Mẫu Tớnh chất CSTN/Silica10 CSTN/CSE-20/Silica10 Độ bền kộo, MPa 15,7 21,3 Modun 300%, MPa 0,65 0,89 Độ dón dài khi đứt, % 877 810 Độ bền xộ, N/mm 24,5 26,4
Để mụ tả sự phõn bố nano silica trong nền cao su, kỹ thuật hiển vi điện tử quột (SEM) được sử dụng để quan sỏt bề mặt phỏ huỷ của mẫu CSTN/Silica10 và CSTN/CSE-20/Silica10. Ảnh SEM được trỡnh bày trờn hỡnh 3.52. Hỡnh 3.52a cho thấy nano silica cú dạng hỡnh cầu với kớch thước khoảng 100 nm, tồn tại ở trạng thỏi tập hợp. So sỏnh với ảnh 3.52b đặc trưng cho mẫu CSTN/Silica10 và ảnh 3.52c của mẫu CSTN/CSE-20/Silica10 cú thể thấy rằng mẫu cú chứa CSE-20 thể hiện phõn bố silica tốt hơn so với mẫu khụng cú CSE-20. Cỏc hạt nano silica vẫn cũn ở trạng thỏi tập hợp và chỳng co cụm lại thành từng đỏm trong nền cao su của mẫu CSTN/Silica10. Trong khi đú cấu trỳc tập hợp của cỏc hạt nano silica bị phỏ vỡ và hạt nano silica phõn bố đồng đều trong nền cao su của mẫu CSTN/CSE-20/Silica10. Bề mặt phỏ huỷ của mẫu CSTN/Silica10 phẳng và mịn, tuy nhiờn silica phõn bố thành tập hợp. Trong khi đú đối với mẫu CSTN/CSE-20/Silica 10 thỡ silica phõn tỏn thành từng hạt riờng rẽ và phõn bố khỏ đồng đều trờn bề mặt phỏ huỷ.
(a) (b) (c)
Hỡnh 3.52: Ảnh SEM bề mặt của (a) nano silica và bề mặt phỏ huỷ do kộo đứt của cỏc mẫu (b) CSTN/Silica10; (c) CSTN/CSE-20/Silica10
b. Ảnh hưởng của hàm lượng nano silica đến tớnh chất cơ học của blend CSTN/CSE-20
Để nghiờn cứu đặc trưng gia cường của chất độn nano silica lờn tớnh chất cơ học của cao su blend CSTN/CSE-20, đó tiến hành khảo sỏt cỏc hàm lượng của nano silica từ 5, 10, 15 và 20 PKL. Cao su blend CSTN/CSE cú tỷ lệ CSTN : CSE-20 được giữ ổn định ở 80:20. Cỏc đường cong ứng suất độ dón dài điển hỡnh của CSTN/CSE-20/Silica được trỡnh bày trong hỡnh 3.53.
0 200 400 600 800 1000 0 5 10 15 20 25 ứ ng su ấ t (M Pa) Độ dãn dài (%) CSTN/CSE CSTN/CSE-20/Silica5 CSTN/CSE-20/Silica10 CSTN/CSE-20/Silica15 CSTN/CSE-20/Silica20
Hỡnh 3.53: Đường cong ứng suất - độ dón dài của vật liệu cao su blend CSTN/CSE-20 với hàm lượng nano silica thay đổi
Độ bền kộo, độ dón dài khi đứt, mụ đun ở 300% và độ bền xộ của CSTN/CSE-20 Silica được thể hiện trong hỡnh 3.54. Hỡnh 3.54a cho thấy độ bền kộo giảm và đạt giỏ trị nhỏ nhất với 10 PKL silica và sau đú cú xu hướng tăng khi hàm lượng silica cao hơn. Hiện tượng này cũng xảy ra tương tự đối với modun 300% và độ bền xộ. Hiện tượng này được giải thớch là do hiệu ứng “pha loóng” khi hàm lượng chất gia cường khụng đủ lớn, cụ thể ở đõy là khoảng 5-10 PKL nano silica. Khi hàm lượng nano silica tăng lờn thỡ hiệu ứng gia cường chiếm ưu thế đó làm tăng độ bền kộo và độ bền xộ. Tương tỏc giữa mạch polyme và nano silica tăng lờn khi hàm lượng nano silica tăng lờn làm giảm độ mềm dẻo của mạch polyme, kết quả là độ dón dài khi đứt giảm xuống và modun 300% tăng lờn.
(a) Hàm lượng silica, PKL 0 5 10 15 20 25 Đ ộ d ãn dài , % 0 200 400 600 800 1000 (b) (b) (c) (d)
Hỡnh 3.54: Tớnh chất cơ học của CSTN/CSE-20/nano silica theo hàm lượng silica
c. Cấu trỳc hỡnh thỏi cao su blend CSTN/CSE-20 nanocompozit
Đó tiến hành nghiờn cứu cấu trỳc cấu trỳc hỡnh thỏi của bề mặt phỏ huỷ cơ học do lực kộo đứt bằng phương phỏp kớnh hiển điện tử quột. Hỡnh 3.55 là ảnh SEM của bề mặt phỏ huỷ mẫu do kộo của cỏc mẫu cao su blend CSTN/CSE-20 khi thay đổi hàm lượng nano silica.
Sự cú mặt của nano silica đó làm thay đổi đỏng kể cấu trỳc hỡnh thỏi bề mặt phỏ huỷ của mẫu cao su blend CSTN/CSE-20, từ dạng phẳng rộng đến bề mặt thụ rỏp hơn (hỡnh gợn súng). Hỡnh 3.55f cho thấy nano silica được phõn bố đồng đều trong nền blend CSTN/CSE-20 và là nguyờn nhõn gúp phần làm tăng cỏc tớnh chất cơ học của cao su blend CSTN/CSE-20 như đó được thảo luận ở phần trờn.
(a) blend CSTN/CSE-20 (b) CSTN/CSE-20/Silica5
(c) CSTN/CSE-20/Silica10 (d) CSTN/CSE-20/Silica15
(e) CSTN/CSE-20/Silica20 phúng đại 2000 lần
(f) CSTN/CSE-20/Silica20 phúng đại 5000 lần
Hỡnh 3.55: Ảnh SEM bề mặt phỏ huỷ do kộo đứt của vật liệu blend và nanocompozit
Nhận xột
Từ cỏc kết quả của nghiờn cứu trờn cho thấy rằng nano silica cú tỏc dụng gia cường cho blend CSTN/CSE-20 ở hàm lượng 20 PKL với giỏ trị độ bền kộo, mụdun 300%, độ khỏng xộ tăng mạnh. Điều này chứng tỏ với kớch thước nano, chất độn nano silica cú tỏc dụng hạn chế cỏc vết nứt của vật liệu dẫn đến làm tăng giỏ trị độ bền kộo và xộ của vật liệu.
3.2.2. Nghiờn cứu chế tạo hệ blend CSTN/SBR (1:1) tăng cường khả năng tương hợp bằng benzoyl peroxyt (BPO)
3.2.2.1. Ảnh hưởng của chất tương hợp BPO đến quỏ trỡnh hỗn luyện
Trờn hỡnh 3.56 là đồ thị mụ men xoắn của quỏ trỡnh hỗn luyện.
0 1 2 3 4 5 6 0 10 20 30 40 50 60 70 Mô m en xoắn (Nm) Thời gian (phút) CSTN/SBR (1:1) CSTN/SBR+1 BPO CSTN/SBR+2 BPO
Hỡnh 3.56: Giản đồ mụ men xoắn quỏ trỡnh hỗn luyện
Từ quỏ trỡnh hỗn luyện, nhờ phần mềm chuyờn dụng đó tớnh toỏn được năng lượng hỗn luyện và mụ men xoắn cực đại của quỏ trỡnh (bảng 3.35).