tóm tắt luận án tiên sĩ nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend bền môi trường và dầu mỡ

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN HOÁ HỌC





TRẦN KIM LIÊN




NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU
CAO SU BLEND BỀN MÔI TRƢỜNG VÀ DẦU MỠ



Chuyên ngành: Hoá Hữu cơ
Mã số: 62.44.27.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC




HÀ NỘI - 2012

2
Công trình được hoàn thành tại: Phòng Công nghệ Polyme – Viện Hoá học –
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.



Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS TS Đỗ Quang Kháng
2. PGS TS Phạm Thế Trinh




Phản biện 1:
……………………………………………………………….
Phản biện 2:
……………………………………………………………….
Phản biện 3:
……………………………………………………………….


Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp cơ sở chấm luận án tiến sĩ họp tại Viện

Hoá học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
vào hồi …… giờ 00 , ngày…….tháng…….năm…….








Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.


3

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐƢỢC CÔNG BỐ
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Do Quang Khang, Tran Kim Lien, Luong Nhu Hai, Do Quang Minh,
Preparation And Properties Of Rubber Blends Based On Nitrile Butadiene Rubber And
Chloroprene Rubber, International Scientific Conference on “Chemistry for
Development and Integration”, 2008, 960-968, Hanoi.
2. Trần Kim Liên, Phạm Thế Trinh, Đỗ Quang Kháng, Cao su blend – Tình
hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam, Tạp chí Công nghiệp hóa chất, 2009, số 9, 7-
10.
3. Trần Kim Liên, Lương Như Hải, Phạm Thế Trinh, Nguyễn Quang Khải,
Đỗ Quang Minh, Đỗ Quang Kháng, Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới tính chất
cơ lý của blend trên cơ sở cao su nitril butadien và cao su clopren, Tạp chí Hóa học,

2010, 48 (1), 56-60.
4. Trần Kim Liên, Lương Như Hải, Đỗ Quang Minh, Đỗ Quang Kháng, Ảnh
hưởng 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, 2010, 48 (2), 222-227.
5. Đỗ Quang Kháng, Lương Như Hải, Trần Kim Liên, Phạm Quang Huy,
Phạm Anh Dũng, Nguyễn Mạnh Cường, Một số kết quả nghiên cứu chế tạo và ứng
dụng vật liệu cao su blend, Tạp chí Hóa học, 2010, 48 (4A), 370-375.
6. Trần Kim Liên, Đỗ Thị Tố Uyên, Lương Như Hải, Nguyễn Quang Khải,
Đỗ Quang Kháng, Nghiên cứu chế tạo vật liệu blend ba cấu tử trên cơ sở cao su nitril
butadien, cao su clopren và polyvinylclorua, Tạp chí Hóa học, 2011, 49 (3), 380-384.
7. Đỗ Quang Kháng, Nguyễn Thành Nhân, Lương Như Hải, Trần Kim Liên,
Hoàng Tuấn Hưng, Nguyễn Quang Khải, Một số kết quả nghiên cứu chế tạo và ứng
dụng vật liệu cao su blend tính năng cao, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 2011, 49
(6C), 71–76.
8. Trần Kim Liên, Phạm Hồng Hải, Đỗ Quang Kháng, Áp dụng phương pháp
quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu chế tạo vật liệu blend ba cấu tử trên cơ sở
NBR-CR-PVC, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 2011, 49 (6) (đã nhận đăng).








4
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận án
Ngày nay, vật liệu polyme blend nói chung và cao su blend nói riêng được

nghiên cứu ứng dụng trên khắp thế giới. Với mức tiêu thụ hàng năm cỡ 1,5 triệu tấn,
tương đương với tốc độ tăng trưởng 8 10% mỗi năm, có thể thấy đây là loại vật liệu có
tốc độ phát triển nhanh và ngày càng có vai trò quan trọng trong nền kinh tế, kỹ thuật
hiện tại và trong tương lai. Nhiều loại cao su blend có tính năng đặc biệt như bền cơ,
bền nhiệt, bền môi trường, hóa chất và dầu mỡ đã trở thành thương phẩm trên thị
trường quốc tế.
Ở Việt Nam, trong những năm qua cũng có nhiều công trình nghiên cứu chế
tạo và ứng dụng các loại cao su blend mang lại những hiệu quả khoa học, kinh tế - xã
hội đáng kể. Tuy nhiên, những nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào một số hệ blend
trên cơ sở cao su thiên nhiên nên phạm vi ứng dụng còn hạn chế. Riêng các vật liệu cao
su blend có tính năng cao, bền môi trường và dầu mỡ, nhất là các hệ blend trên cơ sở
cao su tổng hợp, để chế tạo các sản phẩm cho công nghệ cao vẫn còn chưa được quan
tâm nghiên cứu, ứng dụng nhiều. Trong khi đó, hàng năm nước ta vẫn phải nhập hàng
trăm tấn sản phẩm cao su kỹ thuật các loại với giá cao để phục vụ cho phát triển kinh tế,
xã hội. Từ thực tế đó, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend
bền môi trường và dầu mỡ” làm chủ đề cho luận án của mình.

2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án
Mục tiêu nghiên cứu
Chế tạo được vật liệu cao su blend có tính năng cơ lý tốt, bền dầu mỡ và môi
trường (thời tiết), có giá thành hợp lý, đáp ứng yêu cầu để chế tạo các sản phẩm cao su
kỹ thuật có yêu cầu cao về bền dầu mỡ và thời tiết. Từ vật liệu nhận được chế tạo ra sản
phẩm ứng dụng trong thực tế.
Trong luận án này, chúng tôi chọn đối tượng nghiên cứu là các hệ cao su blend
hai cấu tử và ba cấu tử trên cơ sở cao su nitril butadien (NBR), cao su cloropren (CR) và
polyvinylclorua (PVC).
Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend hai cấu tử NBR/PVC, NBR/CR,
CR/PVC. Trong đó, lựa chọn khảo sát: ảnh hưởng của tỷ lệ cấu tử tới tính chất cơ học,
độ bền dầu mỡ (thông qua độ trương trong xăng A 92 và dầu biến thế), cấu trúc hình

thái bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM), độ bền nhiệt bằng phương pháp
phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), độ bền môi trường theo tiêu chuẩn Việt Nam và thế
giới (TCVN 2229-77 và ASTM D 4857-91) từ đó rút ra tỷ lệ cấu tử thích hợp của từng
loại blend cũng như khả năng bền dầu mỡ và thời tiết của chúng làm cơ sở để nghiên
cứu chế tạo hệ blend ba cấu tử NBR/CR/PVC và triển khai các nghiên cứu tiếp theo.
- Nghiên cứu sử dụng các chất biến đổi cấu trúc, làm tương hợp trên cơ sở dầu
trẩu (D01) và nhựa phenol formandehyt biến tính dầu vỏ hạt điều (DLH) để nâng cao
tính năng cơ lý, kỹ thuật của blend NBR/CR và NBR/CR/PVC.
- Dùng phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm để xác định tỷ lệ tối ưu của
blend ba cấu tử NBR/CR/PVC.
- Đánh giá khả năng ứng dụng của các vật liệu chế tạo được.

5
- Xây dựng công nghệ chế tạo sản phẩm cao su kỹ thuật bền dầu mỡ và thời
tiết từ vật liệu chế tạo được để ứng dụng trong thực tế.

3. Những điểm mới của luận án
Đã chế tạo thành công hệ blend 3 thành phần NBR/CR/PVC trên cơ sở tổ hợp
NBR/CR (50/50) với 20% PVC. Hệ này có các tính chất cơ lý tốt, bền dầu mỡ, bền môi
trường và giá thành hợp lý để sản xuất các loại gioăng đệm cho máy biến thế làm việc
lâu dài ngoài trời.
Đã sử dụng thành công chất biến đổi cấu trúc DLH trên cơ sở nhựa phenol
formaldehyt biến tính dầu vỏ hạt điều để cải thiện tính năng cơ lý, kỹ thuật của vật liệu
blend NBR/CR và NBR/CR/PVC. Với hàm lượng 1%, DLH đã giúp cho các thành phần
NBR, CR, PVC tương hợp tốt hơn, làm gia tăng các tính chất của vật liệu.
Đã áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm tìm tỷ lệ thành phần tối ưu hệ
blend 3 cấu tử NBR/CR/PVC và đồng thời, kiểm tra, đánh giá độ tin cậy của những kết
quả nghiên cứu thu được.
Đã xây dựng thành công quy trình chế tạo vật liệu blend 3 thành phần trên cơ sở
NBR, CR và PVC và quy trình chế tạo gioăng đệm cho máy biến thế từ vật liệu blend

NBR/CR/PVC/DLH=40/40/20/1. Công nghệ này đã được chuyển giao để sản xuất ra
sản phẩm phục vụ cho nhiều cơ sở chế tạo máy biến thế trong nước.

4. Bố cục của luận án
Luận án dày 148 trang với 40 bảng và 27 hình. Kết cấu của luận án: Lời mở đầu
(2 trang), Chương 1 Tổng quan (50 trang), Chương 2 Vật liệu và phương pháp nghiên
cứu (19 trang), Chương 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận (58 trang), Kết luận (2
trang). Phần Danh mục các công trình khoa học đã được công bố liên quan đến luận án
(2 trang), Tài liệu tham khảo (15 trang) với 139 tài liệu và Phụ lục (58 trang).


NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Những khái niệm cơ bản về polyme blend: Khái niệm về polyme blend, Sự
tương hợp của các polyme: khả năng trộn hợp, phân loại vật liệu polyme blend.
1.2. Sự tương hợp của polyme blend: Nhiệt động học của quá trình trộn hợp
polyme blend; Xác định khả năng tương hợp của polyme blend.
1.3. Các phương pháp chế tạo polyme blend (cao su blend): Chế tạo polyme
blend từ dung dịch polyme; chế tạo polyme blend từ hỗn hợp các latex polyme; chế tạo
polyme blend ở trạng thái nóng chảy.
1.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của vật liệu cao su blend
- Giới thiệu chung: Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của vật liệu cao su
blend của Thế giới và Việt Nam.
- Một số cao su tổng hợp bền dầu mỡ, nhiệt và thời tiết: Giới thiệu cụ thể một
số cao su tổng hợp như: Cao su cloropren; cao su polyetylen clo hóa; cao su closulfon
polyetylen hay cao su Hypalon; cao su nitril/nitril butadien; cao su nitril butadien hydro
hóa; cao su epiclohydrin; cao su etylen-acrylic; cao su flo (fluoroelastomer); cao su pe-

6

flo (pefluoroelastomer); cao su polyacrylat; cao su polysulfua (tiocol); cao su silicon
(polydimetyl siloxan); cao su flocacbon; cao su butyl; cao su clobutyl.
- Một số hệ cao su blend tính năng cao: Hệ cao su blend trên cơ sở cao su
NBR với cao su thiên nhiên; hệ blend trên cơ sở cao su NBR với cao su thiên nhiên
epoxy hóa (ENR); hệ blend trên cơ sở cao su NBR với PVC; hệ blend trên cơ sở cao su
NBR với cao su SBR; hệ blend trên cơ sở cao su NBR với cao su CR; hệ blend trên cơ
sở cao su CR với PVC; hệ blend trên cơ sở cao su NBR với CR và PVC và một số hệ
blend có khả năng chịu dầu khác.

CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM

2.1. Nguyên liệu và thiết bị nghiên cứu
2.1.1. Nguyên liệu, hóa chất
- Cao su NBR sử dụng là KOSYN – KNB 35L (Hàn Quốc) có hàm lượng
nhóm acrylonitril 34%; Cao su CR sử dụng là loại SKYPRENE – B5 của hãng TOSOH
(Nhật Bản); PVC sử dụng là loại PVC – S có ký hiệu SG 710 (Việt Nam);
- Chất độn và các phụ gia gồm: than đen loại N 330 HAF (Trung Quốc); Silic
đioxit loại ZEOSIL 155 (Hàn Quốc); Lưu huỳnh của hãng Sae Kwang Chemical IND.
Co. Ltd. (Hàn Quốc); Xúc tiến DM (disulfua benzothiazyl) và xúc tiến D (diphenyl
guanidin) (Trung Quốc); Axit stearic của PT. Orindo Fine Chemical (Indonesia); Oxit
kẽm Zincollied (Ấn Độ); Chất ổn định cadimi stearat và bari stearat sản phẩm của Viện
Công nghệ Xạ hiếm; Phòng lão A (aldol-naphtyl-amin) và phòng lão D (phenyl-
naphtyl-amin) (Trung Quốc); Chất hóa dẻo DOP (dioctyl phtalat) (Trung Quốc);
- Chất biến đổi cấu trúc DLH (nhựa phenol-formaldehyt biến tính dầu vỏ hạt
điều) và D01 (từ dầu trẩu) được chế tạo tại Phòng Công nghệ Vật liệu Polyme, Viện
Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam;
- Xăng A92 (Việt Nam), dầu biến thế (Singapo);
- Các dung môi hữu cơ: xyclohexanon, axeton, toluen và một số hóa chất khác
loại tinh khiết phân tích của Đức và Trung Quốc.
2.1.2. Thiết bị thí nghiệm

- Thiết bị trộn kín Haake Polylab System Rheomix của hãng Haake (Đức);
- Máy cán thí nghiệm của hãng TOYOSEIKI (Nhật Bản);
- Máy ép thí nghiệm có gia nhiệt của hãng TOYOSEIKI (Nhật Bản);
- Máy đo độ bền kéo đứt YG - 632 (Đài Loan);
- Đồng hồ đo độ cứng (Shore A) TECLOCK (Jis K6301A) (Nhật Bản);
- Kính hiển vi điện tử quét (SEM) JSM - 5300 và JSM 6490 của hãng JEOL
(Nhật Bản);
- Máy phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) SHIMADZU TGA - TA50 (Nhật
Bản) và máy phân tích nhiệt của hãng SETARAM (Pháp);
- Tủ sấy Memmert (Đức);
- Tủ thử nghiệm thời tiết gia tốc UVCON của hãng ATLAS (Mỹ);
- Máy chụp phổ hồng ngoại Impact - 410 Nicolet (Mỹ);
- Máy đo độ bền mài mòn Y - 634 (Đài Loan);
- Cân phân tích, khuôn ép mẫu và dao cắt mẫu, thước Panme.


7
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp chế tạo vật liệu
2.2.1.1. Chế tạo mẫu cao su blend NBR/PVC
Nguyên liệu,
hóa chất
Hàm lƣợng (pkl)
Quy trình chế tạo
PVC-S
NBR
DOP
Cd-stearat
Ba-stearat
Axit stearic

S
ZnO
Xúc tiến D
Xúc tiến DM
Than đen N 330
SiO
2

0 100
100 0
60 (% theo PVC)
1,5 (% theo PVC)
1,5 (% theo PVC)
1
3
5
0,3
0,6
30
12
● Bước 1: Trộn riêng PVC với chất ổn
định cadimi stearat, bari stearat và chất hóa
dẻo DOP, sau đó đem ủ nhiệt ở 70
o
C trong
6 giờ.
● Bước 2: Lấy PVC đã được trộn chất
hóa dẻo trộn tiếp với cao su NBR và các
phụ gia trong máy trộn kín ở 170
o

C, thời
gian 7 phút và tốc độ 50 vòng/phút.
● Bước 3: Hợp phần cao su - nhựa sau khi
trộn kín được để nguội và đem trộn xúc
tiến với lưu huỳnh trên máy cán 2 trục
trong 5 phút ở nhiệt độ nhỏ hơn 50
o
C.
● Bước 4: Mẫu vật liệu được ép trên máy
ép thuỷ lực theo chế độ sau: nhiệt độ lưu
hóa 170
o
C, áp suất ép 6kg/cm
2
, thời gian
15 phút.
● Bước 5: Lấy khuôn ra và để nguội từ từ
rồi mới lấy mẫu.
2.2.1.2 Chế tạo mẫu cao su blend NBR/CR
Nguyên liệu,
hóa chất
Hàm lƣợng (pkl)
Quy trình chế tạo
NBR
CR
Axit stearic
S
ZnO
Xúc tiến D
Xúc tiến DM

Than đen N 330
SiO
2

0 100
100 0
1
3
5
0,3
0,6
30
12
● Bước 1: Trộn CR, NBR và các phụ gia
trên máy trộn kín ở 170
o
C trong 7 phút với
tốc độ 50 vòng/phút
● Bước 2: Hỗn hợp cao su sau khi trộn kín
được để nguội và đem trộn với xúc tiến và
lưu huỳnh trên máy cán 2 trục trong 5 phút
ở nhiệt độ nhỏ hơn 50
o
C.
● Bước 3: Mẫu vật liệu được ép trên máy ép
thủy lực có gia nhiệt theo chế độ: nhiệt độ lưu
hóa là 170
o
C, áp suất 6 kg/cm
2

trong thời gian
15 phút.
● Bước 4: Lấy khuôn ra để nguội từ từ rồi
lấy mẫu ra.
2.2.1.3 Chế tạo mẫu cao su blend CR/PVC
Nguyên liệu,
hóa chất
Hàm lƣợng (pkl)
Quy trình chế tạo
PVC-S
CR
DOP
Cd-stearat
Ba-stearat
Axit stearic
S
ZnO
Xúc tiến M
0 100
100 0
60 (% theo PVC)
1,5 (% theo PVC)
1,5 (% theo PVC)
1
3
5
0,3
● Bước 1: Trộn riêng PVC với chất ổn định
cadimi stearat, bari stearat và chất hóa dẻo
DOP, sau đó đem ủ nhiệt ở 70

o
C trong 6
giờ.
● Bước 2: Lấy PVC đã được trộn chất hóa
dẻo trộn tiếp với cao su CR và các phụ gia
trong máy trộn kín ở 170
o
C, thời gian 7
phút và tốc độ 50 vòng/phút.
● Bước 3: Hợp phần cao su - nhựa sau khi
trộn kín để nguội và đem trộn với xúc tiến
và lưu huỳnh ở nhiệt độ thường trên máy

8
Xúc tiến DM
Than đen N 330
SiO
2

0,6
30
12
cán 2 trục trong 5 phút ở nhiệt độ nhỏ hơn
50
o
C.
● Bước 4: Mẫu vật liệu được ép trên máy
ép thuỷ lực theo chế độ sau: nhiệt độ lưu
hóa 170
o

C, áp suất ép 6kg/cm
2
, thời gian 15
phút.
● Bước 5: Lấy khuôn ra và để nguội từ từ
rồi mới lấy mẫu.
2.2.1.4 Chế tạo mẫu cao su blend NBR/CR/PVC
Nguyên liệu,
hóa chất
Hàm lƣợng (pkl)
Quy trình chế tạo
NBR
CR
PVC
DOP
Cd-stearat
Ba-stearat
Axit stearic
S
ZnO
Xúc tiến D
Xúc tiến DM
Than đen N 330
SiO
2

x
1
x
2

x
3
60 (% theo PVC)
1,5 (% theo PVC)
1,5 (% theo PVC)
1
3
5
0,3
0,6
30
12
Bước 1: Trộn riêng PVC với các chất ổn
định cadimi stearat, bari stearat và chất hóa
dẻo DOP, sau đó đem ủ ở nhiệt độ 70
o
C trong
6 giờ.
● Bước 2: Lấy PVC đã được trộn chất hóa
dẻo trộn với hai cao su (CR, NBR) và các
phụ gia trên máy trộn kín ở 170
o
C, thời
gian 7 phút và tốc độ 50 vòng/phút.
● Bước 3: Hợp phần cao su - nhựa và phụ
gia được phối trộn với chất xúc tiến và lưu
huỳnh trên máy cán 2 trục trong 5 phút ở
nhiệt độ nhỏ hơn 50
o
C.

● Bước 4: Mẫu vật liệu được ép trên máy ép
thuỷ lực có gia nhiệt theo chế độ: nhiệt độ lưu
hóa 170
o
C, với áp suất 6 kg/cm
2
trong thời gian
15 phút.
● Bước 5: Lấy khuôn ra để nguội từ từ rồi
lấy mẫu ra.
Điều kiện
x
1
+ x
2
+ x
3
= 100

2.2.2. Phương pháp xác định tính chất, cấu trúc vật liệu cao su blend
Phương pháp đo độ bền kéo đứt theo tiêu chuẩn TCVN 4509 : 2006 hoặc ISO
37 – 2006; Phương pháp xác định độ dãn dài khi đứt theo TCVN 4509 : 2006; Phương
pháp xác định độ dãn dài dư theo TCVN 4509 : 2006; Phương pháp xác định độ cứng
của vật liệu cao su blend theo tiêu chuẩn TCVN 1595-1:2007 hoặc tiêu chuẩn ISO
7619-1:2004; Phương pháp xác định độ mài mòn của cao su blend theo tiêu chuẩn Việt
Nam TCVN 1594 - 87; Phương pháp xác định khối lượng riêng của cao su blend theo
tiêu chuẩn TCVN 4866 : 2007; Phương pháp xác định độ trương của vật liệu cao su
blend trong môi trường xăng, dầu theo tiêu chuẩn TCVN 2752 : 2008 hoặc theo tiêu
chuẩn ISO 1817 – 2005; Phương pháp xác định hệ số già hóa của vật liệu cao su blend:
Phương pháp xác định hệ số già hóa của vật liệu cao su blend theo tiêu chuẩn TCVN

2229-77 và Phương pháp xác định hệ số già hóa của vật liệu trong môi trường bức xạ
nhiệt ẩm theo tiêu chuẩn ASTM D 4587-91; Phương pháp kính hiển vi điện tử quét
(SEM); Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA).
2.2.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
- Mô hình thực nghiệm thống kê trên cơ sở kết quả thực nghiệm thụ động;
- Quy hoạch thực nghiệm theo kế hoạch mạng đơn hình Sheffe;
- Quy hoạch thực nghiệm khảo sát phần cục bộ của biểu đồ thành phần – tính
chất theo kế hoạch Mc Lean – Anderson.


9
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su nitril butadien và
nhựa polyvinyl clorua
3.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu blend
NBR/PVC
Từ kết quả nghiên cứu nhận thấy rằng, độ bền kéo đứt của vật liệu cao nhất khi
hàm lượng PVC ở 20 30%, thấp nhất ở hàm lượng 50% PVC (trừ độ cứng tăng dần
theo sự tăng hàm lượng PVC).
3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng và dầu của vật liệu
3.1.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng A 92 của vật liệu
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa PVC tới độ trương trong xăng A92 của vật
liệu blend NBR/PVC
Hàm lƣợng
PVC (%)
Độ trƣơng (% khối lƣợng)
Sau 6 giờ
Sau 24 giờ
Sau 48 giờ

Sau 72 giờ
0
8,19
14,90
19,10
21,44
10
6,39
11,29
15,78
16,81
20
5,05
8,59
11,03
11,68
30
4,25
7,35
9,31
9,52
40
4,27
7,46
9,50
9,73
50
4,48
7,62
9,67

9,79
60
4,56
7,72
9,81
9,95
70
4,40
7,48
9,45
9,62
80
4,59
7,79
9,92
9,97
90
4,47
7,58
9,61
9,72
100
3,64
5,23
6,59
6,78
Độ trương của vật liệu NBR/PVC trong xăng A 92 giảm dần theo chiều tăng
của PVC. Độ trương có giá trị thấp nhất ở tỷ lệ 30% PVC.
3.1.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu

blend NBR/PVC
Hàm lƣợng
PVC(%)
Độ bền kéo đứt
(MPa)
Độ dãn dài khi đứt
(%)
Độ cứng
(Shore A)
0
23,40
560
67,5
10
24,10
512
68,0
20
25,39
506
69,0
30
25,08
480
70,0
40
19,67
433
71,0
50

13,32
284
73,0
60
14,00
240
75,0
70
16,50
235
78,0
80
18,60
240
81,0
90
21,20
245
83,0
100
23,00
250
85,0

10
Hàm lƣợng
PVC (%)
Độ trƣơng (% khối lƣợng)
Sau 120 giờ
Sau 240 giờ

Sau 480 giờ
Sau 720 giờ
0
-
-
-
-
10
-
-
-
-
20
-
-
-
-
30
-
-
-
-
40
-
0,15
0,18
0,20
50
-
0,27

0,30
0,32
60
-
0,29
0,31
0,33
70
-
0,32
0,35
0,37
80
-
0,35
0,37
0,39
90
-
0,33
0,35
0,30
100
-
-
-
-
Nhận thấy rằng, ở mọi tỷ lệ vật liệu NBR/PVC hầu như không bị trương khi
ngâm trong dầu biến thế ít hơn 120 giờ và với hàm lượng PVC thấp hơn 40% vật liệu
cũng không bị trương khi ngâm đến 720 giờ, nhưng khi biến tính trên 40% PVC thì sau

240 giờ ngâm vật liệu có hiện tượng bị trương. Độ trương của vật liệu tăng dần khi tăng
dần hàm lượng PVC và thời gian ngâm. Tuy nhiên, độ trương tăng chậm dần và không
tăng tiếp sau khi ngâm vật liệu trên 720 giờ.
3.1.3. Nghiên cứu độ bền môi trường của vật liệu
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
0 20 40 60 80 100
Hàm lƣợng PVC (%)
Hệ số già hóa

Hình 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới hệ số già hóa của vật liệu blend
NBR/PVC
Nhận thấy rằng, hệ số già hóa của vật liệu tăng khi tăng hàm lượng PVC tới
khoảng 20 30%. Khi hàm lượng PVC lớn hơn 30% hệ số già hóa của vật liệu hơi
giảm xuống và lại tiếp tục tăng khi hàm lượng PVC lên trên 60%. Từ các kết quả
nghiên cứu có thể thấy vật liệu NBR/PVC có khả năng tương hợp tốt ở hàm lượng PVC
≤ 30%. Chính vì vậy ở tỷ lệ này vật liệu có cấu trúc chặt chẽ, tính năng cơ lý tốt, bền
dầu mỡ và môi trường (thời tiết) hơn hẳn ở các tỷ lệ khác.
3.2. Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su cloropren và nhựa
polyvinyl clorua
3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ học của vật liệu blend
CR/PVC

11

Hàm lƣợng
PVC (%)
Độ bền kéo đứt
(MPa)
Độ dãn dài khi đứt
(%)
Độ cứng
(Shore A)
0
15,39
408
73,0
10
14,32
390
74,0
20
13,1
315
75,0
30
11,4
230
76,0
40
9,8
110
77,0
50
9,15

85
78,5
60
9,25
90
79,5
70
11,3
120
81,5
80
15,8
180
82,5
90
19,5
210
83,5
100
23,00
250
85,0
Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi biến tính cao su CR bằng nhựa PVC, độ bền
kéo đứt của vật liệu giảm xuống rõ rệt, nhất là khi hàm lượng PVC đạt đến 50 60%.
Riêng đối với độ cứng thì có sự tăng đều đặn khi tăng dần hàm lượng PVC.
3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng và dầu của vật liệu
3.2.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng A 92 của vật liệu
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong xăng A92 của vật liệu
blend CR/PVC
Hàm lƣợng

PVC (%)
Độ trƣơng (% khối lƣợng)
Sau 6 giờ
Sau 24 giờ
Sau 48 giờ
Sau 72 giờ
0
48,68
49,68
49,70
49,86
10
44,96
47,56
48,09
48,87
20
38,02
41,43
42,82
43,25
30
33,79
36,72
38,76
39,19
40
27,39
32,71
33,94

34,22
50
27,46
33,36
34,72
35,28
60
22,42
25,65
27,75
28,16
70
15,73
19,34
21,63
22,41
80
10,86
13,89
15,08
15,87
90
6,42
8,24
9,61
10,09
100
3,64
5,23
6,59

6,78
Khi tăng dần hàm lượng PVC thì độ trương trong xăng của vật liệu giảm dần.
3.2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu
blend CR/PVC
Hàm lƣợng
PVC (%)
Độ trƣơng (% khối lƣợng)
Sau 120 giờ
Sau 240 giờ
Sau 480 giờ
Sau 720 giờ
0
0,61
1,12
2,05
2,14
10
0,59
1,09
2,01
2,07
20
0,55
1,03
1,99
2,02
30
0,51
0,99

1,69
1,85

12
40
0,47
0,92
1,45
1,51
50
0,58
0,99
1,59
1,73
60
0,41
0,86
1,31
1,42
70
0,32
0,73
1,10
1,22
80
0,25
0,55
0,84
0,90
90

-
0,33
0,45
0,52
100
-
-
-
-
Khi biến tính cao su CR với nhựa PVC thì độ trương của vật liệu giảm dần khi
tăng hàm lượng PVC. Song ở tỷ lệ 50% PVC lại xẩy ra hiện tượng độ trương hơi tăng
hơn so với những tỷ lệ khác, sau đó có xu hướng giảm dần. Khi tăng tiếp hàm lượng
PVC tới 80 90% và ở hàm lượng này của PVC vật liệu hầu như không bị trương hoặc
bị trương rất ít khi ngâm trong thời gian dài.
3.2.3. Nghiên cứu độ bền môi trường của vật liệu
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
0 20 40 60 80 100
Hàm lƣợng PVC (%)
Hệ số già hóa

Hình 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới hệ số già hóa của vật liệu
Nhìn vào đồ thị có thể thấy sự có mặt PVC trong tổ hợp vật liệu làm cho hệ số
già hóa của vật liệu giảm xuống, có giá trị thấp nhất khi hàm lượng PVC là 50% và sau
đó lại có xu hướng tăng lên khi tiếp tục tăng hàm lượng PVC lên trên 50%. Từ các kết

quả nghiên cứu trên cho thấy CR và PVC không tương hợp với nhau.
3.3. Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend trên cơ sở cao su nitril butadien và
cao su cloropren
3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới tính chất cơ học của vật liệu
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới tính chất cơ học của vật liệu blend
NBR/CR
Hàm lƣợng CR
(%)
Độ bền kéo
đứt (MPa)
Độ dãn dài
khi đứt (%)
Độ mài mòn
(cm
3
/1,61km)
Độ cứng
(Shore A)
0
23,40
560
0,697
67,5
10
18,53
420
0,768
68,0
20
18,69

435
0,784
68,5
30
19,20
458
0,790
69,0
40
19,49
487
0,785
69,0
50
21,56
538
0,782
69,0
60
20,62
495
0,830
71,0
70
19,48
450
0,896
71,5
80
18,10

384
0,934
72,0

13
90
16,28
365
0,938
72,5
100
15,39
408
0,905
73,0
Từ kết quả nghiên cứu thu được 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 khi hàm lượng CR
khoảng 10% sau đó tiếp tục tăng lên và đạt giá trị cao nhất ở khoảng 50% và sau đó lại
giảm. Riêng độ mài mòn của vật liệu tăng chậm khi hàm lượng CR tăng đến 50% và tại
hàm lượng CR khoảng 50% độ mài mòn có xu hướng giảm nhẹ sau đó lại tăng nhanh
khi tiếp tục tăng hàm lượng CR, còn độ cứng tăng dần đều theo chiều tăng của CR.
3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ bền trong xăng và dầu của vật liệu
3.3.2.1. Độ trương trong xăng A92 của vật liệu
0
10
20
30
40
50
60

0 20 40 60 80 100
Hàm lƣợng CR (%)
Độ trƣơng (%)
Mẫu ngâm sau 6 giờ
Mẫu ngâm sau 24 giờ
mẫu ngâm sau 48 giờ
Mẫu ngâm sau 72 giờ

Hình 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ trương trong xăng A92 của vật liệu
Nhận thấy rằng, khi hàm lượng CR tăng thì nhìn chung độ trương của vật liệu
có xu hướng tăng. Tuy nhiên, khi hàm lượng CR đạt khoảng 30 50% thì độ trương
của vật liệu lại giảm và đạt giá trị cực tiểu ở khoảng hàm lượng CR 50% (tuy những giá
trị này vẫn cao hơn khi hàm lượng CR trong khoảng 0 20%) và sau đó lại tiếp tục tăng
khi tăng hàm lượng CR trên 50%.
3.3.2.2. Độ trương trong dầu biến thế của vật liệu
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của hàm lượng CR tới độ trương trong dầu biến thế của vật liệu
blend NBR/CR
Hàm lƣợng
CR (%)
Độ trƣơng (% khối lƣợng)
Sau 120 giờ
Sau 240 giờ
Sau 480 giờ
Sau 720 giờ
0
-
-
-
-
10

-
-
-
-
20
-
-
-
-
30
-
0,26
0,68
0,73
40
-
0,42
0,89
0,92
50
-
0,39
0,86
0,90
60
0,46
0,79
1,18
1,21
70

0,57
1,01
1,45
1,48
80
0,62
1,28
2,12
2,17
90
1,13
1,62
2,38
2,42
100
0,61
1,12
2,05
2,14

14
Khi hàm lượng CR đạt tới 50% thì 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% thì sau
thời gian ngâm 120 giờ đã có hiện tượng trương tuy mức độ trương không đáng kể.
Hiện tượng trương tăng nhẹ khi hàm lượng CR tiếp tục tăng. Ở mẫu CR 100 % cũng có
hiện 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.
3.3.3. Nghiên cứu độ bền môi trường của vật liệu
Bảng 3.9. Hệ số già hóa của vật liệu blend NBR/CR trong môi trường bức xạ, nhiệt, ẩm;
trong không khí và trong dầu biến thế

Vật liệu
Hệ số già hóa sau
10 chu kỳ bức xạ,
nhiệt, ẩm
Hệ số già hóa trong
không khí
(ở 70
o
C, 96 giờ)
Hệ số g

(ở 70
o
C, 96 giờ)
NBR
0,85
0,87
0,88
CR
0,96
0,91
0,92
NBR/CR (50/50)
0,92
0,90
0,91

, hệ số già hóa của vật liệu blend
NBR/CR (50/50) cao hơn hẳn so với vật liệu NBR (tuy nhiên còn thấp hơn CR một
chút). Điều đó chứng tỏ vật liệu blend có khả năng chịu bức xạ, nhiệt, ẩm tốt hơn hẳn

vật liệu NBR.
3.3.4. Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu




















Kết quả nghiên cứu theo phương pháp SEM thấy rằng, sau khi thử nghiệm bức
xạ nhiệt ẩm 120 giờ, mẫu vật liệu NBR đã bị rạn nứt (Hình 3.4) trong khi đó ở các mẫu
vật liệu NBR/PVC (70/30) (Hình 3.6) và mẫu vật liệu NBR/CR (50/50) (Hình 3.5)
không thấy có hiện tượng bị phá hủy trên bề mặt. Mẫu blend NBR/CR tỷ lệ 80/20 (Hình
Hình 3.7. Ảnh SEM bề mặt cắt mẫu vật
liệu NBR/CR (80/20)

Hình 3.5. Ảnh SEM bề mặt mẫu

vật liệu NBR/CR (50/50) sau khi
thử nghiệm


Hình 3.4. Ảnh SEM bề mặt mẫu vật
liệu NBR sau khi thử nghiệm

Hình 3.8. Ảnh SEM bề mặt cắt mẫu vật
liệu NBR/CR (50/50)

Hình 3.6. Ảnh SEM bề mặt mẫu
vật liệu NBR/PVC (70/30) sau khi
thử nghiệm


15
3.7) có sự phân pha rõ rệt, trong khi ở tỷ lệ 50/50, các cấu tử cao su phân tán tốt vào
nhau, hiện tượng phân pha không rõ ràng (Hình 3.8).
3.4. Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend 3 cấu tử trên cơ sở cao su nitril
butadien, cao su cloropren và polyvinyl clorua
Trên cơ sở chọn được tỷ lệ NBR/CR 50/50, biến tính tiếp tục với PVC để chế
tạo vật liệu cao su blend 3 cấu tử NBR/CR/PVC
3.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ lý của vật liệu
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới tính chất cơ học của hệ
(NBR/CR)/PVC
Hàm lƣợng
PVC (%)
Độ bền kéo đứt
(MPa)
Độ dãn dài

khi đứt (%)
Độ dãn dài
dƣ (%)
Độ cứng
(Shore A)
0
21,55
535
8,55
69,0
5
21,59
505
9,02
69,5
10
22,13
476
9,60
70,2
15
22,54
455
10,15
71,0
20
23,23
436
10,50
71,5

25
21,18
382
11,20
72,5
30
20,35
315
12,50
73,5
40
18,12
275
15,70
75,0
50
17,30
265
18,95
77,0
60
18,00
260
-
79,0
70
18,90
255
-
81,0

80
20,50
253
-
83,0
90
21,80
251
-
84,0
100
23,00
250
-
85,0
Nhận thấy rằng, khi biến tính blend NBR/CR (50/50) bằng PVC thì ở hàm
lượng PVC đạt khoảng 10% thì độ bền kéo đứt tăng dần và đạt giá trị lớn nhất ở hàm
lượng PVC là 20%. Khi hàm lượng PVC tiếp tục tăng (lớn hơn 20%) thì độ bền kéo đứt
của vật liệu lại giảm.
3.4.2. Nghiên cứu khả năng bền dầu mỡ của vật liệu
3.4.2.1. Độ trương trong xăng A92 của vật liệu
0 5 10 15 20 25 30 35
4
6
8
10
12
14
16
18

20
22
24
26
28
30
32
§é tr-¬ng [%]
Hµm l-îng PVC [%]
6 giê
24 giê
48 giê
72 giê
168 giê
192 giê
216 giê
240 giê

Hình 3.9. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương của vật liệu trong xăng A92
của vật liệu blend (NBR/CR)/PVC
Nhìn vào đồ thị trên có thể thấy rằng khi hàm lượng PVC đạt tới khoảng 10%

16
thì độ trương giảm và đạt cực tiểu tại hàm lượng PVC khoảng 20%. Sau đó độ trương
của vật liệu lại tiếp tục tăng khi tăng dần hàm lượng PVC trên 20%.
3.4.2.2. Độ trương trong dầu biến thế của vật liệu
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của hàm lượng PVC tới độ trương trong dầu biến thế của vật
liệu blend (NBR/CR)/PVC
Hàm lƣợng
PVC (%)

Độ trƣơng (% khối lƣợng)
Sau 120 giờ
Sau 240 giờ
Sau 480 giờ
Sau 720 giờ
0
-
0,39
0,86
0,90
5
0,33
0,48
0,89
0,92
10
0,42
0,60
0,91
0,95
15
0,44
0,63
0,95
0,98
20
0,40
0,59
0,87
0,92

25
0,44
0,63
0,93
0,97
30
0,48
0,69
0,96
1,00
Nhận thấy rằng, khi hàm lượng PVC tăng (từ 5% đến 15%) thì độ trương của
vật liệu có xu hướng tăng dần. Tuy nhiên ở hàm lượng PVC là 20% thì độ trương của
vật liệu lại giảm với mọi thời gian ngâm. Khi hàm lượng PVC tiếp tục tăng (lớn hơn
20%) thì độ trương của vật liệu lại tăng.
3.4.3. Nghiên cứu độ bền môi trường của vật liệu
Bảng 3.12.


Vật liệu
Hệ số già hóa
sau 10 chu kỳ
bức xạ, nhiệt, ẩm
Hệ số già hóa
trong không khí
(70
o
C, 96 giờ)
Hệ số già hóa
trong
(70

o
C, 96 giờ)
NBR
0,85
0,87
0,88
CR
0,96
0,91
0,92
NBR/CR (50/50)
0,92
0,90
0,91
(NBR/CR)/PVC
(80/20)
0,91
0,90
0,90
Nhận thấy rằng, hệ số già hóa của vật liệu blend (NBR/CR)/PVC (80/20) có
giá trị thấp hơn không đáng kể hoặc bằng với vật liệu NBR/CR (50/50), tuy có thấp hơn
ít so với vật liệu CR nhưng lại cao hơn hẳn so với vật liệu NBR.
3.4.4. Nghiên cứu cấu trúc hình thái và khả năng bền nhiệt của vật liệu
3.4.4.1. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới cấu trúc hình thái của vật liệu

Hình 3.12. Ảnh SEM bề mặt
gẫy các mẫu vật liệu blend
(NBR/CR)/PVC tỷ lệ 70/30


Hình 3.10. Ảnh SEM bề mặt gẫy các
mẫu vật liệu blend (NBR/CR)/PVC
tỷ lệ 90/10
Hình 3.11. Ảnh SEM bề mặt
gẫy các mẫu vật liệu blend
(NBR/CR)/PVC tỷ lệ 80/20



17
Quan sát các hình ảnh nhận được ở trên cho thấy với mẫu vật liệu blend
(NBR/CR)/PVC ở hàm lượng PVC nhỏ hơn 20% các cấu tử phân tán vào nhau tốt hơn, đặc
biệt ở mẫu có tỷ lệ (NBR/CR)/PVC là 80/20 (Hình 3.11) 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 tỷ lệ 70/30 (Hình 3.12) thì có thể thấy khá rõ các pha
phân tán không tốt với nhau, bề mặt phân cách pha xuất hiện rõ hơn. Như vậy, những lý giải
về ảnh SEM trên đây phù hợp với thực tế là vật liệu blend (NBR/CR)/PVC tỷ lệ 80/20 có
các tính năng cơ lý, kỹ thuật tốt hơn ở các tỷ lệ khác.

3.4.4.2. Ảnh hưởng của quá trình biến tính tới khả năng bền nhiệt của vật liệu

Hình 3.13. Biểu đồ TGA của
mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC
tỷ lệ 100/0

Hình 3.14. Biểu đồ TGA của
mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC
tỷ lệ 90/10

Hình 3.15. Biểu đồ TGA của mẫu
vật liệu (NBR/CR)/PVC
tỷ lệ 80/20
Bảng 3.13: Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu (NBR/CR)/PVC
Tỉ lệ mẫu
(NBR/CR)/PVC
Nhiệt độ bắt
đầu phân
huỷ (
o
C)
Nhiệt độ phân
huỷ mạnh
nhất (
o
C)
Tốc độ tổn hao
khối lƣợng cực đại
(mg/phút)
Tổn hao khối
lƣợng đến

520
o
C (%)
100/0
232,12
462,60
0,73
35,26
90/10
230,04
462,48
0,80
36,55
80/20
242,10
464,84
0,69
34,58
Từ kết quả phân tích nhiệt có thể thấy blend (NBR/CR)/PVC tỷ lệ 80/20 có
nhiệt độ bền nhiệt cao hơn, tổn hao khối lượng thấp hơn so với tỷ lệ 90/10 và vật liệu
(NBR/CR)/PVC tỷ lệ 100/0 hay NBR/CR (50/50) không biến tính với PVC. Từ các kết
quả nghiên cứu có thể thấy rằng vật liệu có khả năng tương hợp tốt ở tỷ lệ
(NBR/CR)/PVC là 80/20 tương ứng với tỷ lệ NBR/CR/PVC là 40/40/20.
3.5. Nghiên cứu sử dụng một số chất biến đổi cấu trúc để cải thiện tính năng
cơ lý cho vật liệu cao su blend NBR/CR và NBR/CR/PVC
Để có thể cải thiện tính năng cơ lý - kỹ thuật của các hệ blend nghiên cứu,
chúng tôi đã sử dụng chất DLH (nhựa phenol-formaldehyt biến tính dầu vỏ hạt điều) và
D01 (từ dầu trẩu) để làm tương hợp cho hệ blend NBR/CR cũng như hệ blend
NBR/CR/PVC. Trên cơ sở sản phẩm DLH và D01 của Phòng Công nghệ Vật liệu
Polyme, Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam và từ kết quả nghiên

cứu liên quan, chúng tôi đã chọn hàm lượng chất biến đổi cấu trúc DLH và D01 thêm
vào các hệ blend là 1%.
3.5.1. Ảnh hưởng của các chất biến đổi cấu trúc tới tính chất, cấu trúc hình thái
của hệ blend NBR/CR
3.5.1.1. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới cấu trúc hình thái của vật liệu

18
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới tính chất cơ lý của hệ NBR/CR

Mẫu vật liệu
Độ bền kéo
đứt (MPa)
Độ dãn dài khi
đứt (%)
Độ mài mòn
(cm
3
/1,61km)
Độ cứng
(Shore A)
NBR/CR
21,53
556
0,874
72,0
NBR/CR/D01
23,83
580
0,827
68,5

NBR/CR/DLH
24,22
598
0,685
69,5
. Khi thêm 1% chất D01 thì độ bền kéo đứt,
độ dãn dài khi đứt của vật liệu tăng lên, song độ cứng và độ mài mòn lại giảm. Tuy
nhiên tính chất cơ lý của vật liệu thu được khi sử dụng D01 không cao bằng vật liệu khi
sử dụng DLH.
3.5.1.2. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới cấu trúc hình thái của vật liệu











Quan sát hình ảnh nhận được trên đây cho thấy ở mẫu blend NBR/CR tỷ lệ
50/50, các cấu tử cao su phân tán tốt vào
3.17).
3.5.1.3. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới độ bền môi trường của vật liệu
Bảng 3.15.
/CR khi có chất biến đổi cấu trúc

Vật liệu
Hệ số già hóa sau

10 chu kỳ bức xạ,
nhiệt, ẩm
Hệ số già hóa
trong không khí
(ở 70
o
C, 96 giờ)
Hệ số già hóa
(ở 70
o
C, 96 giờ)
NBR/CR (50/50)
0,92
0,90
0,91
NBR/CR/D01 (50/50/1)
0,92
0,89
0,89
NBR/CR/DLH(50/50/1)
0,94
0,91
0,91
Khi có thêm chất D01 hệ số già hóa vật liệu trong không khí cũng như trong
dầu giảm đôi chút. Trong khi sử dụng chất DLH làm tăng đáng kể độ bền môi trường
của vật liệu đặc biệt là trong môi trường bức xạ, nhiệt, ẩm.
3.5.2. Ảnh hưởng của các chất biến đổi cấu trúc tới tính chất, cấu trúc hình thái của
hệ blend NBR/CR/PVC
3.5.2.1. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới tính chất cơ học của vật liệu
Bảng 3.16. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới tính chất cơ học của hệ

(NBR/CR)/PVC
Hình 3.17. Ảnh SEM bề mặt mẫu
vật liệu NBR/CR/DLH (50/50/1)
Hình 3.16. Ảnh SEM bề mặt mẫu
vật liệu NBR/CR (50/50)


19

Mẫu vật liệu
Tính chất
Độ bền kéo
đứt (MPa)
Độ dãn dài
khi đứt (%)

(%)
Độ cứng
(Shore A)
(NBR/CR)/PVC
(80/20)
23,23
436
10,50
71,5
(NBR/CR)/PVC/D01
(80/20/1)
24,15
445
10,15

71,0
(NBR/CR)/PVC/DLH
(80/20/1)
24,62
448
10,00
71,5
Khi có thêm chất D01, DLH độ bền kéo đứt, độ dãn dài tăng, độ dãn dư độ
cứng của vật liệu giảm xuống chút ít so với mẫu (NBR/CR)/PVC không sử dụng chất
biến đổi cấu trúc. Trong hai chất thì DLH có khả năng làm tăng độ bền cơ tính vật liệu
cao hơn so với D01.
3.5.2.2. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới cấu trúc hình thái của vật liệu









3.18). Tuy nhiên, ở mẫu có thêm 1%
.
3.5.2.3. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới độ bền nhiệt của vật liệu

Hình 3.18. Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu vật liệu
(NBR/CR)/PVC tỷ lệ 80/20
Hình 3.19. Ảnh SEM bề mặt gãy mẫu vật liệu
(NBR/CR)/PVC/DLH tỷ lệ 80/20/1

Hình 3.20. Biểu đồ TGA của mẫu vật liệu
(NBR/CR)/PVC/D01 tỷ lệ 80/20/1
Hình 3.21. Biểu đồ TGA của mẫu vật liệu
(NBR/CR)/PVC/DLH tỷ lệ 80/20/1

20
Bảng 3.17. Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng một số mẫu vật liệu
Mẫu
Nhiệt độ bắt
đầu phân huỷ
(
o
C)
Nhiệt độ phân
huỷ mạnh nhất 1
(
o
C)
lƣợng đến 520
o
C
(%)

(NBR/CR)/PVC
(80/20)
242,10
464,84
34,58
(NBR/CR)/PVC/D01
(80/20/1)
245,32
463,72
35,15
(NBR/CR)/PVC/DLH
(80/20/1)
253,06
465,47
33,18
Hệ blend (NBR/CR)/PVC tỷ lệ 80/20 khi thêm chất DLH có nhiệt độ bền nhiệt
cao hơn, tổn hao khối lượng thấp hơn so với mẫu (NBR/CR)/PVC 80/20 không sử dụng
chất tương hợp. Khi thêm chất D01 vào hệ (NBR/CR)/PVC tỷ lệ 80/20 tuy có làm tăng
nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhưng lại làm giảm nhiệt độ phân hủy mạnh nhất và tăng tổn
hao trọng lượng mẫu so với mẫu không sử dụng chất tương hợp.
3.5.2.4. Ảnh hưởng của chất biến đổi cấu trúc tới độ bền môi trường của vật liệu
Bảng 3.18.
(NBR/CR)/PVC khi có chất biến đổi cấu trúc

Vật liệu
Hệ số già hóa
sau 10 chu kỳ
bức xạ, nhiệt, ẩm
Hệ số già hóa
trong không khí

(70
o
C, 96 giờ)
Hệ số già hóa

(70
o
C, 96 giờ)
NBR/CR
(50/50)
0,92
0,90
0,91
(NBR/CR)/PVC
(80/20)
0,91
0,90
0,90
(NBR/CR)/PVC/D01
(80/20/1)
0,91
0,89
0,89
(NBR/CR)/PVC/DLH
(80/20/1)
0,94
0,91
0,91
Khi có thêm chất D01 hệ số già hóa vật liệu trong không khí cũng như trong
dầu giảm đôi chút. Trong khi sử dụng chất DLH hệ số già hóa tăng đáng kể. Hệ số già

hóa của vật liệu (NBR/CR)/PVC (80/20) thấp hơn hoặc xấp xỉ mẫu NBR/CR (50/50)
nhưng khi có thêm chất DLH hệ số già hóa của vật liệu tăng đáng kể đặc biệt khả năng
chịu bức xạ.
3.6. Tối ƣu hóa trong chế tạo vật liệu cao su blend 3 cấu tử trên cơ sở cao su nitril
butadien, cao su cloropren và polyvinyl clorua
3.6.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm thống kê trên cơ sở kết quả thực nghiệm thụ
động
Từ tập hợp số liệu thực nghiệm thụ động nghiên cứu ảnh hưởng của thành
phần lên tính chất cơ lý của vật liệu, chúng tôi đã tiến hành xử lý tìm giá trị trung bình,
phương sai, kiểm định tính đồng nhất của các phương sai và trên cơ sở đó tính phương
sai tái sinh cho thực nghiệm về độ bền kéo, độ dãn dài và độ cứng theo các công thức
(2.1), (2.2), (2.3), (2.4), (2.5), (2.6), (2.7) trong phần thực nghiệm. Từ đó tìm được mô
hình thực nghiệm đối với độ bền kéo y như sau:

21

01501,0
3
.
00814,0
2
.
03966,0
1
.481,18 xxxy
(3.6)
Kiểm tra tính tương hợp của mô hình: thông qua các giá trị sai số giữa giá trị
thực nghiệm và tính toán ( y= y-ŷ) và chuẩn thống kê thấy rằng mô hình trên không
tương hợp (nội dung chi tiết mô hình này được trình bày trong phụ lục 1 của luận án).
3.6.2. Quy hoạch thực nghiệm tìm mô hình toán theo kế hoạch mạng đơn hình

Sheffe
Do mô hình trên không tương hợp, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm theo kế
hoạch mạng Sheffe để tìm mô hình cho độ bền kéo và nhận được mô hình thực nghiệm
thống kê (đa thức bậc 4) mô tả sự phụ thuộc của độ bền kéo y vào thành phần các cấu tử
NBR/CR/PVC trong hệ 3 cấu tử có dạng:
2
321
52,681
3
2
21
28,245
32
2
1
547,343
2
32
32
427,26
2
3131
52,119
2
2121
839,45
3232
36,13
3131
92,39

2121
533,20
32
48,40
31
52,39
21
66,8
3
23
2
39,15
1
4,23
xxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxy
(3.8)
Kiểm định tính tương hợp của mô hình theo chuẩn số student (t) (biểu thức
(2.12) trong phần thực nghiệm) và so sánh với giá trị t tra bảng. Kết quả tính toán cho
thấy có tới 8 giá trị t
y
> 3,41 (ở các thí nghiệm kiểm tra 1, 3, 5, 6, 7, 11, 13 và 14) nên
mô hình Sheffe không tương hợp (nội dung chi tiết của mô hình này được trình bày
trong Phụ lục 1 của luận án).
3.6.3. Quy hoạch thực nghiệm khảo sát phần cục bộ của biểu đồ thành phần – tính
chất theo kế hoạch Mc Lean – Anderson
3.6.3.1. Kết quả mô hình hóa cho độ bền kéo
Do các mô hình thực nghiệm thống kê ở trên không tương hợp, nên chúng tôi

tiếp tục khảo sát phần cục bộ của biểu đồ thành phần – tính chất theo kế hoạch Mc Lean
– Anderson. Dựa trên các kết quả thực nghiệm tích cực về tính chất của vật liệu, chúng
tôi xác định vùng khảo sát của hệ được giới hạn bởi điều kiện:
0,2 ≤ x
1
≤ 0,6
0,2 ≤ x
2
≤ 0,5 (3.10)
0,1 ≤ x
3
≤ 0,4
và x
1
+x
2
+x
3
= 1 (3.11)
như được mô tả trên hình 3.22.

Hình 3.22. Kế hoạch
Mc Lean - Anderson


22
Kế hoạch Mc Lean – Anderson được xây dựng như sau:
a) Ta viết tất cả những tổ hợp khả dĩ của hai mức giới hạn trên dưới cho từng
cặp hai cấu tử một (bỏ trống một cấu tử). Tổng số ta có: q.2
m-1

= 3.2
3-1
= 12 tổ hợp.
Trong đó q là số cấu tử (3 cấu tử); m là số thí nghiệm lặp (lặp lại 3 lần).
Bảng 3.22. Tổ hợp thực nghiệm theo kế hoạch Mc Lean – Anderson của
hệ cao su blend NBR/CR/PVC
TT
x
1
x
2

x
3

Điểm được chọn cho kế hoạch mới
1
0,2
-
0,1

2
0,6
-
0,1
(1) x
2
= 0,3
3
0,2

-
0,4
(2) x
2
= 0,4
4
0,6
-
0,4

5
0,2
0,2
-

6
0,6
0,2
-
(3) x
3
= 0,2
7
0,2
0,5
-
(4) x
3
= 0,3
8

0,6
0,5
-

9
-
0,2
0,1

10
-
0,2
0,4
(5) x
1
= 0,4
11
-
0,5
0,1
(6) x
1
= 0,4
12
-
0,5
0,4

b) Trong số 12 tổ hợp kể trên ta chọn tổ hợp để khi thêm thành phần thứ 3 thì
thỏa mãn các điều kiện (3.10) và (3.11). Tức là tổng nồng độ các cấu tử phải bằng 1 và

từng nồng độ nằm trong vùng giới hạn. Các điểm thực nghiệm của kế hoạch mới ký
hiệu (1), (2), (3), (4), (5), (6) trong bảng và trên hình vẽ.
c) Ta chọn 6 điểm thí nghiệm mới trên các cạnh: Số (7) của cạnh (1) – (3); Số
(8) của cạnh (1) – (6); Số (9) của cạnh (2) – (4); Số (10) của cạnh (2) – (5); Số (11) của
cạnh (3) – (5); Số (12) của cạnh (4) – (6) và điểm thứ (13) là tâm của lục giác. Tọa độ
của 6 điểm bổ sung này là trung bình tọa độ của từng cặp, còn của tâm là trung bình tọa
độ của 6 điểm mới.
Kết quả ta có kế hoạch thực nghiệm Mc Lean – Anderson trong bảng sau:
Bảng 3.23. Kế hoạch thực nghiệm Mc Lean – Anderson
TT
x
1
x
2

x
3

y
ŷ
y
1
0,6
0,3
0,1
21,2
21,304
-0,104
2
0,2

0,4
0,4
16,5
16,502
-0,002
3
0,6
0,2
0,2
20,0
18,627
0,373
4
0,2
0,5
0,3
18,72
18,304
0,416
5
0,4
0,2
0,4
16,85
16,842
0,008
6
0,4
0,5
0,1

22,11
22,062
0,048
7
0,6
0,25
0,15
20,62
20,862
-0,242
8
0,5
0,4
0,1
22,35
22,197
0,153
9
0,2
0,45
0,35
17,17
17,536
-0,366
10
0,3
0,3
0,4
18,12
17,973

0,147
11
0,5
0,2
0,3
18,5
18,780
-0,280
12
0,3
0,5
0,2
21,2
21,516
-0,316
13
0,4
0,35
0,25
22,0
21,834
0,166

23
Ta tìm mô hình thực nghiệm thống kê của kế hoạch trên ở dạng đa thức rút gọn
bậc 3 khuyết tức là
321123322331132112332211
xxxxxxxxxxxxy
(*)
Phương trình (*) có 7 hệ số được xác định theo phương pháp bình phương tối thiểu với

việc giải hệ phương trình chuẩn bằng thuật toán SIMQ [132].
Mô hình thực nghiệm theo kế hoạch Mc Lean – Anderson có dạng:
ŷ = 14,2664x
1
+13,028x
2
– 5,7154x
3
+25,1865x
1
x
2 (3.12)

+ 2,0824x
1
x
3
+ 0,925x
2
x
3
+ 262,3118x
1
x
2
x
3

Kiểm định tính tương hợp của mô hình có thể được tiến hành bình thường, cụ
thể: tính phương sai tương hợp và chuẩn Fisher:

F < F
p
(f
1
, f
2
) =F
0,05
(6,88) =3,2
Như vậy mô hình trên phù hợp với kết quả thực nghiệm và có thể sử dụng cho
mục đích tiếp theo là tìm giá trị độ bền kéo lớn nhất bằng việc giải bài toán tìm:
max
y
= 14,2664x
1
– 5,7154x
2
+ 13,028x
3
+ 2,0824x
1
x
2

(3.15)
+ 25,1865x
1
x
3
+ 0,925x
2
x
3
+ 262,3118x
1
x
2
x
3

với các ràng buộc (3.10) và (3.11).
Kết quả tính toán cho thấy từ những giá trị ban đầu khác nhau của hàm lượng
x
1
(NBR), x
2
(PVC) và x
3
(CR) với độ chính xác hội tụ tổng bằng 10
-6
đã nhận được giá trị lớn
nhất của độ bền kéo:
ŷ
max

=22,606 (MPa) ở x
1
opt
= 0,44; x
2
opt
= 0,40 và x
3
opt
= 0,16
Để kiểm tra và tìm vùng thành phần cho độ bền kéo cao chúng tôi cũng đã tiến
hành tính toán giá trị độ bền kéo theo mô hình tìm được với các giá trị của x
1
, x
2
, x
3

trong vùng khảo sát và với bước 0,05. Kết quả thu được các giá trị hàm lượng NBR,
CR, PVC tương ứng x
1
trong khoảng (0,35 – 0,5); x
2
là (0,1 – 0,2) và x
3
là (0,35 – 0,5)
cho những cao su blend có độ bền kéo y ≥ 22 MPa.
Nhận xét:
1. Từ tập hợp số liệu của thực nghiệm thụ động 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
1281,0
1
2
2
ln
yy
s
n
i
ii
th
44,2
0526,0
1281,0
2
2
ts
th
s
s
F

24
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:
Mô hình cho độ bền kéo
Mô hình cho độ dãn dài
Mô hình cho độ cứng
321
323121
321
3118,262
925,00824,21865,25
7154.5028,132664,14
xxx
xxxxxx
xxxy

321
323121
321
988,1254
934,180801,81417,1773
091,269669,1878,181
xxx
xxxxxx
xxxz

32132
3121
321
6865,5033246,152

6987,1476987,5696147,48
9961,362591,627358,58
xxxxx
xxxx
xxxv

trong các khoảng nồng độ của các cấu tử:
0,2 ≤ x
1
≤ 0,6
0,2 ≤ x
2
≤ 0,5
0,1 ≤ x
3
≤ 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 tìm được:
ŷ
max
=22,606 (MPa) ở x
1
opt
= 0,44; x
2
opt
= 0,40 và x
3
opt
= 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 đã rút ra
được tỷ lệ thành phần tối ưu của các cấu tử cho giá trị độ bền kéo cao nhất:
ŷ
max
=22,606 (MPa) ở x
1
opt
= 0,44; x
2
opt
= 0,40 và x
3
opt
= 0,16
Bảng 3.30. 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 lƣợng (pkl)
NBR
CR
PVC
DOP
Axit stearic

S
ZnO
Xúc tiến D
Xúc tiến DM
Cd-stearat
Ba-stearat
Than đen N 330
SiO
2

44,0

40,0

16,0

9,6
1,0
1,0
5,0
0,3
0,6
0,24
0,24
30
12


25
Quy trình tiến hành như đã mô tả ở phần thực nghiệm. Vật liệu thu được đã

được xác định độ bền cơ học như bảng 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
Thực tế đã đạt
- Bền kéo đứt
- Dãn dài khi đứt
- Độ dãn 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

0,91
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
- Công nghệ chế tạo vật liệu cao su blend NBR/CR/PVC (sản phẩm gioăng đệm
máy biến thế): Cắt mạch sơ bộ cao su; Ủ nhiệt bột PVC; Trộn các hợp phần trên các

thiết bị cán, trộn; Ép lưu hóa định hình sản phẩm; Nhả áp suất, lấy sản phẩm; Kiểm
tra, sửa khuyết tật và nhập kho. Quy trình công nghệ được mô tả như hình dưới đây:





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