TỔ NG QUAN
Cao su ch ị u nhi ệ t
Cao su nitril hay nitril butadien (NBR) là cao su tổng hợp từ copolyme acrylonitril và butadien Đây là một trong những loại cao su chịu dầu điển hình
Cao su nitril butadien, được phát triển lần đầu tiên vào năm 1937 tại Cộng hòa Liên bang Đức, đã trở thành một sản phẩm công nghiệp quan trọng Sau Thế chiến thứ hai, loại cao su này được sản xuất hàng loạt tại Liên Xô cũ với nhiều chủng loại đa dạng, đáp ứng nhu cầu của thị trường.
CH 2 CH CH CH 2 CH 2 CH
[ CH 2 CH CH CH 2 x CH 2 CH ]
Hình 1 1 Cấu trúc phân tử cao su nitril a) Tính chất cơ lý, kỹ thuật của cao su nitril
Bền dầu mỡ là đặc tính điển hình nhất của NBR Những đặc tính cơ bản của vật liệu này bao gồm:
- Độ bền kéo đứt, modul đàn hồi và độ cứng cao
- Bền dầu mỡ(ít thay đổi thểtích trong môi trường dầu hoặc nhiên liệu)
- Độlinh động ở nhiệt độ thấp kém
Cao su nitril (NBR) có tính kháng lão hóa không tốt và có xu hướng cứng lại khi ở nhiệt độ cao, với nhiệt độ hoạt động tối đa đạt 100°C Tuy nhiên, các hỗn hợp được pha trộn đặc biệt hoặc lão hóa nhiệt trong thời gian ngắn có thể chịu được nhiệt độ lên đến 125°C NBR được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ vào tính năng chịu dầu và hóa chất tốt.
NBR là vật liệu được ưa chuộng trong ngành công nghiệp nhờ khả năng chịu dầu, dung môi và hóa chất Nó đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các dụng cụ chứa và vận chuyển dầu, nhiên liệu, nước và hóa chất, phục vụ cho nhiều lĩnh vực như ô tô, máy móc, vũ trụ, hóa chất, thực phẩm, khoan dầu, hàng hải, đường sắt, dệt và in ấn NBR có khả năng hoạt động hiệu quả trong khoảng nhiệt độ từ 100°C đến 125°C.
Cao su silicon thuộc nhóm các hợp chất cơ silic Khác với tất cả các loại cao
Cao su silicon được cấu tạo từ mạch đại phân tử chứa các nguyên tử silic và oxy sắp xếp xen kẽ đều đặn, với công thức chung là (R2Si)n Mỗi nguyên tử silic liên kết với hai gốc hữu cơ, tạo nên cấu trúc phân tử giống như “lò xo” Đặc điểm nổi bật của cao su silicon là độ bền nhiệt cao, nhờ vào năng lượng liên kết và độ phân cực lớn của liên kết Si-O.
Cao su silicon có năng lượng liên kết Si-O rất lớn, dao động từ 440 đến 495 kJ/mol, giúp nó trở thành loại cao su có độ bền nhiệt cao nhất Tại Liên Xô cũ, cao su silicon được gọi là CKT, viết tắt của cao su tổng hợp bền nhiệt Độ bền nhiệt của cao su silicon tỷ lệ thuận với năng lượng liên kết của các nguyên tố trong mạch chính; năng lượng liên kết càng lớn thì độ bền nhiệt càng cao.
440 ÷ 495kJ/mol 272kJ/mol 265kJ/mol
Tính chất bền nhiệt của cao su silicon phụ thuộc vào các gốc hữu cơ gắn vào nguyên tử silic, trong đó phổ biến nhất là hai nhóm metyl (-CH3), tạo thành polydimethylsiloxan (PDMS) PDMS có mạch phân tử linh động và nhiệt độ hóa thủy tinh thấp khoảng -125°C Tuy nhiên, do cấu trúc phân tử điều hòa, PDMS dễ kết tinh dưới nhiệt độ nóng chảy, làm giảm tính ưu việt của nó như một loại cao su nhiệt độ thấp Việc thay thế nhóm metyl bằng các nhóm ankyl hoặc phenyl khác nhau sẽ tạo ra các vật liệu với tính chất khác nhau.
Hình 1 2 Cấu trúc đại phân tử cao su silicon.
Trong các ankyd, khi kích thước phân tử gốc ankyd tăng, độ bền nhiệt của cao su silicon giảm dần Cao su silicon chứa các gốc hữu cơ như phenyl mang lại tính chất bền nhiệt cao nhất.
Cao su silicon có những tính chất vật lý tương đối giống nhau khi so sánh với các gốc hữu cơ khác Dưới đây là một số đặc điểm nổi bật của cao su silicon.
Cao su silicon có khả năng dẫn nhiệt gấp đôi so với cao su mạch hydrocacbon Nó hòa tan tốt trong nhiều dung môi hữu cơ như dung môi mạch thẳng, mạch vòng, dimetyl ete, metyl etyl xeton, cloroform và tetracloro cacbon Tuy nhiên, cao su silicon chỉ tan hạn chế trong axeton và dioxan, và hoàn toàn không hòa tan trong metanol, etanol, glycol và dimethyl phtalat.
Bảng 1 1 Tính chất vật lý của cao su silicon
Tính chất vật lý Giá trị
Nhiệt độ hóa thủy tinh [ 0 C]:
Mặc dù cao su silicon có khối lượng phân tử lớn, nhưng độ nhớt của nó lại rất nhỏ Hợp phần cao su silicon không độn có tính chất cơ lý hạn chế, vì vậy cần sử dụng các chất độn tăng cường như SiO2 để cải thiện tính chất này Silic đioxit được coi là chất độn thích hợp nhất cho cao su silicon, giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của sản phẩm.
Cao su silicon lưu hóa có tính chất cơ học không cao Độ bền kéo đứt [MPa] 4 – 5
Hợp phần cao su silicon lưu hóa nổi bật với khả năng duy trì các tính chất cơ lý trong điều kiện làm việc khắc nghiệt, với nhiệt độ hoạt động từ 130°C đến 400°C.
Cao su silicon hoàn toàn trơ dưới tác dụng của các môi trường ôxy hóa mạnh như ôxy, ozon,…
Cao su silicon không có khả năng chống thấm khí, với mức độ lọt khí cao gấp 20 lần so với cao su thiên nhiên Mặc dù vậy, cao su silicon vẫn có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
Cao su silicon được ứng dụng rộng rãi nhờ vào những tính năng đặc biệt như khả năng bền nhiệt, bền thời tiết và cách điện, mặc dù tính năng cơ học không cao Nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ sản xuất dầu nhờn, chất chống thấm cho giấy và vải, đến ứng dụng trong giải phẫu thẩm mỹ, chất kết dính trong kiến trúc, và vật liệu bọc bịt Đặc biệt, trong kỹ thuật điện, cao su silicon được dùng để chế tạo các chi tiết cách điện cho hệ thống dẫn điện cao áp ngoài trời.
Cao su silicon an toàn, không chứa chất độc hại, không nhuộm màu và không có mùi, vì vậy nó được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và y tế, bao gồm việc sản xuất các sản phẩm như ống dẫn máu và huyết thanh.
Cao su fluor là loại cao su có cấu trúc mạch đại phân tử được tạo thành từ các nguyên tử cacbon, trong đó các nguyên tử fluor thay thế cho các nguyên tử hydro trong mạch hydrocacbon của polyme Để sản xuất cao su fluor với các tính chất đa dạng, người ta sử dụng các loại monome có hàm lượng fluor khác nhau Tại Liên Xô cũ, các monome fluorolefiliden và ete perfluorvinylic thường được sử dụng trong quá trình sản xuất cao su fluor.
Cao su CKF-32 là copolyme của vinylidenfluoride và trifluoretylen được chế tạo theo phản ứng sau: nCH2small>2 + nCF2l -(CH2-CF2-CF2-CFCl)n-
Cao su CKF-26 là copolyme của vinylidenfluoride và hexafluo propylen được chế tạo theo phản ứng sau: nCH2small>2 + nCF2CF3) -(CH2-CF2-CF2-CF(CF3)n-
CKF-260 là copolyme của vinylidenfluoride và ete perfluormetyl-vinylic: nCH2small>2 + nCF2OCF3) -(CH2-CF2-CF2-CF(OCF3)n- a) Tính chất vật lý của cao su fluor
Một số tính chất vật lý của cao su fluor được sản xuất ởLiên Xô được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1 2 Một số tính chất vật lý của cao su fluor
Tính chất vật lý CKF-32 CKF-26 CKF-260
Nhiệt độ hóa thủy tinh ( 0 C) -18 -22 -38
Hàm lượng ẩm (%) 0,02 0 0 Điện trở thểtích riêng (Ω.cm) 2,5.10 10 1,4.10 10 1,8.10 10
Tổn thất điện môi (tgα) 0,02 0,02 0,02
T ổ ng quan v ề Cao su etylen propylen dien monome (EPDM) [3, 4]
Cao su etylen propylen dien monome được hình thành từ phản ứng đồng trùng hợp giữa etylen, propylen và dien không liên hợp, tạo ra mạch polyme bão hòa Việc thêm một lượng nhỏ dien vào cấu trúc của cao su EPDM giúp lưu hóa cao su bằng lưu huỳnh, tương tự như các loại cao su thông dụng khác Hàm lượng mạch nhánh trong cao su EPDM rất thấp, thường dưới 11%.
Cao su EPDM nổi bật với khả năng chịu nhiệt độ cao, ozon, và lão hóa tốt, nhờ vào độ phân cực thấp, giúp nó có điện trở suất vượt trội EPDM giữ được đặc tính ngay cả sau khi lão hóa và chống lại các dung môi phân cực như nước, axit, kiềm, xeton và rượu Với tính chất điện đặc biệt, khả năng chống lão hóa và độ bền nhiệt, EPDM được ứng dụng rộng rãi trong vật liệu cách điện, chi tiết ô tô, xây dựng, dây cáp điện, gioăng cửa sổ, tấm lợp mái và các ứng dụng hạt nhân Ngành công nghiệp ô tô là lĩnh vực tiêu thụ lớn nhất, chiếm hơn 40% sản lượng cao su EPDM được sản xuất.
Để cải thiện các đặc tính cơ lý của cao su EPDM và đạt được các tính chất kỹ thuật đặc biệt, EPDM có thể được kết hợp với nhiều loại cao su khác như cao su thiên nhiên, cao su butyl (IIR), cao su clobutyl (CIIR), cao su bromobutyl (BIIR), cao su styren butadien (SBR) và cao su butadien (BR).
1.2.1 Tổng hợp cao su EPDM
EPDM, một loại cao su tổng hợp, lần đầu tiên được phát triển vào năm 1961-1962 và bắt đầu sản xuất công nghiệp vào năm 1962 bởi công ty Chemical Enjay Quá trình tổng hợp EPDM diễn ra liên tục thông qua phương pháp trùng hợp dung dịch, sử dụng xúc tác dị thể Ziegler Natta với kim loại chuyển tiếp như Titan và Valadi Hiện nay, nhiều nhà sản xuất đã áp dụng các phương pháp mới như trùng hợp huyền phù và trùng hợp pha khí, cùng với các xúc tác kim loại tiên tiến như zinconi, titan và hydrogen florit, nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Cao su EPDM được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.
Hiệp hội cao su cho biết, loại cao su này có tốc độ tăng trưởng 6.9% mỗi năm, với sản lượng ước đạt 83 triệu tấn vào năm 2018, mang lại giá trị lên đến 4.19 tỷ đô la.
Hiện nay EPDM được sản xuất bởi các hãng sản xuất hoá chất lớn trên thế giới và với tên gọi thương mại khác nhau:
• Hãng Lanxess AG: Buna EP, Keltan, Rhenogran
• Hãng Carlisle Companies: Carlisle SynTec, Versico, WeatherBond, Accella
• Hãng ExxonMobil Chemical Company: Vistalon
• Hãng Mitsui Chemicals Inc.: Mitsui EPT
• Hãng Lion Elastomers: Royalene, RoyalEdge, Trilene, and Royaltherm (TLTK: Nguồn Emarket.com)
Cao su EPDM có khả năng lưu hóa bằng lưu huỳnh nhờ vào các liên kết đôi trong mạch nhánh Tuy nhiên, khi không có monome thứ ba chứa liên kết đôi, việc sử dụng lưu huỳnh trở nên không khả thi, buộc phải chuyển sang sử dụng tác nhân peoxit để khâu mạng Mặc dù peoxit là một lựa chọn, nhưng chi phí cao và khó gia công trên thiết bị thông thường khiến các nhà sản xuất vẫn ưu tiên sử dụng chất lưu hóa lưu huỳnh.
9 huỳnh nên cao su EPDM phát triển và được sử dụng rộng rãi do có khảnăng lưu hoá bằng lưu huỳnh lẫn peroxit
Hình 1 3 Cấu tạo hóa học của EPDM với X là dien
Các liên kết đôi trong cao su EPDM không nên được thêm vào mạch chính mà phải ở nhánh bên để đảm bảo tính kháng lão hóa tốt Hiện nay, có hai phương pháp chính để sản xuất cao su EPDM: trùng hợp dung dịch và trùng hợp huyền phù Trong đó, 85% cao su EPDM trên toàn cầu được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp dung dịch Quá trình này sử dụng xúc tác Ziegler-Natta, là phức hợp của kim loại chuyển tiếp như Ti, V, Cr với hợp chất cơ kim của kim loại nhóm I-III như Al, Mg, Li.
1.2.2 Một số tính chất của cao su EPDM
Cao su EPDM với khối lượng phân tử, hàm lượng dien và etylen cao mang lại các tính chất cơ lý tốt Cấu trúc cơ bản của EPDM là các vùng vô định hình, dẫn đến nhiệt độ chảy mềm thấp Nhiệt độ chảy mềm này không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc của khối etylen trong mạch polyme mà còn có thể bị ảnh hưởng bởi hàm lượng dien Đặc biệt, nhiệt độ này tỷ lệ nghịch với khối lượng phân tử và sẽ giảm khi hàm lượng dien và etylen tăng lên.
Vật liệu EPDM thường chịu nhiệt tối đa 135°C khi sử dụng hệ lưu huỳnh/chất xúc tiến Để đạt được khả năng chịu nhiệt cao hơn 135°C, cần sử dụng hệ lưu hóa peroxit Khả năng chịu nhiệt tốt nhất của EPDM phụ thuộc vào polyme có khối lượng phân tử thấp, ít hoặc không có dầu gia công, với hàm lượng etylen cao và dien trong khoảng 2-3%.
Khả năng chịu thời tiết
Khả năng chống chịu thời tiết xuất sắc của EPDM đã mở rộng ứng dụng của nó trong các sản phẩm như profile và lớp đệm cửa sổ, cáp điện, tấm lợp mái nhà, cũng như các bộ giảm chấn và hấp thụ sóng xung kích Một hướng phát triển mới cho EPDM là sử dụng làm màng lợp, nhờ vào khả năng chống chịu tốt với thời tiết, ozon, nhiệt độ và độ ẩm Tấm EPDM đang trở thành lựa chọn hàng đầu trong nhiều lĩnh vực.
10 có nhiều ưu điểm vượt trội so với các vật liệu truyền thống như nhẹhơn, bền hơn, chống chịu tốt với các tác nhân bên ngoài khác
Bảng 1 4 Tính chất cao su EPDM theo đặc điểm thành phần [6] Đặc điểm Cao Thấp
Modun, độ bền kéo cao
Hấp thụđộn và dầu cao
Khảnăng đùn tốt Độ cứng ở nhiệt độ thấp cao
Mềm dẻo ở nhiệt độ thấp Modun và độ cứng thấp Dính trục cán
Mềm dẻo ở nhiệt độ thấp Độ bền nén cao
Biến dạng dư sau nén tốt Modun cao
Sử dụng xúc tiến đa dạng
Mức độ, tốc độlưu hóa cao Độổn định nhiệt tổt Độ cứng và modun thấp
Khối lượng phân tử Độ bền kéo, bền xé tốt Modun cao
Chổng co rút Hàm lượng dầu và độn cao Độ nhớt thấp
Tốc độ trộn, đùn nhanh Cán tráng tốt
Phân bố khối lượng phân tử
Tính chất gia công tốt
Tính chất cơ lý tốt Trương trong khuôn thấp
1.2.3 M ột số ứng dụng của cao su EPDM Ứng dụng của các loại EPDM phụ thuộc vào chủng loại cao su cũng như đơn phối liệu có được Những tính chất quan trọng của vật liệu này là khảnăng chống chịu tốt với thời tiết, ozon, nhiệt, các tác nhân oxy hóa và một loạt các dung môi phân cực và không phân cực khác, các tính chất điện cũng như khả năng tương hợp tốt với các polyolefin, … điều đó đã giúp mở rộng hơn nữa các ứng dụng của loại cao su này Một số các ứng dụng của cao su EPDM chính như sau : Ứng dụng trong công nghiệp ô tô
- Ống tản nhiệt, ống dẫn nhiệt, ống chân không
Các tấm đệm cửa, profile đặc, gioăng đệm khoang cho cánh cửa, và cái chắn bùn là những thành phần quan trọng trong thiết kế cửa Ngoài ra, các profile của đoạn nối chịu nén và gối đỡ cũng đóng vai trò thiết yếu, cùng với các tấm lót cho xe, giúp nâng cao độ bền và hiệu suất sử dụng.
11 Ứng dụng trong xây dựng công trình
- Tấm lợp chịu thời tiết tốt
- Gioăng đệm cửa, tấm đệm co giãn trong bản lề
- Làm vỏ bọc cho thùng chứa và các thiết bị phản ứng, làm các lớp lát bểbơi.
- Ống dẫn các tác nhân tải nhiệt, làm mát Ứng dụng trong công nghiệp điện
- Cáp, ống nối, vật liệu cách điện
- Lớp bọc ngoài chịu thời tiết của các loại cáp Ứng dụng trong ngành công nghiệp săm lốp
- Làm cao su thành lốp
1.2.4 Cao su EPDM nghiên cứu
Loại cao su EPDM được đưa ra khảo sát là Keltan 6160D, 5260Q, Buna EP T
Cao su EPDM của tập đoàn Lanxess, Đức, là sản phẩm cao su thương mại được sản xuất bằng công nghệ trùng hợp với sự tham gia của xúc tác Zeigler-Natta và Metallocene Công nghệ này giúp mở rộng các giới hạn mong muốn của cao su EPDM, với khoảng độ nhớt Mooney từ 20-80 MU và hàm lượng tối đa của monome ENB đạt 7%.
Hình 1 4 Giải thích ký hiệu mã cao su thương mại của Lanxess
Bảng 1 5 Các thông số cơ bản của một số Mac cao su EPDM
Thông số đặc tính Đơn vị Buna EP
Keltan 6160D là cao su EPDM bán kết tinh với hàm lượng diene từ DCPD thấp và độ nhớt mooney cao.
T ổ ng quan v ề m ộ t s ố lo ạ i cao su t ổ ng h ợ p
Cao su clobutyl là sản phẩm được tạo ra từ việc clo hóa cao su butyl với độ không bão hòa tối thiểu 1,8 - 2% mol Vào năm 1960, Hãng Standard Oil (Mỹ) đã phát triển một loại cao su butyl mới, trong đó chứa 1,2 phần clo trên mỗi 100 phần cao su butyl Việc thêm clo vào cao su butyl nhằm tăng cường hoạt tính hóa học của phân tử mà không làm tăng khối lượng, do đó tính chất của cao su clobutyl tương tự như cao su butyl về các đặc tính động Để chuyển đổi từ chất đàn hồi sang chất dẻo, cần một lượng lớn nguyên tử clo trong cấu trúc polymer Mục đích thứ hai của việc bổ sung clo là nâng cao khả năng lưu hóa, đặc biệt là ở các nối đôi khi sử dụng lưu huỳnh và các chất xúc tiến.
Cao su clobutyl được sản xuất bằng cách sục khí clo vào dung dịch butyl trong hexan Do tính chất hoạt động của các halogen allylic, cao su clobutyl có thể phân hủy thành HCl khi chịu nhiệt độ từ 175°C đến 200°C Để ngăn chặn hiện tượng này, canxi stearat được thêm vào như một chất ổn định Nhờ vậy, cao su clobutyl có thể được bảo quản lâu dài mà không bị biến tính.
Cao su clobutyl có khả năng lưu hóa đa dạng nhờ vào sự hiện diện của nhóm olefin không bão hòa và các nguyên tử clo trong mạch phân tử Các kỹ thuật lưu hóa như ZnO hoặc ZnCl2 thường được áp dụng, và để tăng tốc độ lưu hóa, thioure và TMTD thường được thêm vào Ngoài ra, cao su clobutyl cũng có thể được lưu hóa bằng amin bậc 1 hoặc nhựa phenolic, tương tự như cách lưu hóa cao su butyl.
Cao su CIIR chứa khoảng 1.8% clo về khối lượng phân tử, với khối lượng phân tử thường lớn hơn 30.000 đơn vị cacbon, điều này cho thấy sự phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của nó.
Cao su CIIR nổi bật với khả năng chống thấm khí hiệu quả nhờ vào hàm lượng liên kết đôi thấp, hạn chế sự khuếch tán của các khí như hydro Sự hiện diện của nguyên tử clo trong cấu trúc phân tử giúp cao su CIIR phân cực, tạo điều kiện cho khả năng trộn lẫn với nhiều loại cao su khác.
Cao su clobutyl nổi bật với khả năng chịu thời tiết, ánh sáng mặt trời và ozon, đồng thời bền bỉ với axit vô cơ, kiềm và dầu Sản phẩm từ cao su clobutyl có thể tiếp xúc với nhiệt độ lên đến 193 o C trong thời gian dài mà không bị hư hỏng, đồng thời có khả năng giảm rung động hiệu quả Ngoài ra, cao su clobutyl còn có tính kháng mài mòn, kháng xé và độ bền kéo cao, cùng với độ kết dính tốt với vải sợi và kim loại.
) Ứng dụng của cao su CIIR:
Với các đặc tính cơ lý vượt trội và khả năng chịu thời tiết, ozon, cùng với tính chịu nhiệt cao, cao su CIIR đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô.
- Ống dẫn nhiệt, chân đỡđộng cơ
- Đai truyền động, chống xốc Ứng dụng trong xây dựng
- Mái chịu thời tiết tốt
- Gioăng đệm cửa, gioăng chịu xăng dầu ở nhiệt độ cao
- Ống dẫn dầu chịu nhiệt, làm mát Ứng dụng trong công nghiệp khai khoáng và khai thác dầu mỏ
- Cáp, ống nối, vật liệu chịu xăng dầu
- Băng tải chống cháy, chịu nhiệt Ứng dụng trong ngành công nghiệp săm lốp
1.3.2 Cao su styren butadien (SBR) [2]
Cao su styren butadien (SBR) là loại cao su tổng hợp phổ biến nhất và đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất nhiều loại cao su khác SBR là copolyme được hình thành từ butadien và styren, tạo ra một vật liệu có tính chất vượt trội cho các ứng dụng khác nhau.
Hình 1 5 Cấu trúc phân tử cao su styren butadien
Một số tính chất của cao su styren butadien.
Tính chất cơ lý của cao su SBR chịu ảnh hưởng lớn từ hàm lượng monome styren trong mạch đại phân tử Khi hàm lượng nhóm styren tăng, tính đàn hồi và khả năng chịu lạnh của cao su SBR sẽ giảm So với cao su thiên nhiên, cao su SBR có hiệu suất kém hơn về khả năng chống nứt và chịu lão hóa nhiệt, với nhiệt độ làm việc thường nhỏ hơn 80°C.
Cao su SBR có đặc trưng quan trọng là modul đàn hồi tăng lên trong quá trình lão hóa, hiện tượng này được gọi là giòn nhiệt Sự gia tăng modul và độ cứng của vật liệu trong quá trình lão hóa có thể được giải thích bởi khả năng định hướng lại mạch đại phân tử do tác động của quá trình lão hóa.
Cao su SBR là loại cao su phân cực, có khả năng ổn định cao trong môi trường axit hữu cơ, vô cơ, rượu, bazơ và nước Tuy nhiên, nó không ổn định khi tiếp xúc với các dung môi như hợp chất béo, hợp chất thơm và các hydrocarbon clo hóa, đặc biệt là trong dầu khoáng, mỡ và xăng Mặc dù khả năng chịu thời tiết của cao su SBR tốt hơn cao su tự nhiên, nhưng vẫn kém hơn so với cao su clopren (CR) và cao su EPDM.
Cao su SBR hiện nay được sản xuất qua hai phương pháp chính: trùng hợp trong dung dịch và trùng hợp huyền phù Thành phần của SBR thông thường bao gồm 23,5% styren và 76,5% butadien Cụ thể, mác 1502 chứa 23,5% trọng lượng styrene và có độ chuyển tiếp thủy tinh khoảng -65 °C Khối lượng phân tử trung bình của cao su BSR được xác định thông qua độ nhớt theo phương pháp Staudinger, dao động từ 15.000 đến 400.000.
Cao su SBR có tính kháng mòn kém, vì vậy việc bổ sung các chất độn gia cường như carbon đen, silica, silicat canxi hoặc đất sét là rất quan trọng Khi không có chất độn, cao su SBR có cường lực kéo đứt rất thấp, không đáp ứng yêu cầu sử dụng Việc sử dụng carbon đen làm chất độn giúp tăng cường độ bền, đồng thời giảm khả năng hấp thụ nước, mang lại hiệu suất tốt hơn cho cao su SBR.
15 vô cơ khác Tính chất cơ lý của SBR giảm nhanh chóng khi tiếp xúc với dầu và dung môi
Cao su butadien được tạo ra từ 1,3 butadien thông qua quá trình trùng hợp dung dịch, sử dụng chất khơi mào anion hoặc xúc tác Ziegler Natta kết hợp với dung môi hydrocabon mạch thẳng Quá trình này có thể diễn ra liên tục hoặc gián đoạn, tùy thuộc vào công nghệ sản xuất Sản phẩm cuối cùng có thể tồn tại dưới dạng elastome hoặc nhựa nhiệt dẻo khi tỷ lệ nhóm vinyl vượt quá 75%.
Hình 1.6 Công thứctổng quát của cao su BR
Khi 1,3-butadien được trùng hợp, polyme tạo thành sẽ chứa các liên kết đôi trong mạch chính Các mắt xích 1,3-butadien có thể liên kết với nhau ở các vị trí cacbon khác nhau, tạo ra các đồng phân như cis-1,4, trans-1,4 và 1,2-vinyl Điều kiện tổng hợp, đặc biệt là loại xúc tác sử dụng, sẽ quyết định cấu trúc của cao su butadien, ảnh hưởng lớn đến tính chất và ứng dụng của chúng Tính chất cơ lý của các loại cao su BR hiện nay với các loại xúc tác khác nhau được trình bày trong bảng 1.6.
Bảng 1 6Ảnh hưởng của chủng loại xúc tác đến tính chất của cao su BR
Tính chất Chủng loại xúc tác
Nd/Al Li/Bu Ti/Al Co/Al
Một số ứng dụng của cao su BR
T ổ ng quan v ề cách th ứ c ch ế t ạ o blend [11,12,13,14]
Để sản xuất vật liệu polyme blend, đặc biệt là cao su blend, có thể thực hiện bằng cách trộn trực tiếp các polyme trong quá trình tổng hợp hoặc khi chúng đang ở dạng huyền phù hay nhũ tương Thông thường, các polyme được phối trộn trong máy trộn kín, máy đùn một trục hoặc hai trục, và có thể sử dụng máy cán với hoặc không có gia nhiệt, phù hợp với các loại cao su có nhiệt độ chảy mềm thấp.
Thời gian trộn, nhiệt độ và tốc độ trộn là những yếu tố quyết định ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của vật liệu Đối với mỗi hệ cụ thể, cần căn cứ vào tính chất của các polyme (như cao su hay nhựa) và đặc tính lưu biến của tổ hợp để lựa chọn chế độ chuẩn bị và gia công phù hợp.
Quá trình chế tạo vật liệu polyme blend có thể thực hiện qua nhiều phương pháp như từ dung dịch, hỗn hợp latex polyme và phương pháp nóng chảy Việc lựa chọn các polyme phù hợp để phối trộn là yếu tố quan trọng nhất trong công nghệ chế tạo vật liệu tổ hợp, nhằm đảm bảo hiệu quả cao Các tiêu chí lựa chọn polyme cần được xem xét kỹ lưỡng để đạt được kết quả tối ưu.
- Yêu cầu kĩ thuật của vật liệu cần có;
- Bản chất và cấu tạo hóa học của polyme ban đầu;
Các polyme có bản chất hóa học tương tự dễ dàng phối trộn với nhau, trong khi những polyme khác nhau về cấu trúc hóa học và độ phân cực sẽ gặp khó khăn trong việc hòa trộn.
Trong trường hợp các chất khó trộn lẫn, cần sử dụng các chất làm tương hợp để cải thiện tính chất của vật liệu Cấu tử kết tinh trong vật liệu tổ hợp giúp tăng độ bền hóa chất, độ bền hình dạng dưới nhiệt độ, và độ bền mài mòn Đồng thời, phần vô định hình góp phần nâng cao độ ổn định kích thước và độ bền nhiệt khi có tải trọng tác động.
1.4.1 Ch ế tạo polyme blend từ dung dịch polyme
Phương pháp chế tạo polyme blend thông qua việc trộn và hòa tan các polyme trong dung môi đã có lịch sử lâu đời và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Kỹ thuật này cho phép sản xuất các vật liệu với cấu trúc pha đồng liên tục, bao gồm các màng thẩm thấu xốp, rất hữu ích trong việc lọc và ứng dụng trong ngành thị giác.
Trong quy trình sản xuất màng thẩm thấu xốp, các pha polyme được đồng liên tục hoặc xen kẽ, với pha thứ hai được trích ly bằng dung môi phù hợp Đầu tiên, polyme thứ nhất được hòa tan trong dung môi tốt, sau đó trộn với polyme thứ hai không có dung môi Cuối cùng, dung dịch hai polyme này được đổ khuôn và loại bỏ dung môi, tạo ra màng có kích thước pha phân tán micromet Quy trình này đã được áp dụng trong công nghiệp để sản xuất màng thẩm thấu từ polyolefin.
Để chế tạo polyme blend chứa PA và polyme chứa flo, các polyme cần tan tốt trong cùng một dung môi hoặc trong các dung môi có khả năng trộn lẫn Quá trình bắt đầu bằng việc hòa tan từng polyme trong dung môi chung để tạo ra dung dịch đồng nhất, sau đó trộn các dung dịch theo tỷ lệ đã tính toán Việc khuấy ở tốc độ cao trong thời gian dài giúp các polyme phân tán tốt vào nhau, và thường cần gia nhiệt để tăng cường khả năng trộn lẫn Các yếu tố như loại dung môi, nồng độ polyme và nhiệt độ trộn ảnh hưởng mạnh đến tính chất của polyme blend, thường được sử dụng trong sơn, lớp phủ và keo dán Sau khi tạo màng từ dung dịch polyme blend, cần đuổi hết dung môi bằng phương pháp sấy để đảm bảo màng đồng nhất và không bị rạn nứt.
18 mặt, không bị phân huỷ nhiệt hay phân huỷ oxy hoá nhiệt, nên sấy màng trong thiết bị sấy dưới áp suất thấp và nhiệt độ thấp
1.4.2 Ch ế tạo polyme blend từ hỗn hợp các latex polyme
So với phương pháp chế tạo polyme blend từ dung dịch, phương pháp nhũ tương có nhiều ưu điểm, đặc biệt là sản phẩm polyme trùng hợp thường tồn tại dưới dạng latex trong môi trường nước Quá trình trộn latex diễn ra dễ dàng, giúp tạo ra polyme blend với hạt phân bố đồng đều Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là khó tách hoàn toàn các chất nhũ hóa, phụ gia và nước ra khỏi polyme blend, dẫn đến việc các tính chất cơ lý hóa, nhiệt và điện của polyme blend thường bị suy giảm.
1.4.3 Ch ế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy
Phương pháp chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy khác biệt với các phương pháp chế tạo trong dung dịch và trộn hợp latex polyme Quá trình này sử dụng các thiết bị gia công nhựa nhiệt dẻo và chế biến cao su như máy trộn, máy đùn trục vít xoắn, máy ép, máy đúc phun và máy cán để kết hợp đồng thời các yếu tố cơ - nhiệt, cơ - hoá và tác động cưỡng bức lên các polyme thành phần và chất phụ gia Các chất phụ gia trong polyme blend bao gồm chất tương hợp, chất hoạt động bề mặt, chất liên kết, hợp chất thấp phân tử có khả năng phản ứng, chất hóa dẻo và chất khâu mạch Trong công nghệ chế tạo polyme blend, trộn, đùn và đúc phun polyme ở trạng thái nóng chảy là những công nghệ phổ biến nhất.
Sự phát triển hình thái cấu trúc của polyme blend được chế tạo trong máy trộn nội phụ thuộc vào thời gian, trong khi đó, trong máy đùn trục vít xoắn, yếu tố quyết định lại là chiều dài của trục vít.
Sử dụng máy đùn trục vít xoắn để blend hoá các polyme ở trạng thái nóng chảy có các ưu điểm sau:
- Quá trình chế tạo liên tục với các polyme, các chất phản ứng ở dạng rắn, dạng bột và đôi khi ở dạng lỏng
- Trộn phân bố và trộn phân tán rất tốt cho các chất có độ nhớt cao
- Dễdàng điều khiển nhiệt độ, áp suất và thời gian lưu của polyme
- Không yêu cầu sử dụng dung môi do các quá trình xảy ra ở pha rắn và pha nóng chảy nên rất kinh tế và thân thiện với môi trường
- Không có đòi hỏi đặc biệt trước khi gia công như các phản ứng ghép để tạo các nhóm chức trong polyme ban đầu
- Có thể loại bỏ các monome còn lại (monome không tham gia phản ứng) và các sản phẩm phụ khỏi các polyme
Quá trình tự làm sạch có thể được thực hiện hiệu quả khi sử dụng máy đùn 2 trục vít xoắn (trục vít kép) hoàn toàn khớp hoặc máy đùn trục vít đơn chuyển động qua lại (reciprocating single screw extruder).
- Các quá trình liên tiếp nhau từ các phản ứng hoá học, trộn, thoát hơi đến cắt hạt và tạo hình
- Có thể chế tạo các loại polyme blend khác nhau trên một dây chuyền đơn giản.
Phương pháp nâng cao tính năng cơ lý cho vậ t li ệ u cao su blend [2, 15]
Tính chất của cao su blend phụ thuộc vào khả năng tương hợp của các polyme thành phần, nhưng hầu hết các polyme lại không có khả năng trộn hợp và tương hợp với nhau Do đó, nghiên cứu đã tìm ra các biện pháp thích hợp để nâng cao khả năng tương hợp, từ đó cải thiện tính chất cơ lý và kỹ thuật của các polyme trong hệ polyme blend không tương hợp.
1.5.1 Đưa thêm vào hệ các chất tương hợp
Chất tương hợp là những chất có khả năng hòa trộn tốt với các cấu tử thành phần, thường là các copolyme nhánh hoặc khối Để sử dụng chúng làm chất tương hợp, các copolyme này cần có một khối hoặc nhánh tương hợp tốt với một polyme và khối hoặc nhánh còn lại tương hợp với polyme khác trong hệ Các copolyme thường bao gồm hai khối, mỗi khối chứa monome của mỗi polyme thành phần, đảm bảo rằng khối có cùng monome với polyme thành phần sẽ có cùng bản chất và cấu trúc.
Copolime khối có khả năng liên kết chặt chẽ với các polyme khác, tạo ra sự tương tác mạnh mẽ giữa các thành phần trong hệ Sự kết hợp này không chỉ giúp giảm ứng suất bề mặt phân chia pha mà còn tăng cường ứng suất trượt của hệ.
Việc sử dụng các chất tương hợp dựa trên copolyme nhánh hoặc khối đã được nghiên cứu sâu và chứng minh hiệu quả cao trong việc cải thiện tính chất của polyme blend Sự tiến bộ trong kỹ thuật đồng trùng hợp trong những thập kỷ gần đây đã giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn mối quan hệ giữa cấu trúc, thành phần và khối lượng phân tử của các chất tương hợp với tính chất của polyme blend Để tối ưu hóa quá trình này, cần sử dụng polyme C có khả năng phản ứng vào polyme blend A/B, với điều kiện polyme C tương hợp với một trong hai polyme thành phần Nếu cả hai polyme A và B không chứa nhóm chức phản ứng với polyme C, có thể thêm polyme D, miễn là polyme C và D có khả năng phản ứng lẫn nhau và tương hợp với một polyme chính trong hệ Vị trí của nhóm chức trên polyme cũng ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm cuối.
Trong quá trình blend hóa bằng phương pháp nóng chảy, copolyme khối hoặc nhánh được hình thành tại bề mặt phân chia pha của polyme A và B, đóng vai trò quan trọng như chất tương hợp Các copolyme này tăng cường khả năng kết dính giữa các pha và cải thiện tính chất cơ lý của blend Để đạt hiệu quả tốt, các copolyme cần có nhóm chức với hoạt tính đủ cao để tham gia vào các phản ứng hóa học trong quá trình chế tạo blend, đồng thời các liên kết hình thành phải đủ bền ở nhiệt độ gia công Chất tương hợp được định nghĩa là các tác nhân có hai nhóm chức.
Các hợp chất này có khả năng tương tác với các nhóm chức trên mạch phân tử của hai polyme thành phần nhờ vào sự hiện diện của hai nhóm chức Sự tương tác này dẫn đến việc hình thành copolyme khối, và tùy thuộc vào loại nhóm chức trên mạch của các polyme thành phần, hai nhóm chức của các tác nhân được đưa vào có thể giống nhau hoặc khác nhau.
1.5.2 Đưa vào hệ các peroxit
Dưới tác dụng của nhiệt năng, peroxit phân hủy tạo ra gốc tự do, làm chuyển gốc sang mạch polyme Các gốc tự do từ hai polyme kết hợp, tạo thành copolyme nhánh Mặc dù quá trình này có công nghệ đơn giản, nhưng nhiều phản ứng cạnh tranh như đứt mạch, khâu mạch và phân hủy xảy ra ở trạng thái nóng chảy Do đó, nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào ảnh hưởng của quá trình đến khả năng lưu biến, cấu trúc hình thái học và tính chất cơ lý của blend, trong khi động học các phản ứng và cấu trúc của copolyme vẫn chưa được khai thác nhiều.
1.5.3 Đưa các tác nhân gồm peroxit và hợp chất đa chức Đây là phương pháp kết hợp của hai phương pháp nêu trên Vai trò của peroxit là hoạt hóa phản ứng của một polyme với ít nhất một nhóm chức của hợp chất đã chức Tiếp đến là phản ứng giữa nhóm chức còn lại với polyme thứ hai để tạo thành copolymer ghép
1.5.4 Chế tạo các blend trên cơ sở các polyme có khả năng tham gia phản ứng trao đổi
Khi trộn hợp hai hoặc nhiều polyme trùng ngưng ở trạng thái nóng chảy, có thể xảy ra nhiều phản ứng trao đổi Mức độ các phản ứng này phụ thuộc vào loại và hàm lượng nhóm chức, nhiệt độ, độ ẩm, thời gian và xúc tác của quá trình Các phản ứng trao đổi này tạo ra copolyme, là chất tương hợp của các polyme trong hỗn hợp.
1.5.5 Đưa vào hệ các chất hoạt động bề mặt
Các chất hoạt tính bề mặt đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối hai pha, giúp giảm sức căng bề mặt và cải thiện khả năng phân tán trong quá trình chế tạo blend Tuy nhiên, do khối lượng phân tử thấp của chúng, hàm lượng sử dụng tối ưu thường không cao Nghiên cứu cho thấy rằng, với các chất hoạt động bề mặt có khối lượng phân tử thấp (dưới 1000), hàm lượng tối ưu chỉ khoảng 1% so với cấu tử có hàm lượng thấp.
1.5.6 Đưa vào hệ các chất độn hoạt tính
Một số chất độn hoạt tính có khả năng nâng cao tính tương hợp của các polyme bằng cách phân bố chọn lọc tại bề mặt phân cách pha giữa hai pha polyme Chúng hoạt động như các chất tương hợp, và mức độ tăng cường khả năng tương hợp phụ thuộc vào mức độ tương tác giữa chất độn và các polyme thành phần Càng có sự tương tác mạnh mẽ, mức độ tăng cường tương hợp càng cao.
1.5.7 Sử dụng phương pháp cơ nhiệt
Khi gia công polyme trong điều kiện ứng suất và nhiệt độ cao, quá trình phân hủy có thể xảy ra, dẫn đến phản ứng đứt mạch và hình thành gốc tự do Những gốc tự do này có thể được tạo ra do tác động của nhiệt hoặc đồng thời cả hai yếu tố cơ và nhiệt, và phản ứng này có thể diễn ra trong điều kiện có hoặc không có oxy Gốc tự do từ các phân tử khác nhau có khả năng kết hợp hoặc tác dụng với nối đôi trong các phân tử polyme Khi gốc tự do của hai loại mạch polyme khác nhau kết hợp, chúng tạo thành copolyme khối hoặc ghép tại bề mặt phân cách pha, giúp nâng cao khả năng tương hợp giữa hai polyme thành phần Phương pháp này là một giải pháp đơn giản cho một số hệ blend mà không cần bổ sung tác nhân làm tương hợp, đặc biệt hữu ích trong nghiên cứu các hệ blend trên cơ sở CSTN, NBR hay SBR, do cao su có xu hướng dễ bị phân hủy cơ và nhiệt.
1.5.8 Sử dụng phương pháp lưu hóa động Đây là phương pháp thường được sử dụng để tăng khả năngtương hợp của các polyme trong blend có cao su với nhựa nhiệt dẻo Khi lượng cao su lớn, đồng thời độ nhớt của hai polyme tương đương nhau ở nhiệt độ gia công, nếu không được khâu mạch, thì blend tạo thành có cấu trúc gồm pha nhựa phân tán trong pha liên tục cao su Trong điều kiện có tác nhân khâu mạch, độ nhớt của pha cao su tăng lên, và đến một mức độ nào đó sẽ có sự chuyển pha xảy ra Kết quả là pha nhựa nhiệt dẻo tái hợp lại tạo thành pha liên tục có cấu trúc mỏng, bao quanh các vùng thuộc pha phân tán cao su Trong trường hợp này, pha nhựa nhiệt dẻo đóng vai trò như lớp chất kết dính các vùng cao su đã khâu mạch với nhau Hệ vật liệu được lưu hóa động tạo thành có tính chất giữa nhựa nhiệt dẻo và cao su Các blend này
Cao su nhiệt dẻo loại 23 được xếp vào nhóm blend, kết hợp tính đàn hồi của cao su lưu hóa bằng phương pháp thông thường với khả năng gia công giống như nhựa nhiệt dẻo Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp này giúp tăng cường khả năng tương hợp, dẫn đến việc ứng dụng rộng rãi trong chế tạo các polyme blend như PP/EPDM, PP/NBR, PP/CSTN và PVC/NBR.
PHƯƠNG PHÁP THỰ C NGHI Ệ M
Hóa ch ấ t và nguyên li ệ u
+ Cao su EPDM: Keltan 6160D, 5260Q, Buna EP T 6465 Cao su này là sản phẩm cao su thương mại của tập đoàn Lanxess, Đức.
+ Cao su SBR 1502 của Kumo Hàn Quốc có thông số kỹ thuật như bảng dưới:
Bảng 2 1 Chỉ tiêu kỹ thuật của cao su SBR 1502
Thông số đặc tính Đơn vị SBR 1502 Độ nhớt Mooney ML (1+4) 100°C MU 45 ÷ 55
Hàm lượng chất bay hơi % 0,7
+ Cao su BR 01 của Kumo Hàn Quốc có thông số kỹ thuật như bảng dưới:
Bảng 2 2 Chỉ tiêu kỹ thuật của cao su BR 01
Thông số đặc tính Đơn vị BR 01 Độ nhớt Mooney ML (1+4) 100°C MU 35
Hàm lượng tro % 0,2 cis % >95 Độ bền kéo kg/cm 2 173
Hàm lượng chất bay hơi % 0,5
+ Cao su CIIR1240 của Lanxess Đức có thông số kỹ thuật như bảng dưới:
Bảng 2 3 Chỉ tiêu kỹ thuật của cao su CIIR1240
Thông số đặc tính Đơn vị CIIR1240 Độ nhớt Mooney ML (1+8) 120°C MU 38 ± 4
Hàm lượng chất bay hơi % 0,5
- Các ch ất độn và hóa chất phụ gia
- Carbon black N550 (Trung Quốc): kích thước hạt trung bình 32nm; BET 38 - 46 m 2 /g;
- Lưu huỳnh Midas SP325 (Hàn Quốc): Hàm lượng lưu huỳnh ≥ 99%
- Micro wax (Đài loan): Nhiệt độ nhỏ giọt 80-88 0 C, hàm lượng dầu ≤ 0.05%;
- Dibenzothiazol disulfua (MBTS) (Đức): Hàm lượng chất chính 94%; nhiệt độ nóng chảy: 168 0 C;
- Tetramethyl thiuram disulfua (TMTD) (Đức): Hàm lượng chất chính 96%; nhiệt độ nóng chảy: 142 0 C;
- Axit stearic 101 (Indonesia) : Chỉ số iod 10 ; chỉ số axit 200-215: chỉ số xà phòng hóa 202-217;
- Kẽm oxit (ZnO) (Malaysia) : Hàm lượng ZnO ≥ 99%
- 2,2,4-trimethyl-1,2-dihidroquinolin đã polyme hóa (TMQ) (Đức): Nhiệt độ chảy mền 90±5 0 C; Chỉ số kiềm 540±30;
Các hóa chất ởtrên đều là hóa chất công nghiệp loại dùng cho ngành cao su.
Thi ế t b ị
- Cân phân tích với độ chính xác 0.0001 gam PRECISA loại XP300 của Thụy Sĩ.
- Dụng cụ cắt mẫu cao su bằng tay quay (Trung Quốc)
- Máy cán 2 trục SLIM (Trung Quốc)
- Máy ép thủy lực có gia nhiệt Shinto (Nhật Bản)
- Khuôn ép mẫu cao su
- Máy đo độ bền kéo đứt, độ giãn dài khi đứt, độ giãn dư sau khi đứt INSTRON
- Máy đo độ cứng Shore A loại TFCLOCKGS 709N (Nhật Bản)
- Máy trộn kín BaoPin 8412 (Trung Quốc).
- Đồng hồđo độ cứng Shore A TECLOCK có thang đo độ cứng 0 - 100 Shore A (Nhật Bản)
- Tủ sấy Memmert, nhiệt độ tối đa 150 0 C (Đức)
- Máy đo độ nhớt Mooney Ektronvới chếđộ đo ML 1+4, (Mỹ)
- Thước kẹp đo độdày có thang đo 0-30mm (Nhật Bản)
Phương pháp nghiên cứ u
2.3.1 Ph ương pháp chế tạo mẫu
Bảng 2 4 Thành phần đơn phối liệu chế tạo vật liệu
Thành phần Hàm lượng (pkl)
Các mẫu được lưu hóa ở nhiệt độ 160 0 C, trong 20 phút
2.3.2 Các quy trình chế tạo mẫu blend EPDM/SBR a) Quy trình trộn hợp blend EPDM/SBR theo phương pháp 1
Giai đoạn 1: Trộn cao su SBR với axit stearic, phòng lão TMQ, ZnO, than đen
- Đặt nhiệt buồng trộn 60 0 C, tốc độ 50 vòng/ phút, tổng thời gian trộn 5 phút
Trộn đều theo tỷ lệ
EPDM/SBR + xúc tiến, lưu hóa
- Đưa cao su SBR vào buồng để hóa dẻo trước rồi đổ lần lượt hóa chất vào buồng trộn Đóng nắp buồng trộn
- Hết 5 phút, mở buồng trộn, lấy cao su, cắt nhỏđể nguội
Giai đoạn 2: Trộn cao su EPDM với axit stearic, phòng lão TMQ, ZnO, than đen.
- Đặt nhiệt buồng trộn 90 0 C, tốc độ 50 vòng/ phút, tổng thời gian trộn 5 phút
- Đưa EPDM vào buồng để hóa dẻo trước rồi đổ lần lượt hóa chất vào buồng trộn Đóng nắp buồng trộn
- Hết 5 phút, mở buồng trộn, lấy cao su, cắt nhỏđể nguội
Giai đoạn 3: Trộn hỗn hợp cao su SBR với EPDM
- Đặt nhiệt độ 60 0 C, tốc độ 50 vòng/phút, tổng thời gian 5 phút
- Lần lượt đưa SBR rồi EPDM vào buồng trộn trong khoảng 1 phút, đóng nắp buồng trộn
- Hết thời gian, mở nắp lấy cao su, cắt nhỏđể nguội
Giai đoạn 4: Trộn hỗn hợp EPDM/SBR với xúc tiến, lưu hóa
- Đặt nhiệt độ 60 0 C, tốc độ 50 vòng/phút, tổng thời gian 6 phút Đưa lần lượt cao su vào buồng trộn, đóng nắp
- Sau khi momen ổn định, đưa từ từ hóa chất vào buồng, đóng nắp, đặt tải trọng
- Hết thời gian, dừng máy, mở nắp, lấy cao su b) Quy trình trộn hợp blend EPDM/SBR theo phương pháp 2
Giai đoạn 1: Trộn SBR với axit stearic, phòng lão TMQ, ZnO, than đen
- Các bước thực hiện nhưgiai đoạn 1 của quy trình 1
Giai đoạn 2: Trộn hỗn hợp SBR với cao su EPDM
- Đặt nhiệt độ 90 0 C, tốc độ 50 vòng/ phút, tổng thời gian 4 phút
- Đưa SBR ởgiai đoạn 1 vào xen kẽ cùng với EPDM Đóng nắp
- Hết thời gian, mở buồng trộn lấy cao su, cắt nhỏđể nguội
Giai đoạn 3: Trộn hỗn hợp EPDM/SBR với xúc tiến, lưu hóa
- Các bước tiến hành tương tựgiai đoạn 4 của quy trình 1 c) Quy trình trộn hợp blend EPDM/SBR theo phương pháp 3
Giai đoạn 1: Trộn EPDM với axit stearic, phòng lão TMQ, ZnO, than đen
- Các bước thực hiện nhưgiai đoạn 2 của quy trình 1
Giai đoạn 2: Trộn hỗn hợp EPDM với cao su SBR
- Đặt nhiệt độ 90 0 C, tốc độ 50 vòng/ phút, tổng thời gian 4 phút
- Đưa EPDM ởgiai đoạn 1 vào xen kẽ cùng với SBR Đóng nắp
- Hết thời gian, mở buồng trộn lấy cao su, cắt nhỏđể nguội
Giai đoạn 3: Trộn hỗn hợp EPDM/SBR với xúc tiến, lưu hóa
- Các bước tiến hành tương tựgiai đoạn 4 của quy trình 1 d) Quy trình trộn hợp blend EPDM/SBR theo phương pháp 4
Giai đoạn 1: Trộn SBR với EPDM rồi lần lượt đưa axit stearic, phòng lão TMQ, ZnO, than đen vào
- Đặt nhiệt độ buồng trộn 90 0 C, tốc độ 50 vòng/phút, tổng thời gian 7 phút
- Đưa SBR vào trước, tiếp tục đưa EPDM vào trộn đều đến momen xoắn ổn định Đóng nắp, đặt tải trọng
- Hết thời gian, mở buồng trộn, lấy cao su, cắt nhỏ
Giai đoạn 2: Trộn hỗn hợp EPDM/SBR với xúc tiến, lưu hóa
- Các bước tiến hành tương tựgiai đoạn 4 của quy trình 1 e) Quy trình trộn hợp blend EPDM/SBR theo phương pháp 5
Giai đoạn 1: Trộn EPDM với SBR, rồi lần lượt đưa axit stearic, phòng lão TMQ, ZnO, bột than vào
- Đặt nhiệt độ buồng trộn 90 0 C, tốc độ 50 vòng/phút, tổng thời gian 7 phút
- Đưa EPDM vào trước, tiếp tục đưa SBR vào trộn đều đến khi momen xoắn ổn định Đóng nắp, đặt tải trọng
EPDM SBR Axit Steric, ZnO,
SBR EPDM Axit Steric, ZnO,
EPDM/SBR + xúc tiến + lưu hóa
- Hết thời gian, mở buồng trộn, lấy cao su, cắt nhỏ
Giai đoạn 2: Trộn hỗn hợp EPDM/SBR với xúc tiến, lưu hóa
- Các bước tiến hành tương tự nhưgiai đoạn 4 của quy trình 1
2.3.3 Ph ương pháp thử nghiệm a) Phương pháp xác định độ bền kéo đứt Độ bền kéo đứt được đo trên máy INSTRON 5582 100kN theo tiêu chuẩn TCVN 4509:2006 hoặc ASTM D412 Tốc độ kéo mẫu 500 mm/phút Mẫu đo được cắt thành hình mái chèo Độ bền kéo và độ giãn dài khi đứt được tính theo phương trình dưới đây và được tính toán tựđộng bằng phần mềm điều khiển thiết bị Kết quả kiểm tra được lấy trung bình 5 mẫu đo.
Hình 2 1 Mẫu cao su tiêu chuẩn đo độ bền kéo đứt Độ bền kéo đứt TS (MPa) của mẫu được tính theo công thức sau:
- TS: là độ bền kéo đứt (MPa) hoặc (N/mm 2 )
- F: là lực kéo đứt mẫu (N)
- a: là bề rộng mẫu (chỗ nhỏ nhất) trước khi kéo (mm)
Chiều dày mẫu (b) là kích thước nhỏ nhất trước khi kéo, được đo bằng mm Độ giãn dài khi đứt của vật liệu là độ giãn khi kéo trên chiều dài thử tại điểm đứt, và phương pháp xác định độ giãn dài này tuân theo tiêu chuẩn đo lường giống như phương pháp xác định độ bền kéo đứt theo TCVN 4509:2006 Quy trình này thường được thực hiện trên máy đo cơ lý vạn năng INSTRON 5582 Độ giãn dài khi đứt được tính theo một công thức cụ thể.
- l0là độ dài giữa hai điểm được đánh dấu trên mẫu trước khi kéo (mm)
- l1 là chiều dài giữa hai điểm đánh dấu trên mẫu ngay khi đứt (mm)
Kết quảđược tính trung bình từ 5 mẫu đo. c) Phương pháp xác định độ giãn dài dư của vật liệu
Sau khi mẫu kéo đứt, đợi 3 phút để mẫu ổn định rồi tiến hành đo khoảng cách
2 điểm được đánh dấu trước
- Edư là độgiãn dài dư (%).
- l0là độ dài giữa 2 điểm được đánh dấu trước khi kéo (mm)
Độ dài giữa hai điểm được đánh dấu sau khi hồi phục được tính bằng mm Độ cứng của vật liệu được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 1595 – 88, với mẫu đo có hình dạng khối chữ nhật Kích thước mẫu cho phép thực hiện ít nhất 5 điểm đo, và khoảng cách vuông góc từ điểm đo đến cạnh mẫu không nhỏ hơn 13 mm Chiều dày của mẫu thử là 63 mm, và độ cứng được đo bằng máy đo độ cứng Shore.
Để đo độ cứng của mẫu vật liệu, trước tiên cần lau sạch bề mặt và đặt mẫu trên một mặt phẳng nằm ngang Sử dụng ngón tay ấn mạnh đồng hồ đo vuông xuống bề mặt mẫu, và đọc chỉ số đo sau 3 giây Nếu sau 3 giây mà kim vẫn tiếp tục ấn sâu vào mẫu, chỉ số sẽ được xác định sau 15 giây Mỗi mẫu cần đo ở 5 vị trí khác nhau, và kết quả cuối cùng được tính trung bình từ 5 giá trị đo Phương pháp này cũng được áp dụng để xác định hệ số lão hóa nhiệt của vật liệu.
Phương pháp xác định hệ số lão hóa nhiệt của vật liệu cao su blend được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 2229-2007 Thiết bị sử dụng trong quá trình này là tủ sấy Memmert của Đức Các mẫu thử cần được chuẩn bị đúng theo tiêu chuẩn quy định trước khi đưa vào tủ sấy để đảm bảo tính chính xác của kết quả.
Mẫu được thử nghiệm ở nhiệt độ 150°C trong 168 giờ Sau khi hoàn tất thời gian thử, mẫu cần được để yên ở nhiệt độ phòng ít nhất 4 giờ và không quá 96 giờ trước khi tiến hành đo các tính chất của mẫu sau khi thử lão hóa.
Hệ số lão hóa (Kb) của vật liệu được tính theo độ bền kéo đứt trước và sau khi lão hóa theo công thức:
Trong đó: Z1là độ bền kéo đứt trước khi lão hóa
Z2là độ bền kéo đứt sau khi lão hóa
Kết quảđược tính trung bình từ 5 mẫu đo. f ) Phương pháp xác định độ mài mòn của vật liệu
Phương pháp xác định độ mài mòn của vật liệu cao su blend tuân theo tiêu chuẩn TCVN 5363:2013 Độ bền mài mòn được tính bằng thể tích của vật liệu bị mài mòn sau khi thực hiện quá trình mài mòn trong một chu trình.
Trong đó: m1: khối lượng mẫu trước khi mài mòn (g) m2: khối lượng mẫu sau khi mài mòn (g) d: khối lượng riêng của cao su đem thử (g/cm 3 )
