Nghiên cứu vật liệu và kết cấu sản phẩm trên cơ sở cao su tự nhiên để làm gối đỡ giảm chấn cho động cơ xe

BỘ QUỐC PHÒNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

LÊ NGỌC TÚ

NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU SẢN PHẨM
TRÊN CƠ SỞ CAO SU TỰ NHIÊN ĐỂ LÀM GỐI ĐỠ
GIẢM CHẤN CHO ĐỘNG CƠ XE

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội – 2022


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

LÊ NGỌC TÚ

NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU SẢN PHẨM
TRÊN CƠ SỞ CAO SU TỰ NHIÊN ĐỂ LÀM GỐI ĐỠ
GIẢM CHẤN CHO ĐỘNG CƠ XE

Ngành: Hóa hữu cơ
Mã số: 9440114

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỌC
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS Chu Chiến Hữu
2. PGS.TS Nguyễn Huy Trưởng

Hà Nội – 2022


i
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội
dung, số liệu và kết quả trình bày trong luận án này là trung thực, tin cậy và
chưa từng được công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác. Các dữ liệu tham
khảo được trích dẫn đầy đủ.

Tác giả luận án

Lê Ngọc Tú


ii
LỜI CẢM ƠN
Với tấm lòng trân trọng và biết ơn sâu sắc nghiên cứu sinh (NCS) xin
gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Chu Chiến Hữu và PGS.TS Nguyễn Huy
Trưởng đã dành nhiều thời gian, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ NCS trong
suốt quá trình thực hiện luận án.
NCS chân thành cảm ơn Thủ trưởng Viện Khoa học và Công nghệ
quân sự, Thủ trưởng, các thầy cô giáo, các nhà khoa học và các cán bộ nhân
viên Phòng Đào tạo, Viện Hóa học -Vật liệu/ Viện KH &CNQS, Viện Kỹ

thuật cơ giới quân sự/ TCKT, Bộ môn Cơ học máy/ Học viện Kỹ thuật qn
sự, Phịng thí nghiệm trọng điểm Polyme và Compozit/ Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội đã truyền đạt, giảng dạy kiến thức, đưa ra những góp ý quý báu,
cũng như tạo mọi điều kiện, hỗ trợ, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu.
Cuối cùng, NCS xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và những người
thân đã động viên, hỗ trợ cho em rất nhiều trong quá trình học tập, nghiên cứu
và hoàn thành bản luận án tiến sĩ này.
Tác giả luận án
Lê Ngọc Tú


iii
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................... x
Chương 1 TỔNG QUAN ............................................................................................. 7
1.1. Rung động và các biện pháp chống rung động................................................... 7
1.2. Vật liệu chống rung: Yêu cầu cơ bản và phân loại............................................. 9
1.2.1. Yêu cầu cơ bản của vật liệu chống rung ......................................................... 9
1.2.2. Phân loại vật liệu chống rung ......................................................................... 12
1.3. Khả năng chống rung của vật liệu cao su........................................................... 13
1.3.1. Cơ sở khoa học chống rung của vật liệu cao su ............................................ 15
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống rung của vật liệu cao su .......... 21
1.3.3. Các phương pháp nâng cao khả năng chống rung cho vật liệu cao su ........ 26
1.4. Cao su tự nhiên và ứng dụng của nó trong chế tạo vật liệu chống rung .......... 32
1.4.1. Cao su tự nhiên ................................................................................................ 32
1.4.2. Cao su styren butadiene (SBR) và blend NR/SBR ....................................... 34

1.4.3. Lưu hóa các sản phẩm từ cao su tự nhiên ...................................................... 35
1.5. Chống rung cho động cơ diesel trên xe ô tô ZIL131......................................... 46
1.5.1. Xác định tần số dao động của gối đỡ động cơ xăng trên xe ZIL131 và
gối đỡ động cơ D245.9E2 ................................................................................... 48
1.5.2. Tính tốn thiết kế gối đỡ động cơ diesel D245.9E2 trên xe ZIL131 ........... 49
Chương 2 THỰC NGHIỆM........................................................................................ 55
2.1. Nguyên liệu, hóa chất............................................................................................ 55
2.2. Tổng hợp và biến tính phụ gia cho cao su chống rung ....................................... 57
2.2.1. Biến tính nanosilica bằng phản ứng ghép với Bis-(3-trietoxysilylpropyl)
tetrasulfide (TESPT)............................................................................................ 57
2.2.2. Tổng hợp Etylenglycol dimetacrylat (EGDM)................................................ 57
2.3. Xây dựng quy trình chế tạo vật liệu cao su chống rung...................................... 58


iv
2.3.1. Khảo sát xây dựng đơn vật liệu cao su chống rung ......................................... 58
2.3.2. Quy trình chế tạo vật liệu cao su chống rung ................................................... 61
2.4. Phương pháp nghiên cứu thành phần hóa học của cao su chống rung do
nước ngoài chế tạo cho gối đỡ động cơ xăng và động cơ diesel ...................... 63
2.4.1. Phương pháp trực tiếp ........................................................................................ 63
2.4.2. Phương pháp nhiệt phân ................................................................................. 64
2.5. Phương pháp phân tích, đo đạc bản chất hóa học, chỉ tiêu kỹ thuật của vật
liệu ........................................................................................................................ 65
2.6. Tính tốn và thiết kế gối đỡ cho động cơ diesel .................................................. 66
2.6.1. Tính tốn tối ưu hoá độ cứng gối đỡ cho động cơ diesel................................. 66
2.6.2. Thiết kế gối đỡ cho động cơ diesel.................................................................... 69
2.7. Các phương pháp đánh giá khả năng chống rung của vật liệu cao su và gối
đỡ chống rung ...................................................................................................... 71
2.7.1. Đo rung bằng phương pháp gõ búa................................................................... 71
2.7.2. Đo rung bằng bàn rung ...................................................................................... 73

2.7.3. Đo rung trên giá thử ........................................................................................... 74
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................. 77
3.1. Nghiên cứu về hệ thống gối đỡ của động cơ xăng trên xe ô tô ZIL131 và hệ
thống gối đỡ của động cơ diesel dùng để thay thế............................................. 77
3.1.1. Nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật ...................................................................... 77
3.1.2. Nghiên cứu bản chất vật liệu chế tạo gối đỡ động cơ ..................................... 79
3.2. Nghiên cứu tổng hợp nguyên liệu phục vụ chế tạo gối đỡ động cơ................... 98
3.2.1. Nghiên cứu biến tính nanosilica bằng tác nhân TESPT .................................. 99
3.2.2. Nghiên cứu tổng hợp chất phụ gia etylenglycol dimetacrylat ........................106
3.3. Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su chống rung để làm gối đỡ cho động cơ
diesel ....................................................................................................................115
3.3.1. Xây dựng yêu cầu kỹ thuật cho vật liệu cao su chống rung ...........................115
3.3.2. Nghiên cứu xây dựng đơn vật liệu để chế tạo cao su chống rung..................116
3.4. Chế tạo và thử nghiệm gối đỡ cho động cơ diesel .............................................135


v
3.4.1. Chế tạo gối đỡ cho động cơ diesel ................................................................135
3.4.2. Kiểm tra các tính chất cơ lý và khả năng chống rung của gối đỡ động cơ
diesel ....................................................................................................................135
3.4.3. Thử nghiệm gối đỡ trên giá thử động cơ .........................................................136
KẾT LUẬN .................................................................................................................141
Những đóng góp mới của luận án ..............................................................................142
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .......................143
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................144


vi
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

δ

Góc lệch pha giữa biến dạng và ứng suất



Ứng suất



Độ biến dạng đàn hồi

𝑓đ𝑐

Tần số dao động của động cơ



Thời gian phục hồi



Độ nhớt động học của phân đoạn chuỗi

E

Mô-đun đàn hồi

𝐸′

Mô-đun lưu trữ

𝐸 ′′

Mô-đun tổn hao

Tanδ

Tổn hao cơ học

Tg [K]

Nhiệt độ thủy tinh hóa

Chữ viết tắt
ASTM

Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (American
Society for Testing and Materials)

CB

Than đen (Carbon Black)

CR

Cao su neopren (Chloroprene Rubber)

ĐCD-Z131

Động cơ Diesel xe ZIL131

ĐCX-Z131

Động cơ xăng xe ZIL131

EG

Etylenglycol

EGDA

Ethylene glycol diacrylat

EGDM

Ethylene glycol dimethacrylat

EPDM

Cao su ethylen propylen dien monomer

FRF

Hàm số đáp ứng tần số (Frequency Ratio Function)

GĐT

Gối đỡ trước


vii
GĐS

Gối đỡ sau

HAF

Mài mòn cao (High abrasm furme)

HVPBd

Vinyl poly(butadien)

HVSBR

Vinyl styren-butadien copolyme

IPN

Cấu trúc mạng đan xen (Interpenetrating Polymer
Network)

ISAF

Siêu mài mòn trung gian
(Intermediate super abrasm furme)

IIR

Cao su butyl (Isobutylen-isoprene Rubber)

MA

Axit metacrylic

m-nanosilica

Nano silica biến tính

MWCNT

Chất độn ống nano carbon đa lớp

NBR

Cao su nitril-butadien (nitrile-butadiene rubber)

NR

Cao su tự nhiên (Natural rubber)

NSE

Chất đàn hồi nano silica (Nanosillica elastomer)

PDM

N,N’-m-phenylen dimaleinid

PF

Nhựa phenolic

PKL

Phần khối lượng

SBR

Cao su butadien-styren (Styren-butadien Rubber)

TAC

Triallyl cyanurat

TAIC

Triallyl isocyanurat

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TESPT

Bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulfide

TMPTA

Trimethylolpropan triacrylat

TMPTMA

Trimethylolpropan trimethacrylat

TPE

Chất đàn hồi nhiệt dẻo (Thermoplastic Elastomer)

ZDA

Kẽm diacrylate (Zine diacrylate)

ZDMA

Kẽm dimethacrylat (Zine dimethacrylate)


viii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Hiệu suất chống rung của vật liệu ........................................................................13
Bảng 1.2. Vật liệu đàn hồi bằng cao su thường được sử dụng ...........................................14
Bảng 1.3. Giá trị tổn hao cơ học tanδ của các loại cao su khác nhau ...............................22
Bảng 2.1. Chỉ tiêu kỹ thuật của cao su tự nhiên RSS1..........................................................55
Bảng 2.2. Chỉ tiêu kỹ thuật của cao su SBR1502, Kumho .................................................55
Bảng 2.3. Chỉ tiêu kỹ thuật của keo dán ...............................................................................56

Bảng 2.4. Đặc trưng của hạt nano silica QS-10 ...................................................................56
Bảng 2.5. Đơn thành phần vật liệu cao su chống rung tổng quát .......................................58
Bảng 2.6. Thành phần vật liệu của đơn N1 ..........................................................................59
Bảng 2.7. Thành phần vật liệu của đơn N3 ..........................................................................59
Bảng 2.8. Thành phần vật liệu của đơn N4 ..........................................................................60
Bảng 2.9. Thành phần vật liệu của đơn N5 ..........................................................................60
Bảng 3.1. Chỉ tiêu kỹ thuật của gối đỡ ĐCX-Z131 và ĐCD-Z131....................................77
Bảng 3.2. Chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu chế tạo gối đỡ ĐCX-Z131 và ĐCD-Z131 .........78
Bảng 3.3. Dao động đặc trưng phổ hồng ngoại của các mẫu cao su dùng để chế tạo
gối đỡ động cơ xăng và của mẫu cao su tự nhiên......................................................... 89
Bảng 3.4. Mảnh khối lượng phân tử .....................................................................................83
Bảng 3.5. Tổng hợp kết quả phân tích nhiệt mẫu cao su làm gối đỡ ĐCX-Z131 .............85
Bảng 3.6. Tỷ lệ thành phần các nguyên tố tại các vị trí số 8 và số 9 ..................................86
Bảng 3.7. Dao động đặc trưng phổ hồng ngoại của các mẫu cao su dùng để chế tạo gối
đỡ động cơ diesel và của mẫu cao su tự nhiên ................................................................89
Bảng 3.8. Mảnh khối lượng phân tử .....................................................................................91
Bảng 3.9. Tổng hợp kết quả phân tích nhiệt mẫu cao su.....................................................93
Bảng 3.10. Tỷ lệ thành phần các nguyên tố tại các vị trí số 2 và số 3 của gối
trước ..................................................................................................................................95
Bảng 3.11. Tỷ lệ thành phần các nguyên tố của gối sau tại các vị trí số 5
và số 6 .................................................................................................. 100
Bảng 3.12. Số sóng đặc trưng các nhóm nguyên tử trên phổ hồng ngoại của các hạt
nanosilica và m-nanosilica.............................................................................................. 101


ix
Bảng 3.13. Thành phần nguyên tố trong hạt nanosilica trước và sau biến tính ............... 102
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của lượng xúc tác đến hiệu suất phản ứng .................................. 108
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol EG: MAA đến hiệu suất phản ứng ....................... 108
Bảng 3.16. Tín hiệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR ............................................ 112

Bảng 3.17. Tín hiệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C-NMR............................................ 113
Bảng 3.18. Một số đặc trưng của sản phẩm EGDM ........................................................ 114
Bảng 3.19. Chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu cao su và của gối đỡ dùng để chế tạo gối đỡ
của động cơ diesel lắp cho xe ZIL131 ........................................................................... 115
Bảng 3.20. Thành phần vật liệu của đơn vật liệu N1......................................................... 117
Bảng 3.21. Tính chất cơ học và khả năng chống rung của các mẫu tổ hợp chế tạo ở các
tỷ lệ NR/SBR khác nhau................................................................................................. 118
Bảng 3.22. Tính chất cơ học và khả năng chống rung của các mẫu tổ hợp chế tạo với
các loại than khác nhau ................................................................................................... 120
Bảng 3.23. Chỉ tiêu kỹ thuật của cao su chống rung với các tỷ lệ than N330 khác nhau 121
Bảng 3.24. Tính chất cơ học và khả năng chống rung của vật liệu cao su chế tạo theo
đơn N4-1-Y ..................................................................................................................... 123
Bảng 3.25. Tổng hợp kết quả phân tích nhiệt của các mẫu vật liệu cao su...................... 126
Bảng 3.26. Thành phần vật liệu của đơn N1-E .................................................................. 129
Bảng 3.27. Tính chất cơ lý và độ trương của blend NR/SBR khi thay đổi tỷ lệ EGDM 129
Bảng 3.28. Tính chất cơ học và khả năng chống rung của các mẫu vật liệu N4-1-2 có
bổ sung EGDM. .............................................................................................................. 131
Bảng 3.29. Các đặc tính cơ học và chống rung của gối đỡ khi so sánh với các chỉ tiêu
kỹ thuật đặt ra đối với gối đỡ động cơ diesel trên xe ZIL131 ...................................... 135
Bảng 3.30. Tổng hợp so sánh các giá trị quy ước .............................................................. 139


x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1 Sơ đồ mơ tả hệ cách ly rung động .........................................................................8
Hình 1.2 Giải pháp kết cấu chống rung ................................................................................10
Hình 1.3 Sơ đồ phạm vi ứng dụng của các loại kết cấu vật liệu chống rung khác nhau...11
Hình 1.4 Phân loại vật liệu chống rung theo tính chất vật liệu ...........................................12
Hình 1.5 Biểu đồ ứng suất - biến dạng của polyme.............................................................17

Hình 1.6 Đường cong ứng suất - biến dạng của polyme.....................................................18
Hình 1.7 Q trình lưu hóa của cis-polyisopren ..................................................................23
Hình 1.8 Mối quan hệ giữa tổn hao cơ học, nhiệt độ và sự tương thích khi pha trộn hỗn
hợp vật liệu cao su ........................................................................................................26
Hình 1.9 Tính năng chống rung của vật liệu composite NR/ENR/SiO2 ............................29
Hình 1.10 Một số hạt nanosilica khác nhau .........................................................................37
Hình 1.11 Cơ chế phản ứng silanol hóa giữa TESPT và silica...........................................38
Hình 1.12 Cơ chế thủy phân của tác nhân silan với xúc tác axit ........................................39
Hình 1.13 Đồ thị tanδ - nhiệt độ của NR/NBR ở các tỷ lệ khác nhau................................42
Hình 1.14 Giá trị tổn hao cơ học tanδ tại các tỷ lệ khối lượng NR, ENR và carbon
black khác nhau ............................................................................................................43
Hình 1.15 Giá trị tổn hao cơ học tanδ tại các tỷ lệ khối lượng cao su và AO-80 khác
nhau ...............................................................................................................................44
Hình 1.16 Chế tạo vật liệu NR/ENR có kết cấu gradient....................................................45
Hình 1.17 Động cơ xăng xe ZIL131.....................................................................................46
Hình 1.18 Hình dạng của gối đỡ trước ĐCX xe ZIL131 ....................................................47
Hình 1.19 Hình dạng của gối đỡ sau ĐCX xe ZIL131 .......................................................47
Hình 1.20 Động cơ diesel D245.9E2....................................................................................48
Hình 1.21 Hình dạng của gối đỡ trước động cơ diesel D245.9E2.....................................48
Hình 1.22 Hình dạng của gối đỡ sau động cơ diesel D245.9E2 .........................................48
Hình 1.23 Mơ hình vị trí 3 gối đỡ động cơ xe ZIL131........................................................50
Hình 1.24 Mơ hình tính tốn dao đơng cụm động cơ.........................................................51
Hình 1.25 Sơ đồ tính tốn dao động ....................................................................................52


xi
Hình 2.1 Kết quả tính tốn giá trị phổ mật độ tần số dao động dọc của trọng tâm cụm
động cơ (ở số vịng quay động cơ 2600 vịng/phút) ..................................................67
Hình 2.2 Kết quả tính tốn bình phương trung bình gia tốc dao động thẳng đứng của
trọng tâm cụm động cơ (ở số truyền 2 của hộp số, khi đi trên đường đất)...............67

Hình 2.3 Kết quả tính tốn bình phương trung bình gia tốc dao động thẳng đứng của
trọng tâm cụm động cơ (ở số truyền 3 của hộp số, khi đi trên đường rải sỏi)..........67
Hình 2.4 Kết quả tính tốn bình phương trung bình gia tốc dao động thẳng đứng của
trọng tâm cụm động cơ (ở số truyền 4 của hộp số, khi đi trên đường bê tơng). ......67
Hình 2.5 Bình phương trung bình chuyển vị gối đỡ trước động cơ ở các độ cứng khác
nhau ...............................................................................................................................68
Hình 2.6 Bình phương trung bình gia tốc gối đỡ trước động cơ ở các độ cứng khác nhau............68
Hình 2.7 Bình phương trung bình chuyển vị gối đỡ sau động cơ ở các độ cứng khác
nhau ...............................................................................................................................68
Hình 2.8 Bình phương trung bình gia tốc gối đỡ sau động cơ ở các độ cứng khác nhau .68
Hình 2.9 Xếp chồng đồ thị bình phương trung bình chuyển vị và gia tốc tại vị trí gối
đỡ trước động cơ. .........................................................................................................69
Hình 2.10 Xếp chồng đồ thị bình phương trung bình chuyển vị và gia tốc tại vị trí gối
đỡ sau động cơ..............................................................................................................69
Hình 2.11 Gối đỡ trước động cơ diesel D245.9E2 lắp trên xe ZIL131..............................70
Hình 2.12 Gối đỡ sau động cơ diesel D245.9E2 lắp trên xe ZIL131 .................................70
Hình 2.13 Sơ đồ đo rung LMS (hãng LMS – Bỉ)................................................................71
Hình 2.14 Phương pháp 3dB.................................................................................................71
Hình 2.15 Biểu đồ tiệm cận của biên độ FRF và các kết quả đo rung ...............................72
Hình 2.16 Hệ thống thử rung LDS (hãng Brüel & Kjær – Đan Mạch) .............................73
Hình 2.17 Biểu đồ tiệm cận của biên độ FRF và các giá trị giảm chấn Q và  được
hiển thị tại vị trí cộng hưởng........................................................................................74
Hình 2.18 Vị trí lắp cảm biến rung .......................................................................................75
Hình 2.19 Biểu đồ biên độ dao động của gối đỡ..................................................................75
Hình 3.1 Phổ hồng ngoại của mẫu vật liệu chế tạo gối đỡ trước của ĐCX-Z131............80
Hình 3.2 Phổ hồng ngoại của mẫu vật liệu chế tạo gối đỡ sau của ĐCX-Z131 ................80
Hình 3.3 Phổ hồng ngoại của cao su tự nhiên (tra từ thư viện phổ) ...................................81


xii

Hình 3.4 Phổ GC-MS của mẫu cao su gối đỡ trước ĐCX-Z131 .......................................82
Hình 3.5 Phổ GC-MS của mẫu cao su gối đỡ sau ĐCX-Z131...........................................82
Hình 3.6 Giản đồ phân tích nhiệt DT/DTG của mẫu cao su gối đỡ trước ĐCX-Z131.....84
Hình 3.7 Giản đồ phân tích nhiệt DT/DTG của mẫu cao su gối đỡ sau ĐCX-Z131 ........84
Hình 3.8 Phổ EDX tại các vị trí số 8 (a) và số 9 (b) trên mẫu gối đỡ cao su .....................85
Hình 3.9 Phổ hồng ngoại của mẫu vật liệu chế tạo gối đỡ trước của ĐCD-Z131.............87
Hình 3.10 So sánh phổ hồng ngoại của mẫu vật liệu chế tạo gối đỡ trước của ĐCDZ131 với thư viện phổ..................................................................................................87
Hình 3.11 Phổ hồng ngoại của mẫu vật liệu chế tạo gối đỡ sau của ĐCD-Z131 ..............88
Hình 3.12 So sánh phổ hồng ngoại của mẫu vật liệu chế tạo gối đỡ sau của ĐCD-Z131
với thư viện phổ............................................................................................................88
Hình 3.13 Phổ GC-MS của mẫu cao su gối đỡ trước ĐCD-Z131 .....................................90
Hình 3.14 Phổ GC-MS của mẫu cao su gối đỡ sau ĐCD-Z131.........................................90
Hình 3.15 Giản đồ TG/DTG của mẫu vật liệu chế tạo gối đỡ trước động cơ diesel .........92
Hình 3.16 Giản đồ TG/DTG của mẫu vật liệu chế tạo gối đỡ sau động cơ diesel ............92
Hình 3.17 Phổ EDX của mẫu gối đỡ trước của động cơ diesel ..........................................94
Hình 3.18 Phổ EDX của mẫu gối đỡ trước của động cơ diesel c) tại vị trí số 5 và d) tại
vị trí số 6........................................................................................................................95
Hình 3.19 Mơ tả phản ứng biến tính nano silica bằng TESPT .....................................99
Hình 3.20 Phổ hồng ngoại (FT-IR) của nanosilica (a) và m-nanosilica (b).................... 100
Hình 3.21 Phổ EDX trên bề mặt nanosilica (A) và m-nanosilica (B) .............................. 102
Hình 3.22 Bản đồ phân bố của các nguyên tố trong nanosilica ........................................ 103
Hình 3.23 Bản đồ phân bố của các nguyên tố trong m-nanosilica. .................................. 104
Hình 3.24 Ảnh FE-SEM hạt nanosilica (a, a1) và m-nanosilica (b, b1)........................... 105
Hình 3.25 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng ............................................. 107
Hình 3.26 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng............................................ 109
Hình 3.27 Ảnh hưởng của lưu lượng khí mang đến hiệu suất phản ứng ......................... 110
Hình 3.28 Phổ hồng ngoại của sản phẩm EGDM luận án tổng hợp ................................ 111
Hình 3.29 Phổ hồng ngoại mẫu EGDM của Sigma Aldrich .................................. 112
Hình 3.30 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR của EGDM được tổng hợp ............... 113
Hình 3.31 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C-NMR của EGDM được tổng hợp ............ 113

xiii
Hình 3.32 Mơ hình tương tác của m-nanosilica và cao su ................................................ 124
Hình 3.33 Giản đồ TG và DTG của vật liệu đơn N3-10 ................................................... 125
Hình 3.34 Giản đồ TG và DTG của vật liệu đơn N4-0-2 ................................................. 125
Hình 3.35 Giản đồ TG và DTG của vật liệu đơn N4-1-2 ................................................. 126
Hình 3.36 Ảnh FE-SEM của vật liệu N3-10...................................................................... 127
Hình 3.37 Ảnh FE-SEM của vật liệu N4-0-2 .................................................................... 127
Hình 3.38 Ảnh FE-SEM của vật liệu N4-1-2 .................................................................... 128
Hình 3.38 Ảnh FE-SEM của vật liệu N4-1-2 .................................................................... 132
Hình 3.39 Ảnh FE-SEM của vật liệu đơn N5-2 ................................................................ 132
Hình 3.40 Giản đồ TG và DTG của vật liệu đơn N5-2 ..................................................... 133
Hình 3.41 Gối đỡ chống rung trước và sau cho động cơ diesel........................................ 135
Hình 3.42 So sánh các giá trị ước tính phổ cơng suất và giá trị bình phương trung bình
của tích phân số hình thang ở tốc độ động cơ 700 vịng/phút ................................. 137
Hình 3.43 So sánh các giá trị ước tính phổ cơng suất và giá trị bình phương trung bình
của tích phân số hình thang ở tốc độ động cơ 1.600 vịng/phút .............................. 137
Hình 3.44 So sánh các giá trị ước tính phổ cơng suất và giá trị bình phương trung bình
của tích phân số hình thang ở tốc độ động cơ 2.600 vịng/phút .............................. 138
Hình 3.45 So sánh các giá trị ước tính phổ cơng suất và giá trị bình phương trung bình
của tích phân số hình thang ở chế độ tăng tốc động cơ từ 700 đến 2.600 vịng/phút...138
Hình 3.46 So sánh các giá trị ước tính phổ cơng suất và giá trị bình phương trung bình
của tích phân số hình thang ở chế độ tắt động cơ khi đang chạy ở tốc độ 700
vòng/phút .................................................................................................................... 139


1
MỞ ĐẦU
Hiện nay trong qn đội đang có chương trình diesel hóa các xe qn sự

trong đó nội dung chính là thay thế động cơ xăng bằng động cơ diesel nhằm
giảm tiêu hao nhiên liệu nhưng vẫn phải đảm bảo tính năng kỹ chiến thuật của
xe. Tuy nhiên khi thay thế động cơ diesel vào các xe sử dụng động cơ xăng
thì khi xe hoạt động đã gây ra hiện tượng rung động lớn, ảnh hưởng xấu đến
tuổi thọ của động cơ cũng như sức khỏe của người lái. Nguyên nhân chính
gây ra hiện tượng rung động lớn này là do đặc tính của gối đỡ động cơ xăng
khơng phù hợp để chống rung cho động cơ diesel.
Để chống rung cho động cơ có thể sử dụng nhiều loại vật liệu (cao su,
chất dẻo, kim loại, gốm...) và nhiều công nghệ đã được áp dụng (chống rung
bằng lị xo, nhíp, chống rung bằng hệ thống thuỷ lực, chống rung bằng đệm
cao su). Riêng với xe ZIL131, để chống rung cho động cơ này, nhà sản xuất
đã áp dụng sản phẩm gối đỡ được chế tạo bằng vật liệu cao su – kim loại.
Gối đỡ động cơ là bộ phận trung gian liên kết giữa động cơ với thân xe,
có nhiệm vụ làm suy giảm các dao động, giảm tối đa lực tác động của động
cơ lên khung xe và ngược lại từ khung xe vào động cơ. Để đạt được những
u cầu này, phải có những tính tốn về dao động của động cơ và thân xe để
tìm ra được đặc tính đàn hồi cần thiết của gối đỡ [10]. Từ các kết quả tính
tốn đó kết hợp với việc nghiên cứu đặc tính đàn hồi của các loại vật liệu cao
su cũng như kết cấu của các loại gối đỡ làm cơ sở nghiên cứu chế tạo gối đỡ
cao su cho phù hợp nhất.
Trên thế giới, vấn đề nghiên cứu vật liệu và cơng nghệ chống rung nói
chung, các chi tiết chống rung cho xe ơ tơ nói riêng đã được đặt ra từ rất lâu
và liên tục được phát triển, hồn thiện. Trên thế giới cũng đã có rất nhiều
cơng trình nghiên cứu, các patent được cơng bố liên quan đến nguyên lý thiết
kế của vật liệu và cơng nghệ chống rung nói chung. Tuy nhiên, những cơng
bố liên quan đến từng chi tiết chống rung cho từng loại máy móc, động cơ cụ
thể nói riêng thì gần như khơng có. Vật liệu và cơng nghệ chế tạo các chi tiết


2

chống rung cụ thể thuộc danh mục bí mật của các hãng sản xuất nên các chi
tiết chống rung cụ thể này chỉ được các hãng cung cấp kèm theo trong q
trình xuất khẩu máy móc, trang thiết bị.
Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu vật liệu và công nghệ chống rung mới
chỉ được đặt ra trong khoảng vài chục năm trở lại đây. Mặc dù đã có một số
thành tựu nhất định nhưng hầu hết các cơng trình chủ yếu tập trung vào thiết
kế, chế tạo vật liệu và chi tiết chống rung theo mẫu sản phẩm của nước ngồi
nhằm phục vụ q trình sửa chữa, bảo dưỡng, thay thế bộ phận chống rung
của các trang thiết bị, máy móc bị hư hỏng, xuống cấp trong q trình sử dụng
tại Việt Nam [4]. Những cơng trình nghiên cứu bài bản, khép kín từ khâu thiết
kế đến khâu chế tạo mới các chi tiết chống rung cho các trang thiết bị, máy
móc ở trong nước cịn khá khiêm tốn.
Trong qn đội, hầu hết các loại xe ô tô đặc chủng, các loại máy bay, tầu
thủy, tầu ngầm và các trang thiết bị vũ khí đều được nhập khẩu từ Liên Xô
(trước đây), Liên bang Nga (ngày nay), Trung Quốc, Triều Tiên.... Sau một
thời gian sử dụng, rất nhiều bộ phận trong đó có nhiều chi tiết, cụm chi tiết
đóng vai trò giảm chấn, chống rung động bị hư hỏng, xuống cấp cần phải
được thay thế. Tuy nhiên việc nhập khẩu các chi tiết, cụm chi tiết này rất khó
khăn về thủ tục, kinh phí, thời gian cũng như vấn đề đảm bảo bí mật quân sự.
Thậm chí nhiều chi tiết, cụm chi tiết không thể nhập khẩu được do các nước
bạn không sản xuất loại vật tư tiêu hao này nữa. Trong bối cảnh đó, vấn đề tự
nghiên cứu thiết kế và chế tạo gối đỡ cao su chống rung cho động cơ diesel
thay thế cho động cơ xăng của xe ô tô ZIL131 đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật
đề ra thì một mặt sẽ góp phần vào thành cơng của Chương trình diesel hóa
các xe ơ tơ trong quân đội, mặt khác sẽ mở ra khả năng tự thiết kế, chế tạo
các loại chi tiết giảm chấn, chống rung cho nhiều loại trang bị vũ khí khác.
Chính vì vậy, đề tài luận án “Nghiên cứu vật liệu và kết cấu sản phẩm trên cơ
sở cao su tự nhiên để làm gối đỡ chống rung cho động cơ xe” có ý nghĩa khoa
học và thực tiễn tốt.

3
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng được đơn vật liệu trên cơ sở cao su tự nhiên đạt được các chỉ tiêu
về độ bền cơ học và khả năng chống rung đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của gối đỡ
chống rung cho động cơ ô tô diesel.
- Thiết kế và chế tạo được gối đỡ cho động cơ diesel dùng để thay thế
cho động cơ xăng trên xe ô tô ZIL131 trên cơ sở đơn vật liệu cao su chống
rung đã xây dựng được ở mục tiêu thứ nhất.
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của luận án bao gồm: gối đỡ của động cơ xăng trên
xe ZIL131, gối đỡ động cơ diesel (là loại động cơ thay thế cho động cơ xăng
trên xe ZIL131) và gối đỡ do luận án thiết kế, chế tạo dùng để lắp động cơ
diesel lên khung xe ZIL131.
Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu xác định bản chất hóa học, tỷ lệ thành phần và các chỉ tiêu
kỹ thuật của cao su dùng để chế tạo gối đỡ của động cơ xăng trên xe ZIL131
và gối đỡ động cơ diesel.
- Nghiên cứu xây dựng đơn vật liệu trên cơ sở cao su tự nhiên dùng để
chế tạo gối đỡ chống rung phục vụ lắp đặt động cơ diesel lên khung xe ô tô
ZIL131.
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và đánh giá thử nghiệm gối đỡ chống rung
dùng để lắp đặt động cơ diesel lên khung xe ô tô ZIL131.
4. Nội dung nghiên cứu
Để đạt mục tiêu trên, luận án bao gồm các nội dung nghiên cứu chính sau:
- Nghiên cứu xác định bản chất hóa học, tỷ lệ thành phần và các chỉ tiêu
kỹ thuật của cao su dùng để chế tạo gối đỡ của động cơ xăng trên xe ZIL131
và gối đỡ động cơ diesel. Từ kết quả nghiên cứu này, xây dựng chỉ tiêu kỹ
thuật cần có đối với vật liệu chống rung cho động cơ diesel.

- Nghiên cứu tổng hợp nguyên liệu (biến tính nano silica, etylenglycol


4
dimetacrylat) phục vụ xây dựng đơn vật liệu cao su chống rung trên cơ sở cao
su tự nhiên.
- Nghiên cứu xây dựng đơn vật liệu trên cơ sở cao su tự nhiên, cao su
tổng hợp SBR và một số phụ gia ( bột than, nano silica, etylenglycol
dimetacrylat) dùng để chế tạo gối đỡ chống rung phục vụ lắp đặt động cơ
diesel lên khung xe ô tô ZIL131.
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm gối đỡ cho động cơ diesel
dùng để thay thế cho động cơ xăng trên xe ô tô ZIL131 trên cơ sở đơn vật liệu
cao su chống rung đã xây dựng được.
5. Phương pháp nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan các tài liệu cơng bố trong và ngồi
nước liên quan đến vật liệu và công nghệ chế tạo các sản phẩm giảm chấn,
chống rung nói chung và các sản phẩm giảm chấn, chống rung cho động cơ ơ
tơ nói riêng, xây dựng được mục tiêu và các nội dung nghiên cứu cần phải
thực hiện nhằm chế tạo được gối đỡ cao su chống rung cho động cơ diesel khi
thay thế động cơ này cho động cơ xăng của xe ô tô ZIL131.
Sử dụng các kỹ thuật chuyên ngành hóa hữu cơ và cao phân tử để:
- Phân tích xác định các chỉ tiêu kỹ thuật, bản chất hóa học, tỷ lệ thành
phần các cấu tử trong các vật liệu cao su chống rung của động cơ xăng xe ô
tô ZIL131 và động cơ diesel nguyên bản làm cơ sở định hướng cho các
nghiên cứu tiếp theo.
- Tổng hợp một số phụ gia cho hệ vật liệu cao su blend giữa cao su tự
nhiên (NR) với cao su styren butadien (SBR) và tiếp đó là xây dựng đơn
vật liệu cao su chống rung cho gối đỡ động cơ diesel tự thiết kế, chế tạo.
- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm gối đỡ động cơ diesel tự
thiết kế, chế tạo.

Trong quá trình nghiên cứu, ứng dụng các kỹ thuật phân tích hóa lý
hiện đại để nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu như: Phổ hồng
ngoại (FT-IR), Phổ khối (GC-MS), Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), Phân


5
tích nhiệt (TGA), chụp EDX, SEM, FESEM; các phương pháp đo đạc độ
bền cơ lý của vật liệu cao su (độ cứng, độ bền kéo đứt, độ dãn dài đến đứt,
độ dãn dư) và các phương pháp đo đạc, đánh giá khả năng chống rung của
vật liệu và gối đỡ bằng thiết bị LMS, LDS theo các tiêu chuẩn đo của nước
ngoài và của Việt Nam.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học:
- Luận án đã xác định được mối quan hệ giữa các tính chất cơ lý trong đó
quan trọng nhất là độ cứng của vật liệu với khả năng chống rung của vật liệu,
từ đó đã hồn tồn làm chủ từ khâu thiết kế đến khâu chế tạo hệ thống gối đỡ
cho động cơ diesel khi thay thế động cơ này cho động cơ xăng trên xe ô tô
ZIL131.
- Luận án cũng đã tổng hợp và ứng dụng thành công hai loại phụ gia
quan trọng nhất (nano silica biến tính và etylenglycol dimetacrylat ) trong quá
trình xây dựng đơn vật liệu cao su chống rung trên cơ sở cao su tự nhiên đáp
ứng các yêu cầu kỹ thuật của gối đỡ chống rung cho động cơ diesel.
Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu, chế tạo được gối đỡ chống rung cho động cơ diesel
để thay thế cho động cơ xăng của xe ZIL131 một mặt góp phần vào thành
cơng của Chương trình diesel hóa các loại xe ơ tơ sử dụng động cơ xăng trong
quân đội, mặt khác có thể áp dụng để nghiên cứu chế tạo các loại vật liệu
giảm chấn, chống rung cho nhiều loại trang thiết bị, vũ khí, máy móc khác,
góp phần chủ động, nâng cao hiệu quả cơng tác bảo vệ an ninh quốc phịng.
7. Bố cục của luận án

Luận án được bố cục gồm phần Mở đầu, 3 Chương nội dung, Kết luận,
Danh mục các công trình khoa học đã cơng bố và Danh mục tài liệu tham
khảo. Tóm tắt nội dung của các chương như sau:
- Chương 1 (Tổng quan): Giới thiệu một số kiến thức về rung động và
khả năng chống rung động của các loại vật liệu nói chung và của vật liệu


6
cao su nói riêng. Chương 1 cũng phân tích đánh giá về tình hình nghiên cứu
trong và ngồi nước liên quan đến vật liệu chống rung trên cơ sở cao su tự
nhiên; giới thiệu một số hợp phần sử dụng khi gia công cao su tự nhiên, đồng
thời nêu bật được tính cấp thiết của việc nghiên cứu chế tạo gối đỡ chống
rung cho động cơ diesel khi sử dụng động cơ diesel này để thay thế cho
động cơ xăng của xe ô tô ZIL131.
- Chương 2: Giới thiệu các loại ngun liệu hóa chất, quy trình tổng hợp
phụ gia, quy trình chế tạo vật liệu cao su chống rung, quy trình chế tạo gối đỡ sử
dụng trong quá trình xây dựng đơn vật liệu cao su chống rung và chế tạo gối đỡ
cao su chống rung; Chương 2 cũng trình bày các phương pháp chuẩn bị mẫu đo,
các trang thiết bị và các tiêu chuẩn sử dụng để đo đạc phân tích bản chất hóa
học, tỷ lệ thành phần, các chỉ tiêu cơ lý, khả năng chống rung của vật liệu và gối
đỡ cao su chống rung.
- Chương 3: Trình bày các kết quả nghiên cứu đã đạt được trong quá
trình thực hiện luận án bao gồm:
+ Xác định bản chất hóa học và tỷ lệ thành phần của các cấu tử trong vật
liệu cao su chống rung của gối đỡ động cơ xăng và động cơ diesel xe ZIL131. Từ
các kết quả này đã xây dựng được các chỉ tiêu kỹ thuật đối với vật liệu cao su
chống rung để định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo.
+ Tổng hợp các phụ gia (nano silica biến tính bằng hợp chất silan, tổng hợp
etylenglycol dimetacrylat) phục vụ chế tạo vật liệu cao su chống rung trên cơ sở
cao su tự nhiên.

+ Nghiên cứu xây dựng đơn vật liệu cao su chống rung cho động cơ diesel
trên cơ sở cao su tự nhiên và các phụ gia nano silica biến tính và etylenglycol
dimetacrylat.
+ Chế tạo và thử nghiệm gối đỡ cao su cho động cơ diesel trên xe ZIL131.


7
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Rung động và các biện pháp chống rung động
Bất kỳ hoạt động nào của các loại động cơ, thiết bị máy móc cũng đều
sinh ra các loại rung động. Rung động là dao động cơ học của vật thể đàn
hồi, sinh ra khi trọng tâm và trục đối xứng của chúng xê dịch trong không
gian hoặc do sự thay đổi có tính chu kỳ hình dạng mà chúng có ở trạng thái
tĩnh [8]. Rung động của máy đơn giản là sự di chuyển qua lại của máy hoặc
các bộ phận máy. Rung động máy thường có thể cố ý được tạo ra nhờ thiết kế
của máy và tùy vào mục đích sử dụng của máy như sàng rung, phễu nạp liệu,
băng tải, máy đánh bóng, máy đầm hay dầm đất... Nhưng hầu hết, rung động
máy là không mong muốn và thường gây ảnh hưởng nghiêm trọng cho người
và máy. Rung động và cộng hưởng có thể làm nứt, gẫy các chi tiết máy như
đai ốc, bu lông, trục,… Tiếng ồn, kết quả của rung động, tác động đến người
vận hành máy trong một thời gian dài có thể gây mờ mắt, ù tai, làm việc kém
hiệu quả và một số bệnh nghề nghiệp khác. Rung động không được cách ly sẽ
truyền qua bất kỳ vật rắn nào như sàn nhà xưởng, tường, các đường ống…
gây ra nhiều thiệt hại. Tiếng ồn và rung động trong sản xuất là các tác hại
nghề nghiệp nếu cường độ của chúng vượt quá giới hạn cho phép [8].
Khái niệm cách ly rung động được hiểu là giảm thiểu ảnh hưởng của
rung động. Đệm cách ly rung động ở dạng cơ bản nhất là một bộ phận có tính
đàn hồi kết nối giữa thiết bị và chân đế (hình 1.1). Chức năng của đệm cách ly
là để giảm biên độ dịch chuyển được truyền từ chân đế đang rung đến thiết bị

(hình 1.1.a) hoặc làm giảm độ lớn của lực được truyền từ thiết bị đến chân đế
(hình 1.1.b) [63].
Hệ (a) là để cách ly hệ thống thiết bị từ nền kích rung. Ứng dụng này bao
gồm cách ly động đất trong xây dựng các tịa nhà, cách ly các cơng cụ có độ
chính xác cao khỏi bề mặt đang rung động và cách ly chỗ ngồi của hành


8
khách khỏi rung động của ô tô gây ra bởi đường gập ghềnh. Dịch chuyển u
phát sinh ra từ chân đế và dịch chuyển x được truyền đến thiết bị (khối lượng
m), với 𝜔 là vận tốc góc, rad/s: 𝑢 = 𝑢0 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡.
Hệ (b) là để cách ly các hệ thống rung động khỏi nền móng. Các ứng
dụng loại này bao gồm sự giảm động lực chuyển động đến nền được tạo ra
bởi sự rung máy móc hạng nặng và đồ gia dụng. Lực dao động F được gây ra
bởi thiết bị (khối lượng m) và lực FT được truyền đến chân đế: 𝐹 = 𝐹0 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡.

Hình 1.1 Sơ đồ mơ tả hệ cách ly rung động [31]
Tính hiệu quả của một linh kiện chống rung thường được đánh giá qua
hai cách: khả năng truyền qua và hiệu quả cách ly. Khả năng truyền qua là
một đại lượng tỷ lệ không thứ nguyên giữa động năng ra và động năng vào.
Trong khi đó, hiệu quả cách ly được định nghĩa là tỷ lệ giữa độ hao hụt ứng
suất so với ứng suất tác dụng. Hai khái niệm trên về cơ bản là giống nhau, là
hai cách để nói về cùng một vấn đề, ví dụ như hiệu quả cách ly 90% tương
đương khả năng truyền là 0,1 hay hiệu quả cách ly 75% tương đương khả
năng truyền là 0,25. Các linh kiện chống rung gắn với cùng một bộ phận sẽ
hoạt động như nhau với tần số tự nhiên, độ ổn định và các tính chất chống
rung tương đương nhau.


9

Các biện pháp kỹ thuật phòng chống tiếng ồn và giảm rung động có thể
được chia thành ba nhóm chính sau [50]:
- Biến đổi tần số dao động riêng: thay đổi tính đàn hồi và khối lượng của
các bộ phận máy móc để thay đổi tần số dao động riêng của chúng tránh cộng
hưởng;
- Phân tán năng lượng: bọc lót các bề mặt thiết bị chịu rung động bằng
các vật liệu hút hoặc chống rung động có ma sát nội lớn như bitum, cao su,
chất dẻo, matit đặc biệt;
- Cách ly rung động: sử dụng bộ phận giảm chấn bằng lò xo hoặc cao su
để cách ly rung động.
Khi thiết kế, chế tạo các trang thiết bị thì thường cả ba biện pháp trên
đều được áp dụng đồng thời để giảm thiểu ảnh hưởng của sự rung động. Tuy
nhiên, trong thực tế, biện pháp thứ hai và thứ ba cũng thường được áp dụng
để tiếp tục giảm thiểu tác hại của rung động đến trang thiết bị, máy móc và
con người trong quá trình sử dụng.
1.2. Vật liệu chống rung: Yêu cầu cơ bản và phân loại
1.2.1. Yêu cầu cơ bản của vật liệu chống rung
Vật liệu chống rung được sử dụng để hấp thụ năng lượng nhằm chống
rung động trong các hệ thống cơ khí và kết cấu. Tính chất đàn hồi có ảnh
hưởng rất nhiều đến khả năng chống rung. Hiệu suất chống rung của vật liệu
là tỷ lệ của phần năng lượng rung động truyền vào vật liệu và khả năng tiêu
tán năng lượng bên trong vật liệu đó [35].
Khi thiết kế vật liệu để chống rung cho một kết cấu nào đó, phải xét đến
đặc điểm rung động của kết cấu và các phương pháp, cách thức triệt tiêu rung
động [18],[19]. Hiện nay, trong kỹ thuật có hai giải pháp ứng dụng vật liệu
chống rung là loại tự do và loại ràng buộc (hình 1.2) [23],[35]. Giải pháp tự
do là dạng áp dụng vật liệu chống rung trên một hoặc cả hai mặt của kết cấu
(mặt còn lại của lớp vật liệu giảm rung là tự do). Giải pháp ràng buộc là dạng

10
áp dụng vật liệu chống rung giữa hai bộ phận kết cấu theo một phương thức
nào đó (cả hai mặt của lớp vật liệu giảm rung đều bị ràng buộc).

Hình 1.2 Giải pháp kết cấu chống rung
Cho dù đó là giải pháp tự do hay ràng buộc thì khả năng chống rung của
kết cấu cũng phụ thuộc chủ yếu vào tổn hao cơ học và mô đun động của vật
liệu (được chia thành mô đun lưu trữ và mô đun tổn hao). Do đó, việc nghiên
cứu cơ chế hình thành tổn hao cơ học và mô đun động lực của vật liệu và tối
ưu phương pháp chế tạo vật liệu là vấn đề cốt lõi, mấu chốt của việc chế tạo
ra vật liệu chống rung có tính năng ưu việt.
Tổn hao cơ học tanδ: Được coi là thông số cơ bản để đánh giá khả năng
tiêu tán năng lượng trong vật liệu đàn hồi. Tanδ, thu được bằng cách chia môđun tổn hao (E") cho mô-đun lưu trữ (E') [37], trong đó, mơ-đun lưu trữ cho
biết khả năng tích trữ năng lượng trong vật liệu khi chịu ứng suất trong q
trình biến dạng và nó cũng là sự phản ánh độ cứng của vật liệu. Phần ảo 𝐸 ′′
được gọi là mô-đun tổn hao, phản ánh năng lượng bị tiêu hao do nhiệt năng
tiêu thụ trong quá trình biến dạng của vật liệu. Thông thường giá trị tanδ yêu
cầu càng lớn càng tốt, tanδ càng lớn thì nội ma sát của vật liệu chống rung
càng lớn, biên độ suy giảm theo đó cũng tăng theo, tác dụng chống rung động
của kết cấu chống rung càng rõ ràng. Tuy nhiên, đối với vật liệu chống rung,
không thể đơn phương theo đuổi giá trị tổn hao cơ học lớn. Vì đối với các sản
phẩm vật liệu làm chống rung hiện nay, giá trị tổn hao cơ học càng lớn thì
khoảng nhiệt độ chống rung tối ưu càng hẹp và sự phụ thuộc vào nhiệt độ
càng lớn. Đồng thời, tổn hao cơ học của vật liệu và đặc tính cơ học là một cặp
thông số đối lập nhau, khi tổn hao cơ học của vật liệu chống rung càng lớn thì