Nghiên Cứu Chế Tạo, Tính Chất Vật Liệu Cao Su Chịu Nhiệt Bền Kiềm Trên Cơ

3.4. Nghiên cứu chế tạo, tính chất vật liệu cao su chịu nhiệt bền kiềm trên cơ sở blend Cao su thiên nhiên/Cao su etylen propylen dien monome

3.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng EPDM đến tính chất cơ lý của vật liệu blend CSTN/EPDM

Trước tiên, chúng tôi khảo sát hàm lượng cao su etylen propylen dien monome (EPDM) trong khoảng 0 - 60pkl, có khả năng ảnh hưởng đến chế tạo vật

liệu cao su blend CSTN/EPDM, sử dụng các phụ gia như đã nêu trong bảng 2.3 và quy trình công nghệ chế tạo trong mục 2.2.2.3. Kết quả khảo sát hàm lượng EPDM ảnh hưởng tới tính chất cơ lý của vật liệu cao su blend CSTN/EPDM và các phụ gia được thể hiện trong bảng 3.20 và hình 3.30 dưới đây.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 164 trang tài liệu này.

Bảng 3.20. Hàm lượng EPDM ảnh hưởng tới tính chất cơ lý của vật liệu

Hình 3.30. Hàm lượng EPDM ảnh hưởng đến độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/EPDM

Qua kết quả trong bảng 3.20 cho thấy rằng, khi tăng hàm lượng EPDM thì độ bền kéo khi đứt của các mẫu cao su blend giảm dần. Xu hướng giảm dần này diễn ra chậm ở khoảng hàm lượng từ 0 - 40pkl EPDM, còn khi hàm lượng lớn hơn 40pkl, độ bền kéo đứt giảm nhanh và mạnh hơn. Nguyên nhân là do độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt của CSTN cao hơn so với của cao su EPDM. Hơn nữa, CSTN và EPDM là hai loại cao su không tương hợp, khi phối trộn với nhau thì trong khối vật

liệu xuất hiện sự phân pha và sự tương tác giữa các bề mặt phân pha yếu. Khi hàm lượng EPDM tăng thì bề mặt phân pha càng lớn, làm cho lực liên kết trong khối vật liệu giảm dần, dẫn tới làm giảm độ bền của vật liệu. Điều đó cũng dẫn đến làm giảm độ bền mài mòn (tăng độ mài mòn) của vật liệu. Đối với độ cứng của vật liệu về cơ bản là tăng đều và chậm khi tăng hàm lượng EPDM trong hợp phần cao su, điều này là do độ cứng của EPDM có cao hơn của CSTN.

Vì mục tiêu ứng dụng vật liệu blend CSTN/EPDM làm vật liệu chịu nhiệt, bền kiềm, nên dựa vào kết quả thu được, hàm lượng EPDM là 40pkl đã được lựa chọn, nghĩa là tỷ lệ CSTN/EPDM là 60/40 cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica tới tính chất cơ lý của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/EPDM

Căn cứ kết quả nghiên cứu ở trên cũng như của các tác giả khác [132], để vật liệu nanocomozit trên cơ sở blend CSTN/EPDM có tính chất cơ học phù hợp và đảm bảo đặc tính bền thời tiết, bền nhiệt, bền kiềm của EPDM, chúng tôi chọn tỷ lệ phối hợp của blend CSTN/EPDM là 60/40 để nghiên cứu. Trong nghiên cứu này, chúng tôi lựa chọn NS được biến tính TESPT (NSTESPT) để thực hiện thí nghiệm. Như đã nêu trong bảng 2.3 về công thức phối liệu chế tạo vật liệu nanocompozit, hàm lượng NSTESPT có sự thay đổi, trong bảng 3.21 dưới đây là kết quả khảo sát hàm lượng NSTESPT gia cường ảnh hưởng tới tính chất cơ học của vật liệu. Hình

3.31 thể hiện độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu.

Bảng 3.21. Hàm lượng NSTESPT gia cường ảnh hưởng tới tính chất cơ học của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/EPDM

Hình 3.31. Hàm lượng nanosilica ảnh hưởng đến độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/EPDM

Qua bảng 3.21 và hình 3.31 cho thấy rằng, khi tăng dần hàm lượng NSTESPT lên đến 10 pkl, độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt lần lượt tăng từ 8,94 MPa lên giá trị cực đại là 13,8 MPa và từ 405% đến giá trị cực đại là 465%. Khi tăng hàm lượng NSTESPT cao hơn 10 pkl, cả độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt đều có xu hướng giảm. Riêng với độ dãn dài dư có giảm dần từ 18,9% xuống 18,0% ở hàm lượng NSTESPT nhỏ hơn 10 pkl, nhưng vượt quá 10 pkl là có xu hướng tăng, mức độ tăng giảm không nhiều. Điều này được giải thích rằng, ở hàm lượng NSTESPT thấp, các hạt NSTESPT có sự phân tán đồng đều trong cao su nền, cấu trúc vật liệu sẽ chặt chẽ hơn nên tính chất cơ học của vật liệu tăng hơn. Khi hàm lượng NSTESPT vượt quá điểm thích hợp, các hạt NSTESPT dư không còn phân tán đồng đều làm cấu trúc vật liệu không còn chặt chẽ nữa và bề mặt trở nên gồ ghề, như vậy tính chất cơ học của vật liệu sẽ giảm xuống. Riêng độ cứng và độ mài mòn vẫn tăng dần nhưng không nhiều vì nanosilica là phụ gia vô cơ mềm [65]. Từ các số liệu đó, chúng tôi lựa chọn hàm lượng NSTESPT là 10pkl để nghiên cứu tiếp theo.

3.4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng than đen phối hợp tới tính chất cơ lý của vật liệu nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/EPDM

Căn cứ kết quả nghiên cứu thu được ở trên, chúng tôi lựa chọn hàm lượng NSTESPT là 10pkl gia cường cho blend CSTN/EPDM để nghiên cứu gia cường phối hợp với than đen. Trong bảng 3.22 và hình 3.32 dưới đây là kết quả hàm lượng than

đen (CB) gia cường phối hợp với NSTESPT ảnh hưởng tới tính chất cơ học của vật liệu cao su blend CSTN/EPDM.

Bảng 3.22. Hàm lượng than đen phối hợp NSTESPT ảnh hưởng tới tính chất cơ học của vật liệu cao su blend CSTN/EPDM

Hình 3.32. Hàm lượng than đen phối hợp NSTESPT ảnh hưởng đến độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu cao su blend CSTN/EPDM

Qua bảng 3.22 trên cho thấy, khi tăng hàm lượng than đen phối hợp, nằm trong khoảng 0 - 30 pkl, độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài dư của vật liệu nanocompozit CSTN/EPDM/NSTESPT/CB có xu hướng tăng lên; trong khi đó độ dãn dài khi đứt giảm mạnh, còn độ mài mòn giảm xuống không nhiều (6,5%). Cho đến khi lượng than đen vượt quá 30pkl thì độ bền kéo đứt của vật liệu nanocompozit CSTN/EPDM/NSTESPT/CB lại có xu hướng giảm xuống, độ dãn dài khi đứt giảm nhanh hơn. Điều này được giải thích là khi hàm lượng than đen nhỏ hơn mức thích

hợp, than đen được phân bố đều đặn trong cao su nền, tạo cho cấu trúc vật liệu chặt chẽ, đều đặn giúp cho các tính chất cơ học của vật liệu được cải thiện. Khi hàm lượng than đen vượt quá điểm thích hợp, lượng than đen dư sẽ kết tụ lại thành các cụm hạt lớn, cản trở tương tác của các đại phân tử cao su trong vật liệu, làm giảm các tính chắc chắn của vật liệu. Riêng độ cứng vẫn tăng khi lượng than đen tăng, cũng bởi than đen làm giảm tính linh động của cao su. Từ những kết quả trên, chúng tôi lựa chọn hàm lượng than đen là 30pkl để nghiên cứu tiếp theo.

3.4.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bari sulfat phối hợp tới tính chất cơ lý của vật liệu CSTN/EPDM/NS/CB/BS

Bari sulfat (BaSO4) (BS) là một hợp chất vô cơ, với tinh thể màu trắng, không mùi và không tan trong rượu và nước, nhưng tan được trong axit đậm đặc. Hiện nay, bari sulfat được ứng dụng làm chất độn trong nhiều ngành sản xuất khác nhau như: y dược, giấy, sơn, cao su, nhựa,… Bari sulfat vừa giúp làm giảm giá thành vừa giúp làm tăng chất lượng sản phẩm. Trong ngành cao su, bari sulfat được sử dụng như một chất độn cho cao su làm lốp, cao su cách nhiệt, tấm nhựa, băng dính, nhựa kỹ thuật. Bari sulfat có thể làm thay đổi bề mặt vật liệu, làm tăng tính chống lão hóa, bền trong môi trường kiềm và tăng khả năng chịu tác động từ các yếu tố thời tiết cho sản phẩm.

Với mục đích nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su chịu nhiệt, bền kiềm, chúng tôi chọn hàm lượng NSTESPT và than đen (CB) tương ứng là 10pkl và 30pkl gia cường cho blend CSTN/EPDM để nghiên cứu tiếp và thay dần hàm lượng CB bằng BS.

Trong phối trộn nguyên liệu để chế tạo vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/EPDM, BS sẽ thay thế CB với hàm lượng tương ứng, nghĩa là cứ 1 pkl BS tăng lên thì CB giảm đi 1 pkl. Hàm lượng BS khảo sát nằm trong khoảng từ 0 - 14pkl. Kết quả thu được bảng 3.23 và hình 3.33 dưới đây cho thấy ảnh hưởng của bari sulfat thay thế than đen tới tính chất cơ học của vật liệu.

Từ kết quả trong bảng 3.23 nhận thấy rằng, khi tăng hàm lượng BS thay thế, có nghĩa là hàm lượng CB gia cường trong mẫu giảm xuống tương ứng, làm cho các tính chất cơ học của vật liệu CSTN/EPDM/NSTESPT/CB/BS giảm dần, đặc biệt là độ bền kéo khi đứt; điều này được giải thích là vì than đen có tương tác bề mặt với cao su tốt hơn các chất gia cường, chất độn vô cơ khác [2], mà trong thí nghiệm này là bari sulfat.

Bảng 3.23. Hàm lượng bari sulfat thay thế than đen ảnh hưởng tới tính chất cơ học của vật liệu CSTN/EPDM/NSTESPT/CB/BS

Hình 3.33. Hàm lượng bari sulfat ảnh hưởng đến độ bền kéo khi đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu trên cơ sở blend CSTN/EPDM

Tuy nhiên, quan sát kỹ thì thấy rằng, trong giới hạn thay thế tới khoảng 6 pkl, các tính chất cơ học giảm chậm; khi hàm lượng BS thay thế vượt qua giới hạn này (> 6pkl), các tính chất cơ học giảm nhanh hơn. Từ kết quả bảng 3.23 nhận thấy, nếu sử dụng vật liệu gia cường là BS thay thế CB lên tới 6pkl vẫn duy trì được tính chất cơ học của vật liệu (với độ bền kéo khi đứt vẫn >18,5 MPa). Qua đó chúng tôi chọn hàm lượng BS là 6pkl để thay thế lượng CB tương ứng cho gia cường vật liệu cao su nanocompozit từ blend CSTN/EPDM và khảo sát các đặc tính của vật liệu này.

3.4.5. Nghiên cứu một số tính chất của vật liệu cao su nanocompozit trên cơ sở blend CSTN/EPDM

3.4.5.1. Nghiên cứu độ bền kiềm của vật liệu

Độ bền kiềm của vật liệu cao su nanocompozit được đánh giá theo tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 7544 : 2005. Môi trường thử nghiệm là dung dịch NaOH 20% (w/v), thời gian thử nghiệm trong 72 giờ, nhiệt độ thử nghiệm là 27±2 oC. Kết quả khảo sát thu được, được thể hiện trong bảng 3.24 và 3.25 dưới đây.

Bảng 3.24. Sự thay đổi tính chất kéo của vật liệu CSTN/EPDM/NSTESPT/CB/BS sau khi ngâm trong dung dịch kiềm 72 giờ ở nhiệt độ 27±2 oC

Bảng 3.25. Sự thay đổi độ cứng và khối lượng của vật liệu CSTN/EPDM/NSTESPT/CB/BS sau khi ngâm trong dung dịch kiềm 72 giờ ở nhiệt độ 27±2 oC

Qua bảng kết quả nhận thấy rằng, theo TCVN 7544 : 2005 thì hầu hết các mẫu vật liệu đều đạt yêu cầu về độ bền môi trường kiềm. Tuy nhiên trong số đó mẫu gia cường phối hợp 10pkl NSTESPT+24pkl CB+6pkl BS có độ bền kiềm và các