Chương 2 : PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.2.1.3.Chế tạo vật liệu blend CSTN/NBR theo 4 phương phỏp
2.2. Phương phỏp thực nghiệm
2.2.1.3.Chế tạo vật liệu blend CSTN/NBR theo 4 phương phỏp
Đơn chế tạo mẫu vật liệu blend sử dụng chung cho cả 4 phương phỏp theo 4 quy trỡnh chế tạo trờn cỏc hỡnh 2.1; 2.2; 2.3 và hỡnh 2.4 trong mục 2.2.1.1 theo đơn pha chế như sau:
Bảng 2.3: Thành phần đơn chế tạo blend CSTN/NBR
Hoỏ chất Phần khối lượng
CSTN 80 NBR 20 Axit stearic 2 Kẽm oxit 5 Phũng lóo RD 1 TMTD 0,8 DM 1,2 Lưu huỳnh 2,5 2.2.1.4. Chế tạo blend (CSTN/NBR)/DCP
Vật liệu blend (CSTN/NBR)/DCP được chế tạo theo quy trỡnh 3 hỡnh 2.3. mục 2.2.1.1. với đơn pha chế như sau:
Bảng 2.4: Thành phần đơn chế tạo blend CSTN/NBR/DCP
Hoỏ chất Phần khối lượng
NBR 20 Axit stearic 2 Kẽm oxit 5 Phũng lóo RD 1 TMTD 0,8 DM 1,2 Lưu huỳnh 2,5 Dicumyl peroxyt (DCP) 0,5 ữ 2,5
Thuyết minh quy trỡnh chế tạo
Quy trỡnh chế tạo tương tự cỏc bước trong mục 2.2.1.2, riờng bước 3 đưa DCP vào cựng với xỳc tiến TMTD, DM và lưu huỳnh.
2.2.1.5. Chế tạo blend (CSTN/NBR)/CSE-20
Vật liệu blend (CSTN/NBR)/CSE-20 được chế tạo theo quy trỡnh 3 hỡnh 2.3. mục 2.2.1.1. với đơn pha chế như sau:
Bảng 2.5: Thành phần đơn chế tạo blend (CSTN/NBR)/CSE-20
Hoỏ chất Phần khối lượng
CSTN 80 NBR 20 CSE-20 2, 4, 5, 6, 8, 10 Axit stearic 2 Kẽm oxit 5 Phũng lóo RD 1 TMTD 0,8 DM 1,2 Lưu huỳnh 2,5
Thuyết minh quy trỡnh chế tạo
CSTN được trộn với CSE-20 theo tỷ lệ đó chọn. Sau đú trộn cao su nitril với hoỏ chất theo trỡnh tự như 2.2.1.2.
2.2.1.6. Chế tạo blend (CSTN/NBR)/CSE-50
Vật liệu blend (CSTN/NBR)/CSE-50 được chế tạo theo quy trỡnh 3 hỡnh 2.3. mục 2.2.1.1. với đơn pha chế như sau:
Bảng 2.6: Thành phần đơn chế tạo blend (CSTN/NBR)/CSE-50
Hoỏ chất Phần khối lượng
CSTN 80 NBR 20 CSE-50 1,5; 3; 5; 10; 15 Axit stearic 2 Kẽm oxit 5 Phũng lóo RD 1 TMTD 0,8 DM 1,2 Lưu huỳnh 2,5
Thuyết minh quy trỡnh chế tạo
CSTN được trộn với CSE-50 theo tỷ lệ đó chọn. Sau đú trộn cao su nitril với hoỏ chất theo trỡnh tự như 2.2.1.2.
2.2.1.7. Chế tạo blend (CSTN/NBR)/CR
Vật liệu blend (CSTN/NBR)/CR được chế tạo theo quy trỡnh 3 hỡnh 2.3. mục 2.2.1.1. với đơn pha chế như sau:
Bảng 2.7: Thành phần đơn chế tạo blend (CSTN/NBR)/CR
Hoỏ chất Phần khối lượng
CSTN 80 NBR 20 CR 3, 5, 7, 10 Axit stearic 2 Kẽm oxit 5 Phũng lóo RD 1 TMTD 0,8
DM 1,2 Lưu huỳnh 2,5
Thuyết minh quy trỡnh chế tạo (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bước 1: Trộn cao su nitril và cao su clopren trước
Bước 2: Trộn hỗn hợp vừa thu được với cao su thiờn nhiờn và hoỏ chất kẽm
oxit, axit stearic, phũng lóo RD, thu được hỗn hợp cao su và hoỏ chất Cỏc bước tiếp theo tương tự quy trỡnh ở mục 2.2.1.2.
2.2.1.8. Chế tạo blend CSTN/NBR/DCP-CR
Vật liệu blend (CSTN/NBR)/DCP-CR được chế tạo theo quy trỡnh 3 hỡnh 2.3. mục 2.2.1.1. với đơn pha chế như sau:
Bảng 2.8: Thành phần đơn chế tạo blend (CSTN/NBR)/CR-DCP
Hoỏ chất Phần khối lượng
CSTN 80 NBR 20 CR 3 ữ 10 Axit stearic 2 Kẽm oxit 5 Phũng lóo RD 1 TMTD 0,8 DM 1,2 Lưu huỳnh 2,5 Dicumyl peroxyt DCP 0,3 ữ 1,0
Thuyết minh quy trỡnh chế tạo
Bước 1: Trộn cao su nitril và cao su clopren trước
Bước 2: Trộn hỗn hợp vừa thu được với CSTN và hoỏ chất kẽm oxit, axit
stearic, phũng lóo RD, thu được hỗn hợp cao su và hoỏ chất
Bước 3: Trộn hỗn hợp cao su hoỏ chất với DCP, TMTD, DM và lưu huỳnh Bước 4: Cỏn xuất tấm
2.2.1.9. Chế tạo nano silica compozit trờn cơ sở cỏc blend đó chế tạo được
Vật liệu nanocompozit từ blend (CSTN/NBR)/DCP được chế tạo theo quy trỡnh 3 hỡnh 2.3. mục 2.2.1.1. với đơn pha chế như sau:
Bảng 2.9: Thành phần đơn chế tạo nanocompozit từ blend (CSTN/NBR)DCP
Hoỏ chất Phần khối lượng
CSTN 80
NBR 20
Nano silica biến tớnh silan 10 ữ 50
Axit stearic 2 Kẽm oxit 5 Phũng lóo RD 1 TMTD 0,8 DM 1,2 Lưu huỳnh 2,5 Dicumyl peroxyt DCP 1,5
Thuyết minh quy trỡnh chế tạo
Bước 1: Trộn NBR với CSTN thu được hỗn hợp 2 cao su
Bước 2: Trộn hỗn hợp vừa thu được với nano silica đó biến tớnh silan cao su
thiờn nhiờn, trộn cỏc hoỏ chất (kẽm oxit, axit stearic, phũng lóo RD), thu được hỗn hợp cao su – nano silica và hoỏ chất
Bước 3: Trộn hỗn hợp với DCP, TMTD, DM và lưu huỳnh Bước 4: Cỏn xuất tấm
Bước 5: ẫp lưu hoỏ
2.2.1.10. Chế tạo vật liệu blend CSTN/CSE-20 và nanocompozit từ blend CSTN/CSE-20 CSTN/CSE-20
a. Chế tạo vật liệu blend CSTN/CSE-20
Vật liệu blend CSTN/CSE-20 được chế tạo theo quy trỡnh 3 hỡnh 2.3. mục 2.2.1.1. với đơn pha chế như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 2.10: Thành phần đơn chế tạo blend CSTN/CSE-20
Hoỏ chất Phần khối lượng
CSTN 0 ữ 100 CSE-20 100 ữ 0 Kẽm oxit 5,0 Axớt Stearic 2,0 Phũng lóo RD 1,0 Xỳc tiến TMTD 0,8 Xỳc tiến DM 1,2 Lưu huỳnh 2,5
Thuyết minh quy trỡnh chế tạo
CSTN và CSE-20 được trộn với nhau theo tỷ lệ đó chọn. Sau đú trộn với cỏc hoỏ chất tương tự như ở mục 2.2.1.2.
b. Đơn chế tạo mẫu vật liệu nanocompozit từ blend CSTN/CSE-20
Vật liệu vật liệu nanocompozit từ blend CSTN/CSE-20 được chế tạo theo quy trỡnh 3 hỡnh 2.3. mục 2.2.1.1. với đơn pha chế như sau:
Bảng 2.11: Thành phần đơn chế tạo nanocompozit từ blend CSTN/CSE-20
Hoỏ chất Phần khối lượng
CSTN 80
CSE-20 20
Nano silica biến tớnh silan 5 ữ 20 Axit stearic 2 Kẽm oxit 5 Phũng lóo RD 1 TMTD 0,8 DM 1,2 Lưu huỳnh 2,5
Thuyết minh quy trỡnh chế tạo
CSTN và CSE-20 được trộn với nhau theo tỷ lệ đó chọn. Sau đú tiến hành trộn hợp với chất độn nano và cỏc hoỏ chất với cỏc bước tương tự như ở mục 2.2.1.9.
2.2.1.11. Chế tạo vật liệu blend CSTN/SBR
Vật liệu blend CSTN/SBR được chế tạo tương tự như quy trỡnh chế tạo blend CSTN/NBR theo quy trỡnh 3 hỡnh 2.3. mục 2.2.1.1. với đơn pha chế như sau:
Bảng 2.12: Thành phần đơn chế tạo blend CSTN/SBR
Hoỏ chất Phần khối lượng
CSTN 50 SBR 50 Kẽm oxit 5,0 Axớt Stearic 2,0 Phũng lóo RD 1,0 Benzoyl peroxyt 0,5 - 2,5 Xỳc tiến TMTD 0,8 Xỳc tiến DM 1,2 Lưu huỳnh 2,5
Thuyết minh quy trỡnh chế tạo
CSTN được trộn với SBR theo tỷ lệ đó chọn. Sau đú tiến hành trộn với cỏc hoỏ chất theo cỏc bước tương tự như đó làm trong mục 2.2.1.2. Riờng bước thứ 3 đưa BPO vào cựng với cỏc hoỏ chất xỳc tiến và lưu huỳnh.
2.2.2. Phương phỏp xỏc định tớnh chất, cấu trỳc vật liệu cao su blend
2.2.2.1. Phương phỏp xỏc định độ bền kộo đứt của vật liệu
Độ bền kộo đứt là ứng suất kộo ghi được tại thời điểm mẫu đứt. Độ bền kộo đứt của mẫu vật liệu cao su blend được xỏc định theo tiờu chuẩn TCVN 4509: 2006 hoặc ISO 37 - 2006. Mẫu đo độ bền kộo đứt được chế tạo theo dạng mỏi chốo (hỡnh 2.5):
Hỡnh 2.5: Mụ phỏng mẫu mỏi chốo và cỏc kớch thước
Độ bền kộo được đo trờn mỏy INSTRON 5582 100kN (Mỹ). Tốc độ kộo mẫu 100mm/phỳt. Kết quả được tớnh trung bỡnh của ớt nhất 5 mẫu đo.
Độ bền kộo đứt TSb (MPa) của mẫu được tớnh theo cụng thức sau :
Trong đú :
TSb là độ bền kộo đứt (MPa) Fb là lực kộo đứt mẫu (N)
Wt là tiết diện ngang của mẫu thử (mm2) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.2.2.2. Phương phỏp xỏc định độ dón dài khi đứt của vật liệu
Độ dón dài khi đứt là độ dón khi kộo trờn chiều dài thử tại điểm đứt. Cỏc tiờu chuẩn về mẫu đo và phộp đo giống như phương phỏp xỏc định độ bền kộo đứt (theo TCVN 4509 : 2006) trờn mỏy đo cơ lý vạn năng INSTRON 5582 100kN (Mỹ).
Độ dón dài khi đứt (Eb) được tớnh theo cụng thức sau:
Trong đú:
l0 là độ dài giữa hai điểm được đỏnh dấu trờn mẫu trước khi kộo (mm)
l1 là chiều dài giữa hai điểm đỏnh dấu trờn mẫu ngay khi đứt (mm)
Kết quả được tớnh trung bỡnh từ 5 mẫu đo.
2.2.2.3. Phương phỏp xỏc định độ bền xộ của vật liệu
Độ bền xộ được đo trờn mỏy INSTRON 5582 100kN (Mỹ), theo tiờu chuẩn TCVN 1592 – 87. Độ bền xộ được xỏc định theo cụng thức sau:
Δr = F/h, N/mm Trong đú: F là lực kộo, N
h là chiều dày mẫu, mm
Kết quả được tớnh trung bỡnh từ 5 mẫu đo.
2.2.2.4. Phương phỏp xỏc định khả năng hồi phục ứng suất
Khả năng phục hồi ứng suất đặc trưng cho sự sắp xếp lại cấu trỳc sau khi bị tỏc dụng lực. Thụng số đặc trưng cho quỏ trỡnh hồi phục ứng suất là thời gian hồi phục ứng suất [2,71].
σ = σo .e-t/τ Trong đú : σo: giỏ trị ứng suất ban đầu.
σ: giỏ trị ứng suất tại thời điểm t. τ: thời gian hồi phục.
Khi t = τ thỡ σ = σo/e. Như vậy thời gian hồi phục là thời gian làm ứng suất giảm đi e lần.
Từ cỏc đường hồi phục ứng suất cú thể xỏc định được thời gian hồi phục τ. τ = τ1 + τ2
Trong đú: τ1 là thời gian hồi phục đặc trưng cho biến dạng đàn hồi, τ2 là thời gian hồi phục đặc trưng cho biến dạng dẻo.
Khả năng hồi phục ứng suất được xỏc định theo tiờu chuẩn Việt Nam TCVN 4509 : 2006.
2.2.2.5. Phương phỏp xỏc định vũng trễ
Mẫu xỏc định vũng trễ được chuẩn bị giống như phương phỏp xỏc định độ bền kộo đứt (theo TCVN 4509 : 2006). Mẫu được kộo lờn độ gión dài 80% so với độ dón dài khi đứt sau đú được hạ về 0 mm, rồi tiếp tục kộo tương tự với tổng cộng 3 chu kỳ trờn mỏy đo cơ lý vạn năng INSTRON 5582 100kN (Mỹ).
2.2.2.6. Phương phỏp xỏc định độ cứng của vật liệu
Độ cứng (độ cứng Shore A) của vật liệu cao su blend được xỏc theo tiờu chuẩn TCVN 1595-1: 2007 hoặc tiờu chuẩn ISO 7619-1: 2004. Nguyờn tắc của phộp đo là đo chiều sõu của mũi ấn khi ấn vào vật liệu trong điều kiện xỏc định.
Phộp đo được thực hiện trờn đồng hồ đo độ cứng (Shore A) TECLOCK (Jis K6301A) của Nhật Bản. Mẫu thử hỡnh khối chữ nhật kớch thước của mẫu phải cho phộp đo ở 5 điểm. Chỉ số đo độ cứng được đọc trờn thang chia độ sau 3 giõy kể từ lỳc tỏc dụng lờn mẫu. Đối với những mẫu sau 3 giõy vẫn thấy kim ộp tiếp tục ấn sõu vào mẫu, chỉ số đo độ cứng được xỏc định sau 15 giõy. Kết quả được tớnh trung bỡnh của 5 giỏ trị đo.
2.2.2.7. Phương phỏp xỏc định độ trương của vật liệu trong dung mụi
Độ trương của vật liệu cao su blend trong một số mụi trường chất lỏng, trong đú cú xăng, dầu được thực hiện theo tiờu chuẩn TCVN 2752 : 2008 hoặc theo tiờu chuẩn ISO 1817 - 2005. Nguyờn tắc của phương phỏp là xỏc định sự thay đổi về khối lượng, thay đổi về thể tớch hoặc thay đổi về cỏc kớch thước, diện tớch bề mặt của mẫu cao su blend trước và sau khi ngõm mẫu thử trong cỏc mụi trường xăng, dầu, v.v...
Phần trăm thay đổi khối lượng Δm (%) của cao su blend được tớnh theo cụng thức: 100 ) ( 0 0 1 m m m m Trong đú:
m1: Khối lượng mẫu sau khi ngõm, g m0: Khối lượng mẫu trước khi ngõm, g
2.2.2.8. Phương phỏp phõn tớch nhiệt trọng lượng (TGA) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phõn tớch nhiệt trọng lượng (TGA) là một phương phỏp phõn tớch sự thay đổi liờn tục về khối lượng của mẫu theo sự tăng nhiệt độ. Phương phỏp này cho thấy được cỏc thụng tin về nhiệt độ bắt đầu phõn hủy, tốc độ phõn hủy và phần trăm mất khối lượng của của vật liệu ở cỏc nhiệt độ khỏc nhau. Quỏ trỡnh phõn tớch TGA của mẫu cao su blend được thực hiện trờn trờn mỏy TGA-TA50 Shimadzu (Nhật Bản).
Cỏc điều kiện phõn tớch nhiệt trọng lượng như sau: + Mụi trường: khụng khớ;
+ Tốc độ tăng nhiệt độ: 100C/phỳt;
2.2.2.9. Phương phỏp xỏc định mật độ khõu mạch
a. Dựa vào độ trương trong dung mụi
Thụng qua độ trương nở trong benzen mật độ mạng lưới trong hợp phần cao su được xỏc định theo cụng thức [103]: 2 1/3 2 2 2 1 2 1 2 (ln(1 ) ) ( ) 2 v v v v v n v
n: mật độ mạng, mol/cm3; 1: hệ số tương tỏc của cao su với dung mụi; 1: thể tớch mol riờng phần của dung mụi;
0 2 bh V V
với Vbh thể tớch mẫu cao su ngõm bóo hũa trong benzen, Vo thể tớch ban đầu của mẫu cao su, cm3.
Kết quả nhận được là giỏ trị trung bỡnh của ớt nhất 5 mẫu
b. Dựa vào đường cong ứng suất – dón dài
Mật độ khõu mạch n được xỏc định theo cụng thức [103]:
) / 1 ( . 2 T R n
Trong đú (MPa) là ứng suất tại độ dón dài (%) và R=8,314 hằng số khớ lý tưởng; T (oK): Nhiệt độ tuyệt đối khi thử mẫu.
Khối lượng phõn tử giữa cỏc nỳt mạng được xỏc định theo cụng thức [103]:
n Mc . 2
Trong đú: n: mật độ khõu mạch mol/cm3;
Mc: khối lượng phõn tử giữa cỏc nỳt mạng;
: khối lượng riờng (g/cm3).
2.2.2.10. Phương phỏp xỏc định độ dẻo P0
Chỉ số độ dẻo ban đầu (P0) được xỏc định theo tiờu chuẩn Việt Nam TCVN 6092 - 1 : 2004 hoặc ISO 2903, trờn mỏy dẻo kế Wallace.
2.2.2.11. Phương phỏp xỏc định chỉ số duy trỡ độ dẻo PRI
Chỉ số duy trỡ độ dẻo (PRI) được xỏc định theo tiờu chuẩn Việt Nam TCVN 6092 - 1 : 2004 hoặc ISO 2903, trờn mỏy dẻo kế Wallace.
2.2.2.12. Phương phỏp xỏc định độ nhớt Mooney
Độ nhớt Mooney được xỏc định theo TCVN 6090 - 1 : 2004 hoặc ISO 289-1, trờn mỏy đo độ nhớt Mooney Anpha 2000 (Mỹ).
2.2.2.13. Phương phỏp khảo sỏt cấu trỳc hỡnh thỏi
Cấu trỳc hỡnh thỏi vật liệu được khảo sỏt thụng qua ảnh SEM, cỏc mẫu được ngõm trong nitơ lỏng, sau đú tạo bề mặt phỏ huỷ giũn. Mẫu được gắn lờn hệ thống gỏ định vị và phủ platin để chụp SEM. Ảnh SEM được chụp trờn kớnh hiển vi điện tử quột (SEM), JEOL JSM-6360LV (Nhật Bản).
2.2.2.14. Phương phỏp quy hoạch thực nghiệm
Phương phỏp quy hoạch thực nghiệm là phương phỏp thường được sử dụng để nghiờn cứu cỏc hệ đa cấu tử. Thực nghiệm được tiến hành theo kế hoạch lập ra từ trước với sự thay đổi đồng thời của cỏc yếu tố cho phộp xỏc lập mức độ tương tỏc giữa chỳng và do vậy giảm đỏng kể số lượng thớ nghiệm. Tớnh chất cần nghiờn cứu của hệ là một hàm số liờn tục của cỏc đối số (thành phần cỏc cấu tử tạo nờn hệ) và thường được biểu diễn ở dạng một đa thức mụ tả hệ với độ chớnh xỏc đỏng kể theo quan điểm thống kờ, qua đú cú thể xỏc định được tỷ lệ thành phần tối ưu của hệ cần nghiờn cứu.
Phương phỏp quy hoạch thực nghiệm được thực hiện trờn phần mềm Design- Expert 8.0.7.1 của cụng ty phần mềm đa quốc gia State Ease cú trụ sở tại thành phố Minneapolis thuộc tiểu bang Minnesota (Mỹ). Phần mềm này do hai chuyờn gia người Anh là Pat Whitcomb và Mark Anderson phỏt triển và thương mại hoỏ, phiờn bản đầu tiờn ra đời năm 1988. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Design-Expert 8.0.7.1 cho phộp xỏc định sự phụ thuộc của cỏc hàm mục tiờu vào một hoặc một số biến. Trờn cơ sở của cỏc biến nhập vào, phần mềm sẽ xõy dựng cỏc mụ hỡnh toỏn học biểu diễn mối quan hệ của cỏc hàm mục tiờu với cỏc biến đồng thời xỏc định điều kiện tối ưu để người sử dụng cú thể lựa chọn mụ hỡnh phự hợp và chớnh xỏc nhất với mục đớch nghiờn cứu. Design-Expert phiờn bản 8.0.7.1 là cụng cụ mạnh, cú thể phõn tớch đồng thời tối đa 999 hàm mục tiờu với số biến cú thể đạt tới 50.
Để xõy dựng mụ hỡnh một cỏch chớnh xỏc, cần cố định khoảng khảo sỏt của cỏc biến và xỏc định tối thiểu 4 điểm thực nghiệm thể hiện mối quan hệ của hàm mục tiờu với cỏc biến (điều kiện biờn). Sau khi phần mềm xõy dựng xong mụ hỡnh, cần xỏc định giỏ trị của hàm mục tiờu từ một số toạ độ trờn mụ hỡnh và so sỏnh với kết quả làm thực nghiệm tương ứng để đỏnh giỏ mức độ tin cậy.
Trong nội dung của luận ỏn, hàm mục tiờu là cỏc tớnh chất bền kộo, bền xộ,