Bảng 3.17. Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng một số mẫu vật liệu
Nhiệt độ bắt đầu phân huỷ (oC) | Nhiệt độ phân huỷ mạnh nhất 1 (oC) | Tổn hao trọng lượng đến 520oC (%) | |
(NBR/CR)/PVC (80/20) | 242,10 | 464,84 | 34,58 |
(NBR/CR)/PVC/D01 (80/20/1) | 245,32 | 463,72 | 35,15 |
(NBR/CR)/PVC/DLH (80/20/1) | 253,06 | 465,47 | 33,18 |
Có thể bạn quan tâm!
-
Ảnh Hưởng Của Hàm Lượng Pvc Tới Hệ Số Già Hóa Của Vật Liệu Blend -
Nghiên Cứu Chế Tạo Vật Liệu Cao Su Blend 3 Cấu Tử Trên Cơ Sở Cao Su Nitril Butadien, Cao Su Cloropren Và Polyvinyl Clorua -
Kết Quả Phân Tích Tga Của Các Mẫu Vật Liệu Blend (Nbr/cr)/pvc -
Kết Quả Mô Hình Hóa Cho Độ Dãn Dài Và Độ Cứng -
Thực Nghiệm Kiểm Tra Tính Chất Vật Liệu Cao Su Blend Ba Cấu Tử Nbr/cr/pvc Theo Tỷ Lệ Tối Ưu Của Phương Pháp Quy Hoạch Thực Nghiệm -
Một Số Sản Phẩm Gioăng Đệm Máy Biến Thế Được Chế Tạo Trên Cơ Sở Cao Su Blend Nbr/cr/pvc Trước (A) Và Sau (B) Khi Lắp Vào Máy Biến Thế
Xem toàn bộ 172 trang tài liệu này.
Kết quả phân tích nhiệt cho thấy khi có thêm chất biến đổi cấu trúc , làm tương hợ p, nhiệt độ bắt đầu phân hủy của vật liệu có DLH tăng từ 242,10oC lên 253,06oC, do vật liệu có cấu trúc đều đặn và chặt chẽ hơn (như phần trên đã chỉ rõ). Mặ t khá c, tổ n hao trọ ng lượ ng củ a cá c vậ t liệu (đến 520oC) thấ p hơn hẳ n so vớ i cá c cấ u tử ban đầ u . Tuy nhiên, ở vật liệu có D 01 hiệ u ứ ng nà y không đá ng kể . Điề u nà y có thể được giải thích là tuy D01 làm các cấu tử phân tán tốt vào nhau khiế n cho vậ t liệ u có cấ u trúc đều đặn và chặt chẽ hơn , nhưng do chất này không tham gia và o quá trì nh khâu mạ ch, hơn nữa lại có tác dụng hóa dẻo cho hệ blend nên đã làm giảm độ cứng của vật liệu (tuy không đá ng kể ). Chính vì hai hiệ u ứ ng trá i ngượ c nhau là m cho độ bề n nhiệ t củ a vậ t liệ u không tăng mà còn có phần giảm.
3.5.2.4. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới độ bền môi trường của vật liệu
Tương tự như các phần trên, để đánh giá ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới độ bề n môi t rường (thời tiết ) và độ bền dầ u mỡ của vật liệu blend (NBR/CR)/PVC, chúng tôi cũng tiến hành xác định hệ số già hóa của vật liệu trong môi trường bức xạ, nhiệt, ẩm theo tiêu chuẩn ASTM D 4857-91 trên thiết bị thử nghiệm gia tốc UVCON của hãng ATLAS (Mỹ); trong môi trường không khí và trong dầ u biế n thế ở điều kiện thử nghiệm 70oC trong 96 giờ theo tiêu chuẩn TCVN 2229-77. Kết quả nghiên cứu được trình bày như bảng dướ i đây:
Bảng 3.18. Hệ số già hóa trong môi trường bức xạ, nhiệt ẩm; trong không khí và trong dầ u biế n thế của vật liệu blend NBR/CR/PVC khi có chất biến đổi cấu trúc
Hệ số già hóa sau 10 chu kỳ bức xạ, nhiệt, ẩm | Hệ số già hóa trong không khí (70oC, 96 giờ) | Hệ số già hóa trong dầ u biến th (70oC, 96 giờ) | |
NBR/CR (50/50) | 0,92 | 0,90 | 0,91 |
(NBR/CR)/PVC (80/20) | 0,91 | 0,90 | 0,90 |
(NBR/CR)/PVC/D01 (80/20/1) | 0,91 | 0,89 | 0,89 |
(NBR/CR)/PVC/DLH (80/20/1) | 0,94 | 0,91 | 0,91 |
Như vậy, việc thêm chấ t biế n đổ i cấ u trú c , làm tương hợp đã có ảnh hưở ng đôi chú t đế n khả năng bề n dầ u cũ ng như môi trườ ng củ a vậ t liệ u . Khi có thêm D 01, hệ số già hó a củ a vậ t liệ u trong không khí cũ ng như trong dầ u có giảm đôi chút nhưng không đáng kể do đặc điểm cấu tạo của chất này . Trong khi đó DLH lạ i là m tăng đá ng kể độ bề n môi trườ ng củ a vậ t liệ u . Như phầ n trên đã giải thích, do khả năng tham gia phả n ứ ng khâu mạ ch vớ i cao su củ a DLH, cộng với khả năng trong trong phân tử củ a nó có nhiề u nhân thơm nên chất này có tác dụng như một tác nhân ổ n đị nh tử ngoạ i cho polyme và theo đó đã là m tăng độ bề n môi trườ ng và dầ u mỡ cho vậ t liệ u.
Nhận xét:
1. Đối với hệ vật liệu NBR/CR
Việc bổ sung chất biến đổi cấu trúc (chất tương hợp), đặc biệt là DLH, đã làm cho các cấu tử phân tán vào nhau tốt hơn, vật liệu có cấu trúc chặt chẽ hơn và do vậy các tính năng cơ lý, kỹ thuật tăng lên đáng kể. Vật liệu cao su blend NBR/CR tỷ lệ 50/50 (có và không có chất biến đổi cấu trúc) có tính năng cơ lý, kỹ thuật đáp ứng yêu cầu chế tạo gioăng đệm cho máy biến thế cũng như các sản
phẩm cao su kỹ thuật có yêu cầu bền dầu mỡ và thời tiết khác.
2. Đối với hệ vật liệu NBR/CR/PVC
Việc cho thêm 1% chất biến đổi cấu trúc để làm tương hợp, đặc biệt là DLH, vào vật liệu blend trên cơ sở (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 đã làm cho vật liệu có cấu trúc đều đặn và chặt chẽ hơn, do vậy tính chất cơ lý của vật liệu cũng tốt hơn. Vật liệu cao su blend trên cơ sở (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 có và không có chất tương hợp có tính năng cơ lý cao, bền nhiệt, bền môi trường, bền dầu mỡ đáp ứng yêu cầu chế tạo một số sản phẩm cao su kĩ thuật có yêu cầu bền dầu mỡ, bền môi trường cao.
3.6. Tối ưu hóa trong chế tạo vật liệu cao su blend 3 cấu tử trên cơ sở cao su nitril butadien, cao su cloropren và polyvinyl clorua
3.6.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm thống kê trên cơ sở kết quả thực nghiệm thụ động
Từ tập hợp số liệu thực nghiệm thụ động nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần lên tính chất cơ lý của vật liệu (độ bền kéo đứt, độ dãn dài và độ cứng), chúng tôi đã tiến hành xử lý tìm giá trị trung bình, phương sai, kiểm định tính đồng nhất của các phương sai và trên cơ sở đó tính phương sai tái sinh cho thực nghiệm về độ bền kéo, độ dãn dài và độ cứng theo các công thức (2.1), (2.2), (2.3), (2.4), (2.5), (2.6), (2.7) trong phần thực nghiệm. Từ đó tìm được mô hình
thực nghiệm đối với độ bền kéo y như sau:
0,03966
0,00814
0,01501
y 18,481.x1
.x2
.x3
(3.6)
Từ các kết quả tính toán thu được có thể nhận thấy rằng sai số giữa giá trị thực nghiệm và tính toán (y= y-ŷ) khá lớn ở 35 trường hợp tới hàng đơn vị. Bởi vậy mô hình mô hình thực nghiệm thống kê trên cơ sở kết quả thực nghiệm thụ động không tương hợp với kết quả thực nghiệm. Thực tế đánh giá theo một số chuẩn số thống kê cũng vậy (nội dung chi tiết mô hình này được trình bày trong Phụ lục 1 của luận án).
3.6.2. Quy hoạch thực nghiệm tìm mô hình toán theo kế hoạch mạng đơn hình Sheffe
Do mô hình thực nghiệm thống kê trên cơ sở kết quả của thực nghiệm thụ động không tương hợp, nên chúng tôi áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tìm mô hình toán trên cơ sở số thí nghiệm ít ỏi nhưng cho nhiều thông tin hơn. Chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm theo kế hoạch mạng Sheffe để tìm mô hình cho độ bền kéo và nhận được mô hình thực nghiệm thống kê (đa thức bậc 4) mô tả sự phụ thuộc của độ bền kéo y vào thành phần các cấu tử NBR-CR-
PVC trong hệ 3 cấu tử có dạng:
y 23,4x1 15,39x2 23x3 8,66x1x2 39,52x1x3 40,48x2 x3
20,533x1x2 x1 x2 39,92x1x3 x1 x3 13,36x2 x3 x2 x3
x
45,839x1x2
x1
x2
2 119,52x1x3
x1
x3
2 26,427x2
x x
x3
2(3.8)
1
3
2
343,547x2 x2 x3
245,28x1
x2x3
681,52x1x2 2
2
3
Để kiểm định tính tương hợp của mô hình, chúng tôi đã tiến hành lấy số liệu thực nghiệm và tính toán ở 14 điểm kiểm tra của thí nghiệm bổ sung và tính chuẩn số t (biểu thức (2.12) trong phần thực nghiệm) và so sánh với giá trị t tra bảng. Kết quả tính toán cho thấy có tới 8 giá trị ty > 3,41 (ở các thí nghiệm kiểm tra 1, 3, 5, 6, 7, 11, 13 và 14) nên mô hình Sheffe không tương hợp. Như vậy, có thể thấy rằng do mô tả toàn bộ tam giác với nồng độ các cấu tử NBR, PVC và CR đều thay đổi từ 0 đến 1 và có thể chưa tính tới nhiều hiệu ứng khác nên mô hình Sheffe không tương hợp (nội dung chi tiết của mô hình này được trình bày
trong Phụ lục 1 của luận án).
3.6.3. Quy hoạch thực nghiệm khảo sát phần cục bộ của biểu đồ thành phần – tính chất theo kế hoạch Mc Lean – Anderson
3.6.3.1. Kết quả mô hình hóa cho độ bền kéo
Do mô hình thực nghiệm thống kê trên cơ sở kết quả của thực nghiệm thụ động và mô hình thực nghiệm theo kế hoạch mạng Sheffe không tương hợp, nên
chúng tôi tiếp tục khảo sát phần cục bộ của biểu đồ thành phần – tính chất theo kế hoạch Mc Lean – Anderson:
Kết quả thực nghiệm đã chứng minh các cấu tử NBR, CR và PVC khi tham gia vào hệ blend đã cho những tính chất tốt trong những hàm lượng (khoảng nồng độ) nhất định, do đó chúng tôi đã xác định được vùng khảo sát của hệ blend 3 cấu tử NBR/CR/PVC có hàm lượng tương ứng x1, x2, x3 được giới hạn bởi:
0,2 ≤ x1 ≤ 0,6
0,2 ≤ x2 ≤ 0,5 ( 3.10)
0,1 ≤ x3 ≤ 0,4
và x1 + x2 + x3 = 1 (3.11)
Kế hoạch được mô tả trên Hình 3.22
Hình 3.22. Kế hoạch Mc Lean - Anderson Kế hoạch Mc Lean – Anderson được xây dựng như sau:
1. Ta viết tất cả những tổ hợp khả dĩ của hai mức giới hạn trên dưới cho
từng cặp hai cấu tử một (bỏ trống một cấu tử). Tổng số thực nghiệm theo kế hoạch Mc Lean – Anderson được xác định theo công thức: q.2m-1 = 3.23-1 = 12 tổ hợp. Trong đó q là số cấu tử (3 cấu tử); m là số thí nghiệm lặp (lặp lại 3 lần).
Bảng 3.22. Tổ hợp thực nghiệm theo kế hoạch Mc Lean – Anderson của hệ cao su blend NBR/CR/PVC
x1 | x2 | x3 | Điểm được chọn cho kế hoạch mới | |
1 | 0,2 | - | 0,1 | |
2 | 0,6 | - | 0,1 | (1) x2 = 0,3 |
3 | 0,2 | - | 0,4 | (2) x2 = 0,4 |
4 | 0,6 | - | 0,4 | |
5 | 0,2 | 0,2 | - | |
6 | 0,6 | 0,2 | - | (3) x3 = 0,2 |
7 | 0,2 | 0,5 | - | (4) x3 = 0,3 |
8 | 0,6 | 0,5 | - | |
9 | - | 0,2 | 0,1 | |
10 | - | 0,2 | 0,4 | (5) x1 = 0,4 |
11 | - | 0,5 | 0,1 | (6) x1 = 0,4 |
12 | - | 0,5 | 0,4 |
2. Trong số 12 tổ hợp kể trên ta chọn tổ hợp để khi thêm thành phần thứ 3 thì thỏa mãn các điều kiện (3.10) và (3.11). Tức là tổng nồng độ các cấu tử phải bằng 1 và từng nồng độ nằm trong vùng giới hạn. Dễ dàng nhận thấy đó là các tổ hợp theo thứ tự: 2, 3, 6, 7, 10 và 11. Các điểm thực nghiệm của kế hoạch mới được ký hiệu (1), (2), (3), (4), (5), (6) trong bảng và trên hình vẽ.
3. Ta chọn 6 điểm thí nghiệm mới trên các cạnh: Điểm số (7) của cạnh (1)
– (3); điểm số (8) của cạnh (1) – (6); điểm số (9) của cạnh (2) – (4); điểm số (10)
của cạnh (2) – (5); điểm số (11) của cạnh (3) – (5); điểm số (12) của cạnh (4) –
(6) và điểm số (13) là tâm của lục giác. Tọa độ của 6 điểm bổ sung này là trung bình tọa độ của từng cặp, còn của tâm là trung bình tọa độ của 6 điểm mới.
Kết quả chúng tôi đã lập được kế hoạch thực nghiệm Mc Lean – Anderson trong bảng sau:
Bảng 3.23. Kế hoạch thực nghiệm Mc Lean – Anderson
x1 | x2 | x3 | y | ŷ | y | |
1 | 0,6 | 0,3 | 0,1 | 21,2 | 21,304 | -0,104 |
2 | 0,2 | 0,4 | 0,4 | 16,5 | 16,502 | -0,002 |
3 | 0,6 | 0,2 | 0,2 | 20,0 | 18,627 | 0,373 |
4 | 0,2 | 0,5 | 0,3 | 18,72 | 18,304 | 0,416 |
5 | 0,4 | 0,2 | 0,4 | 16,85 | 16,842 | 0,008 |
6 | 0,4 | 0,5 | 0,1 | 22,11 | 22,062 | 0,048 |
7 | 0,6 | 0,25 | 0,15 | 20,62 | 20,862 | -0,242 |
8 | 0,5 | 0,4 | 0,1 | 22,35 | 22,197 | 0,153 |
9 | 0,2 | 0,45 | 0,35 | 17,17 | 17,536 | -0,366 |
10 | 0,3 | 0,3 | 0,4 | 18,12 | 17,973 | 0,147 |
11 | 0,5 | 0,2 | 0,3 | 18,5 | 18,780 | -0,280 |
12 | 0,3 | 0,5 | 0,2 | 21,2 | 21,516 | -0,316 |
13 | 0,4 | 0,35 | 0,25 | 22,0 | 21,834 | 0,166 |
Chúng tôi tìm mô hình thực nghiệm thống kê của kế hoạch trên ở dạng đa thức rút gọn bậc 3 khuyết (phương trình (2.15) trong phần thực nghiệm) có 7 hệ số được xác định theo phương pháp bình phương tối thiểu với việc giải hệ phương trình chuẩn bằng thuật toán trong bộ chương trình tính toán khoa học bằng ngôn ngữ FORTRAN [131].
Kết quả tính toán đã tìm được mô hình sau:
ŷ = 14,2664x1 + 13,028x2 – 5,7154x3 +25,1865x1x2
+ 2,0824x1x3 + 0,925x2x3 + 262,3118x1x2x3 (3.12)
Giá trị tính toán ŷi và y=y-ŷ theo mô hình được đưa vào bảng (3.22). Việc kiểm định tính tương hợp của mô hình có thể được tiến hành bình thường cụ thể:
Phương sai tương hợp:
n 2
yi yi
s
2 i1 0,1281
th n l
(3.13)
với số thí nghiệm n = 13 và hệ số trong phương trình (mô hình) l = 7. Chuẩn số Fisher:
s2
s
2
F th
ts
0,1281
0,0526
2,44
(3.14)
F < Fp (f1, f2) =F0,05(6,88) =3,2
Như vậy mô hình (3.12) phù hợp với kết quả thực nghiệm và có thể sử dụng cho mục đích tiếp theo là tìm giá trị độ bền kéo lớn nhất.
Tối ưu hóa độ bền kéo:
Sau khi đã tìm được mô hình tương hợp, ta có thể tiến hành tối ưu hóa độ bền kéo, tức là giải bài toán:
max ŷ = 14,2664x1 + 13,028x2 – 5,7154x3 +25,1865x1x2
+ 2,0824x1x3 + 0,925x2x3 + 262,3118x1x2x3 (3.15)
với ràng buộc theo biểu thức (3.10) và (3.11).
Để giải bài toán trên cần sử dụng một trong những thuật toán tối ưu hóa của quy hoạch phi tuyến. Thuật toán FLEXIPLEX (dung sai đàn hồi) [132] cho phép tìm được giá trị tối ưu nhanh, với độ tin cậy cao đảm bảo thỏa mãn các điều kiện ràng buộc ở dạng đẳng thức và bất đẳng thức. Bởi vậy chúng tôi đã sử dụng chương trình có sẵn của thuật toán này áp dụng cho mô hình nhận được.
Kết quả tính toán cho thấy từ những giá trị ban đầu khác nhau của hàm lượng x1(NBR), x2 (CR) và x3 (PVC) với độ chính xác hội tụ tổng bằng 10-6 đã nhận được giá trị lớn nhất của độ bền kéo:
ŷmax=22,606 (MPa) ở x1opt = 0,44; x2opt= 0,40 và x3opt= 0,16 (3.16)
Để kiểm tra, chúng tôi cũng đã tiến hành tính toán giá trị độ bền kéo ŷ theo mô hình (3.15) với các giá trị của x1, x2, x3 trong vùng khảo sát và với bước 0,05.