5 Tiến độ và trình bày báo cáo
2.1.2.2 Phát triển hình thái
Kiểm soát hình thái pha trong quá trình gia công là vấn đề then chốt để sản xuất vật liệu với những tính chất cải thiện so với polyme không trộn hợp. Hình dạng, kích thước và phân bố không gian của pha là kết quả của tác động phức hợp giữa độ nhớt (và đàn hồi) của pha, tính chất giao diện, thành phần blend và điều kiện gia công. Hình 2.1 tóm tắt quá trình xảy ra khi hai polyme blend ở trạng thái chảy. Đặc biệt khi polyme 1 (với độ nhớt ηd và phần thể tích Ød) được phân tán trong pha liên tục của polyme 2 (với độ nhớt ηc và phần thể tích Øc).
Hình 2.1 Sơđồ quá trình cán trộn chảy của 2 polyme
Bước đầu tiên của quá trình là biến dạng của các hạt phân tán trong trường chảy. Bề mặt giao diện tăng tỷ lệ và kích thước cục bộ giảm xuống vuông góc với
hướng dòng chảy. Trong trường hợp 2 polyme chảy nhớt, biến dạng hạt chủ yếu quyết định bởi số mao dẫn (Ca). Có nghĩa là tỷ sốứng suất (biến dạng) cắt (τ) tác động vào giọt bởi trường chảy nội và hình dạng cầu tạo nên ứng suất giao diện (s/R).
(2.5)
Trong đó s là sức căng (ứng suất) bề mặt, R bán kích cầu cục bộ. Với số mao dẫn nhỏ, ứng suất giao diện là yếu tố chính ứng gây suất cắt và hình giọt elip tồn tại. Trên giá trị Ca tới hạn, đặc trưng ở giai đoạn đầu của quá trình trộn khi pha bị phân tán còn lớn, ứng suất cắt chiếm ưu thế, ứng suất giao diện và các giọt bị miết ép vào matrix thành sợi dài nhỏ. Nếu đường kính cục bộ của các sợi trở nên đủ nhỏ, nhiễu loạn bề mặt sợi phát triển và tạo đứt đoạn sợi chỉ lỏng này thành các hạt nhỏ. Với các hạt rất nhỏ, s/R lớn đủ ngăn cản kéo và đứt tiếp theo. Chỉ số Ca thực tế là giới hạn trên cho kích thước hạt [55] [56]. Trong trường hợp hệ nhớt đàn hồi, Wu đã đưa ra phương trình thực nghiệm giữa số mao dẫn và độ nhớt chảy tương đối của pha phân tán và pha liên tục (ηd/ηc) [3]:
(2.6)
Với k=0.84 cho (ηd/ηc) ≥ 1, và k=-0.84 cho (ηd/ηc) ≤ 1. Từ tương quan Ca và (ηd/ηc), đường cong của kích thước hạt trung bình có thể được dự đoán như chức năng của thông số gia công. Dự đoán này đã được chứng minh đúng ở phần thể tích thấp và không đổi. Kết quả là sự phân bố mịn nhất của pha được dự đoán cho blend polyme đẳng nhớt. Kết luận này dựa vào giả thiết gọi là cơ chế cân bằng bậc thang của bẻ gãy liên tiếp. Ứng suất cắt tăng bậc thang được giả thiết là nguyên nhân gây bẻ gãy liên tiếp của các giọt dưới điều kiện cân bằng có chừng mực tại Ca tới hạn (Ca crt) cho đến khi lực nén của máy đạt tối đa.
Để tính mức tăng của kích thước hạt trung bình với nồng độ pha phân tán, Serpr và cộng sự hoàn thiện phương trình của Wu bằng cách thêm yếu tố thực nghiệm [77]. Thêm vào đó, độ nhớt của blend (ηb) được thay cho độ nhớt của matrix (ηc) đúng cho hệ pha loãng. Phương trình tương ứng sau được đề xuất:
(2.7)
Ở vùng γ’ thấp trong thiết vị trộn, có sựđông tụ của các giọt phân bố không ổn định và kết quả là làm thô hình thái pha [6].
Việc đông tụ của các hạt phân tán được cho rằng bao hàm trong yếu tố phụ thuộc thành phần {1-(4ØdØc)0.8} trong phương trình (2.7). Thực tế ở nồng độ tương đối cao của pha thứ yếu, hình thái pha cuối cùng hình thành từ kết quả của tranh chấp giữa gãy đứt và đông tụ. Trong khi đó ở nồng độ thấp vừa đủ, sự phá vỡ các giọt là yếu tố chiếm ưu thếđiều khiển giới hạn dưới của kích thước hạt.
Đến nay không có phương trình nào dự đoán của tác nhân bề mặt lên cơ chế đông tụ - phá vỡ pha. Khi phần thể tích của pha thứ yếu thấp (vài phần trăm của blend), quá trình đông tụ pha thấp đến mức có thể bỏ qua. Một vài khác biệt giữa
blend biến đổi và blend không biến đổi hình thành chủ yếu do thay đổi sức căng bề mặt. Thêm vào đó quá trình đông tụ bị chậm lại nếu độ nhớt của cả pha liên tục và phân tán cao. Rõ ràng rằng điều kiện gia công (nhiệt độ, tốc độ vít xoắn, thời gian lưu, kiểu vít) giữ vai trò quan trọng trong việt phát triển pha. Thực tế, máy đùn trục đôi chứng tỏ là máy trộn hiệu quả nhất [31].
2.1.3 Các phương pháp tương hợp
Tương hợp được thực hiện bằng hai chếđộ không phản ứng (non-reactive) và phản ứng (reactive). Ở chếđộ không phản ứng, vật liệu polyme ngoài được thêm vào như co-polyme, hoặc block copolyme được cho là tốt hơn. Polyme nhánh (graft) và polyme ngẫu nhiên cũng được sử dụng và cho hiệu ứng tương tự. Chức năng thiết yếu của hoá dẻo là làm ướt giao diện giữa hai pha. Block và graft copolyme đạt được điều đó do việc trải rộng trên giao và trộn với cả hai pha, nhờ các phần của hợp phần có tính chất tương tự như pha này và pha kia. Ở chếđộ phản ứng, block và graft polyme được tạo ra tại chỗ trong quá trình trộn các hợp phần.
2.2 Nguyên liệu sử dụng
Dựa vào cách tiếp cận và cơ sở trên, một số loại nguyên liệu nền được chọn để nghiên cứu và các nguyên liệu phụ kèm theo.
2.2.1 Nguyên liệu chính (nền)
- Cao su thiên nhiên Việt Nam CSV 5L - Cao su nitril KOSYN 35L, Hàn Quốc - Cao su Neoprene, Baypren 110, Đức
2.2.2 Nguyên liệu phụ trợ
- Cao su NR maleic hoá do Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Bảo vệ Môi trường chế tạo - Cao su acrylat của Hoa Kỳ
- Cao su ENR 50 do Viện Hoá học Vật liệu – Viện Khoa học Công nghệ QS chế tạo - Dầu hạt điều của cơ sở Thành Công, 357 Tân Hoà Đông, P. Bình TrịĐông, Q. Bình Tân, Tp. Hồ Chí Minh
- Bột than HAF N330, axit stearic, lưu huỳnh của Hàn Quốc, loại công nghiệp - Oxít kẽm, oxit manhê của Ấn Độ, loại công nghiệp
- Dầu hạt cao su của Việt Nam - DOP của Liên doanh Việt Thái
- Dầu cách điện SUPERTRANS I của công ty hoá dầu Petrolimex
- Xúc tiến DM, xúc tiến MBT, xúc tiến TMTD, phòng lão D và 4020 của Bayer (Đức) - Các hoá chất khác có nguồn gốc từ Trung Quốc, Nhật Bản và đều là loại công nghiệp
- Nhựa photoresist là chất thải từ NM sản xuất bo mạch Fujitsu có thành phần 98 % polyme este acrylat, có hàm ẩm 60 -80 %.