2. THỰC NGHIỆM
2.3.1. Tính chất cơ lý
hành của Việt Nam TCVN.
2.3.1.1. Phương ph áp xác định độ bền kẻo đứt:
Cắt mẫu thành hình mái chèo và đo trên máy đo kéo đứt của Gotech AI-7000M theo tiêu chuẩn TCVN 4509 - 88 (để đo độ bền kéo đứt, dãn dài khi đ ứ t ).
Hì nh 2.3: M á y đo độ bền kéo
và độ dãn dài c ủ a h ã ng G o t e c h A I - 7 0 0 0 M .
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp
Độ bền kéo đứt được tính theo công thức: sđ = B.h Trong đó: sđ : độ bền kéo đứt (MPa) hay N/mm2
F : lực kéo đứt mẫu (kg)
B : bề rộng mẫu trước khi kéo (mm) h : chiều dày mẫu trước khi kéo (mm)
2.3.1.2. Phương pháp xác định độ dãn dài khi đút:
Mầu và thiết bị đo độ dãn dài của vật liệu cao su tương tự như khi đo lực kéo đứt được thể hiện trên hình 2.3.
Độ dãn dài khi đứt được tính theo công thức: e = *i—la. 100%
Trong đó:
1() : là độ dài giữa 2 điểm được đánh dấu lên mẫu trước khi kéo (mm) lị : là chiều dài giữa 2 điểm đánh dấu trên mẫu ngay khi đứt (mm)
2.3.2. Phương pháp xác định độ cứng của vật liệu
Độ cứng của vật liệu xác định theo tiêu chuẩn TCVN 1595 - 88. Độ cứng của vật liệu được đo bằng máy TECLOCK kí hiệu Jisk 6 3 0 1A tại Viện Hóa Học.
H ìn h 2.4: T h i ế t bị đo độ c ứ n g T E C L O C K Jisk 6301 A.
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tôt nghiệp
Cách đo: Lau sạch bề mặt mẫu, đặt mẫu lên mặt phẳng nằm ngang. Dùng ngón tay ấn mạnh đồng hồ đo xuống mẫu. Đọc và ghi giá trị hiện trên đồng hồ hiển thị sau 3 giây. Mỗi vật liệu ta đo ở 5 vị trí khác nhau và lấy giá trị trung bình.
2.3.3. Phương pháp xác định độ chịu mài mòn sử dụng thiết bị trống quay hình trụ
Hì nh 2.5. T h i ế t bị đo độ
mài m ò n củ a vậ t liệu cao su.
Mầu thử cao su hình trụ được trượt trên một tấm mài mòn có độ nhám xác định với áp lực tiếp xúc xác định trên một khoảng cách cho trước. Trong lúc thử mẫu thừ có thể không quay hoặc quay.
Sự mài mòn xảy ra trên một trong những bề mặt đáy của mẫu hình trụ. Tấm mài mòn được dán lên bề mặt của trống quay hình trụ, mẫu thử được giữ tỳ vào đi ngang qua trống quay.
Mau thử đặt lên tấm mài mòn khi bắt đầu thực hiện phép thử, và tháo mẫu sau khi quá trình mài mòn chạy được 40 m ± 0,2 m (tương đương 84 vòng quay). Tổn thất khối lượng của mẫu thử được xác định.
Mỗi mẫu được cân khối lượng trước và sau khi thử với độ chính xác tới 0,001 g. Phần trăm khối lượng mất được tính theo công thức:
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp
Khối lượng mất (%) = ——— *100 m0
Trong đó: m0 là khối lượng mẫu trước khi thử (g) mf là khối lượng mẫu sau khi thử (g)
Phép đo được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme, Trường đại học Bách khoa Hà Nội.
2.3.4. Đánh giá độ bền môi trường của vật liệu trong dầu điezen
Mầu được đế ổn định ít nhất 24 giờ sau khi lưu hóa. Ngâm mẫu trong dầu diezen để xác định độ bền môi trường.
Độ bền dầu của vật liệu được xác định thông qua độ trương trong quá trình ngâm trong dầu. Độ trương trong dầu của vật liệu được tính bằng công thức:
Độ trương trong dầu diezen (%) = m' ~ m° xioo
m0
Trong đó: m() khối lượng ban đầu mẫu (g).
mt khối lượng mẫu tại thời điểm cân sau khi ngâm mẫu trong môi trường dầu diezen (g).
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp
3. KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Nghiên cứu chế tạo yật liệu cho bạc bơm từ cao su blend P70K
Cao su P70K được phối trộn với oxit kẽm, phòng lão, xúc tiến M, axit stearic, hóa dẻo DOP, s, than đen N330. Hàm lượng than đen được khảo sát từ 20 PKL tới 80 PKL. Vật liệu cao su để chế tạo bạc bơm từ blend P70K được viết tắt là vật liệu P70K.
3.1.1. Khảo sát ảnh hưỏng của than đen đến độ bền kéo đứt của vật liệu P70K
Độ bền kéo của các mẫu được thể hiện trên bảng 3.1
B ả n g 3.1. Độ bền ké o m ẫ u vật liệu P 7 0 K
với h à m l ượ n g t h an đe n t h ay đôi.
Tên mẫu Hàm lượng
than đen (PKL) Độ bên kéo (MPa) CB20 20 23,197 CB35 35 24,972 CB50 50 21,754 CB65 65 20,985 CB80 80 19,495
Theo bảng 3.1. Độ bền kéo của các mẫu đạt giá trị cao nhất ở hàm lượng than đen từ 20 tới 35 PKL than đen, khi hàm lượng than đen từ 50 PKL trở đi, độ bền kéo của các mẫu có giá trị giảm dần.
Điều này được thế hiện rõ trên hình 3.1. Than đen đã có tác dụng gia tăng độ bền cơ học của vật liệu P70K. Tuy nhiên hàm lượng tối ưu của than đen là 35 PKL, ở hàm lượng này độ bền kéo đứt đạt giá trị cực đại 24,97 MPa.
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tôt nghiệp 30.000 õ 15.000 ■ 4, 5 10.000 .<4, ữ -s-000 0.000 23 ỊQ7 24.972 21.754 20.985 19.495 l W W CB20 CB35 CB50 Tên mẫu CB65 CB80
Hì nh 3 . Ị . Đ ộ bền kéo m ẫ u cao su P 7 0 K khi h àm l ư ợ n g t han đe n t h a y đổi
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng cùa than đen đến độ dãn dài khỉ đứt và độ cứng của yật liệu P70K
Độ dãn dài khi đứt và độ cứng của vật liệu P70K với hàm lượng than đen thay đổi từ 20 tới 80 PKL được thể hiện bảng 3.2.
B ản g 3.2. Độ dã n dài khi đ ứ t và độ c ứ n g c ủ a m ẫ u v ật liệu P 7 0 K
với h àm l ư ợn g t h an đ e n t h ay đổi Tên mẫu Hàm lượng than đen (PKL) Độ dãn dài khi đứt (%) Độ cứng của vật liệu (Shore A) CB20 20 572,76 73 CB35 35 515,043 79 CB50 50 438,499 85 CB65 65 318,683 92 CB80 80 221,708 94
Khi tăng hàm lượng than đen, độ dãn dài khi đứt của các mẫu giảm dần. Độ dãn dài khi đứt mẫu CB80 thấp nhất đạt giá trị 221,708%.
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp
Với độ dãn dài này, vật liệu cao su vẫn đảm bảo yêu cầu của bạc bơm nước trong quá trình làm việc.
Ngược lại với độ dãn dài khi đứt, độ cứng của các mẫu vật liệu đều tăng khi tăng hàm lượng than đen. Độ cứng của các mẫu vật liệu tăng từ 73 Shore A của mẫu CB20 tới 94 Shore A của mẫu CB. Bản chất P70K là blend của cao su nitril và nhựa PVC, đây là vật liệu có độ cứng cao. Với hàm lượng than đen 20%, độ cứng của vật liệu P70K đã có độ cứng 73 Shore A, độ cứng này đảm bảo cho bạc bơm có đủ độ bền chắc khi làm việc
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của than đen đến độ mài mòn của vật liệu P70K
Độ mài mòn của vật liệu thể hiện trên bảng 3.3
Bảng 3.3. Độ mài mòn mẫu cao su P70K khi hàm lượng than đen thay đổi Tên mẫu Hàm lượng than đen (PKL) Độ mài mòn* (%) CB20 20 3,56 CB35 35 5,09 CB50 50 6,601 CB65 65 8,587 CB80 80 9,877
Chứ thích: (*}: Tính theo % khối lượng mất
Khi tăng hàm lượng than đen, độ mài mòn của vật liệu cũng tăng dần, hai mẫu CB20 và CB35 có độ mài mòn thấp nhất. Điều này được thể hiện rõ trên đồ thị 3.2
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 9.000 s 1 6.000 ______ 1 3.000 0.000 9.877 8.587 u XỐÕT M 1 1 1 CB20 CB35 CB50 CB65 CB80 Tên mẫu
Hì nh 3.2. Độ mài m òn m ẫ u cao su P 7 0 K khi hà m l ư ợ n g t han đen t h ay đổi
Các kết quả thu được có thể được giải thích như sau: Giữa cao su và than đen có nhiều loại lực tác dụng như lực Val - dex - van, lực liên kết hidro, ngoài ra còn có lực liên kết hóa học để tạo cho hợp phần cao su - than đen có độ bền cơ học cao. Khi hàm lượng than đen nằm trong vùng giới hạn (20PKL - 35PKL), các hạt chất độn được phân tán vào trong cao su theo mọi hướng, không theo một thứ tự nào và chúng được bọc lại bằng một lớp cao su dày mỏng khác nhau. Các hạt chất độn này liên kết với nhau và tạo thành mạng lưới đồng thời nó xé tách cacbua hidro của cao su ra mọi hướng để tạo thành mạng lưới cacbua hidro. Hai mạng lưới này đan chen vào nhau, móc xích vào nhau và tạo thành một cấu trúc cao su - chất độn liên tục [2]. Khi đó, các liên kết giữa chúng được bền vững hơn, sức chịu lực tác dụng cao hơn, dẫn đến độ bền kéo của vật liệu được tăng lên.
Khi hàm lượng than đen vượt quá hàm lượng tối ưu (> 35PKL), các hạt chất độn dư không tham gia vào mạng lưới sẽ tồn tại thành pha riêng biệt và được phân bố vào khoảng trống giữa các tập hợp cao su - than đen làm tách các tập hợp cao su - than đen ra, làm cho khả năng chịu lực tác dụng giảm, dẫn đến độ bền kéo của cao su bị giảm, và độ
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp
dãn dài tương đối cũng giảm, tuy nhiên độ cứng của cao su vẫn tiếp tục tăng [2] (do bản thân than đen đã cứng và hơn nữa blend P70K là một vật liệu cứng), độ mài mòn của vật liệu tăng.
Từ những kết quả trên, chúng tôi đã chọn 2 mẫu CB20 và CB35 ứng với hàm lượng than đen là 20PKL và 35PKL để tiếp tục nghiên cứu độ trương trong dầu của chúng.
3.2. Nghiên cửu chế tạo yật liệu cho bạc bơm từ cao su KBN35L
Với mẫu cao su này đề tài đã chế tạo mẫu vật liệu với hai đơn tạo mẫu có ký hiệu là M và L.
Các mẫu M30, M40, M50, M60, M70 và M80 với hàm lượng than đen thay đổi từ 30 PKL tới 80 PKL, Các hóa chất gồm: Cao su KBN35L, Lưu huỳnh (S), Xúc tiến TMTD, Oxit kẽm (ZnO), Phòng lão, Axit stearic, Hóa dẻo DOP, Than đen N330.
Mầu L30, L40, L50, L60, L70 và L80 với hàm lượng than đen thay đổi từ 30 PKL tới 80 PKL, các thành phần hóa chất bao gồm:
Cao su KBN35L, Hóa dẻo DOP,
Than đen N330, Phòng lão RD,
Ô xít kẽm, Phòng lão 4020,
Axit stearic, Xúc tiến M,
Coumarone (C9), Xúc tiến c z , Lưu huỳnh (S).
3.2.1. Khảo sát ảnh hưỏng của than đen đến độ bền kéo cao su KBN35L
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tôt nghiệp
Bảng 3.4. Độ bền kéo của các mẫu cao su KBN35L
Tên mẫu Hàm lượng
than đen (PKL) Độ bên kéo (MPa) M30 30 15,913 M40 40 17,456 M M50 50 17,864 M60 60 16,636 M70 70 18,347 M80 80 16,677 L30 30 17,589 L40 40 21,903 L50 50 20,914 L L60 60 19,924 L70 70 19,872 L80 80 21,044 20 30 40 50 60 70 80 90
Hàm lượng than đen
Hì nh 3.3. Độ bề n kéo m ẫ u cao su K B N 3 5 L
Độ bền kéo của các mẫu được thể hện rõ hơn trên hình 3.3.
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp
kéo đứt của các mẫu M thay đổi từ 15,913 MPa tới 16,677 MPa, đạt giá trị cực đại 18,347 MPa ở hàm lượng than đen 70 PKL. Độ bền kéo đứt của các mẫu L có cao hơn, chúng dao động từ 17,598 MPa tới 21,903 MPa, đạt giá trị cực đại 21,9 MPa ở hàm lượng than đen 40 PKL.
Nhìn chung, so với các mẫu cao su P70K, độ bền kéo của các mẫu M và L có nguồn gốc từ cao su nitril KBN35L là thấp hơn.
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của than đen đến độ dãn dài khỉ đứt và độ cứng của vật liệu cao su KBN35L
Độ dãn dài và độ cứng thể hiện trên bảng 3.5
Bảng 3.5. Độ dã n dài khi đứt , độ c ứ n g và độ mài m ò n c ủ a các m ẫ u cao su K B N 3 5 L khi hàm l ư ợ n g t han đen t h a y đổi
Tên mẫu Hàm lượng than đen (PKL) Độ dãn dài khi đứt (%) Độ mài mòn* (%) Độ cứng (Shore A) M30 30 433,918 3,960 63 M40 40 382,085 4,297 67 M50 50 323,699 4,601 72 M M60 60 277,68 5,09 75 M70 70 210,638 6,092 79 M80 80 168,471 7,203 83 L30 30 593,861 3,703 60 L40 40 589,681 5,213 63 L50 50 502,135 6,37 67 L L60 60 421,277 6,84 72 L70 70 523,257 7,333 80 L80 80 299,154 8,203 83 (* ì ' r Chú t hích: : Tính t heo % k h ô i l ư ợn g m â t
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp
Theo bảng 3.5, khi tăng hàm lượng than đen, độ bền kéo của các mẫu nhìn chung là giảm dần, độ cứng của các mẫu tăng dần. Điều này cũng tương tự như các mẫu cao su P70K ở trên. Độ cứng các mẫu M và L có giá trị gần như nhau khi cùng hàm lượng than đen nhưng độ dãn dài khi đứt các mẫu L có giá trị cao hơn các M.
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng cùa than đen đến độ mài mòn cũa vật liệu cao su KBN35L
Độ mài mòn của vật liệu thể hiện trên bảng 3.5.
Giống như mẫu CB, độ mài mòn của vật liệu cao su KBN35L với hai mẫu M và L cũng có độ mài mòn tăng khi tăng hàm lượng than đen. Nhìn chung, các mẫu M có độ mài mòn thấp hơn L. Điều này được thể hiện rõ trên đồ thị hình 3.4 9.000 8.000 ^ 7.000 — 6.000 'I 5.000 4.000 J . 3.000 Q 2.000 1.000 0.000 M 3 0 M 4 0 M 5 0 M 6 0 M 7 0 M 8 0 L30 L40 L50 L60 L70 L80 Tên mẫu Hì nh 3.4. Độ mài mòn m ẫu ca o su M và L
Các kết quả trên được giải thích như sau:
Khi hàm lượng than đen nằm trong vùng giới hạn tối ưu 30PKL - 50PKL (với mẫu M) và 30PKL - 40PKL (với mẫu L) thì các hạt chất độn than đen được phân tán vào trong cao su và chúng tạo thành các
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp
mạng lưới đan chen vào nhau và liên kết bền vững với nhau [2]. Nghĩa là, khi hàm lượng than đen tăng thì mật độ mạng lưới trong cao su lưu hóa tăng lên, sự tương tác giữa than đen và cao su tăng, làm giảm độ linh động của các mạch cao su [6], dẫn đến độ bền kéo tăng, độ dãn dài khi đứt giảm và độ cứng tăng.
Khi hàm lượng than đen vượt quá giới hạn tối ưu (>50PKL với mẫu M và >40PKL với mẫu L) thì các hạt than dư sẽ phân bố vào trong khoảng trống giữa tập hợp cao su và than đen, làm chúng bị tách ra thành các pha riêng biệt [2], làm cho độ bền của cao su bị giảm, dẫn đến độ bền kéo giảm (đến giá trị hàm lượng than đen là 60PKL đối với mẫu M và 70PKL đối với mẫu L), độ dãn dài giảm, nhưng độ cứng vẫn tiếp tục tăng lên, khi đó độ mài mòn của vật liệu tăng dần.
Theo yêu cầu của bạc trượt, đề tài đã xác định các mẫu vật liệu CB35, CB20, M50, M60, L50, L60 có độ cứng, độ mài mòn, độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt có giá trị phù hợp để làm vật liệu chế tạo bạc trượt cho cao su.
Từ kết quả thu được, chúng tôi tiếp tục khảo sát độ bền trong môi trường dầu diezen của các mẫu: CB20, CB35, M50, M60, L50, L60.
3.3. Đánh giá độ bền môi trường cùa vật liệu trong dầu điezen 3.3.1. Độ trương trong dầu diezen của hệ mẫu M
Độ trương trong dầu của các mẫu M được thể hiện trên đồ thị hình 3.5.
Nhìn đồ thị ta thấy, sau khoảng 500h ngâm trong dầu diezen, độ trương trong dầu của vật liệu cao su M50 và M60 tăng nhanh. Từ 500h trở đi, độ trương của hai mẫu trong dầu diezen tăng chậm. Hàm lượng than đen tăng, độ trương trong diezen giảm. M60 có khả năng bền dầu
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tôt nghiệp
tốt hơn, sau 600 giờ vật liệu chỉ tăng 5,3% trọng lượng.
Hì nh 3.5. Độ t r ư ơ n g t r o ng dầ u đ i e ze n m ẫu M 5 0 và M 6 0
3.3.2. Độ trương trong dầu diezen của hệ mẫu L
Độ trương trong dầu của các mẫu L50 và L60 được thể hiện trên