Nghiên Cứu Chế Tạo Vật Liệu Cao Su Blend Trên Cơ Sở Cao Su Nitril Butadien Và

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su nitril butadien và nhựa polyvinyl clorua

3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu

Trong các vật liệu tổ hợp, thành phần các cấu tử trong hệ ảnh hưởng rất lớn tới tính chất cơ lý của vật liệu. Để xác định hàm lượng PVC tối ưu thay thế NBR, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu. Kết quả nghiên cứu được trình bày cụ thể trong bảng dưới đây:

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu blend NBR/PVC

Hàm lượng PVC(%)

Độ bền kéo đứt (MPa)	Độ dãn dài khi đứt (%)	Độ cứng (Shore A)
0	23,40	560	67,5
10	24,10	512	68,0
20	25,39	506	69,0
30	25,08	480	70,0
40	19,67	433	71,0
50	13,32	284	73,0
60	14,00	240	75,0
70	16,50	235	78,0
80	18,60	240	81,0
90	21,20	245	83,0
100	23,00	250	85,0

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 172 trang tài liệu này.

Kết quả thu được ở trên cho thấy, khi biến tính cao su NBR bằng nhựa PVC, tính chất cơ lý của vật liệu được cải thiện khi hàm lượng PVC ở khoảng 20

 30%. Khi hàm lượng PVC lớn hơn 30% thì độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt giảm mạnh, đồng thời độ cứng tăng lên. Nguyên nhân trên nằm ở chỗ với hàm lượng PVC nhất định thì PVC và NBR tương hợp tốt với nhau nên làm tăng tính

chất cơ lý của vật liệu. Mặt khác khi hàm lượng PVC tăng thì độ cứng của vật liệu tổ hợp cũng tăng, do bản thân PVC là một loại nhựa dẻo khá cứng ở nhiệt độ thường [133]. Còn khi hàm lượng PVC vượt quá 30% tính chất cơ lý (độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt) của vật liệu giảm mạnh có thể do ở khoảng thành phần này các vật liệu không tương hợp với nhau do vậy có hiện tượng tách pha và dẫn đến các tính năng cơ lý của vật liệu giảm mạnh.

3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng và dầu của vật liệu

3.1.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng A 92 của vật liệu

Để đánh giá khả năng bền dầu mỡ của vật liệu, chúng tôi tiến hành thử nghiệm và xác định độ trương trong xăng A92 của vật liệu theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2752 : 2008. Sau đây là kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng A92 của vật liệu NBR/PVC.

Bảng 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa PVC tới độ trương trong xăng A92 của vật liệu blend NBR/PVC

Hàm lượng PVC (%)

Độ trương (% khối lượng)
Sau 6 giờ	Sau 24 giờ	Sau 48 giờ	Sau 72 giờ
0	8,19	14,90	19,10	21,44
10	6,39	11,29	15,78	16,81
20	5,05	8,59	11,03	11,68
30	4,25	7,35	9,31	9,52
40	4,27	7,46	9,50	9,73
50	4,48	7,62	9,67	9,79
60	4,56	7,72	9,81	9,95
70	4,40	7,48	9,45	9,62
80	4,59	7,79	9,92	9,97
90	4,47	7,58	9,61	9,72
100	3,64	5,23	6,59	6,78

Từ kết quả trên có thể thấy khi hàm lượng PVC tăng thì độ trương của vật liệu giảm. Ở tỷ lệ 30% PVC thì độ trương đạt giá trị cực tiểu, sau đó lại có xu hướng tăng lên khi tiếp tục tăng hàm lượng PVC. Sau 72 giờ ngâm thì mẫu có xu hướng bão hòa và khối lượng tăng chậm lại. Nguyên nhân trên có thể được giải thích là ở hàm lượng 30% PVC thì cao su NBR tương hợp tốt với PVC nên vật liệu blend có cấu trúc chặt chẽ hơn, theo đó giảm được sự xâm thực của các yếu tố môi trường làm cho độ trương giảm xuống.

3.1.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu

Xuất phát từ mục tiêu nghiên cứu chế tạo ra vật liệu cao su blend có tính năng cơ lý tốt, bền môi trường và dầu mỡ đáp ứng yêu cầu để chế tạo ra sản phẩm ứng dụng trong thực tế, chúng tôi đã định hướng chế tạo các sản cao su phẩm kỹ thuật ứng dụng cho ngành điện (gioăng, đệm cho máy biến thế). Do đó, ngoài việc khảo sát độ trương trong xăng A92 chúng tôi đã tiến hành khảo sát độ trương của vật liệu trong dầu biến thế ở điều kiện nhiệt độ thường. Sau đây là kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PVC trong dầu biến thế của vật liệu.

Bảng 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu blend NBR/PVC

Hàm lượng PVC (%)

Độ trương (% khối lượng)
Sau 120 giờ	Sau 240 giờ	Sau 480 giờ	Sau 720 giờ
0	-	-	-	-
10	-	-	-	-
20	-	-	-	-
30	-	-	-	-
40	-	0,15	0,18	0,20
50	-	0,27	0,30	0,32
60	-	0,29	0,31	0,33
70	-	0,32	0,35	0,37
80	-	0,35	0,37	0,39
90	-	0,33	0,35	0,30
100	-	-	-	-

Nhận thấy rằng ở mọi tỷ lệ vật liệu NBR/PVC hầu như không bị trương khi ngâm trong dầu biến thế ít hơn 120 giờ và với hàm lượng PVC thấp hơn 40% vật liệu cũng không bị trương khi ngâm đến 720 giờ, nhưng khi biến tính trên 40% PVC thì sau 240 giờ ngâm vật liệu có hiện tượng bị trương. Độ trương của vật liệu tăng dần khi tăng dần hàm lượng PVC và thời gian ngâm. Tuy nhiên, độ trương tăng chậm dần và không tăng tiếp sau khi ngâm vật liệu trên 720 giờ.

3.1.3. Nghiên cứu độ bền môi trường của vật liệu

Để nghiên cứu độ bền môi trường (thời tiết) của vật liệu, chúng tôi xác định hệ số già hóa của vật liệu theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2229-77 ở điều kiện thử nghiệm tại 100oC với thời gian 72 giờ trong môi trường không khí. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới hệ số già hóa của vật liệu NBR/PVC được trình bày ở đồ thị dưới đây:

0.95

Hệ số già hóa

0.9

0.85

0.8

0.75

0.7

0 20 40 60 80 100

Hàm lượng PVC (%)

Hình 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới hệ số già hóa của vật liệu blend NBR/PVC

Nhìn vào đồ thị có thể thấy việc có mặt PVC trong tổ hợp vật liệu đã cải thiện đáng kể độ bền oxy hóa nhiệt của vật liệu (hệ số già hóa của vật liệu tăng khi hàm lượng PVC tới khoảng 20  30% sau đó hơi giảm xuống và tiếp tục tăng

khi hàm lượng PVC trên 60%). Hệ số già hóa của vật liệu tăng chủ yếu do độ bền kéo đứt của vật liệu tăng đáng kể sau khi xử lý nhiệt, mặc dù độ dãn dài khi đứt lại giảm. Nguyên nhân các hiện tượng trên có thể được giải thích như sau: Ở nhiệt độ 100oC trong thời gian khá dài một lượng nhất định PVC bị phân huỷ và sự phân huỷ này kèm theo việc tách loại HCl, là tác nhân có khả năng phản ứng với nhóm acrylonitril của NBR để tạo thành các amin hydroclorua. Khi có mặt

hơi ẩm, chất này sẽ thuỷ phân thành nhóm amit và axit. Tiếp theo hai nhóm này sẽ phản ứng với nhóm clo-allyl trong mạch PVC để tạo thành các liên kết khâu mạch amit và este [72, 106, 107]. Khi hàm lượng PVC lớn hơn 30%, hệ số già hóa của vật liệu giảm xuống có thể do ở thành phần vật liệu như vậy có hiện tượng tách pha và làm cho vật liệu cấu trúc kém chặt chẽ hơn, dễ bị oxy và các tác nhân xâm nhập, phá huỷ hơn.

Nhận xét:

Những kết quả thu được ở trên cho thấy vật liệu cao su blend trên cơ sở NBR/PVC có khả năng tương hợp với nhau, đặc biệt ở hàm lượng PVC ≤ 30% so với tổng lượng cao su và nhựa. Tại vùng tương hợp vật liệu có cấu trúc chặt chẽ và do vậy có tính năng cơ lý, kỹ thuật cao, bền dầu mỡ và môi trường (thời tiết) hơn hẳn ở các tỷ lệ khác. Kết quả nghiên cứu đã khẳng định hệ vật liệu NBR/PVC có khả năng chịu dầu biến thế khá tốt và thích hợp để chế tạo các sản phẩm ứng dụng cho ngành điện.

3.2. Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su cloropren và nhựa polyvinyl clorua

3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu

Như chúng ta đã biết, cao su cloropren (CR) và nhựa polyvinyl clorua (PVC) có khả năng bền thời tiết, chịu hóa chất và chống cháy. Trong đó, cao su CR có khả năng chịu dầu khá tốt nhưng giá thành cao, còn nhựa PVC là loại nhựa thông dụng, giá rẻ nên việc nghiên cứu đưa PVC vào biến tính với CR đã được quan tâm từ rất sớm để có thể tạo ra những vật liệu có tính năng kỹ thuật

cao và giá thành hợp lý. Tuy nhiên, giữa PVC và CR không tương hợp tốt với nhau [84] nên cho đến nay không có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng hệ blend này. Song để nghiên cứu có hệ thống, lấy số liệu so sánh và đưa vào quy hoạch thực nghiệm, chúng tôi đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần các cấu tử lên tính chất của vật liệu. Sau đây là kết quả khảo sát tính chất cơ lý của hệ blend CR/PVC theo hàm lượng PVC như sau:

Bảng 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu

blend CR/PVC

Hàm lượng PVC (%)

Độ bền kéo đứt (MPa)	Độ dãn dài khi đứt (%)	Độ cứng (Shore A)
0	15,39	408	73,0
10	14,32	390	74,0
20	13,1	315	75,0
30	11,4	230	76,0
40	9,8	110	77,0
50	9,15	85	78,5
60	9,25	90	79,5
70	11,3	120	81,5
80	15,8	180	82,5
90	19,5	210	83,5
100	23,00	250	85,0

Từ kết quả nghiên cứu thu được có thể thấy khi biến tính cao su CR bằng nhựa PVC, độ bền kéo đứt của vật liệu giảm xuống rõ rệt, nhất là khi hàm lượng PVC đạt đến 50  60%. Khi tiếp tục tăng hàm lượng PVC thì độ bền kéo đứt lại tăng lên. Quá trình thay đổi độ dãn dài diễn ra tương tự như độ bền kéo đứt của mẫu vật liệu. Riêng đối với độ cứng thì có sự tăng đều đặn khi tăng dần hàm lượng PVC. Nguyên nhân xảy ra hiện tượng trên là do ở hàm lượng 50% PVC khả năng tương hợp của hai cấu tử CR và PVC không tốt nên sẽ xảy ra hiện tượng tách pha. Điều này dẫn đến cấu trúc không chặt chẽ kéo theo các tính chất

cơ lý của vật liệu giảm mạnh. Khi hàm lượng PVC tiếp tục tăng lên thì độ bền kéo đứt có xu hướng tăng lên, đồng thời độ dãn dài cũng tăng nhưng không cao, nguyên nhân do vật liệu chuyển dần về tính chất nhựa.

3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng và dầu của vật liệu

3.2.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng A92 của vật liệu

Khi biến tính CR với PVC, độ trương trong xăng dầu của hệ vật liệu CR/PVC cũng thay đổi đáng kể khi thay đổi hàm lượng PVC đưa vào. Sau đây là kết quả khảo sát độ trương trong xăng A92 của vật liệu CR/PVC:

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng A92 của vật liệu blend CR/PVC

Hàm lượng PVC (%)

Độ trương (% khối lượng)
Sau 6 giờ	Sau 24 giờ	Sau 48 giờ	Sau 72 giờ
0	48,68	49,68	49,70	49,86
10	44,96	47,56	48,09	48,87
20	38,02	41,43	42,82	43,25
30	33,79	36,72	38,76	39,19
40	27,39	32,71	33,94	34,22
50	27,46	33,36	34,72	35,28
60	22,42	25,65	27,75	28,16
70	15,73	19,34	21,63	22,41
80	10,86	13,89	15,08	15,87
90	6,42	8,24	9,61	10,09
100	3,64	5,23	6,59	6,78

Từ kết quả trên có thể thấy, cao su CR có độ trương trong xăng cao hơn cao su NBR. Khi tăng dần hàm lượng PVC thì độ trương trong xăng của vật liệu giảm dần. Nguyên nhân là CR và PVC không tương hợp với nhau và trong hệ xảy ra hiện tượng tách pha làm tăng khả năng xâm thực của môi trường xăng.

Song vì hàm lượng PVC tăng dần trong khi lượng CR giảm dần theo tỷ lệ, đồng thời khả năng trương của CR trong xăng lớn hơn nhiều so với PVC, vì vậy độ trương của tổ hợp vật liệu giảm nhanh với chiều tăng của PVC.

3.2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu Bảng 3.6. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong dầu biến thế của

vật liệu blend CR/PVC

Hàm lượng PVC (%)

Độ trương (% khối lượng)
Sau 120 giờ	Sau 240 giờ	Sau 480 giờ	Sau 720 giờ
0	0,61	1,12	2,05	2,14
10	0,59	1,09	2,01	2,07
20	0,55	1,03	1,99	2,02
30	0,51	0,99	1,69	1,85
40	0,47	0,92	1,45	1,51
50	0,58	0,99	1,59	1,73
60	0,41	0,86	1,31	1,42
70	0,32	0,73	1,10	1,22
80	0,25	0,55	0,84	0,90
90	-	0,33	0,45	0,52
100	-	-	-	-

Từ kết quả trên có thể thấy độ trương của CR trong dầu biến thế cũng cao hơn của NBR. Khi biến tính cao su CR với nhựa PVC thì độ trương của vật liệu giảm dần khi tăng hàm lượng PVC. Song ở tỷ lệ 50% PVC lại xẩy ra hiện tượng độ trương hơi tăng hơn so với những tỷ lệ khác, sau đó có xu hướng giảm dần. Khi tăng tiếp hàm lượng PVC tới 80  90% và ở hàm lượng này của PVC vật liệu hầu như không bị trương hoặc bị trương rất ít khi ngâm trong thời gian dài.

3.2.3. Nghiên cứu độ bền môi trường của vật liệu

Để nghiên cứu độ bền môi trường (thời tiết) của vật liệu, chúng tôi xác định hệ số già hóa của vật liệu blend CR/PVC theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN