3.3 Nghiên cứu tính chất TPE từ blend NBR/PP
3.3.2 Tính chất cơ học và hình thái pha
Từ quy hoạch thực nghiệm và các thí nghiệm chọn giá trị tối ưu, blend được chuẩn bị với 3 tỷ lệ NBR/PP là 40/60; 50/50 và 60/40 để khảo sát tính chất cơ học.
Chế tạo blend theo phương pháp trộn kín một giai đoạn với chế độ công nghệ như sau:
- Tốc độ trộn 60 vòng/phút.
- Thời gian trộn 8 phút.
99 - Nhiệt độ trộn 1600C.
- Hàm lượng chất trợ tương hợp PP-g-MA là 5%.
Hình 3.38, thể hiện đường cong ứng suất –giãn dàicủa blend theo cả 3 tỷ lệ.
0 4 8 12 16 20 24 28
0 2 4 6 8 10 12 14
ứng suất (MPa)
Độ giãn dài (%)
(1)NBR/PP/PP-g-MA=40/60/5%
(2)NBR/PP/PP-g-MA=50/50/5%
(3)NBR/PP/PP-g-MA=60/40/5%
(1) (2)
(3)
Hình 3.38 Đường cong ứng suất –giãn dài của blend NBR/PP/5% PP-g-MA Trên hình 3.38, nhận thấy rằng, độ bền kéo và độ cứng của blend tăng dần theo hàm lượng PP. Đường cong NBR/PP/PP-g-MA=40/60/5% rất dốc, chứng tỏ vật liệu rất cứng và đứt khi ứng suất đạt 13,8MPa tại độ giãn dài là 13,5%. Dạng đường cong cho thấy blend có ứng xử cơ học gần với PP. Khi tỷ lệ cao su tăng dần, có thể thấy blend dần dần có ứng xử cơ học giống với cao su: đường ứng suất-giãn dài của blend NBR/PP/PP-g-MA=50/50/5% ở giai đoạn đầu khá dốc, vật liệu cứng.
Tuy nhiên khi độ giãn dài đạt tới khoảng 13,5% thì ứng suất có xu hướng giữ nguyên giá trị cho tới khi mẫu đứt ở độ dãn dài 24,1%. Với blend NBR/PP/PP-g- MA=60/40/5%, thấy rõ hàm lượng cao su cao hơn làm độ giãn dài tăng và đường ứng suất-giãn dài đi ngang cho đến khi đứt tại độ giãn dài 26,4% và ứng suất 8,8 MPa.
Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của tỷ lệ NBR/PP đến mức độ tương hợp có thể so sánh các kết quả thực nghiệm với giá trị tính toán cho trường hợp lý tưởng:
TSTPE = a. TSNBR + b. TSPP
Trong đó: TSTPE , TSNBR , TSPP là độ bền kéo lần lượt của TPE, NBR và PP.
a, b là phần trăm khối lượng lần lượt của NBR và PP.
100
Các kết quả thu được trình bày trong bảng 3.21 và 3.22. Có thể thấy rằng khi không có chất trợ tương hợp, độ bền kéo của TPE giảm mạnh so với tính toán ở bất kỳ tỷ lệ nào của các cấu tử, hàm lượng cao su càng cao thì mức độ giảm càng lớn.
Điều này chứng tỏ mức độ tương hợp kém của các cấu tử trong blend.
Bảng 3.21 Tính chất cơ học của blend NBR/PP chưa có chất tương hợp
Hàm lượng NBR/PP
Độ bền kéo đứt (MPa)
Độ giãn dài khi đứt (%) Thực
nghiệm
Tính toán
Thực nghiệm/
tính toán (%)
0/100 26,8 - - 24,5
40/60 8,3 25,8 32,17 23,56
50/50 5,0 25,5 19,60 24,86
60/40 4,6 25,2 18,25 21,64
100/0 24,2 - - -
Trái lại, khi có chất trợ tương hợp độ bền của các blend đều tăng và đạt xấp xỉ 50% so với trường hợp lý tưởng, cao gấp hai lần so với khi không có chất trợ tương hợp (bảng 3.22). Điều này chứng tỏ chất trợ tương hợp đã tăng khả năng tương hợp của hai cấu tử NBR và PP. Theo Deleo và cộng sự [41], khi sử dụng chất trợ tương hợp đã làm tăng liên kết giữa cao su và PP, do vậy độ bền kéo tăng lên. Khả năng tương hợp còn thể hiện rõ ở hình ảnh hiển vi điện tử SEM trên hình 3.39 và hình 3.40.
Bảng 3.22 Tính chất cơ học của NBR/PP khi có 5% PP-g-MA
Hàm lượng NBR/PP
Độ bền kéo đứt (MPa) Độ giãn dài khi đứt (%) Thực
nghiệm Tính toán Thực nghiệm/
tính toán (%)
0/100 26,8 -
40/60 13,80 23,25 59,35 13,50
50/50 12,88 23,01 55,97 24,10
60/40 8,77 22,76 38,53 26,42
100/0 24,2 -
101
(a) (b)
Hình 3.39. Ảnh hiển vi điện tử SEM của blend ở độ phóng đại 1000 lần (a) blend 40/60/0; (b) blend 40/60/5% PP-g-MA
(a) (b)
Hình 3.40 Ảnh hiển vi điện tử của blend ở độ phóng đại 1000 lần (a) blend 50/50/0; (b) blend 50/50/5% PP-g-MA
Trên hình 3.39 và 3.40 là ảnh SEM, chụp bề mặt gãy của vật liệu. Blend chưa có chất trợ tương hợp hình thành các tảng lớn và có bề mặt phân chia pha rõ. Có nhiều khe hõm sâu, chứng tỏ ở đó có tảng lớn bị kéo rút ra khỏi vật liệu, khả năng phân tán của pha cao su NBR trong nền PP là rất kém. Còn blend có chất trợ tương hợp PP-g-MA, có các hạt NBR nhỏ phân tán đều trong nền PP liên tục, chứng tỏ khả năng tương hợp của NBR và PP là tốt hơn.