Thực Nghiệm Kiểm Tra Tính Chất Vật Liệu Cao Su Blend Ba Cấu Tử Nbr/cr/pvc Theo

Nhận xét:

1. Từ tập hợp số liệu của thực nghiệm thụ động 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.

2. Mô hình thực nghiệm thống kê trên cơ sở các kết quả thực nghiệm thụ động ở dạng khá tổng quát không mô tả tương hợp kết quả thực nghiệm.

3. Đã tiến hành quy hoạch thực nghiệm (thực nghiệm chủ động) tìm mô hình toán theo kế hoạch mạng đơn hình Sheffe. Tuy nhiên mô hình nhận được cũng không mô tả tương hợp kết quả thực nghiệm. Lý do chính là vùng khảo sát quá rộng (toàn bộ tam giác biểu đồ thành phần – tính chất).

4. Đã tiến hành quy hoạch thực nghiệm theo kế hoạch Mc lean – Anderson cho những vùng cục bộ của các cấu tử. Kết quả đã nhận được từ những mô hình tương hợp kết quả thực nghiệm, đó là:

- Đối với độ bền kéo:



y  14,2664 x1  13,028 x2  5.7154 x3 

 25,1865 x1 x2  2,0824 x1 x3  0,925 x2 x3 

 262,3118 x1 x2 x3

- Đối với độ dãn dài:



z  181,878 x1  1,669 x2  269,091x3 

 1773,17 x1 x2  814,801x1 x3  180,934 x2 x3 

 1254,988 x1 x2 x3

- Đối với độ cứng:



v  58,7358 x1  62,2591x2  36,9961x3 

 48,5696147 ,6987 x1 x2  147,6987 x1 x3  152,3246 x2 x3 

 503,6865 x1 x2 x3

trong các khoảng nồng độ của các cấu tử: 0,2 ≤ x1 ≤ 0,6

0,2 ≤ x2 ≤ 0,5

0,1 ≤ x3 ≤ 0,4

5. Trên cơ sở mô hình nhận được đối với độ bền kéo (là thông số đầu ra đáng quan tâm hơn cả) đã tiến hành tìm điều kiện tối ưu. Kết quả tính toán đã tìm được giá trị tối ưu đối với độ bền kéo của vật liệu:

ŷmax=22,606 (MPa)

ở x1opt = 0,44; x2opt= 0,40 và x3opt= 0,16

Ngoài ra, qua tính toán còn tìm ra được một số vùng nồng độ cho độ bền kéo không nhỏ hơn 22 MPa đáp ứng yêu cầu tạo vật liệu có chất lượng tốt theo những chỉ tiêu quan tâm.

6. Phương pháp mô hình hóa và bộ chương trình tính toán có thể vận dụng để khảo sát sâu hơn về hệ cần nghiên cứu, cũng như để áp dụng đối với những hệ khác.

3.6.4. 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

Từ kết quả nghiên cứu theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm có thể rút ra được tỷ lệ thành phần tối ưu của các cấu tử cho giá trị độ bền kéo cao nhất:

ŷmax=22,606 (MPa) ở x1opt = 0,44; x2opt= 0,40 và x3opt= 0,16

chúng tôi đã tiến hành chế tạo mẫu theo đơn chế tạo vật liệu cao su blend 3 cấu tử có thành phần NBR/CR/PVC tương ứng 44/40/16, giữ nguyên tỷ lệ các thành phần khác tham gia vào hệ như các mẫu đã thí nghiệm trước đây gồm: các chất hóa dẻo, chất ổn định, chất lưu hóa và chất xúc tiến lưu hóa, chất độn (than đen, SiO2). Điều kiện và quy trình chế tạo vật liệu cũng được tiến hành tương tự như quy trình đã mô tả ở phần thực nghiệm. Thành phần đơn chế tạo cao su blend tối ưu của hệ 3 cấu tử NBR/CR/PVC được trình bày cụ thể trong bảng dưới đây:

Bảng 3.31. Thành phần đơn chế tạo cao su blend tối ưu của hệ 3 cấu tử NBR/CR/PVC (44/40/16)

Nguyên liệu, hóa chất

Hàm lượng (pkl)

NBR CR PVC DOP

Axit stearic S

ZnO

Xúc tiến D Xúc tiến DM Cd-stearat Ba-stearat

Than đen N 330

SiO2

44,0

40,0

16,0

9,6

1,0

5,0

0,3

0,6

0,24

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 172 trang tài liệu này.

Quy trình được tiến hành như đã mô tả ở trên. Vật liệu thu được đã được xác định độ bền cơ học như sau:

Bảng 3.32. Kết quả kiểm tra một số tính chất của cao su blend NBR/CR/PVC (44/40/16)

Chỉ tiêu cơ học

Đơn vị tính

Kết quả đo mẫu

- Bền kéo đứt

- Dãn dài khi đứt

- Độ dãn dài dư

- Độ cứng

- Độ bền dầu mỡ (độ trương cân bằng trong dầu biến thế)

- Hệ số già hóa (TCVN 2229-77 trong không khí)

MPa

Shore A

23,54

454

10,5

74,5

0,91

Nhận xét:

Kết quả kiểm tra tính chất vật liệu cho thấy vật liệu với tỷ lệ tối ưu (% khối lượng) NBR/CR/PVC=44/40/16 có tính chất cơ lý vượt trội so với các tỷ lệ khác. Điều đó chứng tỏ rằng mô hình thực nghiệm theo lý thuyết khá phù hợp với thực tế nghiên cứu theo phương pháp cổ điển. Qua phương pháp quy hoạch thực nghiệm tỷ lệ tối ưu để chế tạo vật liệu cao su blend ba cấu tử trên cơ sở cao su nitril butadien, cao su cloropren và nhựa polyvinylclorua đã được xác định.

3.7. Xây dựng công nghệ chế tạo vật liệu và sản phẩm gioăng đệm máy biến thế trên cơ sở các vật liệu trên

3.7.1. Công nghệ chế tạo vật liệu cao su blend NBR/CR/PVC

Từ những kết quả nghiên cứu thu được về cao su blend trên cơ sở cao su NBR, CR và nhựa PVC, chúng tôi xây dựng quy trình công nghệ chế tạo vật liệu cao su blend NBR/CR/PVC bằng phương pháp trộn kín kết hợp cán trộn gồm các công đoạn sau:

3.7.1.1. Cắt mạch sơ bộ cao su

Các loại cao su nguyên liệu được cắt mạch sơ bộ trên máy cán hai trục ở nhiệt độ thường trong thời gian khoảng 5 phút, tiếp đến là cán xuất tấm (nhỏ) để cho vào máy trộn kín được dễ dàng.

3.7.1.2. Ủ nhiệt bột PVC

Nhựa PVC là chất dễ phân huỷ ở nhiệt độ cao [133, 135], do vậy trước khi trộn PVC với NBR thì bột PVC được trộn chất hóa dẻo DOP và các chất ổn định (cadimi stearat và bari stearat). Trộn đều và ủ hỗn hợp t rên ở 70oC trong khoảng 8 giờ để phụ gia ngấm đều vào PVC.

3.7.1.3. Chế tạo vật liệu blend NBR/CR/PVC

Đối với vật liệu tổ hợp từ NBR, CR với PVC, khi nhiệt độ buồng trộn đạt 170oC thì cho bột PVC đã có chất ổn định, chất hóa dẻo và trộn trong thời gian 2 phút. Sau đó cho NBR và CR vào trộn tiếp trong 4 phút, tiếp đến cho các chất độn và phụ gia khác (tốc độ quay của trục là 50 vòng/phút; thời gian trộn phụ thuộc vào tỷ lệ phụ gia đưa vào).

Sau khi NBR, CR, PVC và các phụ gia được trộn đều (không có chất lưu hóa) trong máy trộn kín, hỗn hợp vật liệu được lấy ra, để nguội và tiếp tục phối trộn với chất lưu hóa và chất xúc tiến trên máy cán trộn ở nhiệt độ dưới 50oC, với thời gian trộn được điều chỉnh phù hợp theo từng lượng nguyên liệu nhất định. Sau khi các hợp phần được trộn đều thì thực hiện bước tiếp theo là ép lưu hóa và định hình mẫu.

Lưu ý: trong quá trình trộn kín cần lưu ý nhiệt độ của buồng trộn cũng như thời gian trộn. Vì nếu nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chảy của PVC thì chất lượng blend NBR/CR/PVC sẽ kém do PVC không chảy dẫn đến PVC không trộn và phân tán trong hệ NBR/CR và lúc đó nó chỉ đóng vai trò như chất độn. Nếu nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến phân huỷ vật liệu.

3.7.1.4. Ép lưu hóa định hình mẫu vật liệu

Hợp phần vật liệu sau khi được phối trộn , xuất tấm , được cắt theo kích thước yêu cầu cho vào khuôn ép (hình dạng của sản phẩm được cố định theo kích thước của khuôn ). Các tấm cao su blend được ép lưu hóa trên máy ép thủy lực. Lúc đầu ép lưu hóa ở một áp suất nhất định , sau đó giả m áp để lùa hết các bọt khí, tiếp đến là tăng áp đến áp suất là 6 kg/cm2. Các kết quả nghiên cứu cho

thấy nhiệt độ lưu hóa tối ưu là 165oC  170oC (tùy theo hệ blend cụ thể) và thời gian lưu hóa là 15 phút.

3.7.1.5. Nhả áp suất, lấy sản phẩm

Sau khi lưu hóa đủ thời gian, nhả áp suất, lấy vật liệu đã lưu hóa ra khỏi khuôn ép. Vật liệu sau khi lưu hóa được để một thời gian, sau đó được đem đi cắt theo các tiêu chuẩn để đo các tính chất cơ lý của vật liệu. Riêng đối với blend nhiệt dẻo có thể ép đùn tạo mẫu trực tiếp.

3.7.2. Công nghệ chế tạo các sản phẩm gioăng, đệm cho máy biến thế

Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu về chế tạo các hệ cao su blend NBR/CR/PVC và căn cứ vào công nghệ sản xuất hiện có, chúng tôi xây dựng công nghệ chế tạo các sản phẩm gioăng, đệm cao su cho máy biến thế gồm các công đoạn: cắt mạch sơ bộ cao su, ủ nhiệt bột PVC, trộn vật liệu, ép lưu hóa định hình mẫu vật liệu cho đến giai đoạn cán xuất tấm (các công đoạn này đã được trình bày chi tiết ở phần trên), công đoạn tiếp theo để tạo ra sản phẩm gioăng, đệm cho máy biến thế từ vật liệu cao su blend NBR/CR/PVC cụ thể như sau:

3.7.2.1. Ép định hình và lưu hóa sản phẩm

Tấm cao su blend được cắt theo kích thước yêu cầu cho vào khuôn ép (kích thước của gioăng được cố định theo kích thước của khuôn). Các sản phẩm cao su được ép lưu hóa trên máy ép thủy lực. Lúc đầu ép lưu hóa ở một áp suất nhất định, sau đó nhả áp để lùa hết các bọt khí, tiếp đến là tăng áp đến 6 kg/cm2 và duy trì trong suốt quá trình lưu hóa. Đối với hệ NBR/CR/PVC chế độ ép và lưu hóa cho sản phẩm gioăng, đệm cho máy biến thế là:

+ Áp suất ép: 6 kg/cm2

+ Nhiệt độ: 170oC

+ Thời gian lưu hóa: 15 phút

3.7.2.2. Nhả áp suất, lấy sản phẩm

Sau khi lưu hóa đủ thời gian, nhả áp suất, làm lạnh khuôn đến 80oC và sau đó mới tiến hành lấy sản phẩm ra để tránh hiện tượng biến dạng của sản phẩm.

3.7.2.3. Kiểm tra, sửa khuyết tật và nhập kho

Sản phẩm được kiểm tra về hình thức và sửa các khuyết tật (nếu có), và cuối cùng được nhập kho bảo quản.

Sơ đồ công nghệ chế tạo gioăng, đệm máy biến thế từ vật liệu cao su blend NBR/CR/PVC được trình bày trong hình dưới đây:

Ủ NHIỆT

PVC, chất ổn định Chất hóa dẻo

TRỘN KÍN

NBR, CR

Nhiệt độ ủ: 70oC Thời gian ủ: 68 h

Nhiệt độ trộn: 170o C Thời gian trộn: 10 phút

Phụ gia, hoá chất Xúc tiến, lưu huỳnh

Xuất tấm

CÁN TRỘN

TẠO HÌNH SẢN PHẨM

VÀO KHUÔN ÉP

THÁO KHUÔN LẤY SẢN PHẨM

LƯU HÓA

Nhiệt độ trộn: <50oC Thời gian trộn: 35 phút

SẢN PHẨM

Nhiệt độ: 170oC Thời gian: 15 phút

KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM

NHẬP KHO

Hình 3.23. Sơ đồ chế tạo gioăng, đệm máy biến thế từ vật liệu cao su blend NBR/CR/PVC

3.8. Kết quả nghiên cứu chế tạo sản phẩm gioăng đệm máy biến thế

Những kết quả nghiên cứu chế tạo và đánh giá khả năng bền dầu mỡ và môi trường của một số vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su NBR, CR và nhựa PVC cho thấy hầu hết các vật liệu nghiên cứu ra đều có khả năng bền dầu mỡ và thời tiết song ở những mức độ khác nhau. Qua đó, tùy yêu cầu sản phẩm cụ thể mà lựa chọn phối liệu và điều kiện gia công cho phù hợp để mang lại hiệu quả kinh tế cao. Để sử dụng làm gioăng đệm máy biến thế, ở đây chúng tôi đã sử dụng blend trên cơ sở NBR/CR/PVC tỷ lệ 40/40/20 với 1% chất biến đổi cấu trúc DLH. Những tính năng cơ lý, kỹ thuật của sản phẩm gioăng đệm được chế tạo từ vật liệu trên được trình bày trong bảng dưới đây:

Bảng 3.33. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm gioăng đệm máy biến thế chế tạo từ vật liệu cao su blend NBR/CR/PVC/DLH (40/40/20/1)

Chỉ tiêu chất lượng

Đơn vị tính

Mức yêu cầu

Thực tế đã đạt

- Bền kéo đứt

- Dãn dài khi đứt

- Độ dãn dài dư

- Độ cứng

-Hệ số già hóa (TCVN2229-77 trong không khí và dầ u biế n thế)

-Bền dầu mỡ (trương cân bằng trong dầu biến thế)

- Hệ số già hóa bức xạ nhiệt ẩm (ASTM D4587- 91)

MPa

Shore A

> 20

> 400

< 20

Tùy yêu cầu

> 0,9

< 8

> 0,85

24,62

448

10,0

71,5

0,91

0,92

0,94

Từ kết quả trên có thể thấy rằng với hầu hết các chỉ tiêu đánh giá, chất lượng sản phẩm gioăng đệm máy biến thế đều đạt và vượt chỉ tiêu yêu cầu. Những kết quả nghiên cứu vật liệu và công nghệ trên được triển khai ứng dụng thực tế tại HTX Cao su Tháng 5 (Hà Nội) để sản xuất ra các sản phẩm gioăng