Qua số liệu thu được và quan sỏt trờn đồ thị (hỡnh 3.18) nhận thấy CSE-50 cải thiện đỏng kể độ trương của vật liệu blend CSTN/NBR (4/1) trong dầu nhờn. Với hàm lượng 3 và 5 PKL CSE-50 cho độ trương bóo hồ trong dầu nhờn xấp xỉ nhau. So sỏnh với độ trương bóo hồ trong dầu nhờn của blend CSTN/NBR (4/1) tương hợp bằng CSE-20 đó khảo sỏt ở trờn cú cao hơn, tuy nhiờn khi tăng hàm lượng CSE-50 lờn 10 và 15 PKL thỡ độ trương của vật liệu blend khảo sỏt giảm mạnh (độ giảm tương ứng 34,8 % và 45,5 % so với blend ban đầu).
***) Ảnh hưởng của hàm lượng CSE-50 đến đường cong trễ của vật liệu blend
Khi vật liệu chịu tỏc dụng của tải trọng động, vấn đề cần quan tõm ở đõy là hiệu ứng Patrikeev – Mulins. Đó tiến hành khảo sỏt diện tớch vũng trễ trờn chu kỳ thứ nhất của cỏc mẫu cao su sử dụng chất tương hợp CSE-50, kết quả được thể hiện trờn bảng 3.21.
Bảng 3.21: Diện tớch vũng trễ thứ nhất của cỏc mẫu cao su blend CSTN/NBR (4/1) tương hợp bằng CSE-50
Mẫu CSTN/NBR
CSE-50 (PKL) 1,5 3,0 5,0 10,0 15,0
Diện tớch
(đvdt) 176 187 199 126 135
Từ kết quả cú được về diện tớch vũng trễ (bảng 3.21), nhận thấy rằng khi sử dụng chất tương hợp CSE-50 làm giảm diện tớch vũng trễ ở chu kỳ thứ nhất so với mẫu blend CSTN/NBR(4/1) khụng sử dụng chất tương hợp rất lớn, tăng từ 62,9% đến 77,9% so với mẫu trống. Tuy nhiờn, nếu so sỏnh với việc sử dụng 5PKL CSE- 20 và 5 PKL CSE-50 thỡ năng lượng tổn hao ở chu kỳ vũng trễ thứ nhất của mẫu sử dụng 5PKL CSE-50 lớn hơn khoảng 79% so với mẫu tương hợp bằng CSE-20.
****) Ảnh hưởng của hàm lượng CSE-50 đến cấu trỳc hỡnh thỏi của vật liệu blend
Cấu trỳc hỡnh thỏi của vật liệu cao su blend được nghiờn cứu bằng kớnh hiển vi điện tử quột (SEM). Trờn cỏc hỡnh 3.19 là ảnh chụp kớnh hiển vi điện tử quột bề mặt phỏ huỷ giũn của vật liệu cao su blend CSTN/NBR tương hợp bằng CSE-50.
Từ ảnh SEM (hỡnh 3.19) nhận thấy sự phõn bố pha của cỏc cao su thay đổi theo hàm lượng CSE-50 cho vào. Khi khụng cú CSE-50 (hỡnh a) pha cao su NBR phõn bố dạng hạt tương đối trũn, khi cú 1,5 PKL CSE-50 thỡ chỳng lại phõn bố dạng dẹt dài khoảng 20 àm, khi tăng hàm lượng CSE-50 lờn đến 5 PKL sự phõn bố này lại trở về dạng hạt trũn nhưng nhỏ hơn rất nhiều (khoảng 2 àm). Trờn ảnh (3.19f) ta khụng cũn cú thể phõn biệt được đõu là cao su nitril, cao su thiờn nhiờn nữa.
Từ những kết quả cú được từ ảnh SEM nhận thấy khi hàm lượng CSE-50 thấp gõy ra sự phõn bố cỏc pha cao su khụng tốt dẫn đến cỏc tớnh chất cơ học thấp, khi đến 5 PKL thỡ tớnh chất cơ học được cải thiện, tuy nhiờn khi tăng hàm lượng
CSE-50 thỡ tớnh chất cơ học giảm, nhưng khả năng khỏng dầu tốt lờn và sự tương hợp pha cũng tốt hơn.
(a) CSTN/NBR (20/80) (b) CSTN/NBR/CSE-50-(80/20/1,5)
(c) CSTN/NBR/CSE-50-(80/20/3) (d) CSTN/NBR/CSE-50-(80/20/5)
(e) CSTN/NBR/CSE-50-(80/20/10) (f) CSTN/NBR/CSE-50-(80/20/15)
Hỡnh 3.19: Ảnh SEM bề mặt góy giũn của cỏc mẫu blend CSTN/NBR tương hợp bằng CSE-50
Nhận xột chung
Từ kết quả nghiờn cứu thu được ở trờn cho thấy: khi sử dụng cỏc loại cao su thiờn nhiờn epoxy hoỏ CSE-20 và CSE-50 đó giỳp cỏc cao su thành phần trong vật liệu blend CSTN/NBR (4/1) tương hợp tốt. Bằng chứng là khi sử dụng CSE-50 và
CSE-20 đều làm giảm độ trương của vật liệu trong dầu nhờn, làm giảm năng lượng tổn hao khi vật liệu chịu tải trọng động, cụ thể năng lượng tổn hao giảm từ 77,9% đến 79,3% so với mẫu cao su blend ban đầu khụng cú chất tương hợp.
3.1.2.3. Nghiờn cứu sử dụng cao su clopren cắt mạch (CR) làm chất tương hợp cho blend CSTN/NBR(4/1)
Cao su clopren cú nhiều ưu điểm như bền mụi trường, bền dầu mỡ, nhưng cú một số đặc tớnh cụng nghệ đặc biệt như lưu hoỏ chậm, cứng, khú trộn hợp với cỏc loại cao su khỏc, khú tạo hỡnh,… Để sử dụng cao su clopren làm chất tương hợp cho vật liệu cao su blend CSTN/NBR (4/1), chỳng tụi đó tiến hành cắt mạch cao su clopren nhằm giảm độ nhớt mooney của cao su này xuống cũn 30 mooney.
a. Ảnh hưởng của hàm lượng CR đến tớnh chất cơ học của vật liệu blend CSTN/NBR(4/1)
Đó tiến hành khảo sỏt tớnh chất cơ học của vật liệu cao su blend CSTN/NBR (4/1) tương hợp bằng CR. Tớnh chất cơ học được thể hiện trờn bảng 3.22.
Bảng 3.22: Tớnh chất cơ học của blend tương hợp bằng CR
Blend CSTN/NBR Cú hàm lượng CR (PKL) Độ bền kộo (MPa) Độ bền xộ (N/mm) Độ dón dài (%) Modun 300% (MPa) Độ cứng (Shore A) 0 16,6 39,5 864 0,43 45,0 3 19,0 31,4 754 0,51 46,0 5 20,5 31,4 783 0,49 47,0 7 22,4 27,3 800 0,54 47,0 10 19,5 37,8 787 0,46 47,0
Cỏc số liệu trờn bảng 3.22, cho thấy độ dón dài của cỏc mẫu blend rất lớn, độ cứng tất cả cỏc mẫu dưới 50 Shore A, khả năng bền xộ của mẫu cú sử dụng 10 PKL cao su clopren là lớn nhất, đạt 37,8 N/mm. Mụ đun 300% của cỏc mẫu cũng giao động trong khoảng 0,43 đến 0,54 MPa, tuy nhiờn mẫu cú sử dụng 7 phần khối lượng cao su clopren làm chất tương hợp cú giỏ trị cao nhất đạt 0,54 (MPa).
Quan sỏt hỡnh 3.20, thể hiện sự thay đổi độ bền kộo và độ dón dài mẫu cho thấy ở hàm lượng 7 PKL cao su clopren cho độ bền kộo cao nhất và độ dón dài lớn nhất. So với độ bền kộo của mẫu cao su blend CSTN/NBR (4/1) khụng cú chất tương hợp thỡ độ bền kộo của blend sử dụng 7 PKL CR đó tăng được 34,9 %.
0 200 400 600 800 0 5 10 15 20 25 CSTN/NBR/7CR CSTN/NBR/10CR ứ ng suất ( MPa) Độ dãn dài (%)
Hỡnh 3.20: Đường cong ứng suất – độ dón dài của cỏc mẫu blend CSTN/NBR tương hợp bằng CR
Từ cỏc số liệu cú được trờn bảng 3.22 và đồ thị (hỡnh 3.20) cho thấy cao su clopren cú tỏc dụng tớch cực tới khả năng tương hợp của blend, cụ thể: làm tăng cỏc tớnh chất cơ học của vật liệu blend CSTN/NBR (4/1).
b. Ảnh hưởng của hàm lượng CR đến khả năng trương trong xăng A92 của vật liệu blend CSTN/NBR(4/1)
Để khẳng định thờm về tỏc dụng của cao su clopren cắt mạch đến khả năng tương hợp của vật liệu cao su blend CSTN/NBR (4/1) đó tiến hành khảo sỏt khả năng trương trong xăng A92 của cỏc mẫu cao su blend. Hỡnh 3.21 thể hiện độ trương bóo hồ của cao su blend CSTN/NBR (4/1) tương hợp bằng cao su clopren cắt mạch trong xăng A92.
Từ đồ thị (hỡnh 3.21) cho thấy: cao su clopren cắt mạch làm giảm độ trương bóo hồ trong xăng của blend CSTN/NBR (4/1). Tuy nhiờn sự thay đổi hàm lượng CR khụng làm thay đổi đỏng kể độ trương trong xăng.
0 2 4 6 8 10 100 120 140 160 180 200 Độ trương b ão hoà (%)
Hàm lượng cao su clopren (PKL)
Hỡnh 3.21: Độ trương bóo hồ trong xăng A92 của cỏc mẫu blend CSTN/NBR tương hợp bằng CR
c. Ảnh hưởng của hàm lượng cao su clopren đến khả năng hồi phục ứng suất và đường cong trễ của vật liệu blend CSTN/NBR(4/1)
Cỏc ứng dụng của vật liệu cao su thường gắn với khả năng chịu tải trọng động của vật liệu. Đặc trưng của khả năng chịu tải trọng động là khả năng hồi phục ứng suất và hiệu ứng Patrikeev – Mulins. Bảng 3.23, là thời gian hồi phục ứng suất 1 và 2 của vật liệu cao su blend CSTN/NBR(4/1) tương
hợp bằng cao su clopren cắt mạch. Từ cỏc kết quả cho thấy khi tăng hàm lượng CR từ 3 lờn 7 phần khối lượng đó làm 1 giảm, trong khi đú thời gian 2 tăng từ 96,7 giõy lờn 215 giõy. Tuy nhiờn, khi tăng hàm lượng cao su clopren lờn 10 PKL
thỡ thời gian 1 tăng cũn 2 giảm. Chứng tỏ khi hàm lượng cao su clopren đạt đến 7
PKL thỡ vật liệu duy trỡ ứng suất tốt nhất, nếu hàm lượng này tăng lờn thỡ làm giảm khả năng chịu ứng suất theo thời gian. Trờn hỡnh 3.22 thể hiện khả năng hồi phục ứng suất của mẫu cao su blend CSTN/NBR(4/1) cú sử dụng 7PKL cao su clopren cắt mạch làm chất tương hợp.
Bảng 3.23: Thời gian hồi phục ứng suất của cỏc mẫu cao su blend CSTN/NBR(4/1) tương hợp bằng cao su clopren cắt mạch .
Mẫu CSTN/NBR CR 0 PKL 3 PKL 5 PKL 7 PKL 10 PKL 1 (s) 19,4 7,5 6,5 3,9 7,9 2 (s) 154,3 96,7 160,3 215,0 109,0 0 100 200 300 400 500 600 0 1 2 3 4 5 6 (CSTN/NBR)/7CR ứ n g suất (M Pa)
Thời gian (giây)
Hỡnh 3.22: Đường cong hồi phục ứng suất của mẫu blend CSTN/NBR tương hợp bằng cao su clopren cắt mạch
Số liệu thực nghiệm được trỡnh bày ở bảng 3.23 và đồ thị 3.22 cho thấy, khi sử dụng 7 PKL CR làm chất tương hợp cho blend CSTN/NBR(4/1) cho đỉnh pic rất nhọn trờn đồ thị, đõy chớnh là khoảng thời gian hồi phục 1 mà theo tớnh toỏn cho thấy 1 là 3,9 giõy, rất nhỏ. Trong giai đoạn 2 là thời gian trượt của cỏc mạch polyme, quan sỏt trờn đồ thị nhận thấy rằng đồ thị dần đi song song với trục hoành và khi đú thời gian hồi phục 2 là 215 giõy, mạch phõn tử sắp xếp gần như ổn định, sự trượt gần như rất ớt.
Thay đổi hàm lượng chất tương hợp cao su clopren cắt mạch ảnh hưởng đến năng lượng tổn hao trong quỏ trỡnh vật liệu chịu tải – thỏo tải. Bảng 3.24, là diện tớch vũng trễ của cỏc mẫu cao su blend CSTN/NBR(4/1) tương hợp bằng cao su clopren.
Bảng 3.24: Diện tớch vũng trễ thứ nhất của cỏc mẫu cao su blend CSTN/NBR(4/1) tương hợp bằng cao su clopren cắt mạch.
Mẫu CSTN/NBR
CR 0 PKL 3 PKL 5 PKL 7 PKL 10 PKL
Diện tớch
(đvdt) 536,0 132,3 123,6 158,4 135,6
Từ kết quả cú được ở bảng 3.24 kết hợp với cỏc kết quả thu được từ bảng 3.23 và đồ thị hồi phục ứng suất (hỡnh 3.22) cho thấy khi sử dụng cao su clopren cắt mạch với hàm lượng 7 PKL khụng những cú tỏc dụng tớch cực làm tăng tớnh chất cơ học mà cũn ngăn chặn sự suy giảm ứng suất, mất mỏt năng lượng chủ yếu dưới dạng nhiệt năng khi vật liệu chịu tải – thỏo tải cũng được hạn chế đỏng kể, cụ thể đó giảm được 70,4 % năng lượng toả ra so với vật liệu khụng sử dụng chất tương hợp.
d. Ảnh hưởng của hàm lượng CR đến tớnh chất nhiệt của vật liệu blend CSTN/NBR(4/1)
Sự phõn huỷ nhiệt của blend CSTN/NBR (4/1) cú sử dụng chất tương hợp là cao su clopren cắt mạch với hàm lượng 7 PKL và 10 PKL được thể hiện trờn hỡnh 3.23 và 3.24.
Hỡnh 3.23: Giản đồ TGA mẫu cao su blend CSTN/NBR (4/1) tương hợp bằng 7 PKL cao su clopren cắt mạch
Từ hỡnh 3.23, cho thấy nhiệt độ bắt đầu phõn huỷ của cao su blend CSTN/NBR (4/1) tương hợp bằng 7 PKL CR cú nhiệt độ phõn huỷ mạnh nhất là khoảng 370oC đến 525oC, khối lượng hao hụt trong giai đoạn này là 79,2%.
Hỡnh 3.24: Giản đồ TGA mẫu cao su blend CSTN/NBR (4/1) tương hợp bằng 10 PKL cao su clopren cắt mạch 0 2000 4000 -0.01 0.00 0.01 o 402 C (CSTN/NBR)/10CR (CSTN/NBR)/7CR CSTN/NBR AU
Thời gian (giây)
o 507 C o 370 C o 525 C o 371 C o 523 C
Hỡnh 3.25: Giản đồ DrTGA cỏc mẫu cao su blend CSTN/NBR (4/1) cú và khụng cú tương hợp bằng CR
Trờn hỡnh 3.24 thể hiện sự phõn huỷ nhiệt của blend CSTN/NBR (4/1) tương hợp bằng 10 PKL cao su clopren cắt mạch. Blend thu được cú nhiệt độ phõn huỷ mạnh nằm trong khoảng 371oC đến 523oC, khối lượng hao hụt trong giai đoạn này là khoảng 72,5%.
Quan sỏt trờn hỡnh 3.25, nhận thấy sự phõn huỷ nhiệt của cao su blend CSTN/NBR (4/1) khụng sử dụng chất tương hợp cho cỏc pic rừ ràng cũn cỏc cao su blend CSTN/NBR (4/1) cú chất tương hợp khụng thể hiện rừ cỏc pic. Từ đõy chứng tỏ cao su blend CSTN/NBR (4/1) cú sử dụng chất tương hợp phõn huỷ nhiệt chậm và khụng thể hiện sự phõn huỷ cục bộ. Như vậy khi sử dụng cao su clopren cắt mạch làm chất tương hợp đó cải thiện được khả năng chịu nhiệt của blend.
e. Cấu trỳc hỡnh thỏi vật liệu blend CSTN/NBR(4/1) tương hợp bằng cao su clopren
Từ cỏc tớnh chất cơ lý của vật liệu thu được nhận thấy cao su clopren cắt mạch cú thể làm chất tương hợp cho cao su blend CSTN/NBR (4/1) tốt. Với hàm lượng chất tương hợp là cao su clopren cắt mạch 7 PKL cho cỏc tớnh chất cơ lý cao. Trờn hỡnh 3.26, là ảnh SEM bề mặt phỏ huỷ giũn của vật liệu cao su blend CSTN/NBR (4/1) cú sử dụng 7 PKL cao su clopren cắt mạch (a) và cao su blend CSTN/NBR (4/1) cú sử dụng 10 PKL cao su clopren cắt mạch (b).
(a) (b)
Hỡnh 3.26: Ảnh SEM bề mặt góy giũn của cao su blend CSTN/NBR (4/1) với hàm lượng chất tương hợp CR 7 PKL (a) và 10 PKL (b)
Quan sỏt ảnh SEM của cỏc mẫu vật liệu cao su blend CSTN/NBR(4/1) cú sử dụng chất tương hợp (hỡnh 3.26) và so sỏnh với ảnh SEM blend khụng dựng chất
tương hợp (hỡnh 3.8c) nhận thấy kớch thước pha cao su đó giảm đỏng kể. Khi hàm lượng chất tương hợp đạt 7 PKL bề mặt phỏ huỷ phẳng mịn. Chứng tỏ khi hàm lượng đạt 7 PKL, cỏc pha cao su phõn bố khỏ đồng đều, với kớch thước hạt rất nhỏ chỉ khoảng 2 àm, từ đú đó làm tăng cỏc tớnh chất cơ lý của vật liệu.
Nhận xột
Từ kết quả nghiờn cứu thu được ở trờn cho thấy cao su clopren cắt mạch cú độ nhớt mooney là 30 (mooney) thể hiện tốt vai trũ chất tương hợp cho blend CSTN/NBR (4/1) cụ thể đó làm tăng cỏc tớnh chất cơ lý của vật liệu như sau:
- Hàm lượng chất tương hợp CR 7 PKL tạo nờn sự đồng nhất về cấu trỳc hỡnh thỏi học của mẫu cao su blend. Cấu trỳc vật liệu đồng đều đó làm tăng cỏc tớnh chất cơ lý của vật liệu blend tạo thành.
- Với hàm lượng CR là 7 phần khối lượng đó làm tăng cỏc tớnh chất cơ học, giảm thời gian hồi phục cỏc biến dạng đàn hồi τ1 và tăng thời gian biến dạng dẻo τ2. Ngoài ra, cũn giảm đỏng kể năng lượng thoỏt ra mụi trường khi chịu tải – thỏo tải.
3.1.2.4. Nghiờn cứu ứng dụng phần mềm Design Expert tối ưu hoỏ hàm lượng CR và DCP tương hợp kết hợp cho blend CSTN/NBR(4/1)
Từ những nghiờn cứu ở trờn đõy, cho thấy cao su clopren cắt mạch (CR) và DCP cú tỏc dụng làm tăng khả năng tương hợp cho blend CSTN/NBR (4/1).
Hàm lượng cỏc chất tương hợp gồm CR và DCP ảnh hưởng nhiều đến độ bền kộo, bền xộ và độ trương trong dầu của vật liệu cao su blend CSTN/NBR (4/1). Vỡ vậy, đó sử dụng phần mềm Design Expert để xỏc định cỏc hàm lượng tối ưu của chất tương hợp DCP và CR nhằm chế tạo ra blend cú cỏc giỏ trị độ bền cao nhất.
a. Ảnh hưởng của hàm lượng DCP và CR đến độ bền kộo của cao su blend CSTN/NBR (4/1)
Để xỏc định xu hướng biến thiờn cỏc tớnh chất của vật liệu blend CSTN/NBR (4/1) tương hợp kết hợp bằng DCP và CR, đó tiến hành quy hoạch thực nghiệm bằng phần mềm Design Expert 8.0.7.1. Với bốn điểm điều kiện ban đầu để định hướng sự biến thiờn độ bền kộo của vật liệu (hỡnh 3.27a). Hàm lượng chất tương hợp được đưa vào như sau: hàm lượng CR từ 3 đến 10 PKL, DCP với hàm tượng từ
0,3 đến 1,0 PKL. Hỡnh 3.27b là kết quả tớnh toỏn mụ phỏng sự thay đổi độ bền kộo của vật liệu dựa vào phần mềm Design Expert 8.0.7.1.
3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 10 12 14 16 18 20 22 Ben Keo A: DCP B: CR (a) 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 10 12 14 16 18 20 22 24 Ben keo A: DCP B: CR (b)
Hỡnh 3.27: Mụ hỡnh ảnh hưởng của hàm lượng CR và DCP đến độ bền kộo của vật liệu cao su blend CSTN/NBR trong đú: quy hoạch với 4 điểm ban đầu (a),
tớnh toỏn quy hoạch 16 điểm
Dựa vào mụ hỡnh tớnh toỏn trờn hỡnh 3.27 đó xỏc định được độ bền kộo của