Phương phỏp xỏc định cỏc đặc trưng lưu húa- 123docz.net

2. NGUYấN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU

2.3.1. Phương phỏp xỏc định cỏc đặc trưng lưu húa

2.3.1.1. Phương phỏp xỏc định cỏc đặc trưng lưu húa

Cỏc đặc trưng lưu húa của cao su được phõn tớch trờn mỏy MDR Rheometer 2020

(Myungij Tech, Hàn Quốc) theo AS™ D5289. Ti n hành : nõng nhiế ệ ột đ 2 khuụn

lờn nhiệ ộ lưu húa, đưa mẫt đ u th ử vào khoang lưu húa, đúng khoang và duy trỡ nhiệt

độ lưu húa. Đường cong lưu húa và cỏc giỏ tr tị s1, ts2, tc 90, t300, MH, ML, M300s được mỏy tớnh ghi lại.

Trong đú : ts1: thời gian cảm ứng lưu húa, phỳt-giõy. ts2: thời điểm lưu húa đạt 2%, phỳt-giõy.

tc90: thời gian lưu húa tối ưu, phỳt-giõy.

t300: Thời gian sau thời điểm đạt momen cực đại 300 giõy. ML, MH: Momen xo n cắ ực tiểu, cực đại, ib in. -

- Chỉ ố s R300, được xỏc định theo cụng th c : ứ (%)

- Chỉ ố lưa húa CRI đượ s c xỏc định theo cụng th c ứ :

2.3.1.2. Xỏc định năng lượng ho t húa hạ và ằng s tố ốc độ

Do đặc điểm c a h ủ ệ lưu húa cao su chứ ấa r t nhi u c u t , hi u biề ấ ử ể ết đầy đủ v cỏc ề

quỏ trỡnh di n ra g p nhiễ ặ ều khú khăn. Cỏc mụ hỡnh thực nghiệm được coi là mụ hỡnh

kh ả thi. Đặc điểm nổ ậi b t nhất của mụ hỡnh th c nghi m là dựng mụ hỡnh h quự ệ ồi i để x lý s ử ốliệu, cỏc thụng s ố được rỳt ra t cỏc s ừ ốliệu th c nghiự ệm trờn cơ sở phõn tớch cỏc hàm phi tuy n. Mụ hỡnh này b qua cỏc chi tiế ỏ ết liờn quan đến ph n ng húa hả ứ ọc

và s d ng nh ng quan h x p x . Cỏc mụ hỡnh mụ phử ụ ữ ệ ấ ỉ ỏng động học lưu húa: Theo

Isayev [90,91], mức đ lưu húa α xỏc địộ nh theo:

. 1 . n n K t K t = + (2.1) ở đõy : K T ( ) .exp = Ko (−E RTo/ ) .2)(2 Cũn theo Kamal [90] : d / ( dt = K1+K2. ).(1m − )n .3) (2 ở đõy: .4) (2 và : K2 .exp =A2 ( −E RT2/ ) .5) (2 Mụ hỡnh đơn giản hơn là tốc độ ph n ng b c n : ả ứ ậ d / .(1 dt = K − )n .6) (2

ở đõy: K T ( ) .exp =Ko ( −E RTo/ ) .7) (2 Mức đ lưu hoỏ được xỏc địộ nh t cụng thừ ức:

.8) (2 ở đõy, S(t) là mụ men xoắn, ML và MH: giỏ tr c c ti u và cị ự ể ực đạ ủi c a mụmen xo n; t : thắ ời gian lưu hoỏ ở nhiệt độ đó cho, phỳt.

Người ta hay s dử ụng phương trỡnh vi phõn động h c xõy d ng cho th i gian cọ ự ờ ảm ứng và th i giaờ n lưu húa của giai đoạn lưu húa chớnh:

.9) (2

.10) (2 Với: t th- ời gian lưu húa, phỳt.

( )

1 .exp 1 1/

ti– ờ th i gian c m ng c a giỏ tr ả ứ ủ ị lưu húa, được tớnh theo tớch phõn:

.11) (2 ti,T - giỏ tr ịthời gian cảm ứng nhi t ở ệ độ lưu húa cố đị nh T, phỳt.

K(T) - h s tệ ố ốc độ quỏ trỡnh nhiở ệ ột đ T. N - bậc hiệu qu c a quỏ trỡnh. ả ủ

Do tớnh đẳng nhi t c a ch ệ ủ ế độ lưu húa tương đương nờn cỏc phương trỡnh (2.9) và (2.10) cho ch này cú d ng: ế độ ạ

= 0 v i t<ti α ớ .12) (2 Với t ≥ ti, n=1 : .13) (2 với t≥ ti, n#1 : .13a) (2 Cỏc thụng s cố ủa vậ ệu trong cỏc phương trỡnh (2t li .9), (2.10), (2.11) cao su trong cỏc biểu th c cho h s tứ ệ ố ốc độ ủ c a quỏ trỡnh K(T) và th i gian c m ờ ả ứng ti,e(T):

.14) (2 .15) (2

Trong đú: T và Te nhi– ệt độ ệ ạ hi n t i và nhiệt độ ủ c a ch ế độ lưu húa tương đương, K. Ke – ằ h ng s tố ốc độ ủ c a quỏ trỡnh.

ti,e– ờth i gian c m ng cho ch ả ứ ế độ lưu húa tương đương, phỳt.

E, Ei –năng lượng ho t húa cạ ủa quỏ trỡnh tương ứng cho quỏ trỡnh cơ bản và giai đoạn c m ng; R-h ng s khớ; R= 8,314 J/(K.mo ả ứ ằ ố l).

Xỏc định h ng s K thụng qua m i quan h gi a cỏc momen xo n và th i gian. ằ ố ố ệ ữ ắ ờ

Xõy d ng m i quan h ự ố ệtuyến tớnh gi a Ln(Mữ H-Mt) - t v i cỏc nhi ớ ệt độ khỏc nhau, với Mt (Ib-in) là giỏ tr ị momen được xỏc định t ừ đường cong lưu húa tương ứng thời điểm t (phỳt) t i m t nhiạ ộ ệt độlưu húa nhất định (t l y ớt nh t là 3 thấ ấ ời điểm). H ng s ằ ố tốc độK ở ộ m nhit ệt độ nhất định là h s gúc cệ ố ủa đường th ng t i nhiẳ ạ ệt độ đú, mụ t ảtrong Hỡnh 2. 2.

Xỏc định năng lượng ho t húa thụng qua h ng s tạ ằ ố ốc độ K

Xõy d ng m quan h ự ối ệ tuyến tớnh gi a LnKữ i v i 1/T. Kớ i là h ng s tằ ố ốc độ ở cỏc nhiệt độ T lưu húa khỏc nhau (ớt nhất 3 giỏ tr T). T h s gúc cị ừ ệ ố ủa đường th ng này ẳ xỏc định được năng lượng ho t húa E. ạ

Hỡnh 2. 2. Đồ thị ể bi u di n mễ ối tương quan gi a ln (Mữ H-Mt) v i th i gian t [92] ớ ờ

Xỏc định năng lượng ho t húa thụng qua th i gian tạ ờ c90[92]

Hỡnh 2. 3. ao di n ph n mGi ệ ầ ềm ActEne4

Phương trỡnh Arrhenius cũn được bi u diể ễn dưới d ng: 1/tạ c90 = A*exp(-E/RT). Xõy d ng m i quan h ự ố ệ tuyến tớnh gi -ữ Lntc90 v i 1/T. T là cỏc nhiớ ệt độ lưu húa khỏc nhau (ớt nh t 3 giỏ tr T). T h s gúc cấ ị ừ ệ ố ủa đường thẳng thu được s ẽ xỏc đị h đượn c năng lượng ho t húa E. ạ

Ngoài ra s dử ụng ph n mầ ềm ActEne4 (Hỡnh 2. 3) dựa trờn cỏc phương trỡnh động

học đó núi ở trờn để tớnh cỏc giỏ trị năng lượng hoạt húa, hằng s tố ốc độ ph n ng và ả ứ bậc phả ứn ng.

2.3.2. Phương phỏp xỏc định cỏc tớnh chất cao su

2.3.2.1. Phương phỏp xỏc đ nh đị ộ ền kộo, độ dón dài khi đứt, độ b dón dài dư

Độ ề b n kộo

Độ ề b n kộo th nghi m trờn mỏy Instron 5582 (M ) theo TCVN 4509 : 2013 v i ử ệ ỹ ớ

tốc độ kộo m u 500 mm/phỳt nhiẫ ở ệt độ phũng. Kớch thước mẫu đo thể ệ ở hi n Hỡnh 2. 4.

Hỡnh 2. 4. Kớch thước tiờu chu n c a mẩ ủ ẫu cao su đo độ ề b n kộo Độ ề b n kộo được tớnh theo cụng th c sau : ứ Độ ề b n kộo = F/(x.y) (MPa) Với: F là lực kộo đứt mẫu (N).

x là chi u r ng ch nh nhề ộ ỗ ỏ ất của m u (mm). ẫ y là chi u dày ch nh nhề ỗ ỏ ất mẫu (mm).

Độ dón dài khi đứt

Độdón dài khi đứt cũng được th nghi m trờn mỏy Instron 5582 theo TCVN 4509 ử ệ : 2013. Cỏc thao tỏc được tiến hành đồng th i vờ ới phộp đo độ ề b n kộo. Độ dón dài khi đứt là độ gión khi kộo trờn chi u dài th tề ử ại đi m đ t và đưể ứ ợc tớnh theo cụng th c : ứ

Độ dón dài khi đứt = (x1-x0).100/x0 (%)

Trong đú : x0 là độ dài giữa hai điểm được đỏnh dấu trờn mẫu trước khi kộo (mm). x1 là chiều dài giữa hai điểm đỏnh dấu trờn mẫu ngay khi đứt (mm).

Độ dón dài dư

Sau khi m u cao su b kộo ẫ ị kộo đứt, đợi 3 phỳt để m u ẫ ổn định rồi tiến hành đo khoảng cỏch 2 điểm được đỏnh dấu trước.

Độ dón dài dư = (y2-y0).100/y0 (%)

Trong đú : y0là độ dài giữa 2 đi m đưể ợc đỏnh dấu trước khi kộo (mm). y2 là độ dài giữa 2 đi m đưể ợc đỏnh dấu sau khi hồi phục (mm).

2.3.2.1. Phương phỏp xỏc đ nh đị ộ ứ c ng

Độ ứ c ng c a cao su xỏủ c định b ng d ng c Tằ ụ ụ eclockgs 709N (Nhật B n) theo ả

TCVN 1595 –88. Đặt m u lờn m t ph ng n m ngang và dựng ngún tay ẫ ặ ẳ ằ ấn mạnh đồng

h ồ đo xuống mẫu. Đọc ch s ỉ ố độ ứng trờn thang chia độ c sau 3 giõy k t lỳc tỏc d ng ể ừ ụ lờn m u. K t qu ẫ ế ả được tớnh trung bỡnh của 3 giỏ tr ị đo thu đượ ừ 3 điểm đo khỏc c t nhau.

2.3.2.2. Phương phỏp xỏc đ nh đị ộ đàn hồ ải n y Xỏc định độ đàn hồ ải n y theo con lắc đơn

Độđàn h i n y con lổ ả ắc đơn được xỏc định trờn d ng c ụ ụ đo ở Hỡnh 2. 5 theo AS™ D7121 – 05. Mẫu đo cú độ ày 12,0 (mm) đượ d c k p tẹ rờn gỏ đỡ ủ c a b ộ đo. Thả rơi

thanh ch a qu n ng t ứ ả ặ ừ phương nằm ngang đến đập vuụng gúc v i mớ ẫu cao su. Đọc

giỏ tr v n y trờn thaị ề độ ẩ ng đo sau khi qu n ng n y lờn. L y giỏ tr sau l n th ả ặ ả ấ ị ầ ảthứ 5.

Hỡnh 2. 5. D ng c ụ ụ đo đàn hổ ải n y con lắc đơn

2.3.2.3. Phương phỏp xỏc đ nh đị ộ nộn dư

Độ nộn dư được xỏc định theo tiờu chu n AS™ D395 03 (2008). M u th ẩ – ẫ ử ở d ng kh i hỡnh tr ạ ố ụ cú kớch thước : Dày (6,0±0,2mm) x đường kớnh 13,0 mm. Cỏc m u ẫ

được nộn xu ng 4,5ố (mm) (25%) để trong th i gian ờ 22h. Sau đú lấy ra và để ổn định

trong th i gian 30 phỳt rờ ồi đem đo lại b ề dày. Độ nộn dư đượ xỏc địc nh theo cụng

Độ ộn dư =[(z n 0-zi)/(z0-zn)].100 (%) Trong đú z: 0, zi là bề dày ban đầu, sau khi nộn c a mủ ẫu (mm).

zn = 4,5 là kho ng cỏch giả ữa cỏc mặt ộp (mm).

2.3.2.4. Phương phỏp xỏc đ nh đị ộ trương, m t đ khõu m ch c a cao su ậ ộ ạ ủ Phương phỏp xỏc nh trđị độ ương

Độ trương của cao su trong dung mụi toluen được th nghi m theo tiờu chu n ISO ử ệ ẩ

1817-2005. Cao su được ngõm trong toluen ởnhiệt độ phũng cho đến khi m u tẫ rương

n ở bóo hũa. Độ trương được xỏc định theo cụng thức sau :

.16) (2

Trong đú : độ trương, % ; : Khối lượng mẫu trước và sau khi ngõm, g.

Phương phỏp xỏc nh m t đị ậ độ õu mkh ạch theo độ ương tr

Thụng qua độ trương trong toluen mậ ột đ khõu m ch trong hạ ợp phần cao su được

xỏc định theo cụng th c Flory-Rehner ứ [93] :

.17) (2 :

Trong đú : H s ệ ố tương tỏc của cao su v i dung mụi, ớ

Trong trường h p blend cao su, h s ợ ệ ố ꭓ được tớnh theo cụng th c sau [67] ứ :

Trong đú: , : Hệ ố tương tỏc củ s a cao su 1 và 2 v i dung mụi. ớ a, b: Ph n khầ ối lượng c a cao su 1 và 2 trong h n h p blend ủ ỗ ợ

v i: NR và toluen, =0,39 ớ [94]; CR và toluen, =0,14 [95]

: Thể tớch mol riờng ph n c a dung mụi ; ầ ủ

: Phần th ểtớch của cao su trong điều kiện cao su đó trương nở cõn b ng ằ (2.18) tớch m u cao su ngõm bóo hũa trong dung mụi ;

: thể ẫ

: thể tớch ban đầu c a m u cao su, cmủ ẫ 3 ;

: khối lượng c a cao su sau nghi ngõm bóo hũa; : khủ ối lượng riờng c a ủ cao su sau nghi ngõm bóo hũa ; n là mậ ột đ khõu m chạ , mol/cm3. Khối lượng phõn t cử ủa toluen Mtoluen = 92, khối lượng riờng của toluen là 0,8669 (g/cm3).

2.3.2.5. Phương phỏp xỏc đ nh đị ộ ề b n m i cao su ỏ

Độ ề b n m i cỏ ủa cao su được th nghi m trờn thi t b ử ệ ế ị đo mỏi động ZL3006A v i ớ tốc độ 300 chu kỳ/phỳt, độ dón dài 140%, 175% và 230%. Sau s chu k nhố ỳ ất định mẫu cao su được đo cỏc tớnh chất như độ ền kộo, độ dón dài khi đứt, độ ảy, trương b n n ở trong dung mụi, độ ứ c ng.

Hỡnh 2. 6. Thi t b ế ị đo mỏi động ZL3006A

2.3.2.6. Phương phỏp xỏc định đ lóo húa cao su ộ

Cao su được ti n hành th nghi m theo tiờu chu n TCVN 2229 : 2007. ế ử ệ ẩ

Cỏc m u th ẫ ử đuợc chu n b theo tiờu chuẩ ị ẩn quy định và đua vào tủ

sấy Memmert (Đức) ở 70oC trong th i gian 24 gi . Sau khi k t thỳc th i gian th , ờ ờ ế ờ ử mẫu đuợ ấ ra đểc l y yờn ớt nh t 4 gi nhiấ ờ ở ệt độ phũng và khụng quỏ 96 gi n ờ tiế hành đo cỏc tớnh chấ ủt c a m u sau khi th c hi n phộp th lóo húa. ẫ ự ệ ử

47 Trong đú: H s lóo húa do nhi ệ ố ệt.

: Độ ề b n kộo trước và sau khi lóo húa nhi ệt.

2.3.2.7. Phương phỏp xỏc định tớnh ch t nhi t (TGA, DTG) ấ ệ

Giản đồ nhiệt được xõy d ng trờn thi t b TGA (NETZCH STA 409 PC/PG trong ự ế ị kho ng nhiả ệt độ ừ t 25oC đến 550oC, tốc độ 10oC/phỳt. Cỏc k t qu phõn tớch d u ế ả ữliệ

TGA (Thermogravimetric Analysis) khụng ch ỉ xem xột đến s hao h t khự ụ ối lượng

dưới tỏc động tăng dần c a nhiủ ệt độ mà cũn th c hi n phộp tớnh vi phõn DTG ự ệ (Derivative ThermoGravimetry) để xỏc định tốc độ thay đổi khối lượng theo th i ờ gian. K t qu ế ả thu được dưới dạng giản đồ ế ợ k t h p TGA-DTG, từ đú đỏnh giỏ độ ề b n nhi t hay th i gian s ng cệ ờ ố ủa vật liệu polyme.

Hỡnh 2. 7. Thi t b phõn tớch nhi t vi sai NETZCH STA 409 PC/PG ế ị ệ

2.3.2.8. Phương phỏp xỏc đ nh đị ộ ề b n kộo búc

Hỡnh 2. 8. M u th u n và d ng c ẫ ử ch ẩ ụ ụ gỏ để thử ự l c kộo búc (l c dớnh) ự

Tốc độ kộo m u 50 mm/phỳt. M u th là m t t m cao su dày 8mm ± 0,1mm cú ẫ ẫ ử ộ ấ vựng th rử ộng 25mm ± 0,1mm và dài 125mm được dớnh v i b m t m t t m kim loớ ề ặ ộ ấ ại

trờn di n tớch 25mmệ 2. T m kim lo i dày 1,5mm ± 0,1mm, r ng 25mm ± 0,1mm và ấ ạ ộ

dài 60mm ± 1mm (Hỡnh 2. 8). Cỏc kết quả được ghi lại trờn ph n mầ ềm của mỏy th . ử

2.3.2.9. Phương phỏp xỏc định cỏc đặc trưng ch ng rung c a cao su ố ủ - Xỏc định cỏc đặc trưng chống rung thụng qua độ đàn hồi nảy th ả rơi

Hỡnh 2. 9. D ng c ụ ụ đo độ đàn hồ ải n y ki u th ể ả rơi

Cỏc mẫu được đo độ đàn hổ ẩi n y theo AS™ D2632 01. M u th cú b dày 1,– ẫ ử ề 2

(cm) đượ đặ ố địc t c nh trờn b m t b ề ặ ộ gỏ đỡ và ng s t thố ắ ẳng đứng cú v ch chia chiạ ều cao. Qu nả ặng được th ả rơi dọc theo ng s t t cao 40 (ố ắ ừ độ cm) va vào m u th sau ẫ ử đú nảy lờn, rơi xuống r i l i n y lờn, l p ồ ạ ả ặ đi lặ ạ ồ ắp l i r i t t hẳn. Đọc k t qu v chi u ế ả ề ề

cao ho, h1, h2, h3, h4(cm) tương ứng v i th i gian tớ ờ 0, t1, t2, t3, t4 (s) qu n ng m i l n ả ặ ỗ ầ nảy lờn cho đến khi dao động t t h n. Xõy dắ ẳ ựng phương trỡnh h = f(t) từ đú xỏc định cỏc đặc trưng chống rung c a vủ ậ ệt li u.

T ừ đú ếk t quảthực nghiệm xỏc định được hệ ố ắ s t t rung tan , h s c n theo ệ ố ả cụng th c ứ [96]:

tan = / = 2π Trong đú : là hệ ố ả s c n ; =3,14 π

là độ ả gi m loga được tớnh dựa theo cụng thức (1.30), c ụthểlà: =ln(h1/h2) Phương trỡnh đường cong th c nghi m h =f(t) cú d ng: ự ệ ạ

(hoặc như trong Hỡnh 2. 10)

Giỏ trị ố mũ α thu đượ s c từ phương trỡnh đường cong th c nghi m, ỏp d ng cỏc ự ệ ụ cụng th c (1.1ứ 1), (1.1 ), (1.12 3) để xỏc định h s nh t c và h s ệ ố ớ ệ ố đàn hồi k. Cỏc thụng số khỏc được xỏc định theo cỏc cụng th c ứ ở ụ m c 1.1.2.

Hỡnh 2. 10. Xõy dựng đường cong h = f(t) theo độ ả n y

- Xỏc định cỏc đặc trưng chống rung thụng qua dao động tắt dần

H ệ thống đo cỏc đặc trưng chống rung của cao su được mụ t theo Hỡnh 2. 11 và ả Hỡnh 2. 12.

M u cao su (30x25x2mmẫ ) đặt vào cơ cấu theo nh 2. aHỡ 12 . Dao động kớch thớch

theo phương thẳng đứng được c p vào thụng qua naấ m chõm điện v i t n s (Hz) thay ớ ầ ố đổi. Khi ng ng cừ ấp điện, cơ cấu đangdao động cưỡng b c tr ứ ở thành dao động t t d n. ắ ầ C m bi n ghi l i cỏc gia tả ế ạ ốc dao động a (m/s2) theo thời gian t và lưu lại trờn mỏy

định cỏc thụng s ố đặc trưng ống rung như: hệ ố ắt rung tanδ, hệ ốch s t s nh t c, h s ớ ệ ố đàn hồi k... theo cỏc cụng thức tương tựnhư phương phỏp thụng qua đo độ n y (Hỡnh ả