Phương phỏp chế tạo Độ bền kộo
(MPa) Độ bền xộ (N/mm) Độ dón dài (%) Phương phỏp 1 16,9 29,3 678 Phương phỏp 2 11,6 37,7 488 Phương phỏp 3 16,6 39,5 864 Phương phỏp 4 18,0 29,0 639
Từ bảng 3.5 nhận thấy khi sử dụng cỏc phương phỏp chế tạo khỏc nhau thỡ cho vật liệu cú tớnh chất cơ học khỏc nhau. Trong cỏc mẫu chế tạo nhỡn chung mẫu chế tạo theo phương phỏp 4 cú tớnh chất cơ học cao hơn cỏc mẫu blend cũn lại.
c. Ảnh hưởng của phương phỏp chế tạo đến khả năng hồi phục ứng suất của vật liệu blend
Để nghiờn cứu ảnh hưởng của phương phỏp chế tạo đến tớnh chất của vật liệu, đó khảo sỏt khả năng hồi phục ứng suất của cỏc mẫu cao su blend. Thụng số đặc trưng cho quỏ trỡnh phục hồi ứng suất là thời gian phục hồi ứng suất. Thời gian hồi phục của cỏc mẫu cao su blend chế tạo theo bốn phương phỏp được thể hiện trong bảng 3.6.
Bảng 3.6: Thời gian hồi phục ứng suất của cỏc mẫu chế tạo theo bốn phương phỏp
Thời gian Phương phỏp 1 Phương phỏp 2 Phương phỏp 3 Phương phỏp 4
1 (s) 18,9 19,0 19,4 19,7 2 (s) 147,7 151,4 154,3 156,6 0 200 400 600 800 1000 1200 0 1 2 3 4 5 6 ứ ng suất ( MPa)
Thời gian (giây)
Phương pháp 4
Hỡnh 3.3: Đường cong hồi phục ứng suất mẫu chế tạo theo phương phỏp 4
Từ bảng 3.6, là thời gian hồi phục hồi ứng suất của cỏc mẫu blend. Thời gian hồi phục 1 đặc trưng cho biến dạng đàn hồi của cỏc mẫu blend chế tạo theo bốn phương phỏp cú chờnh lệch nhau khụng đỏng kể. Tuy nhiờn mẫu được chế tạo theo phương phỏp 4 cú giỏ trị 1 lớn nhất. Tương tự như vậy thời gian hồi phục ứng suất
2 đặc trưng cho biến dạng dẻo cũng cú sự khỏc biệt giữa cỏc phương phỏp chế tạo.
Mẫu được chế tạo theo phương phỏp 1 cho 2 bộ nhất, mẫu chế tạo theo phương
phỏp 4 cho 2 lớn nhất. Trờn hỡnh 3.3 cho thấy ở giai đoạn đặc trưng cho biến dạng dẻo của cỏc mạch polyme đường biểu diễn gần như song song với trục hồnh, chứng tỏ biến dạng đó gần đạt tới cõn bằng.
d. Ảnh hưởng của phương phỏp chế tạo đến đường cong trễ của vật liệu blend
Khi kộo dón một mẫu polyme vụ định hỡnh, sau đú giảm dần lực tỏc dụng với cựng một tốc độ bằng với tốc độ khi kộo mẫu thỡ giai đoạn kộo mẫu là giai đoạn làm
biến dạng mẫu, khi trả về mẫu sẽ đạt một cõn bằng mới gần với trạng thỏi ban đầu. Khi tốc độ kộo và trả đạt một giỏ trị đủ lớn thỡ đường kộo lờn và đường trả về của mẫu sẽ khụng trựng nhau, từ đú tạo nờn vũng trễ. Hiện tượng tạo vũng trễ được gọi là hiệu ứng Patrikeev – Mulins [2].
Bảng 3.7: Bảng diện tớch vũng trễ thứ nhất của cỏc mẫu cao su blend theo phương phỏp chế tạo Phương phỏp chế tạo Phương phỏp 1 Phương phỏp 2 Phương phỏp 3 Phương phỏp 4 Diện tớch (đvdt) 495 482 536 111
Từ bảng 3.7, nhận thấy cú sự khỏc biệt rừ rệt về diện tớch của vũng trễ thứ nhất của cỏc mẫu theo bốn phương phỏp chế tạo. Diện tớch vũng trễ càng lớn thỡ năng lượng mất mỏt của quỏ trỡnh chịu tải – thỏo tải càng lớn, từ đõy nhận thấy mẫu chế tạo theo phương phỏp 4 cú diện tớch vũng trễ bộ nhất, cỏc mẫu cũn lại cú diện tớch vũng trễ chờnh lệch nhau khụng nhiều, hỡnh 3.4 sẽ cho thấy rừ hơn về sự khỏc biệt này. 0 50 100 150 200 0 2 4 6 8 10 12 ứ n g suất (M P a) Dãn dài (mm) M3 (a) 0 50 100 150 200 0 1 2 3 4 5 ứ ng suất (MPa) Dãn dài (mm) M4 (b)
Hỡnh 3.4: Đường cong trễ của mẫu chế tạo theo phương phỏp 3 (a) và 4 (b)
Diện tớch vũng trễ càng lớn thỡ nhiệt năng tỏa ra càng lớn, điều này khụng cú lợi trong quỏ trỡnh sử dụng cao su trong những ứng dụng chịu tải trọng động. Vỡ
vậy, việc chế tạo mẫu theo phương phỏp 4 hiệu quả hơn so với cỏc phương phỏp khỏc trong khớa cạnh này.
e. Ảnh hưởng của phương phỏp chế tạo đến độ trương trong dầu nhờn
Độ trương trong dầu được thể hiện trong bảng 3.8, với thời gian 120; 240; 480 và 720 giờ.
Bảng 3.8: Độ trương của cỏc mẫu cao su blend trong dầu nhờn
Độ trương % Phương phỏp
chế tạo 120 giờ 240 giờ 480 giờ 720 giờ
Phương phỏp 1 40,97 56,63 73,68 75,15
Phương phỏp 2 24,51 38,35 52,71 54,74
Phương phỏp 3 36,57 51,74 70,42 72,91 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phương phỏp 4 40,13 55,70 69,31 70,89
Độ trương của cỏc mẫu cao su blend tăng nhanh ở giai đoạn đầu khoảng từ 120 đến 480 giờ và tăng chậm từ khoảng 480 đến 720 giờ. Ở thời điểm 720 giờ được xem là cỏc mẫu cao su đó trương bóo hồ.
Cỏc mẫu được chế tạo theo cỏc phương phỏp khỏc nhau thỡ cú độ trương trong dầu cũng khỏc nhau (hỡnh 3.5).
100 200 300 400 500 600 700 800 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Độ trương (% )
Thời gian (giờ)
Phương pháp 1 Phương pháp 2 Phương pháp 3 Phương pháp 4
Từ đồ thị (hỡnh 3.5), nhận thấy độ trương của mẫu được chế tạo theo phương phỏp 2 là thấp hơn cả 54,74%, cao nhất là độ trương của mẫu chế tạo theo phương phỏp 1 đạt 75,15%, ngoài ra độ trương cỏc mẫu theo phương phỏp 3 và 4 thỡ ở mức trung bỡnh. Như vậy, khi chế tạo cao su blend bằng cỏc phương phỏp khỏc nhau cũng đem lại khả năng khỏng dầu khỏc nhau.
f. Ảnh hưởng của phương phỏp chế tạo đến tớnh chất nhiệt của vật liệu blend
Kết quả phõn tớch nhiệt trọng lượng của cỏc mẫu chế tạo theo bốn phương phỏp và cao su thiờn nhiờn cũng như cao su nitril butadien được thể hiện trờn bảng 3.9. Từ kết quả phõn tớch (bảng 3.9), cho thấy nhiệt độ phõn huỷ mạnh dịch chuyển theo chiều:
CSTN < Phương phỏp 1 < Phương phỏp 2 < Phương phỏp 3 < Phương phỏp 4 < NBR
Bảng 3.9: Kết quả phõn tớch TGA cỏc mẫu vật liệu chế tạo theo bốn phương phỏp
Mẫu Nhiệt độ bắt đầu phõn huỷ o C Nhiệt độ phõn huỷ mạnh nhất 1 o C Nhiệt độ kết thỳc phõn huỷ o C CSTN 173,5 352,5 524,1 NBR 374,6 452,4 538,2 Phương phỏp 1 321,0 373,1 536,2 Phương phỏp 2 326,1 411,9 536,4 Phương phỏp 3 292,6 402,4 523,1 Phương phỏp 4 310,3 441,9 524,1
Cụ thể, cỏc đỉnh phõn hủy của blend CSTN/NBR (hỡnh 3.6 và 3.7), mẫu chế tạo theo phương phỏp 4 cú nhiệt độ đỉnh phõn hủy lớn nhất, mẫu chế tạo theo phương phỏp 1 cú nhiệt độ đỉnh phõn hủy thấp nhất.
Ở mẫu chế tạo theo phương phỏp 1 hai đỉnh pic của CSTN và NBR chập thành một pic nờn nhiệt độ bắt đầu phõn hủy cao hơn và cường độ pic lớn hơn cỏc mẫu khỏc. Mẫu chế tạo theo phương phỏp 2, cú hai vựng phõn hủy của CSTN và NBR. Nhiệt độ bắt đầu phõn hủy trong vựng của CSTN thấp nhất nhưng đỉnh của NBR cao hơn mẫu của phương phỏp 1. Mẫu chế tạo theo phương phỏp 4 cú nhiệt độ
bắt đầu phõn hủy trong vựng CSTN và nhiệt độ đỉnh pic NBR đều cao hơn cỏc mẫu cũn lại. Tốc độ phõn hủy khỏc nhau cú thể là do ảnh hưởng kết hợp của cả cấu trỳc pha và mức độ lưu húa của cỏc cao su thành phần hay phõn bố lại húa chất trong blend. 0 2000 4000 -0.008 0.000 0.008 0.016 0.024 0.032 0.040 0.048 0.056 352,5o C 441o C 402o C 452,3o C 411,9o C 373,1o C PP3 PP4 PP1 AU
Thời gian (giây)
NBR
CSTN
PP2
Hỡnh 3.6: Giản đồ DrTGA mẫu NBR, CSTN và blend CSTN/NBR theo cỏc phương phỏp chế tạo 1600 2000 2400 2800 3200 -0.008 -0.006 -0.004 -0.002 0.000 373o C 412oC 441o C AU
Thời gian (giây)
PP 1 PP 2 PP 4
Hỡnh 3.7: Tốc độ phõn hủy cực đại của cỏc mẫu blend CSTN/NBR theo cỏc phương phỏp chế tạo
Kết quả nhận được chứng tỏ khả năng chịu nhiệt của vật liệu cú sự thay đổi theo phương phỏp chế tạo. Vấn đề này cú thể giải thớch như sau: khi thay đổi phương phỏp chế tạo sự dịch chuyển cỏc hoỏ chất giữa cỏc pha cao su khỏc nhau, khả năng lưu hoỏ của cỏc loại cao su trong hỗn hợp cũng cú sự thay đổi [70,72]. Vỡ vậy khi thay đổi phương phỏp chế tạo cũng làm tớnh chất của vật liệu thay đổi theo.
g. Ảnh hưởng của phương phỏp chế tạo đến cấu trỳc hỡnh thỏi vật liệu blend
Từ cỏc dữ kiện cú được của việc phõn tớch quỏ trỡnh hỗn luyện, khảo sỏt năng lượng trộn hợp và khảo sỏt tớnh chất cơ lý của cao su blend theo cỏc quy trỡnh chế tạo mẫu, nhận thấy phương phỏp chế tạo ảnh hưởng lớn đến tớnh chất của vật liệu, để khẳng định điều này đó tiến hành khảo sỏt cấu trỳc hỡnh thỏi của cỏc mẫu chế tạo được. Trờn hỡnh 3.8, là ảnh SEM của bề mặt phỏ huỷ giũn của blend CSTN/NBR theo bốn quy trỡnh hỗn luyện.
(a) (b)
(c) (d)
Hỡnh 3.8: Ảnh SEM bề mặt phỏ huỷ giũn của cỏc mẫu cao su blend theo cỏc quy trỡnh hỗn luyện (a), (b),(c) và (d) lần lượt là ảnh SEM của mẫu chế tạo
Quan sỏt ảnh SEM cỏc mẫu cao su blend CSTN/NBR(4/1) chế tạo theo cỏc phương phỏp 1, 2 và 3 nhận thấy: cú hiện diện cỏc pha cao su riờng biệt với kớch thước khoảng > 5 μm, ngoài ra cũn cú cỏc hạt nhỏ khoảng 2 μm cỏc hạt phõn bố này ảnh hưởng đến tớnh chất cơ lý của cao su, làm giảm tớnh chất cơ lý của blend chế tạo được và điều này chứng tỏ rằng sự tương hợp pha giữa cỏc cao su này chưa tốt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ảnh hiển vi điện tử SEM của blend chế tạo theo phương phỏp 4 nhận thấy sự phõn bố cỏc pha cao su khỏ tốt, cỏc hạt quan sỏt được cú kớch thước khoảng 1μm và phõn bố khỏ đồng đều. Từ cỏc dự kiện SEM, đó gúp phần khẳng định thờm về ảnh hưởng của phương phỏp chế tạo đến cỏc tớnh chất cơ lý của vật liệu, ở đõy mẫu được chế tạo theo phương phỏp 4 cú tớnh chất cơ lý tốt hơn cỏc mẫu được chế tạo theo cỏc phương phỏp khỏc.
Nhận xột:
Bốn quy trỡnh hỗn luyện khỏc nhau đó được sử dụng để chế tạo vật liệu cao su blend CSTN/NBR (4/1). Kết quả cho thấy phương phỏp chế tạo ảnh hưởng khỏ lớn đến tớnh chất của vật liệu. Sự khỏc nhau về tớnh chất khi thay đổi phương phỏp chế tạo là do sự phõn bố lại cỏc húa chất trong hai pha cao su làm mức độ lưu hoỏ của cỏc cao su cú sự thay đổi [70]. Ảnh hưởng của sự phõn bố lại hoỏ chất trong hai pha cao su được giải thớch như sau:
1. Độ nhớt của cao su NBR lớn hơn độ nhớt CSTN. Mặt khỏc, sự giảm độ nhớt trong quỏ trỡnh hỗn luyện của CSTN nhanh hơn NBR.
2. Sự phõn bố hoỏ chất theo phương phỏp;
Phương phỏp 1: Hoỏ chất chủ yếu ở CSTN, phần nhỏ sang NBR; Phương phỏp 2: Hoỏ chất chủ yếu ở NBR, phần nhỏ sang CSTN; Phương phỏp 3: Hoỏ chất vào cả hai pha, vào CSTN nhiều hơn NBR; Phương phỏp 4: Hoỏ chất vào đều cả hai pha, ớt dịch chuyển sang nhau. 3. Dẫn đến kết quả lưu hoỏ trong hai pha
Bảng 3.10: Mức độ lưu hoỏ của cỏc cao su trong blend
Mức độ lưu hoỏ Phương phỏp
CSTN NBR
2 + +++
3 +++ ++
4 +++ +++
4. Do đú ảnh hưởng đến cỏc tớnh chất: a. Tớnh chất cơ học:
Phương phỏp 4 > Phương phỏp 3 > Phương phỏp 1 > Phương phỏp 2 Phương phỏp 2 cú tớnh chất cơ học kộm nhất vỡ: CSTN lưu hoỏ kộm nhất, cũn phương phỏp 1 và phương phỏp 3 NBR lưu hoỏ kộm hơn phương phỏp 4 b. Độ trương:
Phương phỏp 2 < Phương phỏp 4 < Phương phỏp 3 < Phương phỏp 1 Phương phỏp 2 cú độ trương bộ nhất vỡ NBR trong phương phỏp 2 lưu hoỏ tốt nhất.
c. Nhiệt độ phõn huỷ Tmax
CSTN < Phương phỏp 1 < Phương phỏp 2 < Phương phỏp 3 < Phương phỏp 4 < NBR
Mức độ lưu hoỏ của NBR trong hỗn hợp càng tốt thỡ Tmax càng gần với NBR nguyờn chất (là cấu tử chịu nhiệt cao hơn). Phương phỏp 4 cho vật liệu cú tớnh chất tốt hơn phương phỏp 2 vỡ CSTN trong phương phỏp 4 lưu hoỏ tốt hơn.
3.1.2. Nghiờn cứu chế tạo blend CSTN/NBR cú chất tương hợp
Tớnh chất của vật liệu blend chế tạo theo quy trỡnh 4 đạt cỏc tớnh chất cơ lý cao, tuy nhiờn quy trỡnh chế tạo phức tạp đũi hỏi phải trộn hợp nhiều lần, tốn kộm cỏc chi phớ năng lượng,… Vỡ vậy, đó quyết định chọn blend CSTN/NBR (4/1) chế tạo theo phương phỏp 3 để tiến hành cỏc khảo sỏt tiếp theo.
Vật liệu blend CSTN/NBR (4/1) là vật liệu được tạo thành từ hai cao su cú độ phõn cực khỏc nhau, vỡ vậy khả năng tương hợp bị hạn chế nhiều. Nhằm tăng cường khả năng tương hợp của vật liệu blend này, đó sử dụng DCP, CSE (gồm 2 loại: loại hàm lượng nhúm epoxy 20% (CSE-20) và loại hàm lượng nhúm epoxy 50% mol (CSE-50)), sử dụng cao su clopren làm chất tương hợp, sử dụng kết hợp DCP và cao su clopren nhằm tăng độ tương hợp của blend.
3.1.2.1. Nghiờn cứu tăng cường khả năng tương hợp cho blend CSTN/NBR bằng DCP DCP
DCP thường được dựng làm chất khơi mào trong trựng hợp polyme, ở đõy đó sử dụng hợp chất này nhằm tạo cỏc gốc tự do tăng cường khả năng tương hợp giữa pha CSTN và pha NBR. Khả năng tương hợp pha được thể hiện thụng qua cỏc tớnh chất của vật liệu.
a) Ảnh hưởng của hàm lượng DCP đến tớnh chất cơ học
Trờn bảng 3.11 là kết quả tớnh chất cơ học trung bỡnh sau 5 lần đo của cỏc mẫu cao su blend CSTN/NBR (4/1) cú sử dụng DCP với hàm lượng thay đổi.
Bảng 3.11: Tớnh chất cơ học blend CSTN/NBR (4/1) – DCP từ 0 đến 2,5 PKL Mẫu CSTN/NBR Mẫu CSTN/NBR Tỷ lệ 4/1 sử dụng DCP theo PKL Độ bền kộo (MPa) Độ bền xộ (N/mm) Độ dón dài (%) Độ cứng Shore A 0,0 16,6 39,5 864 45 0,5 16,3 29,8 504 47 1,0 17,1 34,8 588 50 1,5 20,7 40,1 648 51 2,0 10,1 22,8 389 53 2,5 10,4 35,9 375 54 0 200 400 600 800 1000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 ứ ng suấ t (MP a) Độ dãn dài (%) CSTN/NBR CSTN/NBR + 1PKL DCP CSTN/NBR + 1,5PKL DCP CSTN/NBR + 2PKL DCP
Trờn hỡnh 3.9 là sự biến đổi ứng suất và độ dón dài dài của một số mẫu vật liệu blend tương hợp bằng DCP. Qua bảng 3.11, nhận thấy rằng độ bền kộo của blend tăng khi tăng dần hàm lượng DCP và đạt cực đại tại điểm cú hàm lượng DCP là 1,5 PKL (so với hỗn hợp cao su), lỳc này độ bền kộo đạt giỏ trị 20,7 MPa. Sau đú, độ bền kộo giảm mạnh khi tăng hàm lượng DCP lờn 2 PKL.
Độ bền kộo tăng được giải thớch là do hỡnh thành cỏc liờn kết C-C giữa hai cao su nờn đó làm tăng liờn kết pha, tăng độ tương hợp pha giữa hai cao su. Tuy nhiờn, khi hàm lượng DCP tăng cao lại làm cho mật độ liờn kết ngang tăng quỏ mức, làm hạn chế khả năng biến dạng của cao su do vậy độ bền kộo và độ dón dài giảm trong khi đú độ cứng tăng.
b. Ảnh hưởng của hàm lượng DCP đến độ trương trong dầu nhờn
Để xỏc định độ trương trong dầu nhờn đó tiến hành ngõm cỏc mẫu cao su blend trong dầu nhờn và cõn theo thời gian khảo sỏt là 120, 240, 480 và 720 giờ, kết quả được thể hiện trong bảng 3.12. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.12: Độ trương của vật liệu cao su blend cú sử dụng DCP trong dầu nhờn
Độ trương % Mẫu CSTN/NBR
Tỷ lệ 4/1 sử dụng
DCP theo PKL 120 giờ 240 giờ 480 giờ 720 giờ