Mẫu CSTN/NBR +Silica CSTN/NBR +SilicaBt CSTN/NBR +Silica+DCP CSTN/NBR +SilicaBt+DCP Diện tớch (đvdt) 298,7 373,3 354,3 596,6 Từ bảng 3.33, nhận thấy diện tớch đường cong trễ chu kỳ 1 của mẫu vật liệu cao su nanocompozit cú sử dụng nano silica biến tớnh kết hợp DCP là lớn nhất. Chứng tỏ năng lượng tổn hao khi chịu tải – thỏo tải của vật liệu nanocompozit này cao hơn so với cỏc mẫu nanocompozit cũn lại.
0 50 100 150 200 0 2 4 6 8 10 12 14 ứ ng suấ t (MP a) Dãn dài (mm)
Hỡnh 3.47: Đường cong trễ của vật liệu nanocompozit từ blend CSTN/NBR (4/1) với 30 PKL nano silica biến tớnh và 1,5 PKL DCP
Kết hợp với kết quả khảo sỏt khả năng hồi phục ứng suất (bảng 3.32 và hỡnh 3.46) cho thấy mẫu vật liệu cao su blend nanocompozit cú sử dụng nano silica biến tớnh kết hợp DCP cứng hơn cỏc mẫu khỏc. Đõy cũng là kết quả phự hợp với cỏc tớnh chất cơ học đó nghiờn cứu ở mục (a) của phần này.
Từ những phõn tớch ở trờn, kết hợp với quan sỏt trờn hỡnh 3.47, nhận thấy khi thay đổi chất độn nano silica, DCP đó làm thay đổi tớnh chất hồi phục của vật liệu nanocompozit. Vật liệu nanocompozit chế tạo từ nano silica biến tớnh và tương hợp bằng DCP cho năng lượng tổn hao trong hiệu ứng Patrikeev – Mulins cao nhất. Thời gian hồi phục 1 và 2 của vật liệu nanocompozit này cũng lớn nhất.
Nhận xột:
Từ cỏc kết quả thu được ở trờn cho thấy đó phõn tỏn được nano silica biến tớnh silan tới kớch thước nano trờn nền cao su blend CSTN/NBR (4/1) tới kớch thước 30 đến 300 nm bằng phương phỏp trộn hợp núng chảy.
Đó chế tạo thành cụng vật liệu nanocompozit trờn nền vật liệu blend CSTN/NBR tương hợp bằng DCP và chất độn nano silica biến tớnh silan. Kết quả nghiờn cứu trờn cho thấy, vật liệu nanocompozit chế tạo được cú tớnh chất cơ lý tốt. Độ bền kộo đạt 26,7 MPa, bền xộ đạt 74,3 N/mm, mụ đun 300% đạt 1,83 MPa và độ cứng là 62 Shore A. Ngoài ra, vật liệu nanocompozit chế tạo được cũn cú tớnh chất hồi phục tốt với thời gian hồi phục 2 lớn. Độ trương trong xăng A92 nhỏ nhất
trong cỏc loại nanocompozit đó khảo sỏt (hỡnh 3.45).
3.2. Nghiờn cứu chế tạo một số hệ blend khỏc trờn cơ sở cao su thiờn nhiờn
3.2.1. Nghiờn cứu chế tạo cao su blend CSTN/CSE-20 và nanocompozit từ blend CSTN/CSE-20 CSTN/CSE-20
3.2.1.1. Nghiờn cứu chế tạo cao su blend CSTN/CSE-20
a) Ảnh hưởng của hàm lượng CSE-20 đến tớnh chất cơ học của blend
Đặc trưng độ bền kộo của cao su blend CSTN/CSE-20 với hàm lượng CSE-20 thay đổi được thể hiện trờn hỡnh 3.48.
Hỡnh 3.48: Đồ thị độ bền kộo của cao su blend CSTN/CSE-20
Kết quả trờn hỡnh 3.48 cho thấy khi hàm lượng CSE-20 tăng lờn độ bền kộo của blend giảm dần. Sự biến đổi tớnh chất bền kộo của blend phụ thuộc vào mật độ khõu mạch của vật liệu. Vật liệu blend CSTN/CSE-20 được lưu hoỏ bằng lưu huỳnh, nờn sự khõu mạch chủ yếu được hỡnh thành từ cỏc cầu lưu huỳnh.
Đồ thị mụ dun 300% và mật độ khõu mạch của blend CSTN/CSE-20 (hỡnh 3.49)
(a) (b)
Hỡnh 3.49: Ảnh hưởng của hàm lượng CSE-20 đến tớnh chất cơ học của cao su blend CSTN/CSE-20: (a) modun 300% và (b) mật độ khõu mạch
Kết quả trờn hỡnh 3.49 cho thấy mẫu CSE-20 cú giỏ trị độ bền kộo đứt, và modun 300% lần lượt là 16,8 MPa và 0,9 MPa đều thấp hơn so với CSTN với độ bền kộo và modun 300% là 24,0 MPa và 1,3 MPa. Mật độ khõu mạch của CSE-20 khoảng 4,94.10-5 g/mol, chỉ bằng 65% so với mật độ khõu mạch của CSTN.
Trờn hỡnh 3.48 cũng cho thấy khi hàm lượng CSE-20 chiếm 10, 20, 30, 40 PKL của blend thỡ độ bền kộo của blend gần như khụng thay đổi, tuy nhiờn khi hàm lượng CSE-20 tăng lờn 60 và 80 PKL thỡ độ bền kộo của blend giảm xuống nhanh chúng đến giỏ trị độ bền kộo của CSE-20. Modun 300% và mật độ khõu mạch của cao su blend giảm xuống dần dần khi hàm lượng CSE-20 trong cao su blend CSTN/CSE-20 tăng.
Những sự thay đổi về độ bền kộo, độ dón dài khi đứt, modun 300% và mật độ khõu mạch khi thay đổi hàm lượng CSE-20 trong cao su blend đều liờn quan đến cấu trỳc mạch phõn tử của CSE-20. Cao su CSE-20 cú chứa cỏc nhúm chức OH, CHO và vũng epoxy phõn bố ngẫu nhiờn trờn mạch. Điều này cú nghĩa là số lượng liờn kết đụi C=C giảm xuống, do đú mật độ khõu mạch của CSE-20 cũng giảm xuống đỏng kể so với CSTN. Đối với blend CSTN/CSE-20, khi hàm lượng CSE-20 tăng lờn thỡ mật độ khõu mạch của cao su blend giảm xuống vỡ tổng số lượng liờn kết C=C giảm xuống. Mật độ khõu mạch giảm dẫn đến modun 300% giảm xuống và độ dón dài khi đứt tăng lờn (do mức độ trượt giữa cỏc mạch phõn tử tăng lờn).
CSTN và CSE-20 đều cú khả năng kết tinh khi kộo căng, tuy nhiờn mức độ kết tinh khi kộo căng của CSE-20 nhỏ hơn so với CSTN do trờn mạch phõn tử polyisopren của CSE-20 cú chứa cỏc nhúm chức OH, CHO, epoxy làm ngăn cản mạch phõn tử mạch chớnh sắp xếp định hướng song song với nhau khi bị kộo căng. Kết quả là CSE-20 cú độ bền kộo thấp hơn so với CSTN. Trong trường hợp cao su blend CSTN/CSE, khi CSE-20 là pha phõn tỏn thỡ CSTN là pha chớnh chịu lực kộo. Do đú độ bền kộo của cao su blend CSTN/CSE-20 suy giảm khụng đỏng kể khi hàm lượng CSE-20 chiếm 10, 20, 30 và 40 PKL. Tuy nhiờn độ bền kộo của blend giảm nhanh chúng khi CSE-20 chiếm 60 và 80 PKL là pha chớnh.
b) Ảnh hưởng của hàm lượng CSE-20 đến cấu trỳc hỡnh thỏi vật liệu cao su blend
Hỡnh 3.51 trỡnh bày cỏc ảnh SEM của bề mặt phỏ hủy do kộo đứt của cỏc mẫu cao su.
(a) CSTN (b) CSTN/CSE-20 (80/20)
(c) CSTN/CSE-20 (60/40) (d) CSTN/CSE-20 (40/60)
(e) CSTN/CSE-20 (20/80) (f) CSE-20
CSTN là polyme khụng phõn cực, trong khi đú CSE-20 được coi là polyme phõn cực. Do đú vấn đề tương hợp pha, phõn chia pha trong cao su blend CSTN/CSE-20 luụn được xem xột khi đỏnh giỏ tớnh chất cơ lý của hệ blend này.
Mẫu CSTN phỏ hủy với bề mặt thụ rỏp với nhiều đường xộ ngang (hỡnh 3.50a), nờn cần năng lượng lớn hơn để phỏ hủy mẫu. Khi hàm lượng CSE-20 tăng lờn thỡ bề mặt phỏ hủy trở nờn phẳng hơn (hỡnh 3.50b và 3.50c) và nhận thấy rừ sự phõn chia pha khi CSE-20 là pha chớnh (hỡnh 3.50d và 3.50e). So với bề mặt phỏ hủy của mẫu CSTN, bề mặt phỏ hủy của mẫu CSE-20 phẳng hơn và ớt cỏc đường xộ ngang. Điều này phự hợp với kết quả độ bền kộo của CSTN cao hơn so với độ bền kộo của CSE- 20.
Nhận xột
Vật liệu cao su blend giữa CSTN và CSE-20 với cỏc hàm lượng CSE-20 biến đổi từ 10, 20, 30, 40, 60 và 80 PKL với hệ lưu húa lưu huỳnh. Từ cỏc kết quả nghiờn cứu ở trờn nhận thấy độ bền kộo, modun 300% của blend CSTN/CSE-20 giảm xuống khi hàm lượng CSE-20 tăng lờn với mức độ suy giảm tăng nhanh khi pha CSE-20 chiếm đa số. Điều này là do CSTN là pha chịu lực chớnh trong cao su blend và tớnh tương hợp giữa CSTN và CSE-20 giảm xuống khi hàm lượng CSE-20 tăng lờn. Độ dón dài khi đứt của cao su blend tăng lờn khi hàm lượng CSE-20 tăng lờn là do mật độ khõu mạch của cao su blend giảm xuống.
3.2.1.2. Nghiờn cứu chế tạo nanocompozit từ blend CSTN/CSE-20 và nanoslica
a. Ảnh hưởng của CSE đến tớnh chất cơ học của CSTN/Silica10 và CSTN/CSE- 20/Silica10
Để nghiờn cứu ảnh hưởng của cao su thiờn nhiờn biến tớnh CSE-20 đến sự phõn bố của nano silica và tương tỏc giữa nền cao su đến nano silica, đó tiến hành so sỏnh độ bền cơ học của CSTN gia cường 10 PKL nano silica (được ký hiệu là CSTN/Silica10) và cao su blend CSTN/CSE-20 (với tỷ lệ khối lượng 80/20) cũng gia cường 10 PKL nano silica (CSTN/CSE-20/Silica10).
Bằng phộp thử nghiệm kộo thu được đường cong ứng suất - độ dón dài điển hỡnh của CSTN/Silica10 và CSTN/CSE-20/Silica10, được thể hiện trờn hỡnh 3.51.
Độ dãn dài (%) 0 200 400 600 800 1000 ứ ng suất , MPa 0 5 10 15 20 25 1 - CSTN/Silica10 2 - CSTN/CSE-20/Silica10 1 2
Hỡnh 3.51: Đường cong ứng suất - độ dón dài của vật liệu CSTN và cao su blend CSTN/CSE gia cường bằng nano silica
Quan sỏt hỡnh dạng của đường cong ứng suất - độ dón dài cho thấy sự cú mặt của nano silica khụng làm mất đi đặc trưng kết tinh khi độ dón dài của CSTN mà cũn làm tăng độ dốc của đường cong ứng suất - độ dón dài. Từ những đường cong ứng suất độ dón dài cỏc giỏ trị như độ bền kộo, độ dón dài khi đứt, modun 300% và độ bền xộ xỏc định và trỡnh bày trong bảng 3.34.
Kết quả trong bảng 3.34 cho thấy sự cú mặt của CSE-20 đó nõng cao độ bền kộo, mụ đun 300% và độ bền xộ của cao su thiờn nhiờn độn silica. Độ bền kộo tăng, mođun 300% và độ bền xộ tăng lần lượt là 35,6%, 36,9% và 7,7%. Tớnh chất cơ học được cải thiện là do nano silica phõn tỏn đồng đều hơn và tương tỏc tốt hơn với nền cao su.