Các mẫu M30, M40, M50, M60, M70 và M80 với hàm lượng than đen thay đổi từ 30 PKL tới 80 PKL, Các hóa chất gồm: Cao su KBN35L, Lưu huỳnh (S), Xúc tiến TMTD, Oxit kẽm (ZnO), Phòng lão, Axit stearic, Hóa dẻo DOP, Than đen N330.
Mẫu L30, L40, L50, L60, L70 và L80 với hàm lượng than đen thay đổi từ 30 PKL tới 80 PKL, các thành phần hóa chất bao gồm:
Cao su KBN35L, Than đen N330, Ô xít kẽm, Axit stearic, Coumarone (C9),
Hóa dẻo DOP, Phòng lão RD, Phòng lão 4020, Xúc tiến M, Xúc tiến CZ, Lưu huỳnh (S).
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của than đen đến độ bền kéo cao su KBN35L
Độ bền kéo của các mẫu cao su KBN35L được thể hiện trên bảng 3.4
Nguyễn Thị Hạnh 34 Lớp: K37C. CN Hóa Bảng 3.4. Độ bền kéo của các mẫu cao su KBN35L
Tên mẫu Hàm lượng
than đen (PKL)
Độ bền kéo (MPa)
M
M30 M40 M50 M60 M70 M80
30 40 50 60 70 80
15,913 17,456 17,864 16,636 18,347 16,677
L
L30 L40 L50 L60 L70 L80
30 40 50 60 70 80
17,589 21,903 20,914 19,924 19,872 21,044
Độ bền kéo của các mẫu được thể hện rõ hơn trên hình 3.3.
Khi hàm lượng than đen thay đổi từ 30 PKL tới 80 PKL, độ bền Hình 3.3. Độ bền kéo mẫu cao su KBN35L
Nguyễn Thị Hạnh 35 Lớp: K37C. CN Hóa kéo đứt của các mẫu M thay đổi từ 15,913 MPa tới 16,677 MPa, đạt giá trị cực đại 18,347 MPa ở hàm lượng than đen 70 PKL. Độ bền kéo đứt của các mẫu L có cao hơn, chúng dao động từ 17,598 MPa tới 21,903 MPa, đạt giá trị cực đại 21,9 MPa ở hàm lượng than đen 40 PKL.
Nhìn chung, so với các mẫu cao su P70K, độ bền kéo của các mẫu M và L có nguồn gốc từ cao su nitril KBN35L là thấp hơn.
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của than đen đến độ dãn dài khi đứt và độ cứng của vật liệu cao su KBN35L
Độ dãn dài và độ cứng thể hiện trên bảng 3.5
Bảng 3.5. Độ dãn dài khi đứt, độ cứng và độ mài mòn của các mẫu cao su KBN35L khi hàm lượng than đen thay đổi
Tên mẫu
Hàm lượng than đen
(PKL)
Độ dãn dài khi đứt
(%)
Độ mài mòn*
(%)
Độ cứng (Shore A)
M
M30 M40 M50 M60 M70 M80
30 40 50 60 70 80
433,918 382,085 323,699 277,68 210,638 168,471
3,960 4,297 4,601 5,09 6,092 7,203
63 67 72 75 79 83
L
L30 L40 L50 L60 L70 L80
30 40 50 60 70 80
593,861 589,681 502,135 421,277 523,257 299,154
3,703 5,213 6,37 6,84 7,333 8,203
60 63 67 72 80 83 Chú thích: (*): Tính theo % khối lượng mất
Nguyễn Thị Hạnh 36 Lớp: K37C. CN Hóa Theo bảng 3.5, khi tăng hàm lượng than đen, độ bền kéo của các mẫu nhìn chung là giảm dần, độ cứng của các mẫu tăng dần. Điều này cũng tương tự như các mẫu cao su P70K ở trên. Độ cứng các mẫu M và L có giá trị gần như nhau khi cùng hàm lượng than đen nhưng độ dãn dài khi đứt các mẫu L có giá trị cao hơn các M.
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của than đen đến độ mài mòn của vật liệu cao su KBN35L
Độ mài mòn của vật liệu thể hiện trên bảng 3.5.
Giống như mẫu CB, độ mài mòn của vật liệu cao su KBN35L với hai mẫu M và L cũng có độ mài mòn tăng khi tăng hàm lượng than đen.
Nhìn chung, các mẫu M có độ mài mòn thấp hơn L. Điều này được thể hiện rõ trên đồ thị hình 3.4
Các kết quả trên được giải thích như sau:
Khi hàm lượng than đen nằm trong vùng giới hạn tối ưu 30PKL – 50PKL (với mẫu M) và 30PKL – 40PKL (với mẫu L) thì các hạt chất độn than đen được phân tán vào trong cao su và chúng tạo thành các
Hình 3.4. Độ mài mòn mẫu cao su M và L
Nguyễn Thị Hạnh 37 Lớp: K37C. CN Hóa mạng lưới đan chen vào nhau và liên kết bền vững với nhau [2]. Nghĩa là, khi hàm lượng than đen tăng thì mật độ mạng lưới trong cao su lưu hóa tăng lên, sự tương tác giữa than đen và cao su tăng, làm giảm độ linh động của các mạch cao su [6], dẫn đến độ bền kéo tăng, độ dãn dài khi đứt giảm và độ cứng tăng.
Khi hàm lượng than đen vượt quá giới hạn tối ưu (>50PKL với mẫu M và >40PKL với mẫu L) thì các hạt than dư sẽ phân bố vào trong khoảng trống giữa tập hợp cao su và than đen, làm chúng bị tách ra thành các pha riêng biệt [2], làm cho độ bền của cao su bị giảm, dẫn đến độ bền kéo giảm (đến giá trị hàm lượng than đen là 60PKL đối với mẫu M và 70PKL đối với mẫu L), độ dãn dài giảm, nhưng độ cứng vẫn tiếp tục tăng lên, khi đó độ mài mòn của vật liệu tăng dần.
Theo yêu cầu của bạc trượt, đề tài đã xác định các mẫu vật liệu CB35, CB20, M50, M60, L50, L60 có độ cứng, độ mài mòn, độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt có giá trị phù hợp để làm vật liệu chế tạo bạc trượt cho cao su.
Từ kết quả thu được, chúng tôi tiếp tục khảo sát độ bền trong môi trường dầu diezen của các mẫu: CB20, CB35, M50, M60, L50, L60.
3.3. Đánh giá độ bền môi trường của vật liệu trong dầu điezen 3.3.1. Độ trương trong dầu diezen của hệ mẫu M
Độ trương trong dầu của các mẫu M được thể hiện trên đồ thị hình 3.5.
Nhìn đồ thị ta thấy, sau khoảng 500h ngâm trong dầu diezen, độ trương trong dầu của vật liệu cao su M50 và M60 tăng nhanh. Từ 500h trở đi, độ trương của hai mẫu trong dầu diezen tăng chậm. Hàm lượng than đen tăng, độ trương trong diezen giảm. M60 có khả năng bền dầu
Nguyễn Thị Hạnh 38 Lớp: K37C. CN Hóa tốt hơn, sau 600 giờ vật liệu chỉ tăng 5,3% trọng lượng.
Hình 3.5. Độ trương trong dầu diezen mẫu M50 và M60 3.3.2. Độ trương trong dầu diezen của hệ mẫu L
Độ trương trong dầu của các mẫu L50 và L60 được thể hiện trên hình 3.6.
Trên hình 3.6 ta thấy, khi bắt đầu ngâm trong dầu diezen, độ trương của hai mẫu tăng nhanh. Từ 500h trở đi, độ trương của các mẫu trong dầu diezen các mẫu giảm dần và đi vào ổn định.
0 1 2 3 4 5 6 7
0 100 200 300 400 500 600 700
Thời gian (giờ)
Độ trương trong dầu diezen,%
L50 L60
Hình 3.6. Độ trương trong dầu của hai mẫu L50 và L60
Cũng như với các mẫu M, các mẫu hệ L cũng bền dầu hơn khi hàm lượng than đen tăng. L60 có khả năng bền dầu tốt hơn, sau 600 giờ vật liệu chỉ tăng 5,8% trọng lượng.
0 1 2 3 4 5 6 7
0 100 200 300 400 500 600 700
Thời gian (giờ)
Độ trương trong dầu diezen,%
M50 M60
Nguyễn Thị Hạnh 39 Lớp: K37C. CN Hóa 3.3.3. Độ trương trong dầu diezen của hệ mẫu CB
Độ trương trong dầu diezen hai mẫu CB20 và CB35 được thể hiện trên hình 3.7.
Thời gian đầu khi ngâm trong dầu diezen, độ trương trong dầu của hai mẫu CB20 và CB35 gần như nhau. Khoảng từ 50 h trở đi, mẫu CB20 có độ trương trong dầu cao hơn mẫu CB35. Đến khoảng 500h độ trương trong dầu của hai mẫu tăng chậm. Điều này cũng tương tự như các mẫu M và L ở trước. Cũng như 2 hệ vật liệu M và L ở trên, than đen có tác dụng gia tăng độ chịu dầu của vật liệu. Ở đây thấy rằng, mẫu CB35 có độ trương trong diezen thấp hơn hẳn độ trương của mẫu CB20, sau 600h vật liệu chỉ tăng 3,7% trọng lượng.
Hình 3.7. Độ trương trong dầu diezen hai mẫu CB20 và CB35
Than đen trong cao su có khả năng tham gia lưu hóa, chính vì vậy mà một số tính chất cơ lý của sản phẩm lưu hóa được gia tăng. Ở một mức độ nhất định, than đen làm tăng khả năng chịu dầu của vật liệu. Có thể được giải thích bởi 2 nguyên nhân: 1- nhờ hoạt tính của than đen mà liên kết mạch của cao su tốt hơn; 2- hàm lượng than đen tăng tức hàm lượng cao su giảm và như vậy độ trương của cao su cũng giảm tương ứng. Tuy nhiên hàm lượng than đen không thể tăng cao, vượt qua
Nguyễn Thị Hạnh 40 Lớp: K37C. CN Hóa giới hạn nhất định.
Sự so sánh độ trương trong dầu diezen của 3 hệ mẫu vật liệu M, L và CB được thể hiện trên hình 3.8.
Hình 3.8. Độ trương trong dầu diezen các mẫu CB, M, L
Hình 3.8 cho thấy, độ trương trong dầu diezen của 2 hệ M và L gần tương đương nhau. Tuy nhiên ở 60PKL than đen, mẫu M60 thể hiện độ bền dầu cao hơn so với mẫu L60.
Hệ vật liệu CB có độ trương trong dầu diezen thấp nhất so với các hệ vật liệu M và L. Hệ CB là blend của NBR/PVC, nhờ thành phần PVC mà vật liệu blend loại này có độ bền dầu và xăng được cải thiện đáng kể.
Nguyễn Thị Hạnh 41 Lớp: K37C. CN Hóa