CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3.4. Nghiên cứu một số tính chất của vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở
blend CSTN/BR
3.3.4.1. Ảnh hưởng của q trình biến tính tới tính chất nhiệt của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/BR blend CSTN/BR
Tính chất nhiệt là một trong nhiều tính chất quan trọng của vật liệu polyme cũng như cao su, thơng qua đó ta có thể biết được khả năng ứng dụng của vật liệu. Trong nghiên cứu này, phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) được sử dụng để đánh giá tính chất nhiệt của vật liệu. Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng của các mẫu vật liệu cao su gồm có: CSTN, BR, CSTN/BR, CSTN/BR/NSTESPT, CSTN/BR/NSTESPT/CB và CSTN/BR/NSTESPT/CB/CNTPEG được thể hiện trong bảng 3.17 và các hình ở PL4 và PL5 (trong phần phụ lục).
Bảng 3.17. Tính chất nhiệt của vật liệu từ CSTN, BR và một số blend CSTN/BR
Kết quả bảng 3.17 cho thấy, CSTN và BR có nhiệt độ bắt đầu phân hủy tương ứng ở 278oC và 395oC; còn nhiệt độ phân hủy mạnh nhất 1 tương ứng ở 356,3oC và 463,2oC. Với mẫu blend CSTN/BR (75/25) gia cường 12 pkl NSTESPT và 25 pkl CB, nhiệt độ bắt đầu phân hủy của vật liệu là 317oC và phân hủy mạnh đầu tiên là 374,6oC (tương ứng của CSTN), nhiệt độ phân hủy mạnh thứ 2 là 433,7oC (tương ứng của BR). Khi có thêm 0,6 pkl CNTPEG, nhiệt độ bắt đầu phân hủy của vật liệu tăng thêm tăng 3oC và đạt 320oC, nhiệt độ phân hủy mạnh nhất 1 (ứng với CSTN) là 377,2 oC (tăng 2,6oC) và nhiệt độ phân hủy mạnh thứ 2 (ứng với BR) là 433,4oC (giảm 0,3oC).
Như vậy, sự có mặt của CNTPEG ở hàm lượng thích hợp đã giúp cho CSTN với BR tương hợp nhau hơn (nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của hai cấu tử thu hẹp lại
gần nhau hơn) và làm tăng độ bền nhiệt của vật liệu khi mà nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng thêm tương ứng 3 oC và 19 oC so với CSTN/BR/NSTESPT/CB và CSTN/BR.
3.3.4.2. Nghiên cứu quá trình sinh nhiệt do chuyển động quay và ma sát của vật liệu
Một trong những ứng dụng điển hình của vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/BR là sản xuất lốp xe và mặt lốp xe. Trong ứng dụng này, nhiệt nội sinh do quá trình chuyển động quay và ma sát là một trong những yếu tố ảnh hưởng quyết định tới độ bền của cao su làm lốp, mặt lốp. Để đánh giá quá trình sinh nhiệt này, chúng tôi đánh giá sự gia tăng nhiệt độ trên bề mặt mẫu vật liệu trong quá trình thử nghiệm mài mịn trên mẫu cao su hình trụ. Những kết quả khảo sát thu được trong bảng 3.18 và trình bày trong hình 3.28.
Bảng 3.18. Khảo sát sự gia tăng nhiệt độ trên bề mặt mẫu vật liệu trong quá trình
thử nghiệm mài mịn trên bề mặt mẫu quay tròn của các mẫu vật liệu [oC]
Thời gian (phút) 0 2 4 6 8 10 15 20 25 30 35 40 45 50
CSTN/BR 0 1,20 2,03 2,59 3,13 3,52 4,05 4,31 4,45 4,55 4,61 4,65 4,69 4,70
CSTN/BR/NSTESPT/CB 0 1,50 2,30 2,80 3,30 3,70 4,00 4,23 4,38 4,49 4,49 4,50 4,50 4,50
CSTN/BR/NSTESPT/CB/CNTPEG 0 1,40 2,20 2,70 3,20 3,60 3,85 4,05 4,11 4,19 4,20 4,22 4,22 4,22
Hình 3.28. Sự gia tăng nhiệt độ trên bề mặt do chuyển động quay và ma sát một số
vật liệu trên cơ sở blend CSTN/BR
Từ bảng 3.18 và hình 3.28 cho thấy rằng, do chuyển động quay và đặc biệt lực ma sát giữa mẫu vật liệu và đá mài trên bề mặt tiếp xúc đã làm gia tăng nhiệt độ trên bề mặt mẫu vật liệu. Quá trình gia tăng nhiệt ban đầu nhanh, sau chậm dần và sau khoảng 30 phút, nhiệt độ trên bề mặt mẫu vật liệu gia tăng không nhiều. Đối với
tăng nhanh hơn các mẫu blend được gia cường. Sau 15 phút đạt 4,05oC, khi đến 40 phút đạt 4,65oC và sau 50 phút đạt 4,70oC. Bên cạnh đó, mẫu được gia cường phối hợp 12 pkl NSTESPT với 25 pkl CB nhiệt độ bề mặt vật liệu tăng khoảng 4,5oC sau 40 phút và cho tới 50 phút nhiệt độ bề mặt hầu như không tăng nữa. Trong khi đó mẫu vật liệu này có thêm 0,6 pkl CNTPEG có mức tăng nhiệt độ bề mặt thấp hơn, chỉ là 4,22oC ở 40phút và đến 50 phút hầu như không tăng nữa. Hiện tượng này được giải thích là do ở mẫu vật liệu cao su gia cường phối hợp NSTESPT/CB/CNTPEG có độ dẫn nhiệt cao hơn (như mục trên đã chỉ rõ), nhờ vậy, nhiệt sinh ra sẽ nhanh chóng được lan truyền ra tồn vật liệu cũng như mơi trường xung quanh, làm giảm sự gia tăng nhiệt trên bề mặt mẫu do quá trình chuyển động và ma sát.
3.3.4.3. Nghiên cứu độ dẫn nhiệt của vật liệu cao su nanocompozit
Để đo độ dẫn nhiệt của vật liệu, máy đo độ dẫn nhiệt THB500 của hãng Linseis (Đức) đã được sử dụng. Bảng 3.19 và Hình 3.29 ở trên là kết quả khảo sát độ dẫn nhiệt của vật liệu ở các nhiệt độ khác nhau của một số vật liệu.
Bảng 3.19. Kết quả khảo sát độ dẫn nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau của một số vật
liệu [W/m.oK] Nhiệt độ (oC) 30 40 50 60 70 80 CSTN/BR 0,180 0,182 0,183 0,184 0,185 0,186 CSTN/BR/NSTESPT 0,201 0,203 0,205 0,207 0,209 0,211 CSTN/BR/NSTESPT/CB 0,260 0,262 0,265 0,267 0,270 0,273 CSTN/BR/NSTESPT/CB/CNTPEG 0,275 0,279 0,284 0,290 0,297 0,306
Nhận thấy rằng, độ dẫn nhiệt của blend CSTN/BR chưa gia cường khá thấp, khi có thêm NSTESPT gia cường, độ dẫn nhiệt của vật liệu đã được cải thiện hơn do cấu trúc vật liệu được chặt chẽ hơn. Khi phối hợp thêm than đen (25 pkl), độ dẫn nhiệt của vật liệu đã được nâng cao hơn hẳn (độ dẫn nhiệt tăng thêm 44% ở 30oC và 47% ở 80oC). Với mẫu có phụ gia NSTESPT và CB, khi cho thêm 0,6 pkl CNTPEG, độ dẫn nhiệt của vật liệu đã tăng thêm 8,3% ở 30oC và 17,7% ở 80oC.
Hình 3.29. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ dẫn nhiệt của một số mẫu vật liệu trên cơ
sở blend CSTN/BR
Điều này được giải thích là do than đen và đặc biệt là CNT có khả năng dẫn nhiệt cao, khi được phối trộn đều trong cao su nền, chúng tạo thành các mạng lưới riêng đan xen chặt chẽ, tạo thành đường dẫn nhiệt liên tục, làm khả năng dẫn nhiệt cho vật liệu tăng lên; do vậy mà độ dẫn nhiệt của vật liệu tăng mạnh khi có mặt than đen và CNT.