l. ỉ Lịch sử phát triên, khái niệm về keo dán
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 độ tăng chậm lại và đạt cực đại tại nồng độ NBR khoảng 12%. Khi nồng độ lớn hơn 12% (nồng độ NBR 14%) độ bền kéo bóc và kéo trượt hầu như không tăng. Điều này có thể giải thích, khi lớp chất kết dính phủ trên bề mặt ở một độ dày nhất định (đủ phủ kín bề mặt cần kết dính với chiều dày tối ưu) khả năng kết dính hai bề mặt dán đạt cực đại. Tuy nhiên, khi vượt quá giới hạn này, lực kéo bóc và kéo trượt lại phụ thuộc chủ yếu vào độ bền của vật liệu kết dính. Lúc này, dù có tăng nồng độ chất kết dính, khả năng bám dính không tăng mà có thể còn giảm do ở nồng độ cao, độ nhớt lớn, khả năng khuếch tán các đại phân tử chất dính vào bề mặt cần kết dính giảm, dẫn đến liên kết trên bề mặt giữa chất kết dính và vật liệu cần dán giảm [8,11].
Từ những kết quả trên, nồng độ NBR trong dung môi xyclohexanon được chọn là 12% để làm chất kết dính và bảo vệ bề mặt vải polyeste.
3.4. Ảnh hưởng của loại chất độn gia cường đến khá năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste
Đe làm chất kết dính và bảo vệ bề mặt vải polyeste, ngoài việc lựa chọn vật liệu có khả năng kết dính cao, còn cần đến độ bền cơ học của vật liệu cũng phải cao mới đảm bảo sự bền chắc của mối dán cũng như bề mặt bảo vệ. Với mục đích tăng độ bền cho chất kết dính bảo vệ, chúng tôi sử dụng 2 loại chất độn hoạt tính thường dùng trong công nghiệp cao su là than đen và silica. Mặt khác, căn cứ vào những kết quả nghiên cứu công bố của một số tác giả, chúng tôi chọn ngay hàm lượng tối un của các chất độn này cho hợp phần cao su là 10 % (so với cao su) silica và 25% (so với cao su) than đen [4] đế nghiên cứu.
đây mới chỉ là dựa trên các kết quả nghiên cún về sử dụng phối hợp các chất độn gia cường khác nhau đã được công bố. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của loại chất độn gia cường tới khả năng bám dính của vật liệu được trình bày trong bảng 3.4 dưới đây.
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của loại chất độn gia cường tới độ bền kéo bóc
và kéo trượt của mối kết dính bằng chất kết dính từ NBR và các phụ gia lên mành polyeste TT Loại chất gia cường Độ bền kéo bóc [N/cm] Độ bền kéo tr ư ợ t [MPa] Ghi chú
1 Than đen 14,12 17,91 25% than đen 2 Silica 12,35 15,02 10% silica
Nhận thấy rằng, với chất độn than đen, khả năng bám dính của vật liệu tốt hơn so với silica. Điều này có thể giải thích do than đen là loại độn có tương tác tốt với cao su hơn so với silica, do vậy, trong các sản phẩm cao su, than đen bao giò’ cũng là lựa chọn số 1 để gia cường trong công nghệ cao su [8]. Tuy nhiên, có một vấn đề là khi cho than đen, vật liệu chỉ có màu đen, không thể tạo các màu khác. Do vậy, tùy yêu cầu cụ thể của sản phẩm, có thể lựa chọn sao cho phù họp.
Trong trường hợp ở đây, chúng tôi chọn mẫu gia cường than đen để nghiên cún tiếp.
3.5. Độ bền nhiệt và bền môi trường của chất kết dính, báo vệ trên cơ sở cao su nitril butadien
3.5.1. Độ bền nhiệt của chất kết dính, báo vệ trên cơ sở cao su nitril butadien
Độ bền nhiệt của của chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở cao su nitril butadien được nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA). Ket quả phân tích TGA của mẫu vật liệu kết dính trên cơ sở NBR và các phụ gia gia cường than đen trong dung môi xyclohexanon (đã sấy, tách dung môi và lưu hóa) được thể hiện trên hình 3.5 và bảng 3.5
Thermal Analysis Data
T G A D r T G A m g / m in % D rT G A o 00 100 00 50 00 -1 0 0 o oo -2 oo 0.00 200.00 400.00 60 0 00 T e m p [ C ]
Bảng 3.5: Kết quả phân tích TGA của vật liệu kết dính trên cơ sở NBR Nhiệt độ bắt đầu ph â n hủy [°C] Nhiệt độ p h â n hủy m ạ n h n h ấ t 1 r a Nhiệt độ phân hủy m ạnh n h ấ t 2 [°C] m A A Á . Tôc độ m â t khối lượng cao n h ấ t [mg/phút]
C h ấ t rắ n còn lại sau 600°c [%]
377,62 434,03 553,02 1,18 11,03
Nhận thấy rằng, ở giai đoạn đầu là bay hơi các chất thấp phân tử và dung môi còn lại trong vật liệu (khoảng 6%). Cho đến 377,62°c vật liệu bắt đầu bị phân hủy và phân hủy mạnh nhất ở 434,03 °c với tốc độ 1,18 mg/phút. Sau giai đoạn đầu phân hủy mạch polyme, giai đoạn sau, các phụ gia cùng vói cao su còn lại và các sản phẩm phân hủy (than tạo thành) tiếp tục phân hủy và phân hủy mạnh nhất tại 553,02°c. Cho đến khoảng 600°c quá trình phân hủy vật liệu đã kết thúc.