Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend bền dầu mỡ và môi trường trên cơ sở cao su nitril butadiene (NBR), cao su cloropen (CR) và nhựa polyvinylclorua (PVC)

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. KHẢO SÁT VẬT LIỆU NBR/CR 3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới tính chất cơ lý của vật liệu Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CR đến các tính chất cơ lý của vật liệu, chúng tôi chế tạo các mẫu vật liệu cao su blend NBR/CR với các tỉ lệ khác nhau. Mẫu vật liệu tạo thành được đo một số tính chất cơ lý trong cùng một điều kiện. Những kết quả thu được thể hiện trong bảng dưới đây: Bảng 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới tính chất cơ học của vật liệu Tính chất CR (%) Độ bền kéo đứt (MPa) Độ dãn dài khi đứt (%) Độ dãn dư (%) Độ cứng (Shore A) 0 25,41 612 24,01 67,4 10 18,63 424 18,04 68,1 20 18,72 437 16,20 68,7 30 19,31 462 14,30 69,2 40 19,84 493 14,05 69,3 50 21,43 527 12,20 69,4 60 20,42 498 11,30 71,1 70 19,36 445 10,32 71,7 80 18,05 392 8,68 72,3 90 16,38 356 6,84 72,5 100 15,46 405 6,03 73,2 Ảnh hưởng của hàm lượng CR trong hệ NBR/CR đến các tính chất cơ học được trình bày cụ thể trên các hình vẽ dưới đây: Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ bền kéo đứt của vật liệu Hình 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ dãn dư của vật liệu Hình 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ cứng của vật liệu Nhận thấy rằng khi biến tính NBR bằng CR, ban đầu độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt của vật liệu đều giảm mạnh, nhất là khi hàm lượng CR còn thấp (khoảng 10%). Khi hàm lượng CR tiếp tục tăng lên, độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt có xu hướng tăng dần và đạt giá trị cao nhất ở khoảng 50% và sau đó lại giảm. Riêng độ dãn dư giảm dần còn độ cứng tăng dần đều. Hiện tượng này có thể giải thích do NBR và CR không tương hợp với nhau khi hàm lượng CR nhỏ hơn 10%. Khi hàm lượng CR tăng lên, hai cao su này phần nào tương hợp với nhau hơn làm tính năng cơ lý của vật liệu tăng lên và đạt cực đại ở hàm lượng CR khoảng 50%. Sau đó tính chất cơ lý giảm dần do lúc này thành phần CR chiếm ưu thế mà tính chất cơ lý của CR thấp hơn hẳn so với NBR làm tính chất cơ lý vật liệu giảm. Mặt khác khi hàm lượng CR tăng thì độ cứng tăng là do bản thân CR là một loại cao su tương đối cứng, còn NBR thì có tính mềm dẻo hơn CR. Hơn nữa, hàm lượng CR vượt quá 50% thì có thể khả năng tương hợp của NBR và CR giảm, do đó làm cho tính chất cơ lý của blend thu được giảm mạnh. Những kết quả này khá phù hợp với kết quả đã công bố của một số tác giả [9]. 3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ bền trong dầu mỡ của vật liệu NBR là loại cao su chịu dầu rất tốt, khi biến tính NBR bằng CR sẽ ảnh hưởng tới hầu hết các tính chất cơ lý kỹ thuật của vật liệu. Mặc dù CR cũng là một loại cao su có khả năng bền trong môi trường dầu mỡ nhưng khả năng này kém NBR. Để đánh giá khả năng bền dầu mỡ của vật liệu, chúng tôi dựa vào độ trương trong xăng A92 và trong dầu biến thế của vật liệu. 3.1.2.1. Độ trương trong xăng A92 của vật liệu Những kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ trương trong xăng A92 của vật liệu được trình bày trên hình dưới đây. Bảng 3.2: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ trương của vật liệu Độ trương [%] Hàm lượng CR Mẫu ngâm sau 6 giờ Mẫu ngâm sau 24 giờ Mẫu ngâm sau 48 giờ Mẫu ngâm sau 72 giờ 0 8,19 14,90 19,10 21,44 10 8,29 16,56 18,95 21,34 20 12,37 22,56 24,05 24,18 30 28,64 34,03 38,52 41,17 40 25,97 33,23 36,78 42,76 50 18,18 28,32 30,42 34,37 60 21,34 34,28 35,18 38,22 70 29,32 43,16 42,09 45,18 80 41,16 45,38 45,02 47,06 90 43,45 45,33 46,21 47,82 100 48,68 49,68 49,70 49,86 Nhận thấy rằng, khi hàm lượng CR tăng thì nhìn chung độ trương của vật liệu tăng. Nhưng khi hàm lượng CR đạt khoảng 30 – 40% thì độ trương của vật liệu có xu hướng giảm và đạt cực tiểu ở khoảng 50%. Khi hàm lượng này tiếp tục tăng, độ trương của vật liệu lại tiếp tục tăng. Xu thế thay đổi độ trương khá phù hợp với xu thế thay đổi các tính năng cơ học của vật liệu. Điều này có thể giải thích ở khoảng tỷ lệ NBR/CR là 50/50 hai vật liệu này tương hợp với nhau tốt hơn làm cho vật liệu có cấu trúc chặt chẽ hơn đã hạn chế sự xâm nhập của các phân tử xăng A92 vào vật liệu và do vậy đã làm giảm độ trương của nó. 3.1.2.2. Độ trương trong dầu biến thế của vật liệu Chúng tôi tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của quá trình biến tính tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu. Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng dưới đây Bảng 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu Độ trương CR [%] Sau 120 giờ [%] Sau 240 giờ [%] Sau 480 giờ [%] Sau 720 giờ [%] 0 - - - - 10 - - - - 20 - - - - 30 - 0,25 0,71 0,74 40 - 0,41 0,87 0,91 50 - 0,38 0,85 0,90 60 0,45 0,77 1,15 1,22 70 0,58 0,97 1,35 1,38 80 0,64 1,26 1,91 1,95 90 0,93 1,42 2,08 2,12 100 0,61 1,12 1,95 1,98 Nhận thấy rằng, khi hàm lượng CR biến tính tới 50% vật liệu hầu như không bị trương trong dầu biến thế sau khi ngâm tới 720 giờ. Tuy nhiên, khi hàm lượng CR vượt quá 60% sau thời gian ngâm 120 giờ đã có hiện tượng trương (tuy nhiên mức độ trương không đáng kể). Hiện tượng trương tăng chút ít khi hàm lượng CR tiếp tục tăng. Ở mẫu CR 100% cũng có trương trong dầu biến thế sau thời gian ngâm 120 giờ và khi thời gian ngâm tăng, mức độ trương cũng tăng theo nhưng không nhiều. Từ những kết quả nghiên cứu thu được cho thấy rằng, vật liệu blend trên cơ sở NBR/CR với tỷ lệ 50/50 có khả năng bền xăng dầu rất tốt (gần bằng vật liệu 100% NBR). Từ những kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng CR tới tính chất cơ lý của vật liệu, chúng tôi chọn vật liệu NBR/CR với tỷ lệ 50/50 để nghiên cứu tiếp. 3.2. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BLEND NBR/CR/PVC 3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu Vật liệu blend NBR/CR có tính năng cơ lý tốt, bền dầu mỡ và môi trường cao, song giá thành khá cao. Vì vậy, để có thể giảm giá thành mà vật liệu vẫn có tính chất tốt, chúng tôi tiếp tục biến tính blend NBR/CR với PVC. Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PVC đến các tính chất cơ học của vật liệu, chúng tôi chế tạo các mẫu NBR/CR với tỷ lệ cố định 50/50 và thay đổi hàm lượng PVC. Mẫu tạo thành được đo các tính chất cơ học trong cùng điều kiện. Kết quả thu được thể hiện trong bảng dưới đây: Bảng 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ học của vật liệu Tính chất PVC (%) Độ bền kéo đứt [MPa] Độ dãn dài khi đứt [%] Độ dãn dài dư [%] Độ cứng [Shore A] 0 21,56 538 8,55 69,0 5 19,30 475 9,15 69,2 10 21,52 432 10,20 70,0 15 22,15 384 10,95 71,0 20 23,23 368 11,50 72,0 25 21,18 342 12,00 72,5 30 20,35 315 13,51 73,5 Biến đổi hàm lượng PVC trong hệ NBR/CR/PVC đến các thông số cơ học được trình bày cụ thể trên các hình vẽ dưới đây: Hình 3.5: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ bền kéo đứt của vật liệu Qua đồ thị nhận thấy, khi biến tính blend NBR/CR (50/50) bằng PVC thì ban đầu độ bền kéo đứt của vật liệu có xu thế giảm và ở hàm lượng PVC 5% độ bền kéo đứt đạt giá trị thấp nhất. Đến khi hàm lượng PVC đạt khoảng 10% thì độ bền kéo đứt tăng trở lại và ở hàm lượng PVC là 20% thì độ bền kéo đứt đạt giá trị lớn nhất. Khi hàm lượng PVC tiếp tục tăng (lớn hơn 20%) thì độ bền kéo đứt của vật liệu lại giảm. Sự biến đổi độ bền kéo đứt có thể được giải thích là do PVC là cấu tử có khả năng tương hợp cả với NBR và CR [10]. Do vậy, với hàm lượng khoảng 20% PVC có thể xen vào giữa hai pha NBR và CR tạo sự kết dính tốt giữa hai pha cao su nhờ vậy tạo cho vật liệu có cấu trúc chặt chẽ hơn, dẫn đến độ bền kéo đứt của vật liệu tăng lên. Tuy nhiên, khi hàm lượng PVC vượt quá giá trị thích hợp, khả năng tương hợp của nó giảm dẫn đến tính chất cơ học của vật liệu giảm. Hình 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ dãn dài khi đứt của vật liệu Đồ thị cho thấy, khi có PVC tham gia vào thành phần của blend thì độ dãn dài khi đứt của vật liệu giảm dần theo sự tăng dần của hàm lượng PVC và khi hàm lượng PVC đưa vào là 30% thì độ dãn dài khi đứt chỉ còn 315%. Hình 3.7: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ dãn dài dư của vật liệu Hình 3.7 cho thấy khi hàm lượng PVC tăng từ 0% đến 30% thì độ dãn dài dư của vật liệu tăng từ 8,55 đến 13,52. Sở dĩ có kết quả như vậy do PVC là vật liệu có tính đàn hồi kém hơn cao su, hiện tượng hồi phục sau biến dạng của vật liệu này chậm. Do vậy, với sự tăng của hàm lượng PVC, độ dãn dài dư của vật liệu tăng Hình 3.8: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ cứng của vật liệu Hình 3.8 cho thấy độ cứng của polyme blend tăng dần theo chiều tăng của hàm lượng PVC trong vật liệu. Độ cứng của vật liệu đạt 73,5 Shore A tại hàm lượng PVC đưa vào chiếm 30% khối lượng. Có thể giải thích nguyên nhân của sự tăng độ dãn dài dư và độ cứng khi hàm lượng PVC tăng là do bản thân PVC là nhựa nhiệt dẻo (với hàm lượng hóa dẻo DOP sử dụng là 20%) có độ cứng lớn hơn cao su và khả năng đàn hồi của PVC kém hơn so với cao su. Vì vậy, khi tăng hàm lượng PVC đồng nghĩa với việc hàm lượng nhựa trong vật liệu blend cũng tăng lên do đó làm tăng độ cứng và giảm khả năng đàn hồi của vật liệu. Tuy nhiên có thể thấy ở hàm lượng PVC 20% xu thế tăng độ cứng và độ dãn dài dư là không lớn. 3.2.2. Nghiên cứu khả năng bền dầu mỡ của vật liệu Cũng tương tự trên, khả năng bền dầu mỡ của vật liệu được đánh giá thông qua độ trương trong xăng A92 và dầu biến thế của vật liệu. Dưới đây là những kết quả khảo sát độ trương trong xăng A92 và dầu biến thế của vật liệu. 3.2.2.1. Độ trương trong xăng A92 Những kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PVC đến độ trương nở trong xăng A92 của vật liệu được thể hiện trên đồ thị dưới đây: Hình 3.9: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương của vật liệu trong xăng A92 Nhận thấy rằng, khi hàm lượng PVC tăng thì nhìn chung độ trương của vật liệu tăng. Nhưng khi hàm lượng PVC đạt khoảng 10% thì độ trương của vật liệu có xu hướng giảm và đạt cực tiểu ở khoảng 20%. Khi hàm lượng này tiếp tục tăng, độ trương của vật liệu lại tiếp tục tăng nhưng không đáng kể. Xu thế thay đổi độ trương khá phù hợp với xu thế thay đổi các tính năng cơ học của vật liệu. Điều này có thể giải thích ở khoảng tỷ lệ (NBR/CR)/PVC là 80/20 có khả năng tương hợp tốt giữa 3 cấu tử làm cho vật liệu có cấu trúc chặt chẽ hơn đã hạn chế sự xâm nhập của các phân tử xăng A92 vào vật liệu và do vậy đã làm giảm độ trương của vật liệu. 3.2.2.2. Độ trương trong dầu biến thế Định hướng của vật liệu nghiên cứu là sử dụng chế tạo sản phẩm tiếp xúc với dầu biến thế. Vì vậy, chúng tôi tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của quá trình biến tính tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu. Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng dưới đây Bảng 3.5: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương của vật liệu trong dầu biến thế Độ trương PVC [%] Sau 120 giờ [%] Sau 240 giờ [%] Sau 480 giờ [%] Sau 720 giờ [%] 0 - 0,38 0,85 0,90 5 0,43 0,51 0,90 0,93 10 0,52 0,60 0,92 0,98 15 0,54 0,63 1,05 1,06 20 0,40 0,54 0,87 0,92 25 0,44 0,56 0,95 1,04 30 0,45 0,56 0,96 1,05 Nhận thấy rằng, khi hàm lượng PVC tăng (từ 5% đến 15%) thì độ trương của vật liệu cũng tăng dần. Tuy nhiên ở hàm lượng PVC là 20% thì độ trương của vật liệu lại giảm. Điều này chứng tỏ PVC ở hàm lượng này tương hợp tốt với hệ blend NBR/CR. Khi hàm lượng PVC tiếp tục tăng (lớn hơn 20%) thì độ trương của vật liệu lại tăng. Từ những kết quả nghiên cứu thu được cho thấy rằng, vật liệu blend trên cơ sở (NBR/CR)/PVC với tỷ lệ 80/20 có khả năng bền xăng dầu rất tốt. 3.2.3. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới cấu trúc hình thái và khả năng bền nhiệt của vật liệu 3.2.3.1. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới cấu trúc hình thái của vật liệu Để khảo sát ảnh hưởng của quá trình biến tính tới cấu trúc hình thái của vật liệu, chúng tôi đã tiến hành chụp ảnh bề mặt gẫy của vật liệu NBR/CR/PVC bằng kính hiển vi điện tử quét SEM. Dưới đây là ảnh SEM bề mặt gẫy của một số mẫu vật liệu tiêu biểu: Hình 3.10: Ảnh SEM của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 90/10 Hình 3.11: Ảnh SEM của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 Hình 3.12: Ảnh SEM của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 70/30 Qua ảnh SEM của các mẫu vật liệu có thể thấy rằng, ở mẫu vật liệu blend (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 (hình 3.11) thì các cấu tử cao su và nhựa phân tán tốt vào nhau, các pha phân tán tương đối đều, hiện tượng phân chia pha không rõ rệt. Điều này chứng tỏ các pha tương hợp tốt với nhau. Còn ở mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 90/10 (hình 3.10) và mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 70/30 (hình 3.12) thì có thể thấy các pha phân tán không tốt với nhau, bề mặt phân cách pha xuất hiện rõ hơn. Vì vậy, vật liệu blend (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 có các tính năng cơ lý, kỹ thuật tốt hơn ở các tỷ lệ khác. 3.2.3.2. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới khả năng bền nhiệt của vật liệu Để khảo sát ảnh hưởng của quá trình biến tính tới khả năng bền nhiệt của vật liệu chúng tôi nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) tại khoa Hóa học – ĐHKHTN - ĐHQGHN. Kết quả được trình bày dưới đây : Hình 3.13: Biểu đồ TGA của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 100/0 Hình 3.14: Biểu đồ TGA của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 90/10 Hình 3.15: Biểu đồ TGA của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 Từ những kết quả phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) của các mẫu vật liệu thu được những số liệu trong bảng dưới đây: Bảng 3.6: Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu Mẫu vật liệu có tỉ lệ (NBR/CR)/PVC Nhiệt độ bắt đầu phân huỷ [oC] Nhiệt độ phân huỷ mạnh nhất [oC] Tốc độ tổn hao khối lượng cực đại [mg/phút] Tổn hao khối lượng đến 520oC [%] 100/0 268,01 462,60 0,73 35,26 90/10 260,08 462,48 0,80 36,55 80/20 284,00 464,84 0,69 34,58 Thông qua kết quả phân tích TGA có thể thấy rằng mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 có nhiệt độ bắt đầu phân hủy cao hơn hẳn (284,00oC) so với mẫu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 100/0 (268,01oC) và (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 90/10 (260,08oC), đồng thời nhiệt độ phân hủy mạnh nhất của mẫu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 cũng cao hơn so với mẫu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 100/0. Điều này chứng tỏ mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 có độ bền nhiệt tốt hơn so với các mẫu vật liệu còn lại. Mặt khác, nhìn vào biểu đồ phân tích nhiệt có thể thấy trên biểu đồ TGA của mẫu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 chỉ còn hai đỉnh ứng với hai cực đại phân hủy thay vì ba cực đại phân hủy như trên phổ TGA của mẫu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 90/10 và (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 100/0 đồng thời cực đại phân hủy đầu tiên đã dịch chuyển lên nhiệt độ cao hơn. Điều này chứng tỏ ở hàm lượng PVC là 20% các cấu tử trong blend tương hợp với nhau tốt hơn so với ở hàm lượng 0%PVC và 10%PVC. 3.2.4. Ảnh hưởng của các chất biến đổi cấu trúc tới tính chất cơ lý và cấu trúc hình thái của vật liệu Để có thể cải thiện hơn nữa tính năng cơ lý, kỹ thuật của vật liệu blend trên cơ sở NBR/CR/PVC, chúng tôi cho thêm vào tổ hợp vật liệu (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 một số chất biến đổi cấu trúc, làm tương hợp gồm DLH (từ dầu vỏ hạt điều) và D01 (từ dầu trẩu) với hàm lượng 1%. Những kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chất tương hợp tới cấu trúc, tính chất của vật liệu được trình bày trong các mục dưới đây. 3.2.4.1. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới tính chất cơ học của vật liệu Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới tính chất cơ học của vật liệu polyme blend được trình bày trong bảng dưới đây: Bảng 3.7: Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới tính chất cơ học của vật liệu Tính chất Mẫu vật liệu Độ bền kéo đứt [MPa] Độ dãn dài khi đứt [%] Độ dãn dài dư % Độ cứng [Shore A] (NBR/CR)/PVC (80/20) 23,23 368 11,50 72,0 (NBR/CR)/PVC/D01 (80/20/1) 24,15 380 10,18 71,0 (NBR/CR)/PVC/DLH (80/20/1) 24,62 398 10,00 71,5 Nhận thấy rằng, khi có thêm các chất biến đổi cấu trúc, làm tương hợp, hầu hết các tính chất cơ học của vật liệu đều được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, với cùng hàm lượng các chất tương hợp thì đối với các chất tương hợp khác nhau cho tính chất cơ học của vật liệu thu được cũng khác nhau. Với sự có mặt của chất tương hợp là D01 thì độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt của vật liệu tăng lên, độ cứng và độ dãn dài dư giảm. Tuy nhiên tính chất cơ học của vật liệu thu được khi sử dụng D01 không cao bằng vật liệu khi sử dụng DLH. Điều này có thể giải thích do DLH là một loại nhựa phenol- formandehyd biến tính bằng cacdanol (từ dầu vỏ hạt điều), vật liệu này ngoài việc làm giảm sức căng bề mặt phân pha của hai cấu tử thành phần, tạo điều kiện cho chúng dễ dàng phân tán vào nhau hơn, mặt khác nó còn có khả năng tham gia phản ứng lưu hóa cao su và làm tác nhân lưu hóa cho vật liệu này. Chính vì vậy đã làm tăng các tính năng cơ học của vật liệu. Như vậy, đối với hệ blend NBR/CR/PVC thì các chất tương hợp (đã sử dụng) đều có tác dụng tích cực đến tính chất của vật liệu, đặc biệt là DLH. 3.2.4.2. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới cấu trúc hình thái của vật liệu Cấu trúc hình thái của vật liệu cao su blend được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Hình dưới đây là ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét bề mặt cắt của mẫu vật liệu trên cơ sở NBR/CR/PVC/DLH. Hình 3.16: Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC/DLH (80/20/1) Nhận thấy rằng, ở mẫu blend (NBR/CR)/PVC tỷ lệ 80/20, các cấu tử cao su phân tán tốt vào nhau, tuy nhiên vẫn còn hiện tượng phân pha (hình 3.11). Điều đó chứng tỏ các polyme đã phần nào tương hợp với nhau ở tỷ lệ này. Ở mẫu có thêm phụ gia biến đổi cấu trúc DLH bề mặt gẫy của vật liệu có cấu trúc đều đặn và chặt chẽ hơn hẳn, hiện tượng phân pha không thấy rõ (hình 3.16), nhờ vậy mà tính chất cơ học của vật liệu tốt hơn như phần trên đã nêu rõ. 3.2.4.3. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới độ bền nhiệt của vật liệu Để khảo sát ảnh hưởng của quá trình biến tính tới khả năng bền nhiệt của vật liệu chúng tôi nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) tại khoa Hóa học – ĐHKHTN - ĐHQGHN. Kết quả được trình bày dưới đây : Hình 3.17: Biểu đồ TGA của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC/D01 tỉ lệ 80/20/1 Hình 3.18: Biểu đồ TGA của mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC/DLH tỉ lệ 80/20/1 Từ những kết quả phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) của các mẫu vật liệu thu được những số liệu trong bảng dưới đây: Bảng 3.8: Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng một số mẫu vật liệu Chỉ tiêu Mẫu Nhiệt độ bắt đầu phân huỷ [oC] Nhiệt độ phân huỷ mạnh nhất 1 [oC] Tổn hao trọng lượng đến 520 oC [%] (NBR/CR)/PVC (80/20) 284,00 464,84 34,58 (NBR/CR)/PVC/D01 (80/20/1) 282,23 463,72 35,15 (NBR/CR)/PVC/DLH (80/20/1) 286,15 465,47 33,18 Nhận thấy rằng, khi có thêm chất biến đổi cấu trúc, làm tương hợp, nhiệt độ bắt đầu phân hủy của vật liệu có DLH tiếp tục tăng thêm một chút do vật liệu có cấu trúc đều đặn và chặt chẽ hơn (như phần trên đã chỉ rõ). Mặt khác, tổn hao trọng lượng của các vật liệu (đến 520oC) thấp hơn hẳn so với các cấu tử ban đầu. Tuy nhiên, ở vật liệu có D01 hiệu ứng này không đáng kể. Điều này có thể giải thích do D01 một mặt làm các cấu tử phân tán tốt vào nhau khiến cho vật liệu có cấu trúc đều đặn và chặt chẽ hơn, mặt khác, do không tham gia vào quá trình khâu mạch, vật liệu này lại có tác dụng hóa dẻo cho hệ blend làm giảm độ cứng của vật liệu song không đáng kể. Chính vì hai hiệu ứng trái ngược nhau làm cho độ bền nhiệt của vật liệu không tăng mà còn có phần giảm. 3.2.4.4. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới độ bền môi trường của vật liệu Độ bền môi trường (thời tiết) của vật liệu được đánh giá thông qua thử nghiệm gia tốc bức xạ, nhiệt ẩm theo tiêu chuẩn ASTM D4587-91 thực hiện trong thiết bị thử nghiệm UVCON của hãng ATLAS (Mỹ) ; hệ số già hóa sau thử nghiệm ở 70oC trong thời gian 96 giờ trong môi trường không khí và trong dầu biến thế của vật liệu được xác định theo TCVN 2229-77. Kết quả được trình bày trong bảng dưới đây. Bảng 3.9: Hệ số già hóa của vật liệu sau 10 chu kỳ thử nghiệm bức xạ, nhiệt, ẩm và thử ở 70oC sau 96 giờ trong không khí và trong dầu biến thế Vật liệu Hệ số già hóa sau 10 chu kỳ Hệ số già hóa trong kk ở 70oC Hệ số già hóa trong dầu biến thế ở 70oC 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 Nhận thấy rằng, khi có thêm chất biến đổi cấu trúc, làm tương hợp có ảnh hưởng đôi chút đến khả năng bền dầu cũng như môi trường của vật liệu. Khi có thêm D01, hệ số già hóa của vật liệu trong không khí cũng như trong dầu có giảm đôi chút nhưng không đáng kể do đặc điểm cấu tạo của chất này. Trong khi đó DLH lại làm tăng đáng kể độ bền môi trường của vật liệu. Một mặt như phần trên đã giải thích do khả năng tham gia phản ứng khâu mạch với cao su của chất này. Mặt khác, trong phân tử của nó có nhiều nhân thơm có khả năng tác dụng như một tác nhân ổn định tử ngoại cho polyme. Chính vì vậy đã làm tăng độ bền môi trường và dầu mỡ cho vật liệu KẾT LUẬN Từ những kết quả nghiên cứu thu được cho thấy rằng: Hàm lượng PVC thích hợp nhất để biến tính blend NBR/CR (50/50) là 20% khối lượng so với blend. Tạo tỉ lệ này, các cấu tử tương hợp với nhau tốt hơn. Vật liệu blend trên cơ sở (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 có cấu trúc chặt chẽ và các tính chất cơ lý kỹ thuật tốt hơn các tỉ lệ khác, cụ thể: + Độ bền kéo đứt: 23,23 MPa + Độ dãn dài khi đứt: 368% + Độ dãn dài dư: 11,50% + Độ cứng: 72,0 Shore A + Độ trương trong xăng A92 sau 240 giờ: 19% + Độ trương trong dầu biến thế sau 720 giờ: 0,92% + Nhiệt độ bắt đầu phân hủy: 284oC + Nhiệt độ phân hủy mạnh nhất: 464,84oC Khi cho thêm 1% chất biến đổi cấu trúc, làm tương hợp đặc biệt là DLH vào vật liệu blend trên cơ sở (NBR/CR)/PVC tỉ lệ 80/20 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, cụ thể: + Độ bền kéo đứt: 24,62 MPa + Độ dãn dài khi đứt: 398% + Độ dãn dài dư: 10,0 % + Độ cứng: 71,5 Shore A + Nhiệt độ bắt đầu phân hủy: 286,15oC + Nhiệt độ phân hủy mạnh nhất: 465,47oC + Hệ số già hóa qua thử nghiệm gia tốc bức xạ nhiệt ẩm sau 10 chu kì: 0,94 + Hệ số già hóa trong không khí ở 70oC: 0,91 + Hệ số già hóa trong dầu biến thế ở 70oC: 0,91 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 học 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. TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT “Kỹ thuật sản xuất chất dẻo”, ĐHBK (1970). Thái Hoàng (1990), “PVC và gia công PVC”, Viện Kĩ thuật Nhiệt đới - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Thái Hoàng (2003), “Chuyên đề vật liệu polyme blend”, Đại học Bách khoa Hà Nội. Thái Hoàng, Nguyễn Phi Trung, Vũ Minh Đức (1997), Tạp chí hóa học, T.35, số 3, tr.42 – 46. Đỗ Quang Kháng, Lương Như Hải, Vũ Ngọc Phan, Ngô Trịnh Tùng, Hoàng Tuấn Hưng, Ngô Kế Thế, Nguyễn Thành Nhân (2007), “Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su nitril butadien và polyvinyl clorua”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, T. 45, số 3A, tr. 220-224. Đỗ Quang Kháng, Nguyễn Văn Khôi, Đỗ Trường Thiện (1995), “Vật liệu tổ hợp polyme – những ưu điểm và ứng dụng”, Tạp chí hoạt động khoa học, số 10, Tr. 37–41. Đỗ Quang Kháng, Nguyễn Phi Trung (2005), “Nghiên cứu chế tạo blend cao su nhiệt dẻo trên cơ sở polyvinylclorua và cao su nitril”, Tạp chí Hoá học, T. 43, số 3, tr. 341-345. Nguyễn Thạc Kim, Nguyễn Phi Trung, Trần Thanh Sơn, Hoàng Thị Ngọc Lân, Nguyễn Vũ Giang, Trịnh Sơn Hà (2001), Tạp chí Hóa học, T. 39, số 1, tr. 1 – 13. Trần Kim Liên, Lương Như Hải, Đỗ Quang Minh, Đỗ Quang Kháng (2010), “Ảnh hưởng của tỷ lệ cấu tử tới cấu trúc, tính chất của blend trên cơ sở cao su nitril butadien và cao su clopren”, Tạp chí Hóa học, T.48 (2), tr. 222-227. Bộ môn cao phân tử ĐHBK Hà Nội (1977), “Kĩ thuật gia công và sản xuất chất dẻo”, tập 1A, Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật. Nguyễn Phi Trung, Thái Hoàng, Hoàng Thị Ngọc Lân (2005), “Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng các thành phần đến khả năng chảy nhớt, tính chất cơ lý của blend cao su nhiệt dẻo trên cơ sở PVC và bột NBR đã lưu hóa, chứa DOP”, Tạp chí khoa học và công nghệ, T.43, số 2B, tr. 170-175. Nguyễn Phi Trung, Hoàng Thị Ngọc Lân, Nguyễn Thạc Kim, Đỗ Quang Thẩm (2004), “Nghiên cứu chế tạo blend trên cơ sở PVC và CSBN chứa DOP với pha CSBN được lưu hóa động’, Tạp chí khoa học và công nghệ, T.42, số 2, tr. 58-62. Nguyễn Phi Trung, Hoàng Thị Ngọc Lân (2005), “Nghiên cứu tính chất của blend trên cơ sở polyvinylclorua, cao su butadien acrylonitryl và cao su tự nhiên”, Tạp chí Hoá học, T.43, số 1, tr. 42-45. Nguyễn Phi Trung, Trần Thanh Sơn, Nguyễn Thạc Kim, Hoàng Thị Ngọc Lân (1990), Tạp chí Khoa học và Công nghệ, T. 37, số 3, tr. 59 – 63. Ngô Phú Trù (1995), “Kỹ thuật gia công và chế biến cao su”, Nhà xuất bản Đại học Bách Khoa Hà Nội. Lê Anh Tuấn (2002), “Tính chất của polyme blend cao su/nhựa nhiệt dẻo”, Tạp chí hóa học, T.40, số 4, tr. 53 – 56. Trần Thị Thanh Vân, Nguyễn Phi Long (2009), “Một số tính chất của vật liệu Polyme blend trên cở sở cao su EPDM và cao su silicon”, Tạp chí Hóa học, T.47 (4A), tr. 748 – 752. www.ruthimex.com.vn. Từ vật liệu đến sản phẩm cao su kĩ thuật, 27/09/2007. www.vinachem.com.vn. Vật liệu cao su sản xuất giày chất lượng cao. TIẾNG ANH 20. Abhijit, Anil K. Bhowmick (2000), “Mechanical and Dynamic Mechanical Thermal Properties of Heat and Oil Resistant Thermoplastic Elastomeric Blend of Poly (butylenes terephthalate) and Acrylate Ruber”, Journal of Applied polymer Science, Vol. 78, pp. 1001 – 1008. 21. Chakrit Sirishina, Sauvarop Limcharoem, Jarunee Thuyarittikorn (2003), “Oil Resistance Controlled by Phase Morphology in Natural Rubber/Nitrile Rubber blend”, Journal of applied Polymer Science, Vol. 87, pp. 83 – 89. 22. E. M. Abdel-Bary, W. Von Soden and F. M. Helaly (2000), “Evaluation of the properties of some Nitril-Butadiene rubber/Polychloroprene Mixes and Vulcanizates”, Polymer for Advanced Technologies, Vol. 11, No. 1, pp. 1 – 8. 23. Habeeb Rahiman.G.Unnikrishnan, A.Sujith, CK. Radhakrishnan (2005), Cure characteristics and mechanical properties of styrene butadiene rubber/acrylonitrile butadiene rubber, Materrials Letters, Vol.59, pp.663 – 639 24. Hisham Essawy and Doa El-Nashar (2004), The use of montmorillonite as a reinforcing and compatibilizing filler for SBR/NBR rubber blend. Polymer testing, Vol. 23, pp. 803-807. 25. H. Ismail (2000), “Stirene butadiene rubber/epoxidized natural rubber blend, Dynamic properties, curing characteristics and swelling studies”, Polymer testing, Vol.19, pp. 879 – 888. 26. Jungnickel B. J. (1990), “Polymer blends”, Carl Hasner Verlag, Muenchen, Wien. 27. K. Habeeb Rahiman. G. Unnikrishnan, A. Sujith, Ck. Rashakrishnan (2005), “Cure characteristics and mechanical propertisof styrene butadiene rubber/acrylonitrile butadiene rubber”, Materials letters, Vol. 59, pp. 663 – 693. 28. M. H. Youssef (2001), “Temperature dependence of the degree of compatibility in SBR/NBR blends by ultrasonic attenuation measurements: influence of unsutaruted polyester additive”, PolymerVol. 42, pp. 10055-10062. 29. O. P. Aggarwal (2003), “Engineering Chemistry”, Khanna Publishers. 30. P. Thavamani, D.Khastgir (2004), “Compatible blend of Ethylene – Vinyl Acetate Copolymer and hudrognated nitril rubber”, Advancas in Polymer Technology, Vol. 23, pp. 15 – 17. 31. PK. Das, Su Ambatkar, KSS Sarma, S Sabharwal and NS Banerji (2006), “Electron beam proceesing of nylon 6 and hydrogenated nitril rubber blend (HNBR) blend, 1. development of high strength heat and oil resistance thermoplastic classtomers”, Polymer International, Vol.55, pp. 118 – 128. 32. R. Sreeja, Snadjidha, S. Remya Jayan, P. Predeep, Maciej Mazur, P. D. Sharm (2006), “Electro-optic metarial from copolymeric elastormer acrylonitrilie butadiene rubber”, Polymer, Vol. 47, pp. 617 – 623. 33. S. George, K. T. Varughese, S. Thomas (2000), “Molecular transport of aromatic solvents in isotactic polypropylence/acrylonitril – co – butadiene rubber blends”, Polymer, Vol. 41, pp. 579 – 594. 34. S. George, K. T. Varughese, S. Thomas (2003), “Thermal and crystllisation behaviour of isotactic polyethylene/nitril rubber blend”, Polymer, Vol. 41, pp. 5485 – 5503. 35. Sirichai Pattanawanidchai, Pongdhorn Saeoui, Chakrit Sirisinha (2005), “Influence of Precipitated Silica on Dynamic Mechanical Poperties and Resistance to Oil and Thermal Aging in CPE/NR Blend”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 96, pp. 2218 – 2224. 36. Vera Lu,ciada Cunha Lapa, Leila Le,a Yuan Visconte, Jose,Eduardo de Sena Affonso, Regina Ce,lia Reis nues (2003), “Alumilum hydroxide and processability studies”, Polymer Testing, Vol. 21, pp. 443 – 447.