l. ỉ Lịch sử phát triên, khái niệm về keo dán
1.3.3 Tính chất
- Tính chất vật lí của keo dán từ NBR :
Keo cao su NBR thường dùng dười dạng dung dung dịch trong xeton RNO2, RC1,... Hàm khô thông dụng là 20-35% trong metyletylxeton hoặc hàm khô đến cỡ 40-45% trong dung môi nitro hóa.
Tính chất vật lý của keo dán từ NBR phụ thuộc vào hàm lượng nhóm - CN có trong mạch đại phân tử cũng như khối lượng phân tử của vật liệu. Tùy
-Tích chất cơ học của keo dán từ NBR :
Nhóm nitril tăng làm tăng độ cứng, mật độ đan lưới khi lưu hóa nóng, tăng khă năng chịu dầu mỡ, độ bền chống mài mòn và khoảng đàn hồi cho vật liệu.
1.3.4 ủ n g dụng
Cao su tổng họp butadien- acrylonitril (cao su nitril - NBR) là loại cao su phân cực mạnh, dễ dàng tương hợp với nhiều polyme tổng hợp (nhựa PF, RF, PVC, nhựa alkyd, polyester...) cho nhiều tổ hợp keo dán có giá trị cao trong công nghiệp.
Keo tống họp trên cơ sở NBR cho phép dán nhiều nền vật liệu khác nhau n h ư :
- Thép, inox, họp kim nhôm
- Các chi tiết khí tài hàng không, phi cơ - Ket dính các hạt mài, chế tạo đá mài - Dán má phanh các loại
- Dán cao su kim loại, chất dẻo, da, g ỗ ... - Dán giày dép, vải giấy, da, cactông
Ngoài các ứng dụng làm keo dán kim loại, cao su-kim loại cao su NBR còn được dùng pha chế làm keo dán PVC (đơn keo thông thường gồm NBR/PVC/PVA có tỷ lệ 1:1:1).
1.4 Tình hình nghiên cứu chế tạo và ứng dụng của keo dán từ NBR
1.4.1 Trên thế giới
Số liệu thống kê cho thấy, mức tăng trưởng sản lượng keo dán hàng năm trên thị trường tăng. Trên thế giới, keo dán đã được nghiên cún và ứng dụng rộng rãi.
1.4.2 Trong nước
Trong nhũng năm gần đây, để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, nhiều công trình nghiên cứu chế tạo và ứng dụng keo dán đã được tiến
hành mạnh mẽ ở nước ta. Nhiều công trình nghiên cún đã được úng dụng rộng rãi vào thực tế sản xuất và đã mang lại những hiệu quả kinh tế đáng ghi nhận.
Việc nghiên cứu chế tạo keo dán từ NBR có khả năng bền với dầu mỡ và môi trường mới chỉ bắt đầu. Nhìn chung các keo dán trên cơ sở NBR có rất nhiều ưu điểm vì vậy đã được ứng dụng vào thực tế cũng như sản xuất một số sản phẩm keo dán kỹ thuật. Nó đã tham gia vào hầu hết mỗi hoạt động của con người, cả trong sinh hoạt hàng ngày đến hoạt động sản xuất, công nghệ và kỹ thuật đỉnh cao.
Các tác giả thuộc Viện Hóa Học vật liệu môi trường (Trung tâm khoa học kỹ thuật và công nghệ Quân sự) hiện đang nghiên cún chế tạo keo dán NBR tạo ra keo dán bền dầu mỡ. Keo này cho phép dán nhiều nền vật liệu khác nhau.
Nhận xét chung:
Từ những nội dung trên cho thấy NBR là một loại cao su có tính năng cơ lý kỹ thuật cao, đặc biệt khả năng bền dầu mỡ và môi trường. Do vậy loại vật liệu này đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau. Riêng trong lĩnh vực keo dán, NBR cũng đã được ứng dụng khá rộng rãi cho khả năng bám đinh cao của nó trên nhiều loại vật liệu. Tuy nhiên ở Việt Nam, cho tới nay chưa thấy có những công bố về nghiên cứu chế tạo và ứng dụng loại keo dán này.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế, cần một loại keo dán để kết dính các loại vải, mành polyester (PSE) và polyamide (PA), việc định hướng nghiên cứu sử dụng loại keo dán từ NBR sẽ được nghiên cứu trong khóa luận này.
C H Ư Ơ N G 2
V Ặ T L IỆ U V À P H Ư Ơ N G P H Á P N G H IÊ N c ứ u 2.1 Thiết bị và vật liệu nghiên cứu
2.1.1 Thiết bị nghiên cứu
- Máy ép TN có gia nhiệt của hãng Toyoseiki (Nhật Bản) - Máy đo độ bền kéo đứt Gester (Trung Quốc)
- Cân phân tích - Khuôn ép mẫu
- Máy phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) TGA - TA50 của hãng Shimadzu (Nhật Bản)
2.1.2 Vật liệu nghiên cún
- Cao su NBR sử dụng là KOSYN - KNB 35L (Hàn Quốc) có hàm lượng nhóm acrylonitril 35%
- Các chất độn và các phụ gia gồm:
+ Than đen loại N 330 HAF (Trung Quốc) + Silic đioxit loại ZEOSIL 155 (Hàn Quốc)
+ Lưu huỳnh của hãng Sae Kwang Chemical IND. Co. Ltd. (Hàn Quốc) + Xúc tiến DM (disulfua benzothiazyl) và xúc tiến D (diphenyl guanidin) (Trung Quốc)
+ Axit stearic của PT. Orindo Fine Chemical (Indonesia) + Oxit kẽm Zincollied (Ấn Độ)
+ Chất ổn định: cadimi stearat và bari stearat là sản phẩm của Viện Xạ hiếm (VN)
Tất cả các nguyên liệu và hóa chất trên đây đều là dạng công nghiệp. - Dung môi axeton, toluen, xyclohexanon (loại P) của Trung Quốc
2.2 Phương pháp chế tạo keo dán và mẫu thử
2.2.1. Chế tạo keo dán trên cơ sở cao su nitril butadien
NBR được cắt mạch sơ bộ trên máy cán thí nghiệm của hãng Toyoseiki (Nhật Bản) trong các khoảng thời gian khác nhau. Tiếp tục cho các phụ gia gồm các chat on định, độn gia cường,... cán trộn đều, để nguội xuống dưới 50 °c, cho tiếp xúc tiến và lưu hóa vào và trộn đều. Hòa tan họp phần cao su trong các dung môi khác nhau (axeton, toluen và xyclohexanon) với các nồng độ khác nhau từ 2, 4 ,... 16 %. Trộn đều và để cho đến khi tan hết cao su (trong điều kiện thường có thế kéo dài 24 giờ), trộn đều, ta được dung dịch keo dán từ NBR và các phụ gia. Xin lưu ỷ là khi phối trộn dung dịch NBR với chất độn và các phụ gia phải trong cối sứ vừa nghiền vừa trộn.
2.2.2. Chế tạo mẫu thử khả năng kết dính của chất kết dính vói vải mành polyeste
Vải mành cắt thành miếng có kích thước theo tiêu chuẩn đo độ bền kéo bóc (TCVN 1596-2006) và kéo trượt ASTMD - 905. Đưa keo dính lên bề mặt vải, sau khi đế bay hết dung môi, áp mặt có chất kết dính vào nhau. Ép với áp suất 2 kg/cm2 và lưu hóa ở 145°c ± 2°c, trong thời gian 12 phút. Hạ nhiệt độ, lấy mẫu.
2.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng bám dính của chất kết dính lên mành polyeste
- Khảo sát ảnh hưởng của dung môi đến khả năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste
- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian cắt mạch sơ bộ NBR đến khả năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste
- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NBR đến khả năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste
- Khảo sát ảnh hưởng của loại chất độn đến khả năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste
- Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất độn than đen đến khả năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste
2.3 Phưong pháp xác định một số tính chất cơ lí của keo dán
2.3.1 Phương pháp xác định khả năng bám dính của keo dán
Khả năng bám dính của chất kết dính, bảo vệ từ NBR lên mành polyeste (PSE) được đánh giá thông qua độ bền kéo bóc và độ bền kéo trượt của liên kết theo các tiêu chuẩn hiện hành, cụ thể:
- Độ bền kéo bóc xác định theo TCVN 1596 : 2006 (ISO 36 : 2005)
Áp dụng đế đánh giá độ bền chịu bóc của keo dán khi dùng các mẫu thử chuẩn. Độ bền kéo bóc được tính bằng lực kéo trên đơn vị độ rộng của vết dán đê có thế bóc từ từ hai băng vật liệu dưới góc kéo 180° và tốc độ kéo
150mm/phút. Mầu chuẩn có kích thước:
lx l2 in c h (25x300mm) cho vật liệu mềm (vải, mành polyeste).
Đoạn dán đè dài 6inch (150mm) phần không dán phải áp mặt đối mặt. Đe đảm bảo tốc độ bóc không đổi, mẫu phải tương đối không đàn hồi dưới tải trọng. Neu mẫu đàn hồi quá, phải lót mẫu trong khi dán bằng một nền vật liệu chắc, không trễ được và ghi rõ trong biên bản.
- Độ bền kẻo trượt phỏng theo tiêu chuấn TCVN 7755 : 2007 (ASTM
D - 905)
Độ bền kéo trượt được tính bằng lực kéo trên đơn vị diện tích bề mặt kết dính, đon vị là MPa.
2.3.2 Phương pháp xác định độ bền nhiệt, bền m ôi trường của keo dán
Độ bền nhiệt của vật liệu được đánh giá bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) [3].
thay đối liên tục về khối lượng của mẫu theo nhiệt độ. Phương pháp này cho thấy được các thông tin về nhiệt độ bắt đầu phân hủy, tốc độ phân hủy và phần trăm khối lượng của vật liệu ở các nhiệt độ khác nhau.
Các điều kiện đế phân tích nhiệt trọng lượng: + Chén đựng mẫu: platin
+ Môi trường khảo sát: Không khí + Tốc độ tăng trưởng: 10°c/phút
+ Khoảng nhiệt độ nghiên cứu: từ nhiệt độ phòng đến 600°c
Quá trình phân tích TGA được thực hiện trên máy phân tích nhiệt trọng lượng TGA trên máy DTG - 60H của hãng Shimadzu (Nhật Bản).
2 .3 3 Phương pháp xác định độ bền m ôi truờng của keo dán
Trong nghiên CÚOI này, độ bền môi trường của vật liệu được đánh giá theo tiêu chuân TCVN 2229-77 trong môi trường không khí và trong môi trường nước muối 10% ở 70 °c, trong thời gian 72 giờ.
Tạo các mẫu đo độ bền kéo bóc và kéo trượt (mỗi loại 15 mẫu). Ép lưu hóa để đóng rắn hoàn toàn bằng phương pháp ép nóng. Đe ổn định 1 ngày sau đó lấy mỗi loại 5 mẫu đo độ bền kéo bóc và kéo trượt. 5 mẫu đem thử nghiệm già hóa ở 70°c trong thời gian 72 giờ trong không khí và nước muối 10%. Lấy mẫu để ổn định sau 24 giờ đem đo độ bền kéo bóc và kéo trượt trước và sau thử nghiệm là giá trị trung bình của 5 mẫu đo. Hệ số già hóa là tỉ số của độ bền kéo bóc và kéo trượt sau và trước khi thử nghiệm.
ftrước" độ bền kéo bóc trước Hệ số già hóa theo kéo trượt
K m
k t = --- —
Trong đó: M sau: độ bền kéo trượt sau Mtrước- độ bền kéo trượt trước
C H Ư Ơ N G 3
K Ế T Q U Ả V À T H Ả O L U Ậ N
3.1. Ánh hưởng của dung môi đến khá năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste
Đe chế tạo chất kết dính từ cao su nitril butadien, chúng tôi trước hết đem cắt mạch sơ bộ NBR trên máy cán 2 trục trong thời gian 15 phút; phối trộn các phụ gia ổn định, xúc tiến và chất lưu hóa là lun huỳnh và than đen. Sau khi các thành phần được trộn đều, hòa tan lần lượt trong các dung môi axeton, toluen và xyclohexanon (với nồng độ 10 %). Trộn đều và để cho đến khi NBR tan hết. Ta được dung dịch chất kết dính trên cơ sở NBR.
Tạo mẫu đo bền kéo bóc và kéo trượt theo các tiêu chuẩn. Ket quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới độ bền kéo bóc và kéo trượt của chất kết dính lên mành Polyeste (PSE) được trình bày trong bảng 6 dưới đây.
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của loại dung môi đến độ bền kéo bóc và kéo
trượt của mối dán bắng chất kết dính từ NBR và các phụ gia lên mành PSE
TT Dung môi Độ bên kéo bóc [N/cm] Độ bên kéo trượt [MPa] Ghi chú 1 Axeton - -
Khi cao su tan hêt thì dung dịch quá đặc
2 Toluen 12,23 15,03 Khi cao su tan hêt thì
dung dịch khá đặc
3 Xyclohexanon 13,15 17,18 -
Trong quá trình thực nghiệm thấy rằng, với dung môi axeton, khi hòa tan được cao su thì dung môi đã bay đi khá nhiều (do khi lắc, nút đậy dao
động mạnh, áp suất hơi dung môi tăng cao, đặc biệt axeton là chất dễ bay hơi, do vậy dung môi thất thoát ra môi trường nhiều hơn), làm cho dung dịch keo quá đậm đặc, khó đưa lên bề mặt vải. Do vậy không khảo sát tiếp loại dung môi này.
Từ kết quả bảng 3.1 cho thấy rằng, khả năng bám dính của chất kết dính trên cơ sở NBR trong dung môi là xyclohexanon cao hơn của NBR trong dung môi toluen. Mặt khác, dung môi xyclohexanon có nhiệt độ sôi cao hơn (trên 150°C), còn nhiệt độ sôi của toluen chỉ khoảng 110°c, do vậy hệ chất kết dính với dung môi xyclohexanon sẽ dễ dàng bảo quản được lâu hơn. Từ những kết quả trên, chúng tôi chọn hệ chất kết dính trên cơ sở NBR và các phụ gia trong dung môi xyclohexanon để nghiên cứu tiếp.
3.2. Ánh hưỏ’ng của thòi gian cắt mạch SO’ bộ đến khả năng kết dính của yật liệu lên mành polyeste
Ảnh hưởng của thời gian cắt mạch đến khả năng kết dính của chất kết dính trên cơ sở NBR và các phụ gia lên mành polyeste được trình bày trong bảng 3.2 dưới đây.
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của thời gian cắt mạch tới độ bền kéo bóc và kéo trượt
của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia lên mành polyeste
TT T hòi gian cắt mạch [phút] Độ bền kéo bóc [N/cm] Độ bền kéo tr ư ợ t [MPa] Ghi chú 1 5 12,85 16,75 2 10 12,98 16,93 3 15 13,15 17,18 4 20 13,55 17,31 5 25 13,80 17,48 6 30 13,92 17,60 7 35 13,97 17,65
Những kết quả bảng trên được thể hiện trên 2 hình sau đây.
Hình 3.1: Ảnh hưởng của thời gian cắt mạch tới độ bền kéo bóc của mối dán
bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia trên mành polyeste
Nhận thấy rằng, khi thời gian cắt mạch tăng lên, khả năng bám dính của vật liệu tăng lên. Tuy nhiên, giai đoạn đầu đến khoảng 30 phút, khả năng bám dính tăng mạnh hơn. Sau 30 phút cắt mạch, khả năng bám dính của vật liệu tăng chậm lại. Điều này có thể giải thích do ban đầu khi mạch cao su còn dài, hiệu quả cắt mạch cơ học bằng cán trộn cao hơn. Khi mạch cao su đã cắt nhỏ dần, khả năng cắt mạch cơ học cũng giảm dần. Do vậy, trong cùng thời gian, hiệu quả cắt mạch cũng giảm dần. Tuy nhiên, khi mạch cao su cắt đến mức độ nhất định sẽ có hai hiệu ứng đồng thời ảnh hưởng trái ngược nhau đến khả năng kết dính, một là khi khối lượng phân tử cao su nhỏ sẽ dễ dàng phân tán vào bề mặt vải, làm tăng khả năng bám dính, song bên cạnh đó, khi khối lượng phân tử cao su thấp, độ bền của chính cao su giảm, như vậy độ bền kéo bóc và kéo trượt của chất kết dính cao su lên mành polyeste sẽ giảm. Do hai hiệu ứng này làm khả năng kết dính của vật liệu tăng không nhiều. Mặt khác, về mặt kinh tế, kỹ thuật, không nên kéo dài thời gian cán cắt mạch quá lâu.
Căn cứ những kết quả nghiên cứu thu được, chúng tôi chọn thời gian cắt mạch cơ học NBR làm chất kết dính bảo vệ cho vải polyeste là 30 phút.
3.3. Ảnh hưởng của nồng độ NBR đến khá năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste
Ket quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NBR đến khả năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste được trình bày trong bảng 3.3 dưới đây.
Bảng 3.3: Ánh hưởng của nồng độ NBR tới độ bền kéo bóc và kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia lên mành
polyeste TT Nòng độ NBR [%] Độ bền kéo bóc [N/cm] Độ bền kéo t r ư ợ t [M Pa| Ghi chú 1 2 - - Hàm lượng rắn quá nhỏ không đủ kết dính 2 4 3,23 5,13 3 6 6,15 7,17 4 8 10,53 12,15 5 10 13,92 17,60 6 12 14,12 17,91 7 14 14,06 17,64
Hình 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ NBR tới độ bền kéo bóc của mối dán bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia trên mành polyeste
Hình 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ NBR tới độ bền kéo trượt của mối
Nhận thấy rằng, ở nồng độ NBR quá thấp, chất kết dính chưa đủ phủ kín bề mặt vải, do vậy chưa đủ khả năng kết dính hai bề mặt vải mành polyeste. Do vậy lực kéo bóc, kéo trượt chưa đáng kể. Khi nồng độ NBR tăng, khả năng kết dính tăng nhanh, tới khoảng nồng độ NBR đạt 10% thì tốc