Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung bài viết trìn bày việc nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chế tạo lên tính chất của vật liệu sử dụng chế tạo đế giầy chịu xăng, dầu, mỡ bằng hỗn hợp (Blend) cao su acrylonitril (NBR) và nhựa nhiệt dẻo polypropylen (PP).
K t qu nghiên c u KHCN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CHẾ TẠO LÊN TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHẾ TẠO ĐẾ GIẦY CHỊU XĂNG, DẦU, MỠ BẰNG HỖN HỢP (BLEND) CAO SU ACRYLONITRIL (NBR) VÀ NHỰA NHIỆT DẺO POLYPROPYLEN (PP) 2 Nguy n Th Thu Th y , Nguy n Huy Tùng , Đ ng Vi t Hng , Bùi Chng Vi n nghiên c u KHKT B o h lao đ ng, Trung tâm nghiên c u v t li u Polyme & Compozit, Tr ng Đ i h c Bách khoa Hà N i MỞ ĐẦU ỗn hợp (blend) cao su chất dẻo dạng cao su nhiệt dẻo (TPE) quan tâm nghiên cứu ứng dụng ngày rộng rãi đặc điểm ưu việt: chúng có khả biến dạng elastic cao hẳn so với nhựa nhiệt dẻo, đồng thời lại gia cơng tái sinh nhiều lần nhựa nhiệt dẻo [1] Tuy nhiên nhược điểm vật liệu mức độ tương hợp cao su chất dẻo blend Để khắc phục nhược điểm này, phương pháp phổ biến sử dụng chất trợ tương hợp Các chất trợ tương hợp cải thiện khả gia cơng [2] tăng cường tính chất sử dụng khác vật liệu độ bền học, độ trương dung môi…[2,3] H cộng [4] độ nhớt pha thành phần có ảnh hưởng rõ rệt đến phân tán cấu tử vào nhau, giúp trộn hợp tốt Khi khảo sát blend PP/NBR chế tạo phương pháp lưu hóa động, tác giả [5] 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 Các tác giả [6,7] nghiên cứu hệ PP/EPDM (EPDM - Cao su Etylen propylen) lưu hóa động áp dụng chế độ nhiệt phù hợp, đảm bảo trình lưu hóa động hệ xúc tiến thơng dụng (S, TMTD, M) xảy đầy đủ mà không gây phân hủy nhiệt sản phẩm Lưu hóa động phương pháp đáng ý chế tạo vật liệu nanocompozit với matrix blend số nhựa nhiệt dẻo với cao su [8,9] Bên cạnh chất trợ tương hợp, yếu tố công nghệ quan tâm Cor Koning 66 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2016 K t qu nghiên c u KHCN Mặc dù vậy, nhận thấy nguyên nhân ảnh hưởng điều kiện chế tạo đến tính chất hệ lưu hóa động ln vấn đề quan tâm nghiên cứu Trong báo này, chúng tơi trình bày số kết nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện chế tạo blend đến mức độ phân tán lẫn cấu tử vật liệu sử dụng để chế tạo đế giầy bảo hộ lao động Trong nghiên cứu này, không sử dụng chất trợ tương hợp 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 Ch t o h n h p cao su S) trộn 1000C, tốc độ 50 vịng/phút Sau đó, bổ sung xúc tiến, lưu huỳnh trộn 500C tốc độ 50 vòng/phút phút 2.2.2 NBR/PP Ch t o blend Blend NBR/PP chế tạo theo ba phương pháp Sơ đồ 1,2,3 Trong ba phương pháp trên, tỷ lệ NBR/PP 50/50 (phần khối lượng- pkl) Blend NBR/PP sau trộn máy trộn kín ép nóng 1900C phút thành mỏng 2mm để thử tính chất học 2.3 Phương pháp thử nghiệm Các hỗn hợp cao su cho nghiên cứu có thành phần Bảng Hỗn hợp cao su chế tạo máy trộn kín Brabender theo hai bước Trước hết, cao su hóa chất (trừ xúc tiến B ng Thành ph n ph i li u cao su TT Hóa chất Đơn vị Ñôn Ñôn Ñôn Cao su crylonitrile pkl 100 100 100 butadiene (NBR) Axit stearic pkl 1 ZnO pkl 4 Phòng lão RD pkl 2 Than đen pkl 40 40 40 Dầu công nghệ pkl 2,5 2,5 2,5 Xúc tiến DM pkl 1,5 0,5 Xúc tiến TMTD pkl 0,5 0,5 Lưu huyønh pkl 2,0 2,0 2,0 YĐộ nhớt PP xác định máy Brabender nhiệt độ 1600C Trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tính chất học: Độ bền kéo, độ giãn dài đứt đường cong biến dạng-ứng suất vật liệu xác định theo TCVN 4509: 2006 máy Instron 100kN (Hoa Kỳ), Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polyme, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Điều kiện thử nghiệm: 250C, độ ẩm 75%, tốc độ kéo 5mm/phút YĐường cong lưu hóa cao su ghi máy Rotoless Rheometter RLR-4 Nhật (Hãng Toyoseki), nhiệt độ 1600C, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Soá 4,5&6-2016 67 K t qu nghiên c u KHCN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng đơn phối liệu đến độ nhớt hỗn hợp cao su S đ Phng pháp cán luy n k t h p v i tr n kín Trong trình chế tạo blend polyme nói chung, tương quan độ nhớt hai cấu tử có vai trò quan trọng phân tán hai pha polyme vào Cor Koning cộng [4] độ nhớt hai pha gần phân tán chúng tốt Trong phương pháp lưu hóa động, hỗn hợp cao su lưu hóa dần suốt thời gian trộn hợp, độ nhớt pha cao su tăng dần, có ảnh hưởng đến hình thành pha phân tán PP nóng chảy Hình biểu diễn thay đổi độ nhớt PP gia công máy trộn kín 1600C, tốc độ roto 50 vịng/phút S đ Phng pháp tr n kín hồn tồn theo giai đo n Có thể thấy sau trộn phút PP bắt đầu chảy độ nhớt đạt giá trị ổn định khoảng 5Nm sau 2,5 phút Sự thay đổi độ nhớt phối liệu cao su (đơn số II bảng 1) lưu hóa biểu thị Hình Từ đường cong lưu hóa thu thơng số q trình lưu hóa phối liệu cao su Bảng S đ Phng pháp tr n kín hồn tồn theo giai đo n 68 Từ Hình Bảng thấy đơn I có độ nhớt tối đa (MH) nhỏ so với PP chảy ổn định (1,07 Nm so với 5Nm) độ phân tán Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2016 K t qu nghiên c u KHCN Hình S thay đ i đ nh t c a PP trình ch y 1600C Hình Đ ng cong lu hóa c a ph i li u cao su NBR, Nhi t đ 1600C B ng Các thơng s c a q trình lu hóa ph i li u cao su NBR (Nhi t đ lu hóa 1600C) Thông số Đơn vị Đơn I Đơn II Đơn III Momen xoắn nhỏ ML dN.m 2,68 2,37 2,11 Momen xoắn lớn MH dN.m 10,67 33,73 29,84 Thời gian cảm lưu W S1 Giây 156 65 70 Thời gian tối ưu lưu hóa, WC90 Giây 192 156 170 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2016 69 K t qu nghiên c u KHCN NBR phối liệu I PP Hai đơn II đơn III có độ nhớt tối đa khoảng 60-67% so với PP nên khả phân tán PP phối liệu cao su cao Ngoài ra, thời gian cảm lưu, tức thời gian bắt đầu xảy phản ứng lưu hóa cao su đơn I dài (2,5 phút) không phù hợp với trình trộn hợp với PP xảy lưu hóa động Trong hai phối liệu này, phối liệu II có thời gian đạt tối ưu lưu hóa ngắn hơn, nghĩa tốc độ lưu hóa cao hơn, giá trị MH cao so với phối liệu III nên sử dụng nghiên cứu chế tạo blend NBR/PP 3.2 Nghiên cứu chế tạo blend theo phương pháp lưu hóa động Blend NBR/PP chế tạo phương pháp lưu hóa động theo hai phương pháp trình bày mục 2.2.2 Biểu đồ trộn cấu tử trình bày Hình Từ Hình thấy q trình lưu hóa động pha cao su (thể momen xoắn bắt đầu tăng giai đoạn cuối cùng) xảy phương pháp II sớm phương pháp I phương pháp III Trong độ nhớt ổn định blend chế tạo theo B ng M t s tính ch t c h c c b n c a blend NBR/PP Vật liệu Độ bền kéo, MPa Độ giãn dài đứt, mm Blend I 5,8 1,7 Blend II 6,8 2,1 Blend III 6,5 6,8 Hình Bi u đ thay đ i momen xo n trình tr n h p NBR/PP 70 phương pháp III lại nhỏ so với phương pháp II (Khoảng 9Nm so với 12Nm) phương pháp I (khoảng 8,4Nm so với 10Nm) Điều hỗn hợp cao su hình thành trước trộn với PP (phương pháp II) bắt đầu khâu mạch trộn, làm tăng momen xoắn ổn định (độ nhớt hỗn hợp) Tuy nhiên, mức độ khâu mạch tăng gây cản trở lớn cho việc phân tán pha cao su PP so với phương pháp I phương pháp III Ảnh hưởng điều kiện chế tạo đến tính chất học blend chế tạo theo phương pháp I, II III (gọi tắt blend I, blend II blend III) khảo sát Theo đường cong biến dạng- ứng suất (Hình 4) Các tính chất học trình bày Bảng Các số liệu từ Bảng Hình cho thấy rằng, blend I có độ bền độ giãn dài thấp nhất, blend II blend III có độ bền tương đương nhau, blend III có độ dai cao hẳn so với blend II, thể độ dãn dài đứt cao gấp lần Điều chứng tỏ độ linh động phần tử động học blend III cao pha cao su phân tán PP tốt so với blend II Các kết phù hợp với nhận xét khả phân tán cao su PP blend nói Các kết cho thấy chưa có chất trợ tương hợp việc sử dụng Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2016 K t qu nghiên c u KHCN [4] Cor Koning, Martin Van Duin, Christophe Pagnoulle, Robert Jerome, Strategies for compatibilization of polymer blends, Prog Polym Sci., 23,(1998) 707-757 [5] 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 Hình Đ ng bi n d ngphương pháp trộn phù hợp thay đổi mức độ phân tán cao su PP Điều có ảnh hưởng tích cực đến mức độ tương hợp hai pha Nếu hai pha tương hợp tốt dẫn đến tính chất vật liệu tốt KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, với mục đích điều chỉnh độ nhớt phù hợp với độ nhớt PP lựa chọn đơn cao su NBR có momen xoắn tốc độ lưu hóa cao đơn phối liệu khảo sát, cụ thể 3,37Nm, thời gian cảm lưu 65 giây, thời gian đạt tối ưu hóa 156 giây Sử dụng đơn cao su thích hợp kết hợp với phương pháp trộn đồng thời hỗn hợp cao su NBR PP cho phép tạo blend lưu hóa động có ng su t c a v t li u độ dai cao hẳn so với phương pháp trộn riêng biệt hỗn hợp NBR PP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J.G Drobny, Handbook of Thermoplastic Elastomers, 2nd edition, William Andrew Publisher, Amsterdam-…Tokyo (2014) [2] H.Ismail, Supri, A.M.H Yusof, Blend of waste PVC/NBR: the effect of maleic anhydride, Polym Testing, V.23, Iss (2004) 675-683 [3] H Ismail, D Galpaya, Z Ahmad, The compatibilizing effect of epoxy resin on PP/recycled NBR blends, Polym Testing, V.28, Iss.4 (2009) 363-370 [6] Trịnh An Huy, Trần Ích Thịnh, Phạm Minh Hải, Nguyễn Trường Kỳ Nguyễn Đình Lợi, Chất lưu hóa động- Cơng nghệ sản xuất tính chất học, Tạp chí Khoa học công nghệ, T.43, N1, 114-120 (2005) [7] Trinh An Huy, Tran Ich Thinh, The origin of reversibility of dynamic vucanizates, T.45, N1, 71-77 (2007) [8] Đào Thế Minh, Hoàng Tuấn Hưng, Đỗ Quang Kháng, Nguyễn Văn Hội, Chế tạo nanocompozit sở nhựa nhiệt dẻo PVC/NBR nanoclay phương pháp lưu hóa động, Tạp chí hóa học, V.45, N5, 590-594 (2007) [9] Do Quang Khang, Nguyen Phi Trung, Study on preparation of blends based on poly(vinyl chloride), nitril-butadiene rubber, nature rubber and polyethylene, Advances in Natural Science, V.7, 1-2, p.7983 (2006) Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2016 71 ... nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện chế tạo blend đến mức độ phân tán lẫn cấu tử vật liệu sử dụng để chế tạo đế giầy bảo hộ lao động Trong nghiên cứu này, không sử dụng chất trợ tương hợp THỰC NGHIỆM... hỗn hợp cao su cho nghiên cứu có thành phần Bảng Hỗn hợp cao su chế tạo máy trộn kín Brabender theo hai bước Trước hết, cao su hóa chất (trừ xúc tiến B ng Thành ph n ph i li u cao su TT Hóa chất. .. trộn phù hợp thay đổi mức độ phân tán cao su PP Điều có ảnh hưởng tích cực đến mức độ tương hợp hai pha Nếu hai pha tương hợp tốt dẫn đến tính chất vật liệu tốt KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này,
