3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của than đen đến độ bền kéo đứt của vật liệu P70K
Độ bền kéo của các mẫu được thể hiện trên bảng 3.1 Bảng 3.1. Độ bền kéo mẫu vật liệu P70K
với hàm lượng than đen thay đổi.
Tên mẫu Hàm lượng
than đen (PKL)
Độ bền kéo (MPa) CB20
CB35 CB50 CB65 CB80
20 35 50 65 80
23,197 24,972 21,754 20,985 19,495
Theo bảng 3.1. Độ bền kéo của các mẫu đạt giá trị cao nhất ở hàm lượng than đen từ 20 tới 35 PKL than đen, khi hàm lượng than đen từ 50 PKL trở đi, độ bền kéo của các mẫu có giá trị giảm dần.
Điều này được thể hiện rõ trên hình 3.1. Than đen đã có tác dụng gia tăng độ bền cơ học của vật liệu P70K. Tuy nhiên hàm lượng tối ưu của than đen là 35 PKL, ở hàm lượng này độ bền kéo đứt đạt giá trị cực đại 24,97 MPa.
Nguyễn Thị Hạnh 30 Lớp: K37C. CN Hóa Hình 3.1. Độ bền kéo mẫu cao su P70K khi hàm lượng than đen thay đổi 3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của than đen đến độ dãn dài khi đứt và độ cứng của vật liệu P70K
Độ dãn dài khi đứt và độ cứng của vật liệu P70K với hàm lượng than đen thay đổi từ 20 tới 80 PKL được thể hiện bảng 3.2.
Bảng 3.2. Độ dãn dài khi đứt và độ cứng của mẫu vật liệu P70K với hàm lượng than đen thay đổi
Tên mẫu
Hàm lượng than đen
(PKL)
Độ dãn dài khi đứt
(%)
Độ cứng của vật liệu
(Shore A) CB20
CB35 CB50 CB65 CB80
20 35 50 65 80
572,76 515,043 438,499 318,683 221,708
73 79 85 92 94
Khi tăng hàm lượng than đen, độ dãn dài khi đứt của các mẫu giảm dần. Độ dãn dài khi đứt mẫu CB80 thấp nhất đạt giá trị 221,708%.
Nguyễn Thị Hạnh 31 Lớp: K37C. CN Hóa Với độ dãn dài này, vật liệu cao su vẫn đảm bảo yêu cầu của bạc bơm nước trong quá trình làm việc.
Ngược lại với độ dãn dài khi đứt, độ cứng của các mẫu vật liệu đều tăng khi tăng hàm lượng than đen. Độ cứng của các mẫu vật liệu tăng từ 73 Shore A của mẫu CB20 tới 94 Shore A của mẫu CB. Bản chất P70K là blend của cao su nitril và nhựa PVC, đây là vật liệu có độ cứng cao. Với hàm lượng than đen 20%, độ cứng của vật liệu P70K đã có độ cứng 73 Shore A, độ cứng này đảm bảo cho bạc bơm có đủ độ bền chắc khi làm việc
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của than đen đến độ mài mòn của vật liệu P70K
Độ mài mòn của vật liệu thể hiện trên bảng 3.3
Bảng 3.3. Độ mài mòn mẫu cao su P70K khi hàm lượng than đen thay đổi
Tên mẫu
Hàm lượng than đen
(PKL)
Độ mài mòn* (%) CB20
CB35 CB50 CB65 CB80
20 35 50 65 80
3,56 5,09 6,601 8,587 9,877 Chú thích: (*): Tính theo % khối lượng mất
Khi tăng hàm lượng than đen, độ mài mòn của vật liệu cũng tăng dần, hai mẫu CB20 và CB35 có độ mài mòn thấp nhất. Điều này được thể hiện rõ trên đồ thị 3.2
Nguyễn Thị Hạnh 32 Lớp: K37C. CN Hóa Hình 3.2. Độ mài mòn mẫu cao su P70K khi hàm lượng than đen thay đổi
Các kết quả thu được có thể được giải thích như sau: Giữa cao su và than đen có nhiều loại lực tác dụng như lực Val – dex – van, lực liên kết hidro, ngoài ra còn có lực liên kết hóa học để tạo cho hợp phần cao su – than đen có độ bền cơ học cao. Khi hàm lượng than đen nằm trong vùng giới hạn (20PKL – 35PKL), các hạt chất độn được phân tán vào trong cao su theo mọi hướng, không theo một thứ tự nào và chúng được bọc lại bằng một lớp cao su dày mỏng khác nhau. Các hạt chất độn này liên kết với nhau và tạo thành mạng lưới đồng thời nó xé tách cacbua hidro của cao su ra mọi hướng để tạo thành mạng lưới cacbua hidro.
Hai mạng lưới này đan chen vào nhau, móc xích vào nhau và t ạo thành một cấu trúc cao su – chất độn liên tục [2]. Khi đó, các liên kết giữa chúng được bền vững hơn, sức chịu lực tác dụng cao hơn, dẫn đến độ bền kéo của vật liệu được tăng lên.
Khi hàm lượng than đen vượt quá hàm lượng tối ưu (> 35PKL), các hạt chất độn dư không tham gia vào mạng lưới sẽ tồn tại thành pha riêng biệt và được phân bố vào khoảng trống giữa các tập hợp cao su – than đen làm tách các tập hợp cao su – than đen ra, làm cho khả năng chịu lực tác dụng giảm, dẫn đến độ bền kéo của cao su bị giảm, và độ
Nguyễn Thị Hạnh 33 Lớp: K37C. CN Hóa dãn dài tương đối cũng giảm, tuy nhiên độ cứng của cao su vẫn tiếp tục tăng [2] (do bản thân than đen đã cứng và hơn nữa blend P70K là một vật liệu cứng), độ mài mòn của vật liệu tăng.
Từ những kết quả trên, chúng tôi đã chọn 2 mẫu CB20 và CB35 ứng với hàm lượng than đen là 20PKL và 35PKL để tiếp tục nghiên cứu độ trương trong dầu của chúng.