Giáo trình môn kỹ thuật gia công cao su - Phần 2 doc

25
2. Lão hóa mệt mỏi: là quá trình lão hóa xảy ra dới tác dụng của lực cơ
học, sản phẩm chịu tải trọng tĩnh.
3. Lão hóa oxy hóa: là quá trình lão hóa xảy ra do tác động của các tác
nhân ôxy hóa nh ôxy không khí, ôzôn, các ôxyt kim loại có hóa trị
thay đổi
4. Lão hóa ánh sáng: là kết quả của quá trình ôxy hóa do các tia sáng có
bớc sóng ngắn.
5.
phần 2
Các quá trình gia công cơ bản
Hầu hết các sản phẩm cao su dân dụng, các sản phẩm cao su kỹ thuật
(săm, lốp, băng tải, dây curoa, zoăng phớt ) không phụ thuộc vào cấu tạo phức
tạp khác nhau, cấu trúc vật liệu khác nhau đều đợc sản xuất theo một công
nghệ gia công chung gồm hàng loạt các công đoạn nối tiếp nhau theo một trình
tự nhất định sau:
* Công đoạn chế biến nguyên vật liệu nhằm mục đích chế tạo đợc nguyên
vật liệu (hỗn hợp cao su) có thành phần hoá học, cấu trúc phù hợp với đơn pha
chế và có những tính năng công nghệ, tính chất cơ lý đáp ứng các yêu cầu công
nghệ và yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm. Công đoạn này bao gồm quá trình sơ
luyện và hỗn luyện chuyển về dạng cần thiết phục vụ cho các quá trình gia
công tiếp theo.
* Công đoạn gia công bán thành phẩm và tạo hình sản phẩm. Công đoạn
này bao gồm các quá trình nh: cán tráng, phủ hoặc phết lên bề mặt vật liệu khác
nh vải, sợi; cán hình ra bán thành phẩm, ép phun, đùn, đúc mục đích của
công đoạn này là chuyển cao su về trạng thái, hình dạng kích thớc hình học hợp
lý để có thể lắp ghép thành các bán thành phẩm có hình dạng, kích thớc phù hợp
với sản phẩm cuối cùng.

26

* Công đoạn lu hoá là công đoạn cuối cùng của công nghệ gia công cao
su. Mục đích của công đoạn này là nhằm chuyển cấu trúc mạch thẳng của cao su
ban đầu sang cấu trúc mạng không gian với những tính năng kỹ thuật cần thiết
cho sản phẩm.
- Một số sản phẩm gia công bằng phơng pháp đúc, ép dán, công đoạn lu hoá
thờng tiến hành đồng thời với công đoạn tạo hình sản phẩm.
- Trong quá trình gia công hỗn hợp cao su ra sản phẩm ở mỗi công đoạn khác
nhau sự thay đổi trạng thái, cấu trúc của cao su và các chất phối hợp cũng khác
nhau.
Chơng 1
Sơ luyện cao su
1.1. Mở đầu
- Biến dạng đàn hồi là một trong số các tính chất quí báu của cao su. Nhng
trong quá trình gia công và chế biến cao su thì nó gây hàng loạt ảnh hởng xấu
đến quá trình gia công cao su ra sản phẩm, làm cho sản phẩm không có kích
thớc, hình dáng nh ý muốn do hiện tợng hồi phục biến dạng.
- Một trong những tính chất công nghệ quan trọng và cần thiết cho quá trình gia
công là độ dẻo của hỗn hợp cao su tức là khả năng biến dạng của hỗn hợp cao su
dới tác dụng lực cơ học.
- Độ dẻo của cao su tăng khi tác dụng lên nó một lực cơ học khuấy trộn hoặc
nhiệt.
- Quá trình công nghệ, trong nó dới tác dụng của lực cơ học và các hiện tợng
hóa học khác xảy ra đồng thời độ nhớt và biến dạng hồi phục đàn hồi của cao su
giảm đợc gọi là quá trình sơ luyện cao su.
Sơ luyện cao su là quá trình gia công cơ học nhằm tăng độ dẻo của cao su
vì vậy sơ luyện cao su có thể tiến hành trên máy cán 2 trục, máy luyện kín và
máy trục vít.

27
1.2. Cơ chế của quá trình sơ luyện

- Khi nghiên cứu ảnh hởng của lực tác dụng cơ học đến độ dẻo của cao su thiên
nhiên các nhà khoa học nhận thấy cùng với sự tăng độ dẻo của cao su thiên nhiên
thì cấu trúc ngoại vi phân tử dạng cầu cũng bị phá vỡ. Nh vậy độ dẻo của cao su
có liên quan chặt ché với cấu trúc ngoại vi phân tử dạng cầu của nó.
- Đối với các loại cao su không có cấu trúc dạng cầu thì dới tác dụng của lực cơ
học độ dẻo của cao su cũng tăng lên.
- Độ dẻo của cao su không chỉ liên quan tới cấu trúc ngoại vi phân tử của nó mà
sự tăng độ dẻo của cao su còn có thể giải thích bằng quá trình đứt mạch (phân
hủy) mạch đại phân tử cao su, sự giảm khối lợng phân tử các đoạn mạch mạch
đại phân tử dới tác dụng lực cơ học và quá trình oxy hóa xảy ra trong quá trình
sơ luyện.
- Trong điều kiện tự nhiên và điều kiện của các công đoạn gia công, cao su ở
trạng thái mềm cao. Các mạch đại phân tử, đoạn mạch đại phân tử có độ linh
động tơng đối lớn.
- Thời gian hồi phục biến dạng của cao su vẫn còn quá lớn so với thời gian tác
dụng lực của máy cán, máy trục vít Đối với một số cao su có nhiều nhóm phân
cực thì lực tác dụng tơng hỗ giữa các mạch cũng tăng lên rất nhiều thời gian
hồi phục biến dạng của các loại polyme này lớn hơn nữa.
- Sự khác nhau của thời gian hồi phục biến dạng và thời gian tác dụng lực đã tạo
nên trong khối cao su những ứng suất cơ học rất lớn. Nh vậy để quá trình đứt
mạch đại phân tử xảy ra thì các ứng suất cơ học này phải có năng lợng lớn hơn
năng lợng các liên kết hóa học (C - C):
R-CH
2
- CH
2
- R' R -

CH
2

+ R' -

CH
2

* Các yếu tố quan trọng ảnh hởng lớn đến quá trình tăng độ dẻo của cao
su (hiệu quả của quá trình sơ luyện): Sự có mặt của các chất oxy hóa trong cao su
(đặc biệt là oxy không khí).
* Cơ chế của quá trình sơ kuyện trong môi trờng khí trơ:

28
- Các gốc cacbuahyđro hình thành dới tác dụng của lực cơ học có khả năng
tham gia vào 2 phản ứng chủ yếu:
+ Phản ứng đứt mạch theo cơ chế kết hợp các gốc hoạt động để tạo thành
một phân tử bão hòa vầ điện tử và có khối lợng phân tử lớn hơn:
2 R -

CH
2
R - CH
2
- CH
2
- R
2R' -

CH
2
R' - CH
2

-CH
2
- R'
R -

CH
2
+ R' -

CH
2
R - CH
2
- CH
2
- R'
+ Phản ứng phân nhánh mạch đại phân tử khi các gốc cacbua
- Nhiệt lợng đốt nóng cao su đủ lớn để hoạt hóa các quá trình oxy hóa mạch đại
phân tử xảy ra. Kết quả là mạch đại phân tử bị đứt (phân hủy) nhiều hơn và độ
dẻo của cao su tăng.
.Giá trị cực tiểu tơng ứng với mức độ đứt mạch nhỏ nhất cho các loại cao
su khác nhau. Đối với cao su thiên nhiên giá trị này tơng ứng với nhiệt độ sơ
luyện là 85 - 115
o
C.
Kết luận
: Hoá dẻo cao su bằng phơng pháp sơ luyện xảy ra theo cơ chế gốc. Độ
dẻo tổng cộng của cao su đợc xác định bằng mức độ đứt mạch đại phân tử do
hai quá trình cơ hoá đồng thời tạo nên mà mức độ đóng góp của chúng phụ thuộc
nhiều vào nhiệt độ sơ luyện. ậ nhiệt độ thấp khi năng lợng chuyển động nhiệt

của các mạch, đoạn mạch còn quá nhỏ cha đủ lớn hơn năng lợng hoạt hoá các
quá trình oxy hoá thì đứt mạch phân tử chủ yếu phụ thuộc vào các tác động cơ
học. Tuy nhiên đứt mạch theo cơ chế cơ học rất nhỏ (chỉ chiếm 2- 5%), còn chủ
yếu là đứt mạch theo cơ chế hoá học (chiếm 95- 98%).
* Chất tăng tốc cho quá trình sơ luyện
- Để tăng vận tốc hoá dẻo cho cao su ngời ta sử dụng một số hợp chất hữu cơ
phân tử lợng bé với mục đích làm chất ổn định cho cao su tăng cờng hiệu quả
của quá trình sơ luyện.

29
- Các chất tăng tốc này hoạt động theo cơ chế ngăn chặn hiện tợng tái kết hợp
các gốc cacbuahyđro hình thành trong quá trình sơ luyện và ngăn chặn phản ứng
với mạch đại phân tử hạn chế hiện tợng phân nhánh của polyme:
R - CH
2
- CH
2
- R R -

CH
2
+ R-

CH
2

R -

CH
2

+ RSH R-CH
3
+ RS


R -

CH
2
+ R
+

S R - CH
2
- S - R
+

R
+
SH - chất tăng tốc cho quá trình sơ luyện
- Hoạt tính của các chất tăng tốc này lớn nhất ở nhiệt độ từ 80
o
C đến 100
o
C.
Hàm lợng sử dụng 0,1 - 0,3 PKL.
- Chất tăng tốc sử dụng cho các cao su dân dụng nh cao su thiên nhiên, cao su
izopren, cao su butađien và cao su butađien-styren là các loại mercaptan mạch
vòng, các hợp chất disunfit, trong đó hiệu quả nhất và đợc sử dụng rộng rãi nhất
là mercaptobenzothiazol.

- Một số loại chất xúc tiến lu hoá cho cao su dân dụng nh
mercaptobenzothiazol, diphenyl-guanidin dùng làm chất tăng tốc cho cao su
clorpren.
1.3. Sơ luyện cao su bằng máy cán luyện hở
- Đợc tiến hành trong các nhà máy, xí nghiệp có công suất tiêu thụ nhỏ, nhiều
loại cao su khác nhau và các loại cao su có độ cứng cao.
- Máy cán luyện có cấu tạo từ 2 trục cán nằm song song trên một mặt phẳng. Hai
đầu trục có bạc đồng nằm trên ổ đỡ di động trên khung bệ của máy để điều chỉnh
khoảng cách khe hở.
- Để sơ luyện cao su sử dụng máy cán luyện có vận tốc dài ở trục trớc và trục
sau khác nhau. Tỷ số vận tốc dài trục trớc và vận tốc dài trục sau đợc gọi là tỷ
tốc của máy.

30
- Tỷ tốc thích hợp nhất đợc sử dụng để sơ luyện và hỗn luyện cao su là 1 : 1,08
đến 1 :1,17. Với tỷ tốc này năng lợng cần thiết cho máy hoạt động vừa phải đủ
để tiến hành hoá dẻo cao su.
* Yêu cầu về công nghệ gia công trong quá trình sơ luyện nhằm làm
cho độ dẻo của cao su mau chóng đạt yêu cầu công nghệ và để hạn chế sự cố
của máy cán:
+ Thời gian đầu của sơ luyện khi cao su còn có đàn tính cao, độ cứng cao,
cao su đợc nạp từng phần nhỏ vào khe hở trục cán càng gần với bánh răng
truyền lực càng tốt vì ở đó hiệu suất chuyền công suất lớn hơn và trục cán ít bị
biến dạng uốn hơn.
+ Chế độ nhiệt để sơ luyện phải điều chỉnh bằng kinh nghiệm sản xuất - và
phụ thuộc vào tính chất của cao su sơ luyện. Thông thờng để quá trình sơ luyện
có kết quả tốt phải khống chế nhiệt độ sơ luyện thấp.
* Các giải pháp kỹ thuật để sơ luyện cao su có độ dẻo đồng đều cho
toàn khối cao su:
1. Luyện liên tục trên máy cán với khoảng khe hở nhỏ ( 1 - 3 mm) trong

khoảng thời gian 10 - 15 phút.
2. Luyện 2 hoặc 3 lần cao su và ở khoảng thời gian giữa các lần luyện làm
lạnh cao su đến nhiệt độ 30 - 40
o
C.
3. Cắt ngang, chéo tấm cao su bám ở trục trớc của máy cán luyện sau đó
gấp tấm cao su theo đờng vuông góc với đờng cắt.
- Trong khoảng thời gian 10 phút đầu độ dẻo của cao su tăng lên rất nhiều, sau đó
thì tăng không đáng kể.
- Sự thay đổi độ dẻo của cao su có thể đánh giá qua sự thay đổi độ nhớt của dung
dịch cao su trong dung môi.
1.4. Sơ luyện cao su bằng máy luyện kín
- Sơ luyện cao su bằng máy luyện kín là quá trình hóa dẻo cao su đợc sử dụng
rộng rãi trong các nhà máy có công suất tiêu thụ lớn.

31
- Máy luyện kín có cấu tạo từ buồng nghiền trộn mà trong đó nguyên vật liệu
đợc khuấy trộn, cắt xé và biến dạng bởi lực cơ học do các Roto hình ô-van tạo
nên.
- Sơ luyện cao su bằng máy luyện kín với vận tốc quay của Roto là 40 v/phút và
hệ số dồn đầy lớn do tải trọng khoang trên tạo nên , do đó mà nhiệt độ của vật
liệu tăng lên cao (140
o
C - 180
o
C).
- Trong trờng hợp này độ dẻo của cao su đợc tăng lên chủ yếu do quá trình oxy
hóa nhiệt mạch đại phân tử.
- Các quá trình oxy hóa này đợc tăng cờng bằng các ứng suất cơ học.
- Máy luyện kín có vận tốc quay rất lớn nên nó ít đợc sử dụng để hóa dẻo các

loại cao su có độ phân cực lớn (độ cứng cao) nh cao su butađien-nitryl,
butađien-styren.
- Thờng tiến hành liên tục với quá trình hỗn luyện.
1.5. Sơ luyện cao su trên máy trục vít
1.5.1/ Mở đầu
- Sơ luyện cao su bằng máy trục vít đợc sử dụng rộng rãi cho các xí nghiệp có
công suất tiêu thụ cao su lớn quá trình liên tục và thời gian lu của vật liệu
trong máy không lớn nh ở các phơng pháp gia công trên máy cán.
- Phụ thuộc vào cấu tạo của máy sơ luyện trục vít nó đợc chia làm các loại khác
nhau:
+ Máy sơ luyện trục vít một giai đoạn với một trục vít.
+ Máy sơ luyện trục vít hai giai đoạn với 2 trục vít.
- Phụ thuộc vào cách sắp xếp của xi lanh vít xoắn mà máy trục vít đợc phân
thành máy trục vít song song và máy trục vít nối tiếp.
1.5.2/ Cấu tạo của máy trục vít
- Bộ phận chính của máy (phần làm việc của máy) đợc cấu tạo từ xi lanh và một
vít xoắn có bớc răng thay đổi quay trong xi lanh với vận tốc khoảng 20 - 25
(vòng/phút) phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ.

32
- Để duy trì chế độ nhiệt cho quá trình gia công ở vỏ máy xung quanh xi lanh của
vít xoắn có những khoang thông nhau mà qua khoang này chất lỏng đợc đa
vào để làm lạnh và hơi nớc đợc chảy qua nếu cần gia nhiệt.
1.5.3/ Nguyên lý hoá dẻo của máy trục vít
- Hoá dẻo cao su trên máy trục vít là kết quả tác dụng của những biến dạng trợt
xuất hiện trong cao su theo chiều trục vít và lực ma sát giữa cao su với thành xi
lanh giữa cao su và bề mặt của vít xoắn.
- Sự vận chuyển cao su ở các điểm trong khoảng khe hở giữa trục vít và thành
xilanh khác nhau về hớng cũng nh vận tốc.
- Lớp mỏng sát với thành xi lanh cao su có chiều quay cùng chiều với trục vít

nhng ngợc chiều với phần nguyên vật liệu nằm sát trục vít vì có sự chảy vật
liệu hớng khác nhau nh vậy nên ở trớc mỗi răng của trục vít xuất hiện các
vùng xoắn và xé nguyên vật liệu làm đứt mạch đại phân tử.
- Với sự xuất hiện các gốc cacbuahyđro tự do khối cao su sẽ làm cho khối cao su
nóng lên do lực ma sát giữa cao su với bề mặt thiết bị,
Chơng 2
Hỗn luyện cao su
2.1. Mở đầu
- Hỗn hợp cao su là một hệ thống nhiều cấu tử mà thành phần của nó gồm cao su,
các chất phối hợp có cấu tạo hóa học khác nhau và trạng thái vật lý rất khác
nhau: lỏng, rắn, bột, bột nhão
- Để có một hỗn hợp cao su tốt các chất này phải phân bố đồng đều vào khối cao
su tạo hỗn hợp đồng nhất.
- Sự phân bố đồng đều vào cao su mềm cao chỉ có thể thực hiện đợc bằng qú
trình khuấy trộn cơ học - hỗn luyện.
- Khuấy trộn đơn giản có thể xem nh một quá trình mà trong kết của nó chỉ có
sự thay đổi vị trí ban đầu các cấu tử trong thể tích khuấy trộn, trạng thái vật lý
của các cấu tử không thay đổi nhng entropi của hệ thống tăng.

33
- Các cấu tử đợc đa vào hỗn luyện với cao su hầu hết là ở dạng bột, đặc biệt là
than hoạt tính kỹ thuật tồn tại ở 2 dạng cấu trúc: cấu trúc bậc 1 và cấu trúc bậc 2
với kích thớc lớn hơn kích thớc phân tử rất nhiều vì vậy trong quá trình hỗn
luyện dới ảnh hởng các ứng suất trợt trong cao su còn xảy ra quá trình nghiền
các cấu tử.
2.2. Cơ chế quá trình hỗn luyện
- Có thể xem nh quá trình biến dạng hệ thống nhiều cấu tử mà kết quả là chiều
dày các lớp các chất phối hợp giảm dần và bề mặt tiếp xúc giữa chúng tăng lên.
- Biến dạng trợt các cấu tử của hệ thống trong quá trình hỗn luyện sẽ tiếp tục
tăng đến khi chiều dày các lớp cấu tử cha đạt đến kích thớc cần thiết đảm bảo

sự phân bố đồng đều của chúng trong khối cao su.
- Nếu xem biến dạng trợt trong quá trình hỗn luyện cao su nh quá trình biến
dạng trợt của hệ thống 2 cấu tử nằm giữa 2 mặt phẳng trong đó 1 mặt cố định
còn mặt kia chuyển động song song tuyệt đối so với mặt thứ nhất với vận tốc
không đổi v trên một khoảng cách l, đại lợng biến dạng trợt:

g
h
l
o
cot==
- Vận tốc trợt
oo
h
v
h
l
==



- Độ giảm chiều dày các lớp r và độ tăng bề mặt phân chia giữa các cấu tử S phụ
thuộc vào đại lợng biến dạng trợt r = r
o
. sin; s =
r
rs
oo

S

o
- bề mặt phân chia giữa các cấu tử trớc khi biến dạng.
- Từ trên cho thấy khi đại lợng biến dạng trợt càng lớn ( lớn) góc càng nhỏ,
chiều dày các lớp các cấu tử r càng nhỏ và diện tích tiếp xúc giữa các cấu tử s
càng lớn.
2.3. Sự phân tán của các cấu tử vào cao su

34
- Để dảm bảo cho các cấu tử đợc phân tán đồng đều theo mọi hớng cần phải
thay đổi hớng biến dạng trợt.
- Giải pháp công nghệ nhằm thay đổi hớng biến dạng trợt trong cao su nh
sau: cắt, dảo tấm cao su trên máy luyện hở, đối với máy luyện kín thì cấu tạo roto
là lệch tâm, đối với máy trục vít thì quyết định bởi góc nghiêng của răng vít.
- Sự phân tán xảy ra khi giữa các hạt chất phân tán và môi trờng phân tán có
biến dạng trợt, nghĩa là ở các hạt của chất phân tán luôn luôn tồn tại một ứng
suất trợt do tồn tại chuyển động tơng đối giữa các phân tử trong hệ cao su phân
tán dới tác dụng lực cơ học.
- Mức độ phân tán đồng đều các chất phối hợp vào cao su phụ thuộc vào giá trị
ứng suất trợt xuất hiện trên các hạt phân tán và thời gian hỗn luyện. Hai yếu tố
này luôn luôn là một hàm số nghịch đảo của nhau tức là khi ứng suất trợt đủ lớn
thì thời gian hỗn luyện nhỏ và ngợc lại.
- Đối với mỗi hệ polyme - chất phân tán tồn tại một giá trị ứng suất trợt tới hạn
tơng ứng để cao su đạt đợc độ phân tán đồng đều và cho tính chất cơ lý của
hợp phần cao su tốt.
2.4. Một số ảnh hởng hóa - lý đến quá trình hỗn luyện
- Hai hiện tợng : thẩm thấu và hòa tan là 2 hiện tợng quan trọng gây ảnh hởng
rất ngợc nhau cho quá trình hỗn luyện:
+ Thẩm thấu và hòa tan của các chất phối hợp vào cao su làm tăng khoảng
cách giữa các mạch đại phân tử, giảm lực tác dụng tơng hỗ giữa chúng, độ nhớt
giảm và giá trị ứng suất trợt tác dụng lên các cấu tử khác giảm khi đó quá trình

hỗn luyện thực hiện rất khó khăn và tính chất cơ lý của cao su không cao.
+ Thẩm thấu và hòa tan các chất vào cao su làm tăng cờng mức độ phân
tán đồng đều chúng trong cao su.
- Đối với các cấu tử dạng bột không có khả năng hòa tan vào cao su (than hoạt
tính) thì có thể tạo thành cấu trúc bền vững do giữa chúng có ái lực. Cấu trúc bền

35
vững này không hòa tan do đó làm tăng độ nhớt của hỗn hợp rất nhiều làm giảm
tính công nghệ và tính chất cơ lý của hỗn hợp.
- Đối với các cấu tử phối trộn thì ảnh hởng trực tiếp dến tính chất cơ lý, tính
chất công nghệ của hỗn hợp cao su là hệ thống lu hóa. Hệ thống này sẽ gây ra
hiện tợng tự lu trong quá trình hỗn luyện do nhiệt độ tăng vì vậy làm giảm biến
dạng dẻo của hỗn hợp cao su, giảm mức độ phân tán các cấu tử khác vào cao su
và giảm khả năng định hình của hỗn hợp cao su
2.5. Yêu cầu về công nghệ cho quá trình hỗn luyện
+ Chế độ nhiệt thích hợp.
+ Thứ tự phối liệu các cấu tử.
+ Thời gian hỗn luyện
+ Chọn loại thiết bị hỗn luyện cho phù hợp.
2.6. Kiểm tra quá trình hỗn luyện
- Chất lợng của cao su đợc đánh giá bằng sự phân bố đồng đều các chất phối
hợp trong thể tích của nó. Mức độ phân tán đồng đều các cấu tử đợc đánh giá
bằng sự trùng lặp nồng độ của nó trong các mẫu phân tích lấy ở các điểm khác
nhau của tấm cao su trong một mẻ hỗn luyện.
- Chất lợng của quá trình phân tán đợc đánh giá bằng hàm lợng và kích thớc
hạt phân tán các chất phối hợp đợc quan sát bằng kính hiển vi điện tử.
- Để định lợng các chất khác nhau trong hợp phần cao su sử dụng các phơng
pháp khác nhau: Các chất hữu cơ có thể xác định bằng phơng pháp sắc ký khí,
sắc ký lớp mỏng; Các chất độn vô cơ đợc xác định bằng phơng pháp thiêu
kết

- Trong điều kiện sản xuất chất lợng của quá trình hỗn luyện đợc đánh giá
bằng mức độ phân tán đồng đều một vài cấu tử thông qua sự thay đổi các tính
chất lý học, cơ học của hỗn hợp "sống" và của cao su lu hóa so với chỉ tiêu của
mẫu chuẩn hoặc giá trị trung bình các tính chất đó đã đợc xác định trong sản
xuất.

36
- Thờng đợc đánh giá nhanh chóng qua các chỉ tiêu: khối lợng riêng, mođun
vòng, độ dẻo và một vài thông số của cao su lu hóa nh độ bền kéo đứt, độ dãn
dài tơng đối, độ dãn dài d, độ cứng
hỗn luyện trên máy luyện hở
I. Mở đầu
- Thờng đợc sử dụng cho các xí nghiệp với khối lợng gia công nhỏ với nhiều
chủng loại cao su để sản xuất các mặt hàng có công dụng riêng biệt.
- Trớc khi hỗn luyện cao su phải đợc sơ luyện (hóa dẻo) và các chất phối hợp
đợc cán ép qua khe hở giữa 2 trục cán quay hớng vào nhau. Các lớp cao su do
có lực ma sát với trục cán kéo các chất phối hợp vào khe hở trục cán với vận tốc
bằng vận tốc dài của trục cán.
- Các lớp cao su tiếp sau do lực kết dính với lớp trớc cũng đợc kéo vào khe hở
với vận tốc giảm dần so với khoảng cách cách bề mặt trục cán.
- Do có sự khác nhau về vận tốc nên giữa các lớp cao su, hỗn hợp cao su luôn
luôn xuất hiện ứng suất trợt có tác dụng nhào luyện chúng lại với nhau.
- Để quá trình nhào luyện hiệu quả thì đại lợng biến dạng trợt phải lớn, giải
pháp về công nghệ đó là vận tốc dài của các trục khác nhau. Mức độ tăng biến
dạng trợt phụ thuộc vào tỷ tốc của máy, khoảng khe hở giữa các trục và đợc
đặc trng bằng Građien vận tốc:
G =

VV
1

V; V
1
là vận tốc dài của trục cán.
- Trong quá trình hỗn luyện cao su luôn luôn tồn tại lực ma sát nội phân tử ở
vùng biến dạng trợt lớn nhất. Kết quả là vùng này có nhiệt độ tăng cao có thể
đạt 106 -108
o
C. Do đó phụ thuộc vào thành phần hóa học của hợp phần cao su có
thể thay đổi chế độ nhiệt tạo cho quá trình hỗn luyện thực hiện đợc tốt hơn.
- Trong quá trình hỗn luyện thì nồng độ các chất phối hợp ở bề mặt lớp cao su
tiếp xúc với trục trớc cao hơn ở chỗ khác. Để khắc phục hiện tợng này thì

37
trong khi tiến hành hỗn luyện tấm cao su phải đợc cắt và đảo nhiều theo chiều
vuông góc với chiều cắt.
II. Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình hỗn luyện
+ Thứ tự cho các chất phối hợp vào hỗn luyện: phải đảm bảo khả năng
phân tán chúng trong hợp phần cao su mà vẫn không gây ảnh hởng đáng kể đến
tính chất công nghệ và tính chất cơ lý của hỗn hợp. Thông thờng trớc khi đa
chất độn vào hỗn luyện thì cao su đợc hỗn luyện với một phần chất hóa dẻo
trớc để cao su có độ dẻo nhất định, có ứng suất trợt và độ nhớt tơng ứng đảm
bảo cho quá trình hỗn luyện thực hiện dễ dàng hơn.
+ Đối với chất độn thì nên chia thánh từng phần nhỏ. Vì khi cho vào một
lần với hàm lợng lớn sẽ làm tăng độ cứng của hỗn hợp, mặt khác khi độn tập
trung ở vài điểm nó trở thành chất cách ly giảm độ kết dính của cao su, dải cao su
cán sẽ bị đứt tách ra thành nhiều phần, do đó làm giảm khả năng phân tán các
chất phối hợp khác.
- Một nguyên tắc có ý nghĩa quan trọng là trong số các chất phối hợp ( trừ chất
lu hóa) loại nhóm chất có hàm lợng nhỏ trong hợp phần cao su đợc cho vào

trớc.
- Để hạn chế hiện tợng tự lu của hỗn hợp cao su các chất lu hóa thờng cho
vào ở giai đoạn cuối sau khi hỗn hợp cao su đã đợc làm lạnh đến nhiệt độ thấp.
Trong trờng hợp các chất lu hóa phân tán kém trong cao su thì có thể đa vào
giai đoạn đầu còn các chất xúc tiến lu hóa thì cho vào sau cùng.
Hỗn luyện cao su trong máy luyện kín
I. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy luyện kín
1/ Cấu tạo
- Phần nạp liệu gồm phễu nạp liệu và xi lanh khí dùng để đẩy nguyên vật liệu
xuống buồng luyện.
- Buồng luyện đợc chế tạo từ 2 xi lanh hình trụ hở mà trong mỗi xi lanh có roto
hình ovan quay hớng vào nhau với vận tốc rất lớn 40 v/phút.

38
- Phần động lực gồm động cơ điện với hệ thống giảm tốc truyền chuyển động đến
roto.
- Mỗi roto có 2 bờ nửa vòng răng có chiều tiến ngợc nhau để đẩy nguyên vật
liệu vào khu nhào luyện ở giữa buồng luyện.
- Để tăng biến dạng trợt theo các hớng khác nhau - tức tăng khả năng nhào
luyện của máy thì các bờ nửa vòng răng đợc sắp xếp với góc nghiêng khác
nhau.
- Một trong hai bờ tạo góc nghiêng với trục roto một góc 30
o
vì vậy chiều dài của
bờ này dài hơn bờ kia tạo góc nghiêng với trục roto là 45
o
.
- Khoảng cách khe hở giữa bờ và thành buồng luyện là 1,5 mm. Khe hở giữa các
roto nhỏ hơn 5 - 6 mm. Tỷ tốc của máy luyện kín thờng dùng là 1 : 1,18 đến 1 :
1,12.

Chơng 3
Cán tráng
3.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình cán tráng
- Mục đích của quá trình cán tráng là tạo hình sản phẩm.
- Trớc khi cán tráng hỗn hợp cao su đã qua nhiệt luyện trên máy cán luyện.
- Sản phẩm của quá trình cán tráng là băng (dải) hỗn hợp cao su dài vô tận có
chiều dày xác định cho trớc, có chiều rộng lớn nhất bằng chiều dài của trục cán
và có mặt cắt khác nhau phụ thuộc vào hình dạng đợc chế tạo cố định trên trục
cán định hình.
- Trong quá trình cán tráng hỗn hợp cao su chỉ đợc cán qua khe hở một lần vì
vậy để có dải cao su với bề mặt phẳng láng thờng sử dụng máy cán tráng cấu
tạo từ nhiều trục cán. Thông thờng để sản xuất bán thành phẩm dùng máy cán
tráng với lợng từ 3 đến 4 trục.
- Bằng máy cán tráng có thể chế tạo ra các bán thành phẩm khác nhau:
+ Chế tạo các dải cao su phẳng hoặc các dải cao su có mặt cắt ngang khác
nhau.

39
+ Ghép các tấm cao su lại với nhau để tăng chiều dày của bán thành phẩm.
+ Phủ hoặc phết cao su lên bề mặt vật liệu dệt.
3.2. Cơ chế của quá trình cán tráng
- Trong quá trình cán tráng dới tác dụng của lực đàn hồi của cao su, giữa các
trục xuất hiện lực đẩy tách các trục ra.
- Độ lớn của lực này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các trục (độ lớn của khe
hở), lợng hỗn hợp giữa 2 trục, tính chất đàn hồi nhớt của vật liệu, vận tốc quay
các trục cán và các yếu tố khác.
- Giá trị lực đẩy tách trục lớn nhất xuất hiện ở trục cán thứ nhất và trục cán thứ
hai của máy cán tráng, nơi có nhiều cao su d nhất.
- Giá trị lực đẩy tách trục phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau có thể xác định
bằng phơng trình thực nghiệm:

P
x
= C(107 - 54,5 + 0,1n + 0,17G + 0,3)
- Khoảng cách giữa các trục cán (m)
- Độ nhớt Muni của hỗn hợp cao su đợc xác định ở 100
o
C.
n - Vận tốc quay của trục cán (vòng/phút)
G - Khối lợng vật liệu d trên trục cán (kg)
C - Hệ số phụ thuộc đặc trng cho thành phần của hỗn hợp.
- Năng suất của máy cán tráng phụ thuộc vào khe hở giữa các trục (chiều dày bán
thành phẩm), chiều rộng của sản phẩm, vận tốc dài của trục cán, khối lợng riêng
của hỗn hợp cao su và hệ số thời gian sử dụng máy đợc xác định theo công thức:
Q = 60..B.v..
Q - năng suất máy cán (kg/giờ)
- khoảng cách giữa 2 trục cán (m)
B - chiều rộng của dải cao su (m)
v - vận tốc dài của trục cán (m/phút)
- khối lợng riêng của hỗn hợp cán (kg/m
3
)

40
- hệ số thời gian sử dụng máy.
3.3. Hiệu ứng cán tráng
- Dới tác dụng cơ học các mạch, đoạn mạch đại phân tử và các cấu trúc phân tử
của hợp phần cao su đợc định hớng lại theo chiều cán. Hiện tợng định hớng
polyme trong quá trình cán tráng làm xuất hiện hiện tợng không đồng nhất về
tính chất của hợp phần cao su. Hiện tợng không đồng nhất về tính chất của vật
liệu trong kết quả của quá trình định hớng hoặc quá trình cán tráng đợc gọi là

hiện tợng định hớng hay hiệu ứng cán tráng.
- Một trong số các đặc trng quan trọng để phân biệt cao su có hiệu ứng cán
tráng với các loại cao su khác là sự khác nhau về độ bền cơ học theo chiều cán và
theo chiều vuông góc với chiều cán.
- Độ bền kéo đứt của vật liệu dọc theo chiều cán lớn hơn độ bền kéo đứt theo
chiều vuông góc với chiều cán. Độ dãn dài tơng đối lại có qui luật ngợc lại.
a. Các yếu tố ảnh hởng đến hiệu ứng cán tráng
- Các đặc trng công nghệ
- Nhiệt độ cán
- Vận tốc và tỷ tốc trục cán
- Chiều dày thành phẩm
- Các đặc trng khác của hỗn hợp cao su.
a.1/ Nhiệt độ
- Hiệu ứng cán tráng giảm khi tăng nhiệt độ trục cán có thể giải thích bằng sự
giảm thời gian hồi phục của vật liệu cán cùng nhiệt độ.
- Thực vậy khi nhiệt độ tăng do năng lợng chuyển động nhiệt các đoạn mạch,
mạch đại phân tử các cấu trúc phân tử tăng - độ linh động mạch đại phân tử tăng.
Cùng với hiện tợng tăng độ linh động mạch đại phân tử thời gian hồi phục ứng
suất đều giảm đến giá trị tơng đơng với thời gian hồi phục ứng suất đều giảm
đến giá trị tơng đơng với thời gian tác dụng lực. Chính vì có hiện tợng giảm

41
thời gian hồi phục biến dạng tơng đơng với thời gian tác dụng lực mà hiện
tợng định hớng mạch đại phân tử giảm, do đó hiệu ứng cán tráng giảm.
a.2/ Các đặc trng công nghệ
- Khi vận tốc trục cán tăng, tỷ tốc trục cán tăng và khi khoảng cách giữa các trục
cán giảm trong khối polyme xuất hiện ứng suất trợt lớn, giá trị ứng suất có thể
lớn hơn cả lực tác dụng tơng hỗ giữa các mạch đại phân tử, giữa các cấu trúc
phân tử vì vậy dới tác dụng ứng suất trợt lớn mạch đại phân tử, các cấu trúc
phân tử dễ dàng định hớng lại theo chiều tác dụng lực.

- Vì có sự khác nhau giữa thời gian tác dụng lực và thời gian hồi phục nên trong
những điều kiện công nghệ nh trên hiệu ứng định hớng (hiệu ứng cán tráng)
lớn.
a.3/ Chiều dày
- Khi chiều dày tấm vật liệu cán tráng và vận tốc cán tráng nhỏ các phân tử trong
cao su luôn luôn nằm ở trạng thái gần cân bằng vì thế hiệu ứng cán tráng giảm.
b. Kết luận
- Hiệu ứng cán tráng xuất hiện trong quá trình cán tráng đợc tạo bởi quá trình
định hớng các đoạn mạch phân tử, các mạch đại phân tử và các cấu trúc phân tử
dọc theo chiều cán.
- Để loại bỏ hiệu ứng cán tráng (khắc phục hiện tợng định hớng) hỗn hợp cao
su thờng đợc sấy nóng.
- Đối với một số hợp phần cao su có chứa chất độn cấu trúc hình kim, cấu trúc
dạng tấm, dải. Hiệu ứng định hớng đợc tạo bởi sự không đồng nhất của các hạt
chất độn. Hiệu ứng cán tráng này không thể khắc phục bằng phơng pháp sấy
nóng.
- Dạng hiệu ứng này đợc gọi là hiệu ứng hạt, thờng xuất hiện ở hợp phần cao
su có chứa các hạt độn vô cơ nh bột talk; MgCO
3
; Barit; cao lanh

42
- Loại hiệu ứng này tồn tại vĩnh viễn trong cao su vì thế để chế tạo cao su có độ
cứng lớn mà đại lợng biến dạng theo một hớng rất nhỏ thờng sử dụng các loại
độn không đồng nhất với hàm lợng cao.
Tạo hình sản phẩm trên máy cán tráng
* Phụ thuộc vào mục đích sử dụng và các quá trình đợc thực hiện trên
máy mà máy cán tráng đợc phân thành các loại sau:
- Máy cán tấm để sản xuất các sản phẩm cao su dạng tấm phẳng dài vô tận.
- Máy cán hình: Để chế tạo các sản phẩm cao su, bán thành phẩm cao su

với mặt cắt ngang có hình dáng phức tạp, hoặc tạo lên bề mặt sản phẩm những
hình vẽ khác nhau.
- Máy cán tráng phủ dùng để phủ 1 lớp cao su mỏng lên bề mặt của vật
liệu dệt.
- Máy phết dùng để miêt cao su vào sợi mành, vải.
* Phân loại theo số lợng trục cán và cách sắp xếp các trục cán đó trong
máy mà phân thành các loại sau:
- Máy cán tráng đứng 3 trục.
- Máy cán tráng 3 trục tam giác
- Máy cán tráng 4 trục hình chữ
- Máy cán tráng 4 trục hình chữ S
+ Trong quá trình cán tráng khi cao su nạp vào khe hở giữa 2 trục sẽ xuất hiện
lực đẩy tách trục. Độ lớn của lực đẩy tách phụ thuộc vào lợng hỗn hợp cao su d
và khoảng cách tới gối đỡ đầu trục.
+ Sự tồn tại lực đẩy tách này sẽ làm trục bị uốn. kích thớc của sản phẩm tạo
ra không chính xác để khắc phục hiện tợng này thờng chế tạo trục cán có
hình trụ lồi. Ngoài ra để nhận đợc sản phẩm cán tráng có kích thớc chính xác
theo yêu cầu và quá trình cán tráng thực hiện đợc dễ dàng hỗn hợp cao su phải
đợc nhiệt luyện đến độ dẻo cần thiết trên máy cán nhiệt luyện.

43
+ Để chống hiện tợng cao su d thừa ở một điểm gây lực tách trục lớn hỗn hợp
cao su đợc nạp vào máy cán tráng bằng băng tải dao động theo chiều dài trục
cán nh nhau. Lực đẩy tách trục đợc dải đều theo chiều dài trục cán nên độ uốn
trục giảm và sản phẩm có kích thớc chính xác hơn.
+ Để hạn chế hiện tợng tự lu của hỗn hợp cao su đồng thời duy trì các tính chất
công nghệ của bán thành phẩm sau khi ra khỏi trục cán đợc tiếp nhận ngay lên
băng tải.
+ Trong một số trờng hợp để loại bỏ hoàn toàn hiệu ứng cán tráng thành phẩm
cao su đợc chạy qua giàn lò sấy sau đó sản phẩm mới đợc làm lạnh.

1/ Cán tấm và cán hình hỗn hợp cao su
* Yêu cầu sản phẩm: Sản phẩm là những tấm cao su mỏng hoặc dải cao su
có mặt cắt ngang phức tạp khác nhau, nh vậy yêu cầu tấm cao su phải có chiều
dày nh nhau trên toàn bộ diện tích bề mặt, bề mặt phải bóng đôi khi có ánh
gơng.
- Thông thờng chiều dày của sản phẩm cán tráng và kích thớc của khe hở giữa
các trục có giá trị khác nhau.
- Sự khác nhau này là kết quả của quá trình hồi phục đàn hồi của hỗn hợp cao su.
- Quá trình hồi phục đàn hồi này phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp cao su,
độ nhớt, bản chất hoá học của cao su, nhiệt độ của trục cán và vận tốc quay các
trục cán (thời gian tác dụng lực).
- Để giảm quá trình hồi phục đàn hồi của hỗn hợp cao su có thể đa thêm vào
hỗn hợp một phần cao su mạng không gian, một số chất định hình, chất độn và
chất hoá dẻo cho cao su. Việc điều chỉnh nhiệt độ trục cán cũng là cần thiết và có
ý nghĩa quan trọng. Đối với mỗi loại cao su khác nhau thì việc điều chỉnh khác
nhau.
2/ Ghép, dán các tấm cao su bằng máy cán tráng
3/ Phủ, phết cao su lên vật liệu dệt bàng máy cán tráng
Chơng V

44
lu hoá cao su
Mở đầu
- Lu hoá là công đoạn cuối cùng của công nghệ gia công cao su. Trong quá
trình lu hoá tính chất mềm dẻo, chảy nhớt của hỗn hợp cao su dần dần giảm
thay vào đó là tính chất đàn hồi cao của hỗn hợp cao su dần tăng. Thờng thay
đổi theo xu hớng các tính chất cơ lý tốt hơn, còn các tính chất không có lợi cho
việc sử dụng nh độ dãn dài d thì giảm nhiều.
- Các tính chất cơ lý của hợp phần cao su phụ thuộc vào nhiệt độ của quá trình
lu hoá, thời gian tiến hành lu hoá và bản chất hoá học của hệ thống lu hoá

cũng nh loại cao su.
- Nh vậy ngoài việc chọn hệ thống lu hoá phù hợp thì còn phải tiến hành công
nghệ lu hoá thích hợp để nhận đợc hợp phần cao su có những đặc trng xác
định cho trớc.
Sự thay đổi tính chất của hợp phần cao su trong quá trình lu hoá
I. Mođun
- Trong quá trình lu hoá số lợng cầu nối liên kết các mạch đại phân tử tăng, lực
cần thiết để vật liệu biến dạng là tổng của lực để đảm bảo sự quay trong mạch đại
phân tử và lực biến dạng các gốc liên kết hoá trị tăng. Lực biến dạng này thờng
gọi là môđun của vật liệu để đạt đại lợng biến dạng cho trớc.
- Mođun của vật liệu trong khoảng phụ thuộc rộng tỷ lệ thuận với số cầu nối giữa
các mạch đại phân tử hoặc mức độ lu hoá của cao su và đợc xác định bằng
phơng trình:


= .R.T.A
o
-1
.M
TB
-1
( -
-2
)


- Lực cần thiết để tạo nên biến dạng .
- Khối lợng riêng của hỗn hợp cao su.
R - Hằng số khí
T - Nhiệt độ tuyệt đối

45
A
o
- Diện tích mặt cắt ban đầu của mẫu (cm
2
)
M
TB
- Khối lợng phân tử trung bình đoạn mạch đợc chắn bởi 2 liên kết
cầu nối gần nhau.
- Tỷ lệ giữa chiều dài cao su biến dạng và chiều dài ban đầu của mẫu.
- Nh vậy giá trị môđun tỷ lệ nghịch với khối lợng phân tử trung bình do đó
cùng với quá trình lu hoá mức độ khâu mạch tăng, khối lợng phân tử trung
bình đoạn mạch giảm và mođun tăng.
2. Độ cứng
- Cũng giống nh mođun của hỗn hợp cao su, trong quá trình lu hoá cùng với
thời gian lu hóa, cùng với mức độ khâu mạch độ cứng của cao su lu hóa tăng.
- Tăng độ cứng của hợp phần cao su có thể giải thích bằng sự tăng số lợng liên
kết ngang làm cố định các mạch đại phân tử mạch đại phân tử mất độ linh
động và giảm khả năng biến dạng dới tác dụng của ngoại lực.
- Sự tăng độ cứng phụ thuộc vào số lợng các liên kết ngang trong mạch đại phân
tử, nhận thấy rõ ràng ở vật liệu cao su cứng (ebonit).
- Độ cứng của cao su có thể xem nh mođun của vật liệu ở đại lợng biến dạng
rất nhỏ vì phơng pháp xác định độ cứng của vật liệu trên cơ sở xác định đại
lợng phản lực biến dạng của vật liệu khi ấn kim đo ngập trong cao su.
3. Độ bền kéo đứt
- Khác với 2 đại lợng trên, cùng với mức độ khâu mạch tăng ở giai đoạn đầu độ
bền kéo đứt dần dần tăng và đạt giá trị cực đại. Sau đó giảm dần đến giá trị cực
tiểu, nếu tiếp tục tăng mức độ khâu mạch nhận đợc sản phẩm có độ cứng lớn

(ebonit) và một lần nữa độ bền kéo đứt của vật liệu lại tăng lên.
- Sự thay đổi độ bền kéo đứt của hợp phần cao su phụ thuộc vào hàm lợng lu
huỳnh tham gia vào liên kết khâu mạch cho các loại cao su khác nhau thì khác
nhau. Sự thay đổi của độ bền kéo đứt của cao su tinh thể, cao su kết tinh trong
quá trình biến dạng lớn hơn đối với cao su vô định hình.

46
- Giá trị của độ bền kéo đứt phụ thuộc chủ yếu vào số các liên kết hoá học chịu
lực tác dụng biến dạng trong một đơn vị thể tích của vật liệu.
4. Biến dạng dài tơng đối, biến dạng d
- Trong quá trình kéo đứt đại lợng biến dạng dãn dài tơng đối đợc xác định
bằng phơng trình:
=
100.
1
o
o
l
ll

(%)
l
1
- Chiều dài mẫu khi đứt.
l
o
- Chiều dài ban đầu của mẫu.
- Cùng với mức độ khâu mạch tăng, biến dạng dãn dài tơng đối giảm dần đến
giá trị tơng đơng với đại lợng biến dạng đàn hồi tuyệt đối của các vật thể rắn
lý tởng.

- Nghiên cứu ảnh hởng các tác động cơ học đến cấu trúc phân tử polyme
Gul.V.A.Kuleznev cho rằng: Đối với polyme mạch thẳng và polyme có mật độ
mạng lới không gian tha thớt lực tác dụng cơ học (kéo, nén) tác dụng trực tiếp
lên từng mạch đại phân tử, khi có mạch đại phân tử từ trạng thái cuộn rối đợc
dãn thẳng ra theo chiều tác dụng lực. Đại lợng biến dạng tổng cộng của mẫu
polyme là tổng đại lợng biến dạng các mạch phân tử trong khối polyme.
- Cùng với quá trình lu hóa các mạch đại phân tử trong khối hợp phần cao su
đợc định vị bằng các liên kết ngang.
- Số lợng liên kết ngang càng nhiều khả năng định hớng các mạch đại phân tử
theo chiều tác dụng càng giảm vì thế đại lợng biến dạng tổng cộng giảm.
* Biến dạng d
- Biến dạng d đợc tạo thành trong hợp phần cao su do sự chuyển dịch tơng đối
của phần hỗn hợp cao su này so với phần khác hoặc mạch phân tử này so với
mạch khác vì vậy trong hợp phần cao su với mật độ mạng lới không gian tha
thớt hoặc trong cao su cha lu hóa dới tác dụng của ngoại lực các mạch đại
phân tử dễ dàng chuyển động trợt, tịnh tién lên nhau.

47
- Đại lợng biến dạng d đợc xác định theo công thức
d
= 100.
1
o
o
l
ll

(%) sẽ
lớn.
l

2
- độ dài của mẫu sau khi đã hồi phục.
l
o
- độ dài ban đầu của mẫu.
- Khi mật độ mạng lới không gian tăng (mức độ lu hóa cao) các liên kết khâu
mạch không gian ngăn chặn quá trình chảy trợt các mạch đại phân tử vì thế đại
lợng biến dạng d nhỏ.
- Trong công nghệ gia công cao su để sản xuất các sản phẩm cao su có đại lợng
biến dạng d rất nhỏ, có thể tăng mức độ lu hoá của hợp phần bằng cách tăng
hoạt tính của hệ thống lu hóa hoặc tăng hàm lợng lu huỳnh trong đơn pha
chế.
5. Đàn tính
- Đàn tính hay biến dạng đàn hồi cao của cao su đợc hình thành bởi sự thay đổi
thuận nghịch vị trí sắp xếp các đoạn mạch phân tử, các phân tử khác nhau của
mạch đại phân tử dới tác dụng của ngoại lực không lớn.
- Trong trờng hợp hỗn hợp cao su cha lu hóa hoặc lu hóa cha đến điểm tới
lu (mạng lới không gian tha thớt), các mạch đại phân tử, đoạn mạch phân tử
cha có những liên kết với nhau thì sự chuyển dịch vị trí trong không gian các
mạch đại phân tử xảy ra rất dễ dàng dới tác dụng ngoại lực, do đod xuất hiện
biến dạng không thuận nghịch (biến dạng chảy nhớt) - vật liệu không có tính chất
đàn hồi.
- Khi quá trình lu hóa xảy ra đồng nghĩa với sự xuất hiện các liên kết ngang tạo
mạng lới không gian trong mạch đại phân tử, tạo cho vật liệu có xu hớng
chống lại những biến dạng dới tác dụng của ngoại lực, do đó xuất hiện biến
dạng thuận nghịch - có nghĩa là vật liệu có đàn tính.

48
- Nh vậy đàn tính của hợp phần cao su phụ thuộc vào mật độ mạng lới không
gian. Đối với hỗn hợp cao su trong vùng lu hóa tối u sự phụ thuộc này đợc

Hofman viết dới dạng phơng trình:
W = 1/2.R.T..M
TB
-1
(
1
2
+
2
2
+
3
2
- 3)
W - Đàn tính của hợp phần cao su ở đại lợng biến dạng ; R - hằng số khí
- khối lợng riêng của hỗn hợp cao su.
T - nhiệt độ tuyệt đối
M
TB
- Khối lợng phân tử trung bình nằm giữa 2 liên kết khâu mạch.

x
- tỷ số giữa kích thớc mẫu cao su biến dạng và kích thớc ban đầu của
mẫu theo 3 chiều.
Các giai đoạn chính của quá trình lu hóa
- Khảo sát sự phụ thuộc mođun của hỗn hợp cao su vào thời gian lu hóa có thể
thiết lập đợc các giai đoạn chính của quá trình lu hóa gồm:
+ Khởi đầu lu hóa
+ Vùng lu hóa tối u
+ Vùng quá lu

- Sự phân chia nh trên có liên quan đến mức độ cũng nh vận tốc của quá trình
khâu mạch mạch đại phân tử cao su.
- Trong từng giai đoạn thì các tính chất cơ lý, tính năng kỹ thuật và tính năng sử
dụng của hợp phần cao su cũng thay đổi.
1. Giai đoạn khởi đầu
- Khởi đầu quá trình lu hóa có thể hiểu đó là thời điểm khi hỗn hợp cao su bắt
đầu có độ cứng tăng, hỗn hợp dần dần mất khả năng chảy khi nhiệt độ tăng.
- Thời điểm xuất hiện những thay đổi này phụ thuộc vào mức độ hoạt động hoá
học của hệ thống lu hoá trong hợp phần cao su.
- Thời gian hoạt hóa của hệ thống lu hóa đợc gọi là thời gian cảm ứng lu hóa.

49
Phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, điều kiện công nghệ, phơng pháp
gia công mà ta chọn hệ xúc tiến lu hóa khác nhau.
- Thông thờng các loại xúc tiến có thời gian cảm ứng nhỏ nh xúc tiến nhóm
cacbamat, nhóm thiuram dùng chủ yếu đối với các sản phẩm cao su có chiều dày
lớn và có cấu tạo từ nhiều lớp, các sản phẩm có thể lu hóa với vận tốc lớn và quá
trình lu hóa tiến hành ở nhiệt độ thấp.
- Đối với các sản phẩm cao su có chiều dày lớn thì để đảm bảo cho cao su lu
hóa đồng đều các lớp cao su ngoài tiếp xúc với nhiệt nhiều thờng đợc dùng hệ
thống lu hóa có chu kỳ cảm ứng lớn nh nhóm sunfenamit, còn lớp giữa đợc
lu hóa bằng hệ thống lu hóa không có chu kỳ cảm ứng.
2. Giai đoạn lu hóa tối u
- Giai đoạn lu hóa tối u là khoảng thời gian lu hóa mà trong đó có thể nhận
đợc giá trị cực đại một trong số các tính chất đặc trng cho hỗn hợp cao su hoặc
một hợp phần cao su với tập hợp tối u các tính chất cơ lý đáp ứng những yêu cầu
kỹ thuật của sản phẩm.
- Cùng với thời gian lu hóa mật độ mạng lới không gian tăng làm cản trở khả
năng va chạm các cấu tử vì thế vận tốc khâu mạch giảm dần.
- Thời điểm này các tính chất cơ lý hoá của hợp phần cao su ít thay đổi. Nừu tiếp

tục tăng thời gian lu hóa trong khối cao su xảy ra phản ứng phân hủy làm giảm
tính năng cơ lý, tính năng kỹ thuật của hợp phần cao su.
- Khoảng thời gian lu hoá mà trong đó các tính chất cơ lý, tính năng kỹ thuật
của hợp phần cao su ít thay đổi đợc gọi là dải lu hóa tối u của quá trình lu
hóa.
- Độ lớn của dải lu hóa tối u phụ thuộc vào tính bền nhiệt của các liên kết cầu
nối. Độ bền nhiệt của các liên kết thì phụ thuộc vào năng lợng liên kết cầu nối.
C - S
x
- C < 64 kcal/mol
C - S - S - C 64 kcal/mol
C - S - C 68 kcal/mol