độn phụ gia lại loại kỹ thuật Trung quốc 2.2 Phương pháp chế tạo vật liệu 2.2.1 Đơn phối liệu Trước hết, PP trộn nhiệt độ 1600C, tốc độ 50 vòng/phút, khoảng phút cho PP chảy sau cho cao su NBR vào tiếp tục trộn khoảng phút, tiếp cho chất độn, phụ gia vào trộn tiếp khoảng phút cho xúc tiến, lưu huỳnh vào trộn khoảng phút dừng lại Blend NBR/PP sau trộn máy trộn kín ép nóng 1900C phút thành mỏng 2mm để thử tính chất học Bảng Thành phần phối liệu blend NBR/PP TT Hóa chất Đơn vị Đơn Cao su acrylonitrile butadiene (NBR) pkl 50 Polypropylen pkl 50 Axit stearic pkl ZnO pkl Phòng lão RD pkl Than đen pkl 40 Dầu công nghệ pkl 2,5 Xúc tiến DM pkl Xúc tiến TMTD pkl 0,5 Lưu huỳnh pkl 2,0 10 Hỗn hợp (blend) cao su NBR nhựa PP phối trộn theo tỷ lệ NBR/PP 50/50 Trên sở thành lập đơn phối liệu cho blend Bảng 2.2.2 Quy trình chế tạo blend NBR/PP Trên sở đơn phối liệu có quy trình chế tạo blend Hình Blend NBR/PP chế tạo máy trộn kín Brabender với quy trình trộn sau: Hình Quy trình chế tạo blend Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2017 27 Kết nghiên cứu KHCN 2.3 Phương nghiệm pháp thử Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian trình trộn hợp ghi phần mềm cài đặt máy tính nối với máy trộn kín brabender Tính chất học: Tính chất học vật liệu xác định từ đường cong biến dạng - ứng suất theo tiêu chuẩn TCVN 4509: 2006 (hoặc ISO 37 – 2006) máy INSTRON 100KN (Hoa kỳ) Mỗi thông số đo mẫu lấy giá trị trung bình KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trên Hình 2, ,4, hình thứ thể độ nhớt PP, hình thứ hai độ nhớt hỗn hợp sau đưa cao su NBR vào, hình thể thay đổi độ nhớt đưa phụ gia cao su vào hỗn hợp Sự tăng độ nhớt đoạn cuối đường cong thể q trình lưu hóa pha cao su hỗn hợp Hình Biều đồ mơmen xoắn blend NBR/PP (M1) 3.1 Ảnh hưởng thời gian chế tạo đến tính chất blend NBR/PP Mẫu blend trộn thiết bị trộn Brabender, chế độ trộn sau: tốc độ quay 50v/ph, nhiệt độ trộn 1600C Mẫu (M1) trộn sau cho tất hóa chất vào phần cuối đường biểu diễn moomen xoắn nằm ngang Hình dừng lại (momen xoắn giai đoạn cuối chưa tăng chứng tỏ pha cao su chưa kịp lưu hóa) Mẫu (M2) cho lưu huỳnh vào, trộn đến thấy đường biểu diễn momen xoắn bắt đầu lên dừng máy lấy mẫu Hình (pha cao su lưu hóa động phần) Mẫu (M3) cho lưu huỳnh vào tiếp tục trộn tới thấy đường biểu diễn momen xoắn lên sau ngang dừng máy lấy mẫu Hình 28 Hình Biều đồ mơmen xoắn blend NBR/PP (M2) Hình Biều đồ mơmen xoắn blend NBR/PP (M3) Bảng Độ bền kéo độ dãn dài mẫu blend M1, M2 M3 Maãu M1 M2 M3 Độ bền kéo (MPa) 3,81 7,66 7,57 Độ giãn dài (%) 15,42 26,11 36,92 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2017 Kết nghiên cứu KHCN làm tăng mật độ mạng pha cao su blend Ở hình 2, hỗn hợp pha cao su chưa lưu hóa Hình 3, pha cao su lưu hóa phần Hình 4, pha cao su lưu hóa hồn tồn Độ bền kéo độ giãn dài Bảng Hình Có thể thấy thời gian trộn ảnh hưởng lớn tới độ giãn dài mẫu vật liệu Mẫu M3 có biến dạng lớn nhất, cao su lưu hóa hồn tồn máy trộn Brabender cao su khâu mạch bị, lực xé Hình Đồ thị ứng suất - biến dạng mẫu blend M1, M2 M3 Hình Ảnh chụp SEM mẫu M1, M2, M3 Taïp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2017 29 Kết nghiên cứu KHCN lớn nên cao su NBR phân tán pha liên tục PP Sản phẩm sau trộn máy Brabender mang ép tạo mẫu trình chảy mềm PP NBR khuôn ép Độ bền kéo hai mẫu M2 M3 tương đương Mẫu M1 thời gian trộn ngắn hỗn hợp phân tán chưa đều, cao su chưa lưu hóa q trình trộn, lưu hóa nhiệt độ cao (T= 1900C), cao su bị phân hủy, độ bền kéo giảm đồng thời độ giãn dài giảm Còn mẫu M2 chứa pha cao su chưa lưu hóa hồn tồn ép phần cao su chưa lưu hóa tiếp tục lưu hóa pha kết dính lại với khiến pha cao su có hạt lớn phân tán pha liên tục PP làm cho độ giãn dài mẫu giảm xuống đáng kể, độ giãn dài giảm từ 36,92% mẫu M3 xuống 26,11% mẫu M2 3,82% mẫu M1 Điều thể rõ qua hình thái pha, chụp ảnh SEM bề mặt gẫy mẫu vật liệu M1, M2, M3, (xem Hình 6) Trên Hình 6, nhận thấy mẫu bề mặt phân chia pha rõ ràng hình thành khối rõ, mẫu M2 M3 khả phân tán đồng Từ kết trên, lựa chọn thời gian trộn hợp blend phút Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ trộn tới tính chất blend NBR/PP Mẫu 1500C(M4) 1550C(M5) 1600C(M6) Độ bền kéo (MPa) 4,29 7,08 8,32 Độ giãn dài (%) 26,80 25,06 27,60 Hình Đồ thị ứng suất - biến dạng mẫu blend theo nhiệt độ 30 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ trộn tới tính chất blend NBR/PP (xem Bảng 3) Chế độ trộn blend máy trộn Brabender sau: + Thời gian trộn: phút + Tốc vòng/phút độ trộn là: 50 + Nhiệt độ trộn khảo sát từ 1500C, 1550C, 1600C Từ Bảng Hình 7, nhận thấy rằng, độ giãn dài blend nhiệt độ gần nhau, nhiên độ bền kéo blend nhiệt độ 160 0C cao (8,32MPa) Điều cho thấy nhiệt độ trộn ảnh hưởng lớn tới độ bền kéo vật liệu Có thể giải thích nhiệt độ 160 0C, PP chảy hoàn toàn, cao su lưu hóa bị phân tán PP tốt cao su phân tán PP nhiệt độ 150 C 155 C (nhiệt độ PP chưa chảy hết hoàn toàn, nên khả phân tán cao su vào PP khó), độ bền kéo đứt blend cao Ảnh chụp bề mặt gẫy mẫu M4, M5, M6 kính hiển vi điện tử SEM Hình cho thấy rõ điều Mẫu hình thành hạt nhỏ đồng so với hai mẫu mẫu Thấy rõ sợi kéo dài (đây sợi PP kéo giãn, khơng có khả hồi phục lại nên bị đứt) Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2017 Kết nghiên cứu KHCN Hình Ảnh chụp SEM mẫu M4, M5, M6 3.3 Ảnh hưởng tốc độ trộn tới tính chất blend NBR/PP Blend chế tạo với chế độ công nghệ sau: + Nhiệt độ trộn 1600C + Thời gian trộn phút + Tốc độ trộn khảo sát: 50 vòng/phút; 60 vòng/phút; 70 vòng/phút Kết khảo sát thể Bảng Hình Từ Bảng Hình 9, nhận thấy M8 M9 cho độ bền kéo tương đương độ giãn dài vật liệu mẫu M8 cao độ giãn dài mẫu M9 5% Ảnh chụp bề mặt gãy vật liệu thể hình 10 Bảng Ảnh hưởng tốc độ trộn tới tính chất blend NBR/PP Mẫu 50 vòng/phút (M7) 60 vòng/phút (M8) 70 vòng/phút (M9) Độ bền kéo (MPa) 8,32 8,66 5,31 Độ giãn dài (%) 25,00 30,16 27,89 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2017 31 Kết nghiên cứu KHCN Hình 10 cho thấy khả phân tán hạt cao su nhựa PP tương đương mẫu M7 M8 (đa số kích thước hạt phân tán 30µm), mẫu M9 có độ bền hai mẫu cịn lại Từ nghiên cứu lựa chọn tốc độ trộn 60 vịng/phút Hình Đồ thị ứng suất – biến dạng mẫu blend theo tốc độ trộn Hình 10 Ảnh chụp SEM mẫu M7, M8, M9 32 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2017 Kết nghiên cứu KHCN KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu trên, nhận thấy chưa có chất tương hợp chế độ công nghệ chế tạo vật liệu đóng vai trị quan trọng, ảnh hưởng lớn đến tính chất vật liệu Do chế độ công nghệ nội dung quan trọng nhiệm vụ chế tạo blend NBR/PP Từ việc dựa vào momen xoắn mẫu, thời gian trộn tốc độ roto cho chế độ trộn tối ưu nhiệt độ trộn 1600C, thời gian trộn phút, tốc độ trộn 60 vòng/phút Ở chế độ phối trộn đó, độ bền kéo 8,66 MPa độ giãn dài 30,16% Kết sử dụng nghiên cứu chế tạo blend NBR/PP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] B.G.Soares, M.S.M Almeida, C Ranganathaiah, M.V Deepa Urs, Siddaramaia, The characterization of PP/NBR blends by positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS): the effect of composition and dynamic vulcanization, Polym Testing, V.26, Iss.1 (2007) 88-94 [2] Chuanhui Xu, Xiaodong Cao, Xiujuan Jiang, Xingrong Zeng, Yukun Chen (2013) “Structure and properties of dynamically vulcanized polypropylene/acrylonitrile butadien rubber/zinc dimathacrylate ternary blend compos- ites containing maleic andydride grafted polypropylene”, Preparation, Polymer testing, 32, 2013, pp 507-515 [3] Cor Koning, Martin Van Duin, Christophe Pagnoulle, Robert Jerome, Strategies for compatibilization of polymer blends, Prog Polym Sci., 23,(1998) 707-757 [4] Deleo, C., and S Velankar(2008 ) “Morphology and rheology of compatilized polymer blends: Diblock compatibilizer versus crosslinked reactive compatibilizers”, J Rheol 52(6), pp 1385-1404 [5] George J., Varughese KT., Thomas S (2000), “Dynamically vulcanized thermoplastic elastomer blends of polyethylene and nitrile rubber”, Polymer, 41:pp.1507-1517 [6] H.Ismail, Salmah, M Nasir, “Dynamic vulcanization of rubberwood-filled polypropylene/natural rubber blends", Polymer testing 20 (2001), pp.819–823 [7] Halimatuddahliana, H Ismail, H.Md Akil (2005) Polymer-Plastics technology and Engineering, 44, pp.12171234 [8] H Ismail, Supri, A M M Yusof (2004) “Polymer- Plastics Technology and Engineering”, 43(3), pp 695-711 [9] Lưu Văn Chúc (1990) “Nghiên cứu đưa vào sản xuất số giầy ủng chống xăng, dầu, mỡ”, Báo cáo tổng kết đề tài khoa học, mã số 58A.04.01, Viện nghiên cứu KHKT Bảo hộ Lao động, Hà Nội [10] Trịnh An Huy (2005) “Nghiên cứu qui trình cơng nghệ sản xuất chất lưu hóa động từ Polypropylene (PP) cao su ethylene-propylene (EPDM) máy đùn trục vít”, Báo cáo đề tài nghiên cứu cấp bộ, mã số: B2004-28-117, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Ảnh minh họa, Nguồn Internet Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2017 33 ... độ công nghệ chế tạo vật liệu sử dụng chế tạo đế giầy chịu xăng dầu, mỡ sở cao su NBR nhựa nhiệt dẻo PP THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên vật liệu - Cao su butadiene nitril Kumho Hàn Quốc, với hàm lượng acrylonitril. .. Kết nghiên cứu KHCN KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu trên, nhận thấy chưa có chất tương hợp chế độ cơng nghệ chế tạo vật liệu đóng vai trị quan trọng, ảnh hưởng lớn đến tính chất vật liệu Do chế độ công. ..Kết nghiên cứu KHCN Bên cạnh đó, chế độ công nghệ nhiệt độ, tốc độ thời gian chế tạo ảnh hưởng lớn đến hình thành pha cao su NBR phân tán PP nóng chảy Trong báo trình bày số kết nghiên cứu chế độ