Từ những nội dung trên cho thấy, để tăng độ bền cơ học cho vật liệu polyme, polyme blend nói chung hay blend trên cơ sở NBR/PVC có thể sử dụng các loại phụ gia nano khác nhau như nanoclay, ống carbon nano (CNT) hay nanosilica. Căn cứ tình hình thực tế, nanosilica là loại có giá thành hạ, sẵn có trên thị trường và nhiều đơn vị trong nước đã chế tạo được. Chúng tôi chọn nanosilica để biến tính vật liệu kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC.
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u 2.1.Vật liệu nghiên cứu
- Cao su NBR sử dụng là KOSYN - KNB 35L (Hàn Quốc) có hàm lượng nhóm acrylonitril 35%
- PVC sử dụng là loại PVC - s có ký hiệu SG 710 (của Việt Nam) - Các chất độn và các phụ gia gồm:
+ Than đen loại N 330 HAF (Trung Quốc)
+ Nanosilica (nanosilica) là loại Reolosil của công ty hóa chất Akpa (Thổ Nhĩ Kỳ) có các thông số như diện tích bề mặt riêng: 200 ± 20 m2/g; cỡ hạt: 12 - 50 nm; khối lượng riêng đổ đống: 50 g/1
+ 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 Công nghệ Xạ hiếm (Việt Nam)
+ Phòng lão A (aldol-naphtyl-amin) và phòng lão D (phenyl-naphtyl-amin) (Trung Quốc)
Tất cả các nguyên liệu và hóa chất trên đây đều là dạng công nghiệp. - Dung môi xyclohexanon (loại P) của Trung Quốc.
2.2. Phưo’ng pháp nghiên cứu
2.2.1. Chế tạo chất kết dính từ vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend của NBR/PVC với nanosilica và các phụ gia
NBR được cắt mạch sơ bộ trên máy cán thí nghiệm của hãng Toyoseiki (Nhật Bản) trong khoảng thời gian 30 phút. PVC được phối trộn với chất ổn
định, hóa dẻo, nanosilica, để ủ 6 giờ ở 50 °c. Tiếp tục cho NBR, PVC và các phụ gia gồm các chất ổn định và các phụ gia khác (cao su), trộn trong máy trộn kín ở nhiệt độ 165 °c trong thời gian 8 phút. Lấy ra, để nguội xuống dưới 50 °c,
cho xúc tiến và lưu hóa rồi cán trộn đều.
Hòa tan họp phần vật liệu trong xyclorhexanon cho đến khi tan hết, trộn kỹ cho các thành phần trộn đều.
2.2.2. Chế tạo chất kết dính từ vật liệu nanocompozit trên cơ sở bỉend của NBR/PVC với nanosilỉca và nanosỉlica với than đen
Mầu vật liệu cũng được chế tạo tương tự trên. Tuy nhiên có khác là trong thành phần đơn có thêm phụ gia than đen như mẫu keo dán trên cơ sở blend NBR/PVC.
Vải mành cắt thành miếng có kích thước theo tiêu chuẩn đo độ bền kéo bóc (TCVN 1596-2006) và kéo trượt ASTM D-905. Đưa keo dính lên bề mặt vải, sau khi để bay hết dung môi, áp mặt có chất kết dính vào nhau. Ép với áp suất 2 kg/cm2 và lun hóa ở 145 °c ± 2 °c, trong thời gian 12 phút. Hạ nhiệt độ, lấy mẫu.
2.2.3. Đảnh giả khả năng bám dính của vật liệu kết dính trên cơ sở nanocompozit và nanocompozit trên cơ sở blend NBR/PVC với nanosilỉca và nanosiỉica+than đen lên mành polyeste
Khả năng bám dính của chất kết dính, bảo vệ từ nanocompozit và nanocompozit trên cơ sở blend NBR/PVC với nanosilica và nanosilica và than đen lên mành polyeste 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) [10] Áp dụng đế đánh giá độ bền chịu bóc của keo dán khi dùng các mẫu thử chuẩn. Độ bền bóc được tính bằng lực kéo trên đơn vị độ rộng của vết dán để có
thể bóc từ từ hai băng vật liệu dưới góc kéo 180° và tốc độ kéo 150mm/phút. Mầu chuẩn có hai kích thước:
lxl2inch (25x300mm) cho vật liệu mềm. Ix8inch (25x200mm) vật liệu mềm/nền rắn.
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.
Kích thước phổ thông cho từng loại vật liệu đưa thử là: - Chất dẻo, kim loại, dày 1,5mm
- Gỗ, dày- 3,2 mm
- Cao su 1, 8- 2mm. Mỗi lần kéo thử cần ít nhất 5 mẫu, và kết quả thu được lấy trung bình của các kết quả thu được.
* Độ bền kéo trượt theo tiêu chuẩn TCVN 7755 : 2007 (ASTM D - 905)
2.2.4. Đánh giá độ bền môi trường của vật liệu kết dính
Độ bền môi trường của vật liệu được đánh giá theo tiêu chuẩn 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 độ bền kéo trượt. Ket quả 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.
^•trước
fsau : độ bền kéo bóc sau ftrước • độ bền kéo bóc trước - Hệ số già hóa theo kéo trượt:
H a «
N = ---
^tn rợ c
Mtrước' độ bền trượt bóc tru’ớc Msau: độ bền kéo trượt sau
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN cứu VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưòìig của hàm lượng nanosilia đến khả năng kết dính của chất kết dính trên cơ sỏ’ bỉend NBR/PVC lên mành polyeste
Ành hưởng của hàm lượng nanosilica đến khả năng kết dính của vật liệu trên mành polyeste được đánh giá thông qua độ bền kéo bóc và độ bền kéo trượt của mẫu thử kết dính mành polyeste bằng chất kết dính chế tạo được trên cơ sở blend NBR/PVC có hàm lượng nanosilica khác nhau. Ket quả thu được, được trình bày trong bảng 3.1 dưới đây.
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo bóc và kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC/nanosilica lên vải
mành polyeste TT Hàm lượng nanosỉlỉca [%] Độ bền kéo bóc N/cm] Độ bền kéo trượt [MPa] Ghi chú 1 0 8,13 12,51 2 1 9,03 12,85 3 2 10,17 13,80 4 3 11,25 14,76 5 4 12,02 15,72 6 5 13,48 16,65 7 6 13,13 16,52 8 7 12,85 16,35 9 8 12,70 15,93 10 9 11,58 15,33
Nhũng kết quả trên được thể hiện trên hình 3.1 và hình 3.2 dưới đây:
dán bằng chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC/nanosilica và các chất phụ gia trên vải mành polyeste
Hình 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC/nanosilica và các chất
Nhận thấy rằng, khi hàm lượng nanosilica tăng lên thì độ bền kéo bóc và độ bền kéo trượt của mối dán tăng lên và đạt cực đại tại hàm lượng 5% (so với polyme). Khi vượt quá 5%, cả độ bền kéo bóc và bền kéo trượt của mối dán đều giảm xuống. Điều này có thể giải thích do khi có mặt của nanosilica, tính chất cơ học của vật liệu kết dính tăng lên, do vậy đã làm tăng độ bền của mối dán. Tuy nhiên, khi qua hàm lượng tối ưu của nanosilica trong hệ chất nền là blend NBR/PVC (70/30) là 5% thì các hạt nanosilica dư sẽ tập họp lại thành pha riêng, cản trở tương tác giữa các đại phân tử làm giảm tính năng cơ lý của vật liệu và vì vậy làm giảm độ bền của mối dán.
Căn cứ kết quả thu được này, khi cần chế tạo chất kết dính trong suốt có thể sử dụng 5% nanosilica để tăng cường khả năng kết dính cho mối dán.
Cũng từ nhũng kết quả trên cho thấy rằng, chất kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC với 5% nanosilica có khả năng bám dính tốt với vải mành polyeste, song cũng chỉ khoảng như chất kết dính trên với than đen, thậm chí có phần còn thấp hơn. Do vậy, để có thể nâng cao hơn nữa độ bền của mối dán, việc sử dụng phối họp cả nanosilica và than đen đã được thực hiện. Dưới đây là những kết quả nghiên CÚOI thu được.
3.2. Ánh hưởng của nanosilia phối họp với than đen đến khả năng kết dính của vật liệu lên mành polyeste
Trên cơ sở đơn pha chế của chất kết dính, bảo vệ từ blend NBR/PVC gia cường 25% than đen, tiếp tục cho phối hợp thêm với nanosilica với hàm lượng khác nhau. Những kết quả nghiên cún ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới độ bền kéo bóc và bền kéo trượt của vật liệu được trình bày trong bảng 3.2 dưới đây.
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica phối họp với than đen tới độ bền kéo bóc và kéo trượt của mối dán bằng chất kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC/nanosilica và các phụ gia lên vải mành polyeste
TT Hàm lượng nanosỉlỉca [%] Độ bền kéo bóc [N/cm] Độ bền kéo
trượt [MPa] Ghi chú
1 0 13,93 17,52 2 1 14,13 17,86 3 2 14,67 18,18 4 3 15,35 18,54 5 4 14,92 18,32 6 5 14,32 18,03 7 6 13,90 17,48 8 7 13,15 17,01 9 8 12,24 16,57
Những kết quả được thể hiện trên hình 3.3 và hình 3.4 dưới đây
bền kéo bóc của mối dán bằng chất kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC/nanosilica và các phụ gia lên vải mành polyeste
Nhận thấy rằng, khi hàm lượng nanosilica tăng lên độ bền kéo bóc và độ bền kéo trượt của vật liệu đều tăng dần cho đến khoảng 3%, giá trị độ bền kéo bóc và bền kéo trượt của mối dán đều đạt cực đại với các giá trị 15,35 N/cm (độ bền kéo bóc) và 18,54 MPa (độ bền kéo trượt). Khi hàm lượng nanosilica tiếp tục tăng, độ bền kéo bóc và kéo trượt đều giảm xuống lúc đầu chậm, sau nhanh hơn. Điều này có thế giải thích, khi có mặt nanosilica chất kết dính từ blend NBR/PVC gia cường than đen trở nên có cấu trúc chặt chẽ hơn, do vậy tính chất cơ học (trong đó có các tính chất kéo) tăng lên. Chính vì vậy làm tăng độ bền của mối dán, khả năng bám dính cũng như khả năng bảo vệ cho vật liệu.
Từ những kết quả trên, chúng tôi chọn hàm lượng nanosilica biến tính chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở blend NBR/PVC (70/30) gia cường than đen (25% khối lượng so với polyme) là 3% so với polyme đế nghiên cún tiếp.
3.3. Cấu trúc bề mặt bị bóc tách của mối dán
Để xác định khả năng bám dính của chất kết dính, một vấn đề cần quan tâm là xem xét cấu trúc bề mặt bị phá vỡ của mối dán. Do vậy, chúng tôi đã quan sát kỹ lưỡng bề mặt bị phá vỡ này bằng mắt thường và kính lúp. Hình 6 dưới đây là ảnh chụp bề mặt bị bóc tách của mối dán bằng chất kết dính, bảo vệ trên cơ sở blend NBR/PVC (70/30) gia cường 3% nanosilica và than đen (25% khối lượng so với polyme).
Hình 3.5: Ảnh bề mặt bị bóc tách của mối dán vải mành polyeste bằng chất kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC gia cường nanosilica, than đen và các phụ gia
Nhận thấy rằng, bề mặt bị bóc tách không chỉ là do phá hủy của chính vật liệu kết dính (ở đây là vật liệu blend của NBR/PVC gia cường than đen, nanosilica và các phụ gia) mà còn cả trên bề mặt liên kết giữa chất kết dính và bề mặt vải mành polyeste. Như vậy, có thể thấy tính chất cơ học của vật liệu kết dính đã được nâng cao hơn so với mẫu vật liệu không có nanosilica.
3.4. Độ bền môi trường của chất kết dính, bảo yệ trên CO’ sở blend của cao su nitril butadỉen và polyvinylcloride gia cường than đen và nanosiỉica
Độ bền môi trường của chất kết dính được đánh giá phỏng theo tiêu chuẩn TCVN: 2229-77. Các mẫu thí nghiệm đo độ bền kéo bóc và bền kéo trượt được
trong không khí và trong nước muối 10% ở 70 °c trong thời gian 72 giờ. Ket quả đo hệ số già hóa bằng tỷ lệ của các kết quả tương ứng sau và trước khi thử thế hiện trong bảng 3.3.
Bảng 3.3: Hệ số già hóa của mối dán bằng vật liệu kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC và các phụ gia
Chất kết dính từ
Hệ số già hóa trong không khí
Hệ số già hóa trong nước muối Theo kéo bóc Theo kéo trượt Theo kéo bóc Theo kéo trượt Blend NBR/PVC/Than đen 0,93 0,93 0,89 0,90 Blend NBR/PVC/Than đen/Nanosilica 0,94 0,93 0,91 0,91
Nhận thấy rằng, mối dán bằng vật liệu kết dính trên cơ sở blend của NBR/PVC gia cường than đen và các phụ gia đã có độ bền môi trường rất cao (kế cả trong môi trường không khí và nước muối 1 0%), song khi phối họp thêm 3% nanosilica hệ số già hóa có tăng lên một chút. Điều này có thể giải thích, khi có mặt nanosilica làm cho vật liệu có cấu trúc chặt chẽ hơn, nhờ vậy đã hạn chế khả năng xâm nhập của các tác nhân xâm thực vào phá hủy vật liệu làm cho hệ số già hóa của vật liệu trong môi trường tăng lên.
KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu thu được có thể thấy rằng, chất kết dính trên cơ sở blend NBR/PVC được gia cường bằng than đen và nanosilica có khả năng bám dính và tạo độ bền mối ghép cao hơn chất kết dính cùng thành phần chỉ gia cường bằng nanosilica hoặc than đen.
Cũng từ những kết quả nghiên cứu thu được cho thấy, để có được mối dán tốt, không chỉ cần liên kết tốt giữa chất kết dính và vật liệu cần kết dính mà còn cần quan tâm đến cả độ bền cơ học, môi trường của chính chất kết dính. Khi khả năng bám dính như nhau, chất kết dính có tính chất cơ học, bền môi trường cao hon sẽ tạo ra mối dán bền vũng hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1]. Bộ môn cao phân tử Đại học Bách Khoa Hà Nội, Kỹ thuật gia công và sản xuất chất dẻo, tập 1 A. NXB Khoa học kỹ thuật (1997).
[2]. Đỗ Quang Kháng, Vật ỉiệu poỉyme, Quyến 2, Vật liệu polyme tính nẵng cao,
Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và công nghệ, Hà Nội (2013).
[3]. Đỗ Quang Kháng, Đỗ Trường Thiện, Nguyễn Văn Khôi, Vật liệu to hợp polyme và ứng dụng, Tạp chí Hoạt động Khoa học, số 10, Tr 37-41, (1995). [4]. Đỗ Quang Kháng, Lương Như Hải, Vũ Ngọc Phan, Hồ Hoài Thu, Một số
kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su thiên nhiên clay nanocompozit\
Tạp chí Hóa học, tập 45, số 1, Tr. 72-76, (2007).
[5]. Đặng Việt Hưng, Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở cao su tự nhiên và chất độn nano, Luận án tiến sỹ hóa học, Hà Nội
(2010).
[6]. Đặng Việt Hưng, Bùi Chương, Phạm Thương Giang, Sử dụng TESPT làm chất độn gia cường cho hỗn hợp cao su thiên nhiên-butadỉen, Tạp chí Hóa học, tập 45, Số 5A, Tr. 67-77, (2007).
[7]. Hoàng Tuấn Hưng, Nghiên cứu chế tạo và tính chất của vật liệu nanocompozit trên cơ sở một số poỉyme blend và nanoclay, Luận án tiến sỹ hóa học, Hà Nội (2012).
[8]. Lê Văn Thụ, Chế tạo, nghiên cứu tính chất và khả năng chống đạn của vật liệu to hợp sợi carbon, ống carbon nano với sợi tong hợp, Luận án tiến sỹ hóa học, Hà Nội (2011).
[9]. Ngô Phú Trù , Kỹ thuật chế biến và gia công cao su, Đại học Bách Khoa Hà Nội (2003).