Nghiên cứu nâng cao độ bền bám dính với thép của blend cao su epdmsbr

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu nâng cao độ bền bám dính với thép blend cao su EPDM/SBR PHẠM THẾ LONG Long.ptcb190127@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật hóa học Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Phạm Duy Linh Viện: Kỹ thuật hóa học Chữ ký GVHD HÀ NỘI, 4/2021 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Phạm Thế Long Đề tài luận văn: Nghiên cứu nâng cao độ bền bám dính với thép blend cao su EPDM/SBR Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số SV: CB190127 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 29/04/2021 với nội dung sau: - Bổ sung, chỉnh sửa danh mục chữ viết tắt - Bổ sung thông số nguyên liệu - Chỉnh sửa thuật ngữ chuyên ngành - Bổ sung thêm biện luận blend có Fe O - Chỉnh sửa lại kết luận Ngày tháng năm Tác giả luận văn Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Phạm Duy Linh Phạm Thế Long CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Bùi Chương ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu nâng cao độ bền bám dính với thép blend cao su EPDM/SBR Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Tiếng Anh Tiếng Việt SEM Scanning electron microscopy Kính hiển vi điện tử quét PS Polystyrene Polystyren PE Polyethylene Polyetylen HPB Hydrogenated polybutadiene Polybutadien hydro hoá PET Polyethylene terephthalate Polyetylen terephtalat PCL Polycaprolactone Polycaprolacton PPO Polypropylene oxide Polypropylen oxit PBT Polybutylene terephthalate Polybutylen terephtalat AM Anhydride maleic Anhydrit maleic PA Polyamide Polyamit PC Polycarbonate Polycacbonat CSTN - Cao su tự nhiên PB Polybutylene Polybutylen EPDM Ethylene propylene dien monomer Cao su Etylen propylen dien SBR Styrene butadiene rubber Cao su styren butadien AAHR Aliphatic/Aromatic hydrocarbon resin Hỗn hợp nhựa hydrocacbon béo thơm TESPT Bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide Bis (3-trietoxysilylpropyl) tetrasunfit ENB Ethylidene nobonene Etyliden nobonen 1,4 – HD 1,4 – hexadiene 1,4 – hexadien i PP Polypropylene Polypropylen PPO Poly (2,6 – dimethyl – 1,4 – phenylene oxide) Poly (2,6 – dimetyl – 1,4 – phenylen oxit) DCPD Dicyclopentadiene Dicyclopentadien CR Chloroprene rubber Cao su cloropren DCP Dicumyl peroxide Dicumyl peroxit ZnO Zinc oxide Kẽm oxit DM Di – benzothiazolildisunfide Di – benzothiazolildisunfit TMTD Tetramethyl thiuramdisunfide Tetrametyl thiuramdisunfit TMPTM Trimethylolpropan Trimethylacrylate Trimetylolpropan Trimetylacrylat ii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tính chất cao su EPDM theo đặc điểm thành phần 10 Bảng 1.2 Đặc trưng kỹ thuật cao su SBR sản xuất hai phương pháp khác 15 Bảng 1.3 Thời gian bán hủy DCP thay đổi theo nhiệt độ 18 Bảng 2.1 Thành phần đơn phối liệu cao su EPDM 26 Bảng 2.2 Thành phần đơn phối liệu cao su SBR 28 Bảng 3.1 Thơng số q trình lưu hóa cao su 6160D 5260Q 36 Bảng 3.2 Tính chất kéo, xé độ cứng hai loại cao su EPDM 37 Bảng 3.3 Độ dãn dài, độ dãn dư độ chịu mài mòn hai loại cao su EPDM 37 Bảng 3.4 Tính chất lý cao su EPDM 6160D 38 Bảng 3.5 Hệ số già hóa cao su EPDM 6160D 38 Bảng 3.6 Thành phần đơn phối liệu cao su SBR 40 Bảng 3.7 Thông số q trình lưu hóa cao su SBR 41 Bảng 3.8 Tính chất kéo, xé độ cứng shore A cao su SBR đơn đơn 41 Bảng 3.9 Độ dãn dài, dãn dư độ mài mòn cao su SBR đơn 42 Bảng 3.10 Tính chất học cao su SBR đơn 42 Bảng 3.11 Thơng số q trình lưu hóa cao su EPDM cao su SBR 43 Bảng 3.12 Hệ số già hóa blend EPDM/SBR tỷ lệ 90/10 khối lượng 48 Bảng 3.13 Thông số q trình lưu hóa blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng S 50 Bảng 3.14 Hệ số già hóa blend EPDM/SBR thay đổi hàm lượng S 54 Bảng 3.15 Thông số q trình lưu hóa blend cao su EPDM/SBR 57 Bảng 3.16 Hệ số già hóa blend thay đổi hàm lượng ZnO 61 Bảng 3.17 Hệ số già hóa blend EPDM/SBR thêm Fe3O4 67 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cơng thức tổng qt cao su EPDM Hình 1.2 Cấu trúc hóa học dien ENB Hình 1.3 Cấu trúc hóa học 1,4 – hexadien Hình 1.4 Cấu tạo hóa học DCPD Hình 1.5 Gioăng cho cửa xe 11 Hình 1.6 Sân chơi trẻ em nhà với sàn cao su EPDM 11 Hình 1.7 Khớp nối mềm cao su EPDM 12 Hình 1.8 Sơ đồ chế lưu hóa cao su EPDM peroxit 13 Hình 1.9 Phản ứng tổng hợp cao su SBR 14 Hình 1.10 Cơng thức hóa học DCP 18 Hình 1.11 Cơng thức hóa học DM 21 Hình 1.12 Cơng thức cấu tạo C6H12N2S4 22 Hình 1.13 Cơng thức cấu tạo chất phịng lão 4020 22 Hình 1.14 Công thức nhựa EM331 24 Hình 2.1 Máy trộn kín Labo Plastomill 4M150 26 Hình 2.2 Quy trình chế tạo mẫu cao su EPDM 27 Hình 2.3 Quy trình chế tạo mẫu cao su SBR 28 Hình 2.4 Quy trình chế tạo blend cao su EPDM/SBR 29 Hình 2.5 Khn chế tạo mẫu cho phép đo độ bền bám dính 29 Hình 2.6 Cáp thép dùng chế tạo mẫu dùng cho phép đo độ bền bám dính 30 Hình 2.7 Hình dạng blend cao su EPDM/SBR sau ép lưu hóa 30 Hình 2.8 Hình dạng mẫu đo độ bền kéo đứt 31 Hình 2.9 Máy đo độ bền kéo INSTRON 31 Hình 2.10 Hình dạng mẫu đo độ bền xé 32 Hình 2.11 Máy đo độ cứng Shore A 33 Hình 2.12 Máy đo mài mịn APGI GOTECH 34 Hình 2.13 Kính hiển vi điện tử quét SEM 35 Hình 2.14 Kính hiển vi quang học điện tử 35 Hình 3.1 Đường cong lưu hóa cao su 6160D 5260Q 36 Hình 3.2 Hình thái học cao su EPDM trước (a) sau (b) lão hóa 39 Hình 3.3 Đường cong lưu hóa cao su SBR 40 iv Hình 3.4 Đặc trưng lưu hóa cao su EPDM 6160D cao su SBR 43 Hình 3.5 Độ bền kéo mô đun 300% blend cao su EPDM/SBR tỷ lệ 44 Hình 3.6 Độ bền xé blend cao su EPDM/SBR tỷ lệ 44 Hình 3.7 Độ dãn dài blend cao su tỷ lệ 45 Hình 3.8 Độ dãn dư độ cứng blend cao su EPDM/SBR tỷ lệ 46 Hình 3.9 Độ mài mòn blend cao su EPDM/SBR tỷ lệ 47 Hình 3.10 Hình thái học blend cao su EPDM/SBR tỷ lệ 90/10 trước (a) sau (b) lão hóa 49 Hình 3.11 Độ bền kéo blend cao su EPDM/SBR thay đổi pkl S 51 Hình 3.12 Độ bền xé blend EPDM/SBR thay đổi pkl S 52 Hình 3.13 Độ dãn dài blend cao su EPDM/SBR thay đổi pkl S 52 Hình 3.14 Độ dãn dư độ cứng blend EPDM/SBR thay đổi pkl S 53 Hình 3.15 Độ mài mịn blend EPDM/SBR thay đổi hàm lượng S 54 Hình 3.16 Độ bền bám dính blend EPDM/SBR lên thép thay đổi hàm lượng S 55 Hình 3.17 Hình thái bề mặt phá hủy mẫu đo bám dính blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng S 56 Hình 3.18 Đặc trưng lưu hóa blend cao su EPDM/SBR với thay đổi hàm lượng ZnO 57 Hình 3.19 Độ bền kéo blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng ZnO 58 Hình 3.20 Độ bền xé blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng ZnO 59 Hình 3.21 Độ dãn dài blend EPDM/SBR thay đổi hàm lượng ZnO 59 Hình 3.22 Độ dãn dư độ cứng blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng ZnO 60 Hình 3.23 Độ mài mòn blend EPDM/SBR thay đổi hàm lượng ZnO 61 Hình 3.24 Độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR với thép thay đổi hàm lượng ZnO 62 Hình 3.25 Hình thái bề mặt phá hủy mẫu đo bám dính blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng ZnO 63 Hình 3.26 Độ bền kéo blend EPDM/SBR thêm Fe3O4 64 Hình 3.27 Độ bền xé blend EPDM/SBR thêm Fe3O4 65 Hình 3.28 Độ dãn dài blend EPDM/SBR thêm Fe3O4 65 v Hình 3.29 Độ dãn dư độ cứng blend EPDM/SBR thêm Fe3O4 66 Hình 3.30 Độ mài mịn blend cao su EPDM/SBR thêm Fe3O4 66 Hình 3.31 Độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR thêm Fe3O4 68 Hình 3.32 Hình thái bề mặt phá hủy mẫu đo độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng Fe3O4 68 vi MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung blend 1.1.1 Những khái niệm bản 1.1.2 Những yếu tố ảnh hưởng tới tính chất vật liệu polyme blend.1 1.1.3 blend Các phương pháp xác định khả tương hợp polyme 1.1.4 Các phương pháp tăng cường khả tương hợp blend 1.1.5 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend 1.1.6 Ưu điểm vật liệu polyme blend 1.1.7 Các nghiên cứu blend cao su EPDM/SBR nước nước 1.2 Cao su etylen propylen dien monome(EPDM) 1.2.1 Giới thiệu chung cao su EPDM 1.2.2 Phân loại cao su EPDM 1.2.3 Tính chất cao su EPDM 1.2.4 Ứng dụng cao su EPDM 10 1.2.5 Q trình lưu hóa cao su peroxit 12 1.2.6 Công nghệ sản xuất cao su EPDM 13 1.3 Cao su styren butadien (SBR) 14 1.3.1 Giới thiệu chung 14 1.3.2 Phương pháp tổng hợp cao su SBR 14 1.3.3 Tính chất bản cao su SBR 16 1.3.4 Ứng dụng 16 1.4 Chất lưu hóa 17 1.4.1 Chất lưu hóa DCP 17 1.4.2 Chất lưu hóa lưu huỳnh 18 1.5 su Một số hóa chất phụ gia khác sử dụng chế tạo vật liệu cao 19 1.5.1 Chất trợ xúc tiến 19 1.5.2 Chất xúc tiến 20 vii Có thể giải thích ngun nhân ZnO đóng vai trị chất trợ xúc tiến q trình lưu hóa, với có mặt hệ xúc tiến TMTD/DM xúc tiến có tốc độ lưu hóa nhanh nên thay đổi hàm lượng ZnO không ảnh hưởng nhiều đến chế độ lưu hóa blend Mặt khác, tỷ lệ EPDM/SBR lựa chọn 90/10 với thành phần chiếm tỷ lệ lớn EPDM – loại cao su lưu hóa tương đối khó độ khơng no thấp, thời gian lưu hóa dài sử dụng chất lưu hóa peroxit nên ZnO có ảnh hưởng đến chế độ lưu hóa hệ blend Từ đó, lựa chọn chế độ lưu hóa tối ưu chung cho blend 25 phút 160oC để đảm bảo chế độ lưu hóa cho pha EPDM 3.4.2 Ảnh hưởng hàm lượng ZnO đến tính chất học blend cao su EPDM/SBR 3.4.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng ZnO đến độ bền kéo blend EPDM/SBR Kết quả khảo sát ảnh hưởng ZnO đến độ bền kéo blend cao su EPDM/SBR thể Hình 3.19: Độ bền kéo (MPa) 16.00 16.72 15.02 15.23 14.86 14.81 14.76 10 12.00 8.00 4.00 0.00 Hàm lượng ZnO (pkl) Hình 3.19 Độ bền kéo blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng ZnO Nhận thấy, đơn phối liệu EPDM/SBR với 5pkl ZnO cho tính chất độ bền kéo tốt (16,72 MPa) Khi tăng hàm lượng ZnO độ bền kéo giảm dần Điều giải thích là: ZnO có tác dụng chất trợ xúc tiến lưu hóa đồng thời cịn chất rắn vơ cơ, lượng ZnO khơng tham gia vào q trình lưu hóa tồn vật liệu khơng có liên kết hóa học với polyme hỗn hợp cao su, làm suy giảm tương tác phân tử cao su, bên cạnh kết tụ ZnO tự thành tập hợp tạo nên vết nứt tế vi làm vật liệu bị phá hủy trình đo mẫu khiến độ bền kéo giảm Vì vậy, tiếp tục tăng ZnO, lượng ZnO khơng tham gia q trình lưu hóa nhiều khiến độ bền kéo giảm nhiều 3.4.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng ZnO đến độ bền xé blend EPDM/SBR Kết quả độ bền xé blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng ZnO thể hình đây: 58 Độ bền xé (N/mm) 90.0 76.3 81.7 81.5 76.4 75.0 67.7 67.2 10 60.0 45.0 30.0 15.0 0.0 Hàm lượng ZnO (pkl) Hình 3.20 Độ bền xé blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng ZnO Qua đồ thị nhận thấy, độ bền xé blend có thay đổi không đáng kể thay đổi hàm lượng ZnO từ đến 8pkl, sau độ bền xé có giảm mạnh mẫu có hàm lượng ZnO 10pkl Khi tăng hàm lượng ZnO từ đến 8pkl, độ bền xé mẫu cao su có thay đổi Có thể giải thích chế độ lưu hóa khơng thay đổi, làm mật độ liên kết blend khơng có thay đổi nhiều khiến độ bền xé ổn định Thậm chí ZnO tự ban đầu cịn có tác dụng ngăn chặn phá hủy phát triển làm độ bền xé tăng nhẹ Tuy nhiên, lượng ZnO nhiều (ở mẫu có 10pkl ZnO), phần ZnO tự không tham gia tạo liên kết làm tăng độ nhớt cao su, q trình lưu hóa bị cản trở phần khiến mật độ mạng không gian giảm khiến độ bền xé giảm mạnh tỷ lệ Điều hoàn toàn phù hợp với kết quả đo MH giảm dần tăng hàm lượng ZnO q trình xác định đặc trưng lưu hóa mục 3.4.1 3.4.2.3 Ảnh hưởng hàm lượng ZnO tới độ dãn dài blend EPDM/SBR Kết quả ảnh hưởng hàm lượng ZnO tới độ dãn dài blend EPDM/SBR thể Hình 3.21 đây: Độ dãn dài (%) 1200 1050 1084 1082 1021 1063 1062 10 1000 800 600 400 200 Hàm lượng ZnO (pkl) Hình 3.21 Độ dãn dài blend EPDM/SBR thay đổi hàm lượng ZnO 59 Độ dãn dài blend cao su EPDM/SBR khơng có thay đổi đáng kể Bởi phần lớn lượng ZnO tham gia trợ xúc tiến lưu hóa, nên lượng ZnO cịn lại ảnh hưởng đến độ dãn dài blend 3.4.2.4 Ảnh hưởng hàm lượng ZnO tới độ dãn dư độ cứng blend EPDM/SBR Kết quả khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ZnO tới độ dãn dư độ cứng blend EPDM/SBR thể hình 3.22 đây: 75.0 58.7 57.3 61.3 60.7 57.3 45.0 61.0 40.0 35.0 45.0 30.0 25.5 30.0 25.0 23.8 23.3 23.1 17.0 17.5 15.0 20.0 15.0 Độ dãn dư (%) Độ cứng (ShoreA) 60.0 50.0 10.0 5.0 0.0 0.0 Hàm lượng ZnO (pkl) Độ cứng Shore A 10 Độ dãn dư Hình 3.22 Độ dãn dư độ cứng blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng ZnO Qua đồ thị trên, nhận thấy thay đổi hàm lượng ZnO ảnh hưởng đến độ cứng độ dãn dư blend cao su EPDM/SBR hàm lượng từ – 7pkl ZnO Tuy nhiên hàm lượng ZnO cao làm giảm độ dãn dư độ cứng có tăng lên đáng kể Mẫu blend hàm lượng ZnO 9pkl cho độ dãn dư thấp (17%) độ cứng cao (61,3 Shore A) Khi tăng hàm lượng ZnO từ đến 10pkl độ dãn dư có xu hướng tăng lên, độ cứng giảm Có thể giải thích điều ZnO chất rắn vô cơ, lượng ZnO nhiều cao su cứng Đồng thời, ZnO cản trở dịch chuyển mạch phân tử, ngăn cản trượt phân tử, làm giảm biến dạng chảy nhớt mẫu, tăng khả hồi phục vật liệu khiến độ dãn dư giảm 3.4.2.5 Ảnh hưởng hàm lượng ZnO tới độ mài mòn blend EPDM/SBR Kết quả khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ZnO tới độ mài mòn blend thay đổi hàm lượng ZnO thể Hình 3.23: 60 0.060 0.053 0.053 0.050 Độ mài mòn (g/ctr) 0.050 0.040 0.033 0.037 0.040 0.030 0.020 0.010 0.000 10 Hàm lượng ZnO (pkl) Hình 3.23 Độ mài mòn blend EPDM/SBR thay đổi hàm lượng ZnO Khi tăng hàm lượng ZnO, khả chịu mài mòn vật liệu giảm dần Do lượng ZnO khơng tham gia vào q trình lưu hóa tăng lên khuếch tán lên bề mặt vật liệu bắt đầu hình thành khuyết tật bề mặt vật liệu, có lực ma sát với bề mặt nhám làm bề mặt vật liệu dễ bị phá hủy Mặt khác mức độ khâu mạch bị suy giảm hàm lượng ZnO lớn làm độ mài mòn tăng cao, thể hàm lượng từ – 10pkl ZnO Kết quả phù hợp với kết quả đo độ bền xé 3.4.3 Ảnh hưởng hàm lượng ZnO đến hệ số già hóa blend EPDM/SBR Các mẫu blend thực lão hóa nhiệt điều kiện 150oC 168 Kết quả thay đổi độ bền kéo trước sau q trình lão hóa thể bảng 3.16 đây: Bảng 3.16 Hệ số già hóa blend thay đổi hàm lượng ZnO Độ bền kéo, MPa Hàm lượng ZnO, pkl Trước (Z ) Sau (Z2) Hệ số già hóa Kb 16,7 14,2 0,85 15,0 12,9 0,86 15,2 13,0 0,86 14,9 11,8 0,80 14,8 11,9 0,80 10 14,8 11,5 0,78 61 Kết quả cho thấy ZnO ảnh hưởng khơng đáng kể đến khả chịu lão hóa vật liệu hàm lượng từ – 7pkl Nhìn chung, ZnO có mặt hỗn hợp cao su với vai trị chất trợ xúc tiến, phần ZnO dư có mặt vật liệu chưa đủ nhiều để gây ảnh hưởng đến khả chịu lão hóa nhiệt vật liệu, chí cịn đóng vai trò dẫn nhiệt khuếch tán nhiệt vật liệu giúp vật liệu chịu lão hóa tốt nên hệ số già hóa có tăng nhẹ Ở hàm lượng – 10pkl ZnO có giảm nhẹ hệ số già hóa lúc hàm lượng ZnO tự có mặt hỗn hợp blend cao su đủ lớn trở thành xúc tác thúc đẩy trình lão hóa nhiệt xảy Vậy để đảm bảo cho khả chịu lão hóa nhiệt vật liệu, đề xuất lựa chọn hàm lượng ZnO – 7pkl phù hợp 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ZnO đến độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR với thép Độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR với thép thay đổi hàm lượng ZnO thể hình 3.24 đây: Độ bền bám dính (N/mm) 45.0 40.0 36.7 35.7 39.2 39.9 35.0 33.3 34.9 10 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 Hàm lượng ZnO (pkl) Hình 3.24 Độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR với thép thay đổi hàm lượng ZnO Từ đồ thị trên, nhận thấy độ bền bám dính blend cao su lên sợi thép tăng thêm ZnO vào đạt cực đại mẫu có – 8pkl ZnO, sau giảm dần Khi tăng hàm lượng ZnO blend, lượng ZnO tự tạo lớp chuyển tiếp khuếch tán lên bề mặt cao su giúp nâng cao khả tương tác với bề mặt sợi thép, qua tăng độ bám dính với thép cho vật liệu Tuy nhiên hàm lượng – 10pkl ZnO, độ bám dính khơng cịn tăng lên mà cịn có xu hướng giảm lớp chuyển tiếp tạo thành đủ hàm lượng ZnO lớn dẫn đến hình thành tập hợp kết tụ có độ bền thấp nên dễ dàng bị phá hủy Mặt khác, suy giảm tính hàm lượng – 10pkl ZnO, dẫn đến pha cao su chịu ứng suất phá hủy khiến độ bền bám dính giảm Dưới bề mặt phá hủy mẫu đo độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR lên thép hàm lượng ZnO 5pkl 7pkl quan sát kính hiển vi quang học: 62 Mẫu vật liệu 5pkl ZnO Mẫu vật liệu 7pkl ZnO Hình 3.25 Hình thái bề mặt phá hủy mẫu đo bám dính blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng ZnO Tại bề mặt phá hủy mẫu vật liệu có 5pkl ZnO, lớp cao su lại bám bề mặt sợi thép mẫu 7pkl Ở mẫu có 7pkl ZnO, lớp cao su lại sợi thép vị trí bám vào rãnh thép nên chịu lực kéo rút tốt Có thể thấy khác biệt so với phương pháp nâng cao độ bám dính với thép blend cách thay đổi hàm lượng lưu huỳnh ZnO có khả tạo nên lớp chuyển tiếp oxit kim loại để tăng tương tác với bề mặt sợi thép, tức tương tác tương tác vật lý, nên khả nâng cao độ bám dính với sợi thép blend không nhiều tác động lưu huỳnh (hình thành liên kết hóa học Cu-S) Nhưng ZnO lại có ưu điểm diện cả hai pha cao su, nâng cao độ bám dính cho tồn bề mặt blend, thể rõ qua ảnh hiển vi chụp mẫu vật liệu 7pkl ZnO, lớp cao su bám lại có xu hướng mỏng trải bề mặt khe sợi thép thay khối rời rạc bám lại bề mặt sợi thép mẫu có 5pkl ZnO Từ kết quả nghiên cứu trên, nhận thấy blend cao su EPDM/SBR cho kết quả độ bền bám dính tính chất lí ổn định mẫu có 7pkl ZnO (độ bền bám dính 39,2 N/mm, độ bền kéo 15,2 MPa, tính chất dãn dài, dãn dư độ chịu mài mòn khơng thay đổi nhiều, hệ số già hóa đạt 0,86) Vì vậy, lựa chọn hàm lượng 7pkl ZnO cả hai đơn phối liệu EPDM SBR hàm lượng thích hợp để chế tạo blend nâng cao độ bám dính với thép khảo sát 3.5 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến tính chất lí blend cao su EPDM/SBR Bên cạnh việc nâng cao độ bám dính cho vật liệu blend EPDM/SBR với thép cách thay đổi thành phần sẵn có đơn phối liệu, sử dụng thêm phụ gia để nâng cao độ bám dính với thép oxit sắt từ Fe3O4, oxit kim loại có bản chất giống với thép có từ tính đưa vào hợp phần cao su với kỳ vọng nhằm tăng khả tương tác với bề mặt sợi thép, qua cải thiện độ bền bám dính blend cao su lên sợi thép 63 Trong nghiên cứu khảo sát Fe3O4 hàm lượng 1, 2, 4, 6pkl để so sánh với mẫu không thêm Fe3O4 Hàm lượng S sử dụng đơn phối liệu SBR 1,2pkl, hàm lượng ZnO 7pkl với cả hai đơn phối liệu EPDM SBR 3.5.1 Ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến tính chất học blend EPDM/SBR 3.5.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến độ bền kéo blend EPDM/SBR Kết quả ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến độ bền kéo blend cao su EPDM/SBR thể hình 3.26: 20.0 Độ bền kéo (MPa) 16.0 15.2 15.5 15.6 16.7 16.8 12.0 8.0 4.0 0.0 Hàm lượng Fe3O4 (pkl) Hình 3.26 Độ bền kéo blend EPDM/SBR thêm Fe3O4 Có thể nhận thấy, độ bền kéo blend cao su EPDM/SBR cải thiện thêm Fe3O4 vào hợp phần cao su Điều giải thích hàm lượng nhỏ, Fe3O4 đóng vai trị loại chất độn gia cường lấp khuyết tật lòng vật liệu, làm giảm vết nứt tế vi, làm độ bền vật liệu tăng lên Các hạt độn Fe3O4 có liên kết lỏng lẻo với cao su liên kết cao su – cao su, đó, có ứng suất tác dụng, hạt độn bị bứt khỏi phân tử cao su, qua giải tỏa ứng suất cho cao su nên vật liệu không bị phá hủy chịu ứng suất cao Mặt khác, Fe3O4 oxit kim loại có khả dẫn nhiệt tốt nên việc khuếch tán nhiệt lòng vật liệu diễn đồng đều, nâng cao hiệu quả q trình lưu hóa Từ giúp cải thiện độ bền vật liệu 3.5.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến độ bền xé blend EPDM/SBR Kết quả ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến độ bền xé blend cao su EPDM/SBR thể hình 3.27: 64 70.0 64.9 62.5 63.4 65.7 64.3 Độ bền xé (N/mm) 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 Hàm lượng Fe3O4 Hình 3.27 Độ bền xé blend EPDM/SBR thêm Fe3O4 Khi thêm Fe3O4 từ – 6pkl vào hợp phần cao su, nhận thấy độ bền xé có thay đổi không đáng kể Ở hàm lượng Fe3O4 4pkl, độ bền xé blend cao su EPDM/SBR có chênh lệch 4,7% Nhìn chung, Fe3O4 khơng có ảnh hưởng nhiều đến mật độ liên kết vật liệu nên khơng làm thay đổi tính chất xé vật liệu 3.5.1.3 Ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến độ dãn dài blend EPDM/SBR Kết quả ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến độ dãn dài blend cao su EPDM/SBR thể hình 3.28: 1200 1082 1096 1023 1050 1030 Độ dãn dài (%) 1000 800 600 400 200 Hàm lượng Fe3O4 (pkl) Hình 3.28 Độ dãn dài blend EPDM/SBR thêm Fe3O4 Có thể nhận thấy, thêm Fe3O4 vào hỗn hợp cao su, độ dãn dài blend có xu hướng giảm nhẹ hay độ mềm dẻo cao su giảm Điều hồn tồn phù hợp Fe3O4 chất rắn vơ cơ, khơng tham gia vào phản ứng lưu hóa nên khơng q trình trộn hợp, hàm lượng nhiều gây cản trở dịch chuyển duỗi phân tử cao su khiến độ dãn dài giảm Vì vậy, nhiều Fe3O4 độ dãn dài thấp 65 3.5.1.4 Ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến độ dãn dư độ cứng blend EPDM/SBR Kết quả ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến độ dãn dư độ cứng blend cao su EPDM/SBR thể hình 3.29: 70.0 50.0 59.7 57.0 45.0 40.0 50.0 35.0 30.0 40.0 26.3 23.3 30.0 22.3 23.0 22.2 25.0 20.0 15.0 20.0 Độ dãn dư (%) Độ cứng (ShoreA) 58.0 57.3 60.0 59.3 10.0 10.0 5.0 0.0 0.0 Độ cứng Shore A Hàm lượng Fe3O4 (pkl) Độ dãn dư Hình 3.29 Độ dãn dư độ cứng blend EPDM/SBR thêm Fe3O4 Khi cho thêm Fe3O4 vào hợp phần cao su, nhận thấy độ dãn dư vật liệu có giảm nhẹ, giải thích Fe3O4 hợp phần chắt rắn vơ cơ, cản trở q trình chảy trượt mạch đại phân tử Độ cứng cao su có tăng nhẹ thêm Fe3O4 vào, thêm Fe3O4 vào đóng vai trị chất độn khiến độ cứng vật liệu tăng lên Tuy nhiên, lượng Fe3O4 đưa vào hàm lượng nhỏ nên độ cứng tăng khơng đáng kể Nhìn chung, có mặt Fe3O4 khơng có ảnh hưởng đáng kể đến khả hồi phục độ cứng vật liệu blend EPDM/SBR 3.5.1.5 Ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến độ mài mòn blend EPDM/SBR Khả chịu mài mòn blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng Fe3O4 thể hình 3.30: 0.050 0.040 0.042 0.041 0.042 0.040 Độ mài mòn (g/ctr) 0.040 0.030 0.020 0.010 0.000 Hàm lượng Fe3O4 (pkl) Hình 3.30 Độ mài mòn blend cao su EPDM/SBR thêm Fe3O4 66 Khi thêm Fe3O4 vào hợp phần cao su, khả chịu mài mịn vật liệu nhìn chung có giảm nhẹ khơng đáng kể Có thể kết luận hàm lượng nhỏ 6pkl Fe3O4 độ chịu mài mịn khơng thay đổi 3.5.2 Ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến hệ số già hóa độ bền kéo blend EPDM/SBR Ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến thay đổi độ bền kéo blend EPDM/SBR tác động lão hóa nhiệt trình bày bảng 3.17, mẫu đặt lão hóa nhiệt điều kiện 150oC 168 Bảng 3.17 Hệ số già hóa blend EPDM/SBR thêm Fe3O4 Độ bền kéo, MPa Hàm lượng Fe3O4, pkl Trước (Z1) Sau (Z2) Hệ số già hóa Kb 15,23 13,03 0,86 15,48 12,53 0,81 15,64 12,47 0,80 16,66 12,5 0,75 16,80 13,03 0,77 Hệ số già hóa blend cao su EDPM/SBR khơng có mặt Fe3O4 tốt nhất, khả chịu lão hóa giảm dần tăng hàm lượng Fe3O4 Nhìn chung Fe3O4 nhiều khơng có lợi cho khả chịu lão hóa nhiệt vật liệu Có thể kết luận thêm Fe3O4 vào hỗn hợp cao su, tính chất lí cao su có cải thiện khơng nhiều Nhìn chung Fe3O4 đưa vào blend với mục đích nâng cao độ bền bám dính với sợi thép nên phụ gia tác động tới tính chất blend EPDM/SBR ưu điểm Tuy nhiên để đảm bảo khả chịu lão hóa nhiệt vốn ưu điểm EPDM, hàm lượng Fe3O4 nên sử dụng với hàm lượng thấp 3.5.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng Fe3O4 đến độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR Kết quả độ bền bám dính thể hình 3.31 đây: 67 50.0 Độ bền bám dính (N/mm) 45.0 40.0 43.8 39.2 40.3 45.3 37.8 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 Hàm lượng Fe3O4 (pkl) Hình 3.31 Độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR thêm Fe3O4 Độ bền bám dính với thép blend cải thiện tốt thêm Fe3O4 vào hỗn hợp cao su tương tác tốt Fe3O4 sợi thép Oxit sắt từ có bản chất tương đồng với thép nên tăng khả tương tác kết hợp với hợp chất có từ tính nên tạo nên lực hút tĩnh điện với thép cải thiện đáng kể độ bền bám dính blend với cáp thép Độ bền bám dính cải thiện tăng dần đạt giá trị tốt hàm lượng 4pkl Fe3O4 45,3 N/mm Tuy nhiên, độ bám dính bị giảm tiếp tục tăng hàm lượng Fe3O4 6pkl Bởi Fe3O4 nhiều dẫn đến hình thành tập hợp kết tụ gây phá hủy bề mặt liên kết dán Dưới bề mặt phá hủy mẫu đo độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR lên thép chưa cho Fe3O4 cho thêm 2pkl Fe3O4: Mẫu vật liệu chưa thêm Fe3O4 Mẫu vật liệu thêm 2pkl Fe3O4 Hình 3.32 Hình thái bề mặt phá hủy mẫu đo độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR thay đổi hàm lượng Fe3O4 Lớp cao su lại bề mặt phá hủy mẫu có 2pkl Fe3O4 nhiều đáng kể so với mẫu khơng có Fe3O4, cao su không bám nhiều rãnh mẫu khơng có Fe3O4 mà cịn để lại lớp mỏng bề mặt sợi thép Điều chứng tỏ tương tác pha cao su với thép cải thiện đáng kể với có 68 mặt Fe3O4, chí nhận thấy bề mặt phá hủy mẫu cho thêm 2pkl Fe3O4 có phần vảy đồng lực kéo rút lớn, khiến vài vị trí đồng mạ khơng sợi thép bị tróc Từ kết quả khảo sát tính bám dính blend cao su EPDM/SBR, nhận thấy blend cao su EPDM/SBR thêm Fe3O4 hàm lượng 2pkl cho tính chất lí ổn định (độ bền kéo 15,6 MPa, tính chất xé, dãn dài, mài mòn khả hồi phục khơng thay đổi) độ bền dám dính tốt (43,8 N/mm) khả chống chịu lão hóa tốt Tuy hàm lượng 4pkl Fe3O4 có độ bền bám dính tốt chút hệ số già hóa lại thấp đáng kể Do đó, để đảm bảo cân khả bám dính với thép khả chịu lão hóa nhiệt blend, đề xuất lựa chọn hàm lượng Fe3O4 2pkl hàm lượng phù hợp để nâng cao độ bền bám dính cho blend cao su EPDM/SBR với thép 69 KẾT LUẬN Đã khảo sát hai loại EPDM 5260Q 6160D Loại cao su EPDM 6160D cho tính chất học tốt bao gồm độ bền kéo, độ dãn dài, khả hồi phục khả chịu lão hóa nhiệt phù hợp đưa vào chế tạo blend EPDM/SBR Đã khảo sát hai đơn cao su SBR có khơng bổ sung dầu trợ gia công nhựa EM331 Các chất bổ sung làm giảm tính chất học vật liệu Do chọn đơn phối liệu khơng có dầu trợ gia công nhựa EM331 để đưa vào chế tạo blend EPDM/SBR Đã chế tạo thành công vật liệu blend EPDM/SBR với tính chất tốt tỉ lệ EPDM/SBR = 90/10 với độ bền kéo 17,5 MPa, độ mài mịn G = 0,03 g/ctr có hệ số già hóa Kb = 0,85 Blend chế tạo thể ưu điểm hai cao su thành phần khả kháng xé, hồi phục tốt chịu mài mòn tốt cao su SBR có khả chịu lão hóa nhiệt tốt cao su EPDM Nghiên cứu nâng cao độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR thơng qua ảnh hưởng ba yếu tố: hàm lượng S, hàm lượng ZnO hàm lượng sắt từ oxit thu kết luận sau: • Blend EPDM/SBR hàm lượng 1,2pkl S cho khả bám dính tốt với sợi thép tính chất lí ổn định độ bền kéo 16,7 MPa, độ mài mòn G = 0,033 g/ctr hệ số già hóa đạt 0,86 • Ở hàm lượng ZnO 7pkl độ bền bám dính cải thiện bản chất bám dính blend với thép thay đổi theo chiều hướng đồng Đây ưu ZnO so với S có mặt cả hai đơn phối liệu hai cao su thành phần • Đã khảo sát hàm lượng Fe3O4 ảnh hưởng tới tính chất lý blend cao su EPDM/SBR Khi thêm Fe3O4 vào hợp phần cao su, nhận thấy Fe3O4 cải thiện độ bền kéo cho vật liệu không ảnh hưởng tới tính chất học khác, nhiên Fe3O4 làm suy giảm khả chịu lão hóa nhiệt vật liệu Độ bền bám dính blend nâng cao đáng kể tương tác tĩnh điện Fe3O4 sợi thép Hàm lượng Fe3O4 = 2pkl hàm lượng phù hợp để nâng cao độ bền bám dính cho vật liệu mà giữ ưu điểm tính chất lý blend cao su EPDM/SBR Độ bền bám dính thay đổi sau điều chỉnh hàm lượng S, ZnO bổ sung Fe3O4 thể bảng sau: Blend ban đầu Điều chỉnh S Điều chỉnh ZnO Thêm Fe3O4 Độ bền bám dính 32,1 36,7 39,2 43,8 (N/mm) 70 Thơng qua biện pháp nâng cao độ bền bám dính với thép vật liệu, độ bền bám dính blend cuối chế tạo cải thiện 36,5% so với ban đầu, thấy vật liệu chế tạo thể ưu điểm hai loại cao su thành phần độ chịu mài mòn khả hồi phục SBR, khả chịu lão hóa nhiệt EPDM khả bám dính với thép cải thiện đáng kể 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Thái Hoàng, Vật liệu polyme blend, Nhà xuất bản khoa học tự nhiên công nghệ, 2008 Đỗ Quang Kháng, Nguyễn Văn Khôi, Đỗ Trường Thiện (1995), Vật liệu tổ hợp polyme – ưu điểm ứng dụng, Tạp chí hoạt động khoa học, số 10, Tr 37 – 41 Nguyễn Hữu Trí, Cơng nghệ cao su thiên nhiên, Nhà xuất bản trẻ , 2008 Maurice Morton, Rubber technology, third edition, New York, 1987 Nguyễn Thạc Kim, Nguyễn Phi Trung, Trần Thanh Sơn, Hoàng Thị Ngọc Lân, Nguyễn Vũ Giang, Trịnh Sơn Hà (2001), Tạp chí Hóa học, T.39, số 1, Tr – 13 Bùi Chương, Đặng Việt Hưng, Nguyễn Phạm Duy Linh, Công nghệ Kỹ thuật vật liệu cao su, Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội, 2021 Overview on EPDM Rubber, Ram Charan production development information volume 3, 2015 John S.Dick, Rubber Technology: Compounding and Testing for Performance, Carl Hanser Verlag GmbH & Co.HG, 2009 Phạm Anh Tuấn, Bùi Chương, Nguyễn Huy Tùng, Giáo trình hóa lý polyme, Nhà xuất bản khoa học tự nhiên công nghệ, 2020 10 D E El-Nashar, Polymer-Plastics Technology and Engineering, pp 1425-1441, 2005 11 G K Y H K D S & K Y C Park, "Morphology and Vulcanizate properties of Ethylene-propylene-diene rubber/ Styrene-Butadiene Rubber Blends," Jounal of Nanoscience and Nanotechnology, vol 5, no 10, pp 3720-3722, 2010 72 ... tải cao su Từ thực tế cho thấy, ? ?Nghiên cứu nâng cao độ bền bám dính với thép blend cao su EPDM/SBR” vấn đề quan trọng cần thực xi Nội dung nghiên cứu Luận văn: Khảo sát lựa chọn loại cao su. .. tạo blend cao su EPDM/SBR Mẫu blend sau trộn hợp blend đem cán xuất Sau ép lưu hóa 160oC 25 phút với áp su? ??t 10 MPa 2.3.3.1 Chế tạo blend cao su EPDM/SBR sử dụng phép đo độ bền bám dính cao su. .. tích có độ xác 0,1mg Sau mài mịn hết hành trình máy (100 vịng) mẫu lấy lau cân lại 2.3.4.8 Phương pháp xác định độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR lên thép Độ bền bám dính blend cao su EPDM/SBR