Ở mẫu vật liệu từ CSTN, nhiệt độ bắt đầu phân hủy của mẫu CSTN tăng lên từ 278,67oC đến 292,85oC (tăng 14,18oC) đối với nanosilica khơng biến tính và đặc biệt ở mẫu gia cường với 3 pkl nanosilica biến tính TESPT là 295,42oC (tăng 16,75oC). Bên cạnh đó, đến 650oC ở mẫu CSTN đã tổn hao khối lượng là 94,41% trong khi ở mẫu gia cường 3pkl nanosilica tổn hao khối lượng là khối 93,33%, còn với mẫu được gia cường 3pkl NSTESPT tổn hao khối lượng là 93,42%. Đặc biệt, khi phối hợp gia cường 25pkl than đen và 3pkl nanosilica cho CSTN, thì nhiệt độ bắt đầu phân hủy tiếp tục tăng lên 297,72oC và 298,26oC tương ứng với NS khơng biến tính và NSTESPT. Điều này được giải thích là khi than đen, nanosilica được phối trộn vào nền CSTN, nó sẽ giúp che chắn cho các phân tử cao su tránh khỏi tác động của nhiệt và trong đó NS là một phụ gia gia cường vơ cơ có độ bền nhiệt (chịu nhiệt) tốt, qua đó giúp khả năng ổn định nhiệt cho vật liệu CSTN được tốt hơn. Hơn nữa, phụ gia NSTESPT có khả năng tương hợp với
nền cao su tốt hơn so với NS nhờ sự có mặt của TESPT và bề mặt than đen cũng có tương tác rất tốt với nền cao su, làm cho cấu trúc của vật liệu trở nên chặt chẽ và đều đặn hơn. Chính vì vậy, độ bền nhiệt của CSTN được gia tăng cao hơn.
3.2.4. Nhận xét
Từ các kết quả nghiên cứu thu được có thể rút ra các nhận xét sau:
- Trong cùng một cơng thức chế tạo, đặc tính cơ lý của vật liệu CSTN không sử dụng NS kém hơn hẳn so với vật liệu CSTN được gia cường NS và hàm lượng NS thích hợp là 3pkl. Ở hàm lượng gia cường này, độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt tăng thêm lần lượt là 17,6% và 6,4%; Độ mài mòn giảm từ 0,81 xuống 0,73 cm3/1,61km; nhưng nhiệt độ bắt đầu phân hủy cũng tăng lên khoảng 14,1oC.
- Cùng hàm lượng 3pkl NS gia cường cho CSTN, nhưng vật liệu CSTN sử dụng NSTESPT có tính chất cơ học cao hơn hẳn so với vật liệu CSTN không sử dụng phụ gia cường, trong đó, độ bền kéo khi đứt tăng và độ dãn dài khi đứt tăng lên tương ứng là 41,7% và 11,3%; Độ mài mòn giảm từ 0,81 xuống 0,73 cm3/1,61km; nhưng nhiệt độ bắt đầu phân hủy cũng tăng lên hơn 16,7oC.
3.3. Nghiên cứu nâng cao tính năng cơ lý, kỹ thuật cho blend cao su thiên nhiên/
cao su butadien bằng cách phối hợp than đen, nanosilica và phụ gia khác
3.3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend CSTN/BR
3.3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng cao su butadien tới tính chất cơ lý của vật liệu
Trước tiên, chúng tôi khảo sát hàm lượng cao su butadien (BR) có khả năng ảnh hưởng đến chế tạo vật liệu cao su blend CSTN/BR, sử dụng số lượng các phụ gia trong bảng 2.2 và quy trình chế tạo được nêu trong mục 2.2.2.2. Kết quả khảo sát hàm lượng cao su butadien (BR) ảnh hưởng tới tính chất cơ lý của vật liệu cao su blend CSTN/BR được thể hiện trong bảng 3.8 dưới đây.
Bảng 3.8. Hàm lượng BR ảnh hưởng tới tính chất cơ học của blend CSTN/BR
Qua bảng 3.8 cho thấy rằng, khi hàm lượng BR dần tăng lên nhưng vẫn nhỏ hơn 25 pkl, thì các tính chất cơ học của blend CSTN/BR (như độ bền kéo khi đứt, độ dãn dài khi đứt…) có xu hướng giảm nhẹ và khoảng thay đổi chậm; vẫn tiếp tục tăng hàm lượng BR lên nữa thì mức độ thay đổi nhanh hơn và điều này càng rõ khi hàm lượng BR cao hơn 50 pkl trở lên. Điều này được giải thích rằng, khi phối trộn hai loại cao su là CSTN với BR, là hai cao su ít tương hợp với nhau, dễ có bề mặt phân pha, cao su nào có hàm lượng lớn sẽ là pha liên tục và chiếm ưu thế, cịn cao su có hàm lượng thấp là pha phân tán. Khi hàm lượng BR thấp (< 25 pkl) thì CSTN là pha liên tục, chiếm ưu thế nên các tính chất nghiêng về tính chất của CSTN, nghĩa là tính chất kéo có giảm nhưng vẫn cao hơn và độ mài mòn giảm (nghĩa là độ bền mài mòn tăng) [66]. Tuy nhiên, khi tăng dần hàm lượng BR và khi vượt quá 50 pkl, lúc này BR dần trở thành pha liên tục, tính chất cơ học sẽ nghiêng dần về tính chất của BR, tính chất kéo của blend CSTN/BR sẽ tiếp tục giảm mạnh và độ mài mịn cũng giảm. Do BR có tính chất cứng cao hơn CSTN, nên độ cứng sẽ tăng dần khi tăng hàm lượng BR. Qua kết quả nghiên cứu thu được ở trên, chúng tôi lựa chọn tỷ lệ CSTN/BR để nghiên cứu tiếp là 75/25 (tính theo pkl).
3.3.1.2. Tính chất nhiệt của vật liệu
Tính chất nhiệt của vật liệu được xác định bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA). Kết quả TGA của một số mẫu vật liệu CSTN, BR và blend CSTN/BR được trình bày trong bảng 3.9, các hình 3.15 - 3.17 dưới đây.
Bảng 3.9. Kết quả TGA của CSTN, BR và blend CSTN/BR
Hình 3.15. Giản đồ TGA của mẫu CSTN