Cao su

1
Giáo trình môn kỹ thuật gia công cao
su phần 1
nguyên vật liệu trong công nghệ ch' bi'n và
gia công cao su Chơng 1
mở đầu
1.1. Khái niệm chung về vật liệu cao su
- Cao su là vật liệu polyme có tính chất đặc trng đó là có bi'n dạng
đàn hồi cao. - Cao su có bản chất của hợp chất cao phân tử do vậy nó có
các tính chất đặc trng của hợp chất cao phân tử. Cấu tạo mạch phân tử
của cao su cũng đợc tạo thành bởi các nguyên tử hay nhóm nguyên tử lặp
đi lặp lại nhiều lần, nối với nhau bằng các liên k't hóa học.
- Hoạt động hóa học, tính năng kỹ thuật của cao su phụ thuộc vào cấu tạo,
thành phần hóa học, khối lợng phân tử, sự phân bố khối lợng phân tử
và sự sắp x'p các nhóm nguyên tử trong mạch phân tử.
- Độ bền nhiệt của cao su phụ thuộc chủ y'u vào năng lợng liên k't các
nguyên tử hình thành mạch chính: năng lợng càng cao độ bền nhiệt của
cao su càng lớn. - Đại lợng ảnh hởng nhiều đ'n tính chất cơ lý, tính
chất kỹ thuật và công nghệ đó là lực tác dụng tơng hỗ giữa các đoạn
mạch, mắt xích, nhóm th' của mạch đại phân tử
- Cao su có chứa nhóm phân cực lớn ở mạch chính, lực tác dụng tơng hỗ
lớn do đó mạch phân tử cứng, đàn tính của vật liệu giảm nhanh khi giảm
nhiệt độ, nhiệt độ hóa tinh lớn.
- Cao su không phân cực thì có lực tác dụng tơng hỗ giữa các mạch phân
tử b , vật liệu mềm dẻo ngay ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ hóa thủy tinh b . -
Mạch phân tử có cấu trúc không gian điều hòa, có khả năng k't tinh ngay
trong điều kiện không có bi'n dạng.
2
- Cùng loại cao su (có cùng bản chất hóa học) nhng ở trạng thái cấu trúc
tinh thể thì nhiệt độ hóa thủy tinh lớn hơn ở trạng thái cấu trúc vô định
hình. - Khối lợng phân tử và dải phân bố khối lợng phân tử của cao su

cũng ảnh hởng đ'n tính chất công nghệ, tính chất cơ lý của vật liệu:
khối lợng phân tử tăng trong khoảng nào đó thì độ mài mòn và đàn tính
của vật liệu tăng. - Mạch đại phân tử cao su thờng cấu tạo từ hai hay
nhiều loại mắt xích cơ sở (cao su butađien-styren, cao su butađien-nitril,
cao su butyl), đợc gọi là copolyme. Sự sắp x'p các mắt xích trong
mạch phân tử, tỷ lệ của các mắt xích quy't định tính chất cơ lý, tính
chất công nghệ của vật liệu.
Chơng 2
NGUYÊN LIệU CAO SU
2.1. Cao su thiên nhiên
2.1.1. Mủ cao su thiên nhiên
2.1.1.1. Thành phần, cấu tạo và tính chất
- Mủ cao su thiên nhiên là nhũ tơng trong nớc của các hạt latex cao
su với hàm lợng phần khô từ 28% đ'n 40%. Các hạt latex này vô cùng b
và có hình dạng quả trứng gà.
- Hạt latex có cấu tạo gồm 2 lớp:
+ Lớp trong cùng là thành phần của mạch phân tử cao su -
hyđrocacbon.
+ Lớp bên ngoài là các chất nhũ hóa bao bọc các phân tử cao
su, làm nhiệm vụ bảo vệ latex không bị keo tụ. Lớp này còn đợc gọi là
lớp hấp phụ, thành phần bao gồm: Nớc, các hợp chất chứa nitơ, protein,
muối của axit b o (xà phòng), các chất b o
- Kích thớc hạt latex từ 0,05-3 , chúng luôn ở trạng thái chuyển
động Braon.
3
- Số lợng hạt trong 1g mủ với hàm lợng phần khô 40% là 5.1013,
đờng kính hạt trung bình là 0,26.
- Các hạt latex mang điện tích âm -40 mV đ'n -110 mV. - Mủ cao su lấy
từ cây ra ban đầu có tính kiềm y'u (pH=7,2). Sau vài giờ bảo quản giá trị
pH giảm xuống còn khoảng 6,9-6,6 do đó latex dần bị keo tụ lại. Do vậy

để bảo quản latex ngời ta cho vào mủ dung dịch amoniăc 0,5% và dung
dịch KOH5% để giữ cho pH của mủ luôn luôn đạt từ 11-13.
2.1.1.2. Các phơng pháp cô đặc mủ cao su thiên nhiên
Để dễ dàng vận chuyển cao su thiên nhiên và dễ sử dụng ngời ta ti'n
hành cô đặc nhằm tách loại bớt phần serum. Có nhiều phơng pháp ti'n
hành cô đặc nh: a. Phơng pháp lắng
- Do có sự khác biệt về khối lợng riêng giữa phần khô (cao su) và
serum nên có thể áp dụng hiện tợng lắng tách tự nhiên pha cao su, tuy
nhiên quá trình này xảy ra chậm.
- Để tăng tốc cho quá trình lắng tách phân lớp ngời ta cho thêm vào
một số loại hợp chất có những tính chất sau:
+ Giảm lực hấp phụ giữa lớp vỏ của hạt latex và nớc trong serum. + Làm
tăng khối lợng riêng pha serum nhằm tăng sự khác nhau về khối lợng
riêng.
+ Không gây hiện tợng keo tụ trong quá trình phối
trộn. * Ưu điểm:- Thu đợc hàm lợng polyme cao
(60%) - Tách đợc phần lớn các chất tan
- Latex có độ ổn định cao
- Đơn giản vì không đòi hỏi thi't bị phức tạp, dễ ti'n
hành - Không tiêu tốn năng lợng
* Nhợc điểm: Năng suất thấp, thời gian cô đặc k
o dài b. Phơng pháp ly tâm
Dùng máy ly tâm với vận tốc 1800 v/p.
4
* Ưu điểm:- Thu đợc mủ hàm lợng cao su cao đạt từ 60-
65% - Năng suất cao, thời gian cô đặc giảm
- Hàm lợng các chất tan trong nớc giảm nhiều
* Nhợc điểm: Latex thu đợc k m bền vì do tác dụng lực ly tâm lớn
nên gây phá vỡ lớp bao bọc bên ngoài của hạt latex.
c. Phơng pháp bay hơi tự nhiên

- Phơng pháp này đợc sử dụng rộng rãi ở các cơ sở sản xuất nhỏ. - Để
chống hiện tợng keo tụ do amôniăc bị bay hơi, ngời ta thờng cho thêm
vào dung dịch KOH 5% và muối natri của axit b o để làm chất nhũ hóa
(có tác dụng ổn định nhũ tơng).
* Ưu điểm: Không tiêu tốn năng lợng, dễ ti'n
hành * Nhợc điểm:
- Phơng pháp này thủ công đòi hỏi thi't bị cồng kềnh, nhà
rộng thoáng mát.
- Mủ thu đợc có hàm lợng polyme không
cao - Chứa hầu h't các chất tan trong nớc -
Năng suất thấp, thời gian cô đặc k o dài
2.1.1.3. Nhợc và u điểm của latex cao su trong công nghệ
gia công a. Ưu điểm
- Ti't kiệm đợc năng lợng do không cần cán luyện khi cho phụ gia
vào mủ cao su nh đối với cao su sống.
- Ti't kiệm mặt bằng, ít đòi hỏi thi't bị cồng kềnh, phức tạp. - Chất lợng
sản phẩm cao vì các mạch phân tử cao su không bị cắt đứt. - Khi nhúng
vào vải mành cao su dễ thấm qua khe hở của sợi làm tăng sức k't dính
giữa các lớp vải mành.
b. Nhợc điểm
5
- Các chất độn bổ cờng không có tác dụng tăng cờng lực mà nó
chỉ làm tăng độ cứng cho cao su.
- Cao su bị co rút nhiều do nớc trong mủ bốc hơi, do đó chỉ dùng
sản xuất các vật phẩm có thành mỏng.
- Mủ cao su khó tồn trữ lâu và khi di chuyển xa không thuận lợi vì
còn chứa 30-40% nớc.
2.1.2. Cao su sống
Cao su sống đợc sản xuất từ mủ cao su chủ y'u bằng 2 phơng pháp: 1.
Keo tụ mủ cao su, rửa phần keo tụ bằng nớc mềm rồi sấy đ'n độ ẩm

cần thi't, phơng pháp này thu đợc cao su chất lợng tốt.
2. Cho bay hơI nớc, sau đó rửa rồi sấy, phơng pháp này cao su có
chất lợng k m hơn.
2.1.2.1. Phơng pháp sản xuất cao su cr'p xông khói
Cr'p xông khói sản xuất từ mủ cao su bằng phơng pháp keo tụ. Công
nghệ sản xuất loại này là dây chuyền bao gồm 8 công đoạn kh p kín: Lọc
Pha loãng Keo tụ Cán p nớc Cán rãnh Ngâm nớc Sấy
xông khói KCS + đóng gói
- Lọc: Mục đích công đoạn này là tách những tạp chất cơ học cặn bã nh
cát, sạn, đá, sỏi, vỏ cây, những cục cao su bị keo tụ do tác dụng của lực cơ
học trong quá trình vận chuyển làm phá vỡ lớp vỏ bảo vệ của hạt latex. Lọc
bằng lới với mắt sàng có đờng kính là 54 micromet.
- Pha loãng: dùng nớc mềm cho vào mủ cao su đ'n nồng độ khoảng 15-
17%, nhằm tách bớt các hợp chất tan trong nớc.
- Keo tụ: sau khi pha loãng cho vào thùng chuyên dùng rồi khuấy đều với
dung dịch axit axetic 1% cho đ'n khi keo tụ hoàn toàn. Latex lúc này phân
thành hai pha: pha cao su nổi lên trên bề mặt và pha serum (nớc, các tạp
chất tan trong nớc). Ti'n hành vớt phần cao su nổi trên bề mặt để
chuyển sang công đoạn ti'p theo.
6
- Cán p nớc: Cao su vớt ra cho lên máy p nớc loại máy cán 2 trục không
tỷ tốc, bề mặt trục cán phẳng. Mục đích của công đoạn này là loại bỏ các
hợp chất tan trong nớc đợc cuốn theo trong quá trình cán rửa bằng nớc
mềm và một phần serum bám vào các lớp vỏ cao su keo tụ. Cao su cán ra
dạng tấm có độ dày khoảng 6 mm.
- Cán rãnh: mục đích làm tăng diện tích ti'p xúc bề mặt để thực hiện ý
đồ công nghệ sau này và chống dính cho các tấm cao su.
- Ngâm nớc: sau khi cán rãnh đem đem ngâm trong nớc mềm trong thời
gian từ 10 đ'n 15 giờ nhằm loại bỏ các chất tan trong nớc, tách triệt để
axit axetic dùng keo tụ.

- Sấy xông khói: Sau khi ngâm, vớt các tấm cao su cho lên giá có bánh xe
trợt trên đờng ray để chuyển vào lò sấy xông khói. Lò sấy gồm 3
tầng: các tầng trên là giá đỡ cao su, các tầng dới cùng để các loại chất đốt
nh bẹ dừa, vỏ lạc, củi tơI, tre nứa Sấy trong 7 đ'n 10 ngày đêm.
Nhiệt độ sấy từ 45-50 oC. Cao su xông khói có màu vàng nâu là do
phenol, dẫn xuất của phenol khuy'ch tán vào cao su, do tác dụng của
không khí bị oxy hóa. Phenol và dẫn xuất phenol có trong khói lò có tác
dụng bảo vệ cao su dới tác dụng của vi sinh vật và khả năng chống lão
hóa.
2.1.2.2. Phơng pháp sản xuất cr'p trắng
Cr'p trắng đợc sản xuất gồm các công đoạn tơng tự đối với cr'p xông
khói, tuy nhiên có khác ở các công đoạn sau:
- Trớc khi keo tụ latex cho vào dung dịch NaHSO4 1% (tỷ lệ 1/10), sau
khi keo tụ một phần latex do quá trình tạo axit H2SO3 theo cơ ch':
2NaHSO3 Na2SO3 + H2SO3
Axit H2SO3 k m bền phân hủy thành SO2 có tác dụng tẩy trắng mủ cao
su trớc khi keo tụ:
H2SO3 SO2 + H2O
7
- Sau đó ti'p tục cho dung dịch axit axetic 1% vào để ti'n hành keo tụ mủ cao
su.
- Vớt phần cao su keo tụ qua sàng nhiều tầng, rồi cho qua cán rửa cao
su trên máy 2 trục gồm 3 máy k' ti'p nhau. Trong công đoạn này dùng nớc
mềm để rửa các chất tan trong nớc, các v't muối và axit còn lại trên cao su
keo tụ. Công đoạn này k't hợp với việc tạo vân nhám trên bề mặt cr'p nhằm
tăng diện tích ti'p xúc với nớc rửa.
- Sau khi cán xuất tấm dày khoảng 6 mm, đem treo trên giá và chuyển vào
lò sấy khô ở nhiệt độ 35-40 oC trong khoảng thời gian từ 2-3 tuần. 2.1.3.
Cấu tạo hóa học của cao su thiên nhiên
- Cao su thiên nhiên là polyme thuộc loại polyizopren có mạch đại phân

tử hình thành từ các mắt xích izopenten điều hòa không gian mạch
thẳng dạng cis (98%- 100%) và dạng trans (2% - 0%).
-[ CH2 - CH = CH-]n-
|
CH3
- Khối lợng phân tử trung bình của cao su thiên nhiênlà 1,3.106. - Loại
nhựa cây có tên gọi là Gutapetra có cấu tạo hóa học mạch đại phân tử gần
giống với cao su thiên nhiên, tuy nhiên mạch có cấu trúc mạch thẳng không
gian điều hòa dạng trans chi'm chủ y'u (98% - 100%) và khối lợng phân
tử từ 36.103 đ'n 50.103. Loại nhựa này có mức độ k't tinh cao và vận tốc k't
tinh lớn. Sự khác nhau giữa hai loại nhựa này là hệ quả của sự khác nhau
về cấu trúc không gian 2 đồng phân 1,4 cis izopenten và 1,4 trans
izopenten.
2.1.4. Thành phần hoá học
- Cacbuahyđro (chủ
y'u) - Độ ẩm
- Các chất trích ly bằng
aceton - Các chất khoáng
8
- Các chất chứa nitơ (prôtêin)
Hàm lợng phụ thuộc vào các y'u tố nh: phơng pháp sản xuất
cao su, phơng pháp lấy mủ cao su.
a) Các chất trích ly bằng
aceton Gồm:
51% acid b o (acid oleic, acid stearic ) giữ vai trò làm chất
trợ xúc ti'n cho quá trình lu hóa cao su và chất làm mềm, vừa có tác
dụng chống lại sự ôxyhoá mạch đại phân tử có tác dụng làm chất
phòng lão cho cao su.
b) Các chất chứa
nitơ Gồm:

. Prôtein (chủ y'u)
. Các sản phẩm phân huỷ prôtein là các acid amin. Thành phần của
prôtein đợc xác định bằng phơng pháp Kendan: 50 - 55% O; 6,5-
7,3% H; 21-24%O; 15-18% N; 0-2,4% S Khối lợng phân tử của
prôtein là 3400 tác dụng làm tăng vận tốc quá trình lu hoá, chất
phòng lão cho cao su, tuy nhiên nó làm tăng khả năng hút ẩm, giảm
tính cách điện của vật liệu.
c) Chất khoáng - chất tro
Gồm: Các hợp chất kim loại kiềm, kiềm thổ: Muối natri, kali, magiê và
các hợp chất kim loại có hóa trị thay đổi nh Fe2O3, MnO2, CuO
2.1.5. Tính chất vật lý của cao su thiên nhiên
- Vận tốc k't tinh lớn nhất đợc xác định ở
25 oC - Cao su thiên nhiên tinh thể nóng
chảy ở 40 oC
- Khối lợng riêng : 914 kg/ m3
- Nhiệt độ hoá thuỷ tinh
: -70 oC
- Hệ số giãn nở thể tích
: 656.104 dm3/ oC
9
- Nhiệt dẫn riêng
: 0,14 W/ m oK
- Nhiệt dung riêng
: 1,88 kJ/ kg oK
- Nửa chu kỳ k't tinh ở 25oC
: 2 - 4 giờ
- Thẩm thấu điện môi ở tần số dao động 1000 hec/s: 2,4-2,7
- Tang của góc tổn thất điện môi : 1,6.10-3
- Điện trở riêng của cr'p trắng : 5.1012
- Điện trở riêng của cr'p xông khói : 3.1012

- Cao su thiên nhiên tan tốt trong các dung môi hữu cơ mạch thẳng, mạch
vòng teraclorua và sunfuacacbon, không tan trong rợu, aceton, xêton
2.1.6. Tính chất công nghệ của cao su thiên nhiên
- Trong quá trình bảo quản cao su thiên nhiên dần dần chuyển sang
trạng thái tinh thể làm giảm tính mềm dẻo của vật liệu.
- Độ nhớt cao su phụ thuộc vào chất lợng là đại lợng đặc trng
cho tính chất công nghệ của cao su thiên nhiên.
Ví dụ: Đối với cao su thiên nhiên ở 144oC độ nhớt là 95
Muni Đối với cao su loạI SMR-50 thì độ nhớt là 75 Muni
Cao su ở công đoạn sơ luyện độ dẻo là P= 0,70,8
Phơng trình quan hệ giữa độ dẻo (Po) và độ nhớt Muni
(): (Muni)= 5,06 + 2,25Po - 0,001Po2
- Để đánh giá dộ ổn định tính chất công nghệ của cao su còn
dùng hệ số ổn định độ dẻo PRI. Hệ số ổn định độ dẻo PRI càng cao
thì vận tốc hóa dẻo cao su càng nhỏ khả năng chống lão hoá càng tốt.
- Cao su thiên nhiên có khả năng phối trộn tốt với các chất độn và chất
phụ gia trên máy luyện kín hoặc hở, có khả năng cán tráng, p phun tốt,
mức độ co ngót kích thớc sản phẩm nhỏ.
10
2.1.7. Tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên
- Tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên đợc xác định theo tính chất
cơ lý của hợp phần cao su tiêu chuẩn :
STT Thành phần Hàm
lợng
1 Cao su thiên 100
nhiên
2 Lu huỳnh 3
3 Xúc ti'n M 0,7
4 ZnO 5
5 Acid Stêaric 0,5

- Hỗn hợp cao su thiên nhiên lu hoá ở nhiệt độ 150oC trong thời gian 20-30
phút.
- Các tính chất cơ lý hỗn hợp trên phải đạt:
+ Độ bền k o đứt 23 Mpa
+ Độ dãn dài tơng đối 700%
+ Độ dãn dài d 12%
+ Độ cứng tơng đối (Shore) 65
- Hỗn hợp này có tính chịu lạnh tốt, đàn tính cao, chịu tác dụng lực động học tốt.
Chơng 3
CáC CHấT PhốI HợP CHO CAO SU
3.1. Mở đầu
+ Đặc điểm của cao su cha
lu hoá: - Có độ bền cơ lý
thấp
- Bi'n dạng đàn hồi cha hình thành
- Không đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật và sử dụng.
11
+ Để khắc phục các nhợc điểm trên trong công nghệ ngời ta hỗn luyện
cao su với các hóa chất khác với thành phần tính năng phù hợp. Các hoá chất
đó đợc gọi là chất phối hợp cho cao su.
+ Phụ thuộc vào tính năng tác dụng mà các chất phối hợp đợc phân thành
các loại sau:
- Chất lu hoá
- Chất xúc ti'n lu hoá -
Chất trợ xúc ti'n lu hoá
- Chất phòng lão
- Chất làm mềm (hoá
dẻo) - Chất hãm lu
- Chất độn
- Chất tạo bọt (n'u có) - Màu và

các chất tạo màu. 3.1. Chất
lu hoá
3.1.1. Lý thuy't về lu hoá
- Quá trình nhằm thay đổi tính chất cơ lý tốt hơn, làm xuất hiện bi'n dạng
đàn hồi cao của cao su dới tác dụng của lu huỳnh và nhiệt độ đợc gọi
là quá trình lu hoá.
- Quá trình lu hoá là quá trình xảy ra phản ứng k't hợp giữa lu huỳnh và
mạch đại phân tử cao su. Sản phẩm nhận đợc là sunfit có thành phần
(C5H8S)n có cấu tạo mạng lới không gian.
- Vận tốc quá trình lu hoá phụ thuộc v nhiệt độ lu hoá, bản chất hoá học
của cao su (mật độ liên k't đôi) và mức độ hoạt động của các chất xúc ti'n.
- Số lợng các liên k't khâu mạch tăng môđun đàn hồi mềm cao tăng.
Phơng trình biểu diễn quan hệ của chúng:
RT
g
E=
Mc
12
Trong đó: g - Hằng số phụ thuộc vào điều kiện bi'n
dạng Đối với bi'n dạng giãn dài theo 1 trục g=
1 3 R - Hằng số khí lí tởng
T - Nhiệt độ tuyệt đối
Mức độ khâu mạch tuỳ thuộc vào yêu cầu tính chất của sản phẩm -
Tính chất cơ lý, tính năng kỹ thuật của cao su còn phụ thuộc vào điều
kiện lu hoá: Nhiêt độ, thời gian lu hoá, áp suất n n của cao su.
- Nhiệt độ lu hoá của cao su phụ thuộc vào mức độ hoạt tính của hệ
xúc ti'n lu hoá và khả năng chịu nhiệt của cao su.
Ví dụ: Đối với cao su dân dụng (cao su thiên nhiên, cao su izopren, cao su
butađien, cao su butađien-styren) thì nhiệt độ lu hoá là 145oC
150oC. Đối với cao su chịu nhiệt nh cao su silicon, cao su flo...thì lu

hoá 2 giai đoạn.
- Để xác định đợc thời gian lu hoá, cần xác định đợc dải lu hoá tối
u. Dải lu hoá tối u là khoảng thời gian lu hoá khi các tính chất cơ lý
của vật liệu duy trì ổn định.
- Thời gian lu hoá mà ở thời điểm đó các tính chất cơ lý, tính năng kỹ
thuật của cao su đạt giá trị tối u đợc gọi là điểm lu hoá tối u.
3.2.2. Lựa chọn chất lu hoá
Căn cứ vào các y'u tố:
- Cấu tạo mạch cao su (số liên k't đôi)
- Dùng sản xuất vật phẩm gì, yêu cầu chất lợng sản
phẩm. - Điều kịện ti'n hành gia công (yêu cầu về công
nghệ) 3.2.3. Phân loại chất lu hóa
- Chất lu hóa vô cơ: Chủ y'u là lu huỳnh dùng lu hóa loại cao su
có nối đôi, ngoài ra còn có selen và telu.
13
- Chất lu hóa hữu cơ: Các peroxit, nhựa phenolformaldehyt,
nhựa ureformaldehyt dùng lu hoá cho loại cao su không có hoặc có
ít nối đôi. 3.2.4. Lu huỳnh
3.2.4.1. Tính chất và cấu tạo của lu huỳnh
- Phân tử lu huỳnh có cấu tạo mạch vòng gồm 8 nguyên tử. Có liên k't S-S
và năng lợng liên k't S-S từ 243 kJ/mol 260 kJ/mol.
- Lu huỳnh tồn tại trong tự nhiên ở 3 dạng thù hình với độ ổn định nhiệt
khác nhau.
+ Dạng tồn tại bền vững, ổn định và phổ bi'n ở nhiệt độ thờng
là tinh thể hình thoi, màu vàng, trong suốt, có = 2070 kg/m3, nhiệt độ
nóng chảy là 112,8oC, dễ tan trong sunfuacacbon và tan ít trong cao su.
+ Dạng nhận đợc khi đun nóng chảy lu huỳnh rồi làm lạnh từ
từ đ'n nhiệt độ khí quyển là tinh thể hình kim, màu vàng thẫm, nhiệt
độ nóng chảy là 119oC, = 1960 kg/m3. Trong quá trình bảo quản dạng này
dần dần chuyển sang dạng .

+ Dạng vô định hình thu đợc khi nóng chảy lu huỳnh rồi làm
lạnh nhanh là lu huỳnh nhiệt dẻo, không hoà tan. Trong quá trình bảo
quản nó cũng dần dần chuyển sang dạng .
- Lu huỳnh dùng lu hoá cao su có thành phần nh sau:
Lu huỳnh 99,9%
Khoáng chất (tro) < 0,05%
Hợp chất hữu cơ < 0,05%
Độ ẩm 0,05%
Độ acid theo H2SO4 0,005%
14
3.2.4.2. Hoạt tính lu hoá của lu huỳnh
- Hoạt tính lu hoá của lu huỳnh phụ thuộc vào sự có mặt của chất xúc
ti'n lu hoá:
+ N'u không có mặt chất xúc ti'n lu hóa: Quá trình lu hóa ở to= 150oC
sẽ xảy ra quá trình phá vòng phân tử lu huỳnh theo cơ ch' gốc hoặc ion.
Các gốc hoặc ion có hoạt tính cao sẽ tham gia vào phản ứng với mạch
đại phân tử cao su tạo thành một số cầu nối giữa các mạch phân tử
polysunfit và một số nhóm pesunfit có khả năng tham gia vào phản ứng
khâu mạch đại phân tử, thờng tạo thành các sunfit mạch vòng:
-CH2-C-CH-CH2-C-CH-CH2-
S S
Nh vậy n'u không có mặt xúc ti'n lu hoá thì quá trình lu hoá xảy ra
chậm, đòi hỏi nhiệt năng lớn cho quá trình phân hủy lu huỳnh.
- Lu huỳnh chủ y'u tham gia vào phản ứng vòng hóa trong cùng một mạch
đại phân tử do đó mật độ mạng lới không gian tha thớt độ bền cơ
học và tính chất cơ lý của cao su không cao.
+ N'u có mặt chất xúc ti'n thì quá trình lu hoá xảy ra nhanh hơn, nhiệt
độ lu hóa thấp, số liên k't ngang nhiều, số nguyên tử lu huỳnh trong liên
k't ngang ít, mật độ liên k't ngang phân bố đều. Do đó chất xúc ti'n lu
hoá còn là chất mang tải lu huỳnh đ'n nơi cần thi't. Khi có mặt chất xúc

ti'n thì sẽ phân hủy chất xúc ti'n thành các gốc rất nhanh và gốc này tham
gia phản ứng với các vị trí hoạt động hóa học của mạch đại phân tử và
đồng thời tham gia phá vòng sunfit của phân tử lu huỳnh theo cơ ch' gốc
tạo ra gốc S và S+ . 3.2.4.3. ảnh hởng của hàm lợng lu huỳnh trong
hợp phần cao su - N'u cao su lu hoá mềm dùng gia công các sản phẩm
dân dụng thờng cho vào hợp phần cao su với hàm lợng là 2 3 PKL.
15
- Độ mềm dẻo của cao su lu hoá phụ thuộc vào mật độ liên k't ngang của
lu huỳnh trong mạch đại phân tử. Do đó phụ thuộc vào hàm lợng của
lu huỳnh tham gia khâu mạch.
Hàm lợng của lu huỳnh đóng vai trò quan trọng trong việc quy't
định tính chất cơ lý sau này của sản phẩm.
Giải thích:- Khi hàm lợng lu huỳnh liên k't tăng < 5% thì độ bền k o đứt
của cao su tăng dần và đạt giá trị cực đại khi hàm lợng S đạt 4% tham gia
tạo mạng lới không gian.
- Khi ti'p tục tăng > 5% S thì độ bền k o đứt của cao su giảm đ'n cực tiểu
khi đó hàm lợng lu huỳnh liên k't là 9 10%. - N'u ti'p tục tăng > 10% thì
độ bền k o lại tăng cao su trở nên cứng và có tính chất nh vật thể rắn
do mạng lới không gian dày đặc. Vì vậy tùy thuộc vào yêu cầu tính
chất sản phẩm mà chọn hàm lợng lu huỳnh thích hợp.
- Lu huỳnh thờng đợc đa vào ở cuối quá trình hỗn luyện và ti'n
hành trên máy luyện hở để tránh hiện tợng tự lu.
- Lu huỳnh hòa tan vào dung môi là cao su thay đổi theo nhiệt độ. ở
140o C mức độ hòa tan của lu huỳnh là 10%, ở 25oC mức độ hòa tan
của lu huỳnh là 1,3 2%.
Vì vậy, n'u hàm lợng lu huỳnh trong cao su quá lớn sẽ gây ra hiện
tợng khu'ch tán lu huỳnh ra bề mặt bán thành phẩm làm độ bền k't
dính ngoại giảm.
3.2.5. Chất lu hóa hữu
cơ a. Các peroxit hữu cơ

- Dùng để lu hóa các loại cao su mà mạch đại phân tử không chứa nối đôi
hoặc chứa rất ít nối đôi (CS: silicon, flor, butyl...)
16
- Các gốc tự do đợc hình thành trong phản ứng phân hủy peroxit tham
gia phản ứng với mạch đại phân tử tách hyđrô ra và k't hợp với nó chuyển
sang mạch đại phân tử.
* Đặc trng kỹ thuật của một số peroxit dùng để lu hóa
cao su: 1) Peroxit ditretbutyl
CH3 CH3
| |
CH3-C-O-O-C-CH3
| |
CH3
C
H3
C
- Là chất lỏng không màu, nhiệt độ sôi là 111oC. Nhiệt độ lu hoá là 140170 oC
- Nhợc điểm: Mức độ bốc hơi rất lớn, gây khó khăn cho công nghệ và
sản phẩm lu hoá có tính chất cơ lý không cao n'u quá trình lu hoá
không có áp suất. 2) Peroxit dicumyl
CH3 CH3
| |
C
6H5-C-O-O-C-C 6H5
| |
CH3 CH3
1
- Là tinh thể màu trắng, nhiệt độ nóng chảy là 39 42oC. Thời gian phân hủy
2
ở 160o C là 5 6 phút. Nhiệt độ lu hoá là 135 260oC. Sản phẩm lu hoá

có mùi đặc trng.
3) Peroxit benzoyl
17
C
6H5-C-O-O-C-C 6H5

O O
- Là tinh thể màu trắng dạng bột, nhiệt độ nóng chảy là 104oC, dễ nổ ở
113oC. Nhiệt độ lu hóa là 100oC 300oC. Dùng chủ y'u để lu hóa cao
su silicon, loại này dễ gây tự lu.
- Hàm lợng dùng các peroxit từ 0,5 10 PKL. Sản phẩm cao su lu hoá
bằng peroxit có độ bền cơ học cao, độ bền nhiệt lớn vì hình thành liên k't
C - C.
3) Nhựa phenolformaldehyt
- Dùng để lu hoá các loại cao su mạch hyđrôcacbon no hoặc chứa rất ít
nối đôi trong mạch.
- Một trong những điều kiện quan trọng cho ph p loại nhựa này có khả
năng lu hoá hàm lợng nhóm mêtylol và ete mêtylic 3%.
- ở nhiệt độ lu hoá một vài nhóm hoạt động hóa học của nhựa bị phân
hủy tạo gốc các gốc sẽ tham gia phản ứng tạo mạng lới không gian với
mạch đại phân tử cao su.
- Hàm lợng nhựa dùng lu hoá cho cao su là 5 12
PKL. 3.3. Chất xúc ti'n lu hoá
3.3.1. Vai trò - mục đích
- Cao su lu hóa chỉ sử dụng chất lu hóa (lu huỳnh) sẽ có rats
nhiều khuy't điểm:
+ Nhiệt độ lu hóa cao (>140 oC), thời gian lu hóa k o dài (5-6
giờ), do vậy cao su trong quá trình lu hóa sẽ bị lão hóa nhiệt một phần,
làm giảm tính chất cơ lý và tuổi thọ của sản phẩm.
18

+ Cao su lu hóa có cấu trúc đóng vòng sulfit nội phân tử là chủ y'u nên
tính chất cơ lý không cao, tính kháng lão hóa rất k m. Ngoài ra một lợng
nhỏ lu huỳnh cha k't hợp sẽ phun ra ngoài bề mặt làm cho sản phẩm
bị mốc trắng. + Sản phẩm lu hóa có tính chất cơ lý, tính kháng lão hóa,
tính chịu mài mòn thấp, độ bi'n hình lớn, cao su màu dễ bị bi'n màu do
thời gian duy trì nhiệt độ cao lâu.
Do vậy sự có mặt của chất xúc ti'n đợc xem là cuộc ách mạng thứ hai
trong công nghiệp cao su, vì nó khắc phục tất cả các khuy't điểm trên.
Nh vậy vai trò, mục đích của chất xúc ti'n lu hóa có thể tóm tắt nh
sau: - Giảm nhiệt độ lu hóa vì chất xúc ti'n thờng có nhiệt độ hoạt
động hóa học thấp (<120 oC) hơn so với lu huỳnh, do vậy giảm năng
lợng nhiệt cần cung cấp cho quá trình lu hóa.
- Tăng vận tốc quá trình lu hóa, do vậy giảm thời gian lu hóa và
tăng năng suất sản xuất.
- Tạo cho cao su lu hóa có cấu trúc mạng lới phân bố đồng đều,
do vậy chất xúc ti'n đợc xem là chất mang tải lu huỳnh đ'n vị trí cần
thi't và quy't định tính chất của sản phẩm lu hóa.
3.3.2. Yêu cầu đối với xúc ti'n lu hóa
- Xúc ti'n lu hoá không những làm giảm thời gian lu hoá cao su mà còn
tham gia vào việc định hình cấu trúc không gian của cao su. Do đó nó
quy't định cả tính chất của sản phẩm lu hoá cao su.
- Vì vậy, cần phải chọn xúc ti'n lu hoá cho một hỗn hợp cao su thỏa mãn
các yêu cầu sau:
+ Không gây hiện tợng tự lu trong tất cả các công đoạn gia công. + Xúc
ti'n lu hoá phải có dải lu hoá tối u rộng. Dải lu hoá là khoảng thời gian
lu hóa mà không làm thay đổi nhiều đ'n tính chất sản phẩm. + Xúc ti'n
lu hoá lu hoá có hoạt tính trễ trong khoảng thời gian thích hợp để đảm
bảo sự lu hoá đồng đều từ trong ra ngoài sản phẩm.
19
+ Phải làm tăng độ bền chịu ôxy hóa của vật liệu, chống hiện tợng lão

hóa,
+ Không làm ảnh hởng đ'n màu sắc của sản phẩm.
+ Không độc hại đối với con ngời. Để giảm ảnh hởng độc hại
thờng xúc ti'n lu hoá sử dụng ở dạng hạt, dạng past trong parafin hoặc
dầu vasolin để không gây bụi bẩn lơ lửng trong không khí.
3.3.3. Hoạt tính của xúc ti'n lu hoá
- Hoạt tính của xúc ti'n lu hoá ảnh hởng đ'n hàm lợng dùng và nhiệt
độ lu hoá của cao su. Do đó để chọn ch' độ về nhiệt độ về nhiệt độ,
áp suất cho quá trình lu hoá phải căn cứ vào nhiệt độ hoạt động hóa học
của xúc ti'n lu hoá. - Trong khi đó đối với cao su không có xúc ti'n lu hoá
thì nhiệt độ lu hoá
>140o .
Sau đây là nhiệt độ hoạt động hóa học của một số loại xúc ti'n lu
hoá thông dụng:
Thiazol
112oC
Sunfenamit
126oC
Thiuram
110oC
Từ nhiệt độ hoạt động hóa học có thể
Cabamat 80oC so sánh đợc họat tính của các loại XTLH
- Hoạt tính của xúc ti'n lu hoá phụ thuộc vào cấu tạo của mạch đại phân
tử cao su. Với cùng một loại xúc ti'n lu hoá tối u cho các loại cao su khác
nhau thì khác nhau.
- Hoạt tính của xúc ti'n lu hoá ảnh hởng đ'n quá trình lu hoá đợc
đánh giá bằng thời gian xuất hiện dải lu hoá tối u của cao su. Xác định
đối với các loại xúc ti'n lu hoá khác nhau trong cùng một điều kiện lu hoá.
Từ đó so sánh đợc mức độ hoạt tính của các loại xúc ti'n lu hoá đ'n
điểm lu hoá tối u của hợp phần cao su butađien-styren: 100PKL cao

su, 50 PKL than hoạt tính, 2 PKL lu huỳnh và nhiệt độ lu hoá là 160o.
20
- Hoạt tính của xúc ti'n lu hoá còn phụ thuộc vào cấu tạo phân tử của
chất xúc ti'n lu hoá, phụ thuộc vào điều kiện lu hoá và chất trợ xúc ti'n
lu hoá đợc dùng trong hợp phần cao su.
Các phơng pháp đánh giá hoạt tính của xúc ti'n lu hoá: + Bằng kính
hiển vi điện tử quan sát vận tốc tiêu bi'n lu huỳnh tự do trong hợp phần
cao su.
+ Xác định tỷ số giữa hệ số lu hoá cao su với sự có mặt của xúc
ti'n lu hoá và hệ số lu hoá cao su cùng loại trong trơng hợp không có
xúc ti'n lu hoá.
+ N'u lấy hàm lợng nhỏ nhất xúc ti'n loại guaniđin đảm bảo trong
khoảng thời gian lu hoá nào đó cho hợp phần cao su, có tính chất cơ lý
tối u là đơn vị chuẩn thì hoạt tính của các loại xúc ti'n lu hoá khác đợc
đánh giá bằng mức độ giảm hàm lợng của nó trong đơn pha ch' và
khoảng thời gian giảm cần thi't để lu hoá cao su có những tính chất
tơng đơng.
+ Đánh giá hoạt tính xúc ti'n lu hoá bằng thời gian lu hóa nhỏ nhất để có
thể có đợc những tính chất cơ lý tối u của hợp phần cao su. 3.3.4. Lựa
chọn xúc ti'n lu hoá
Lựa chọn xúc ti'n lu hoá dựa vào:
Cấu tạo hóa học của mạch đại phân tử cao
su. Hỗn hợp các cấu tử với cao su
Loại cao su (latec, crêp)
Iều kiện lu hoá cao
su.
Yêu cầu công nghệ và tính chất sản phẩm cao su.
+ Đối với latec cao su (dạng mủ cao su) thì xúc ti'n lu hoá có yêu
cầu: + Không gây keo tụ.
+ Phải phân tán đồng đều trong latec, do các loại xúc ti'n thờng

không tan trong nớc do đó khi cho xúc ti'n lu hoá vào latec phải ở dạng
nhũ tơng
21
hoặc huyền phù trong nớc, để tránh hiện tợng keo tụ latec thì phải cho
thêm amôniắc, hyđrôxylamin... để duy trì độ pH cho môi trờng.
+ Đối với sản phẩm cao su có kích thớc dày, lớn, cấu tạo gồm một lớp thì
phải chọn xúc ti'n lu hoá gồm hỗn hợp 3 loại, xúc ti'n lu hoá phải có thời
gian khởi đầu hoạt tính lớn và có dải lu hoá tối u lớn.
+ Đối với sản phẩm cao su dày, nhiều lớp thì chọn: Lớp
giữa chọn xúc ti'n lu hoá có hoạt tính lớn. Lớp
ngoài chọn xúc ti'n lu hoá có hoạt tính k m hơn.
+ Đối với sản phẩm màu thì chọn loại xúc ti'n lu hoá không làm đổi màu
sản phẩm. Thờng dùng xúc ti'n lu hoá nhóm thiuram.
+ Đối với sản phẩm dùng trong y t', thực phẩm phải chọn loại xúc ti'n lu hoá
không độc, không mùi (nh TMTD, TETD, simat, cacbamat natrti). 3.3.5.
Các loại xúc ti'n lu hoá
a. Nhóm thiocacbamat
- Là nhóm siêu xúc ti'n, có hoạt tính ở nhiệt độ thấp, thời gian hoạt hóa b ,
tuy nhiên dễ gây hiện tơng tự lu trong quá trình gia công.
* Phạm vi sử dụng
- Nhiệt độ hoạt động của loại xúc ti'n này là 80oC, do đó nhiệt độ lu hoá
là 80oC. Trong quá trình gia công dễ gây hiện tợng tự lu nên thờng
dùng phối hợp với các loại xúc ti'n khác.
- Nhóm này tạo các liên k't ngang có số nguyên tử lu huỳnh nh nhau
sản phẩm có độ bền nhiệt và cơ học cao.
- Do hoạt tính cao nên thờng dùng trong hỗn hợp keo tự lu với hàm lợng
<1 PKL.
- Do trong phân tử có lu huỳnh nên có tác dụng nh chất lu huỳnh mà
không cần lu huỳnh.
22

- Nhóm này lu hóa tốt cho các loại cao su có hàm lợng liên k't đôi nhỏ
nh cao su butyl, cao su etylen-prôpylen.
- Loại này khi hỗn luyện phải cho vào ở cuối giai đoạn của quá trình hỗn
luyện ở nhiệt độ <80oC và cho thêm vào chất trợ xúc ti'n ZnO,acid stearic.
b. Nhóm thiuramsunfit:
- Là nhóm xúc ti'n lu hóa có hoạt tính cao, đợc sử dụng rộng rãI trong
công nghiệp gia công cao su đặc biệt là trong công nghệ sản xuất dây
cách đIửn nó có tác dụng nh là chất lu hóa.
- Thờng dùng các loại : thiurammonosunfit, thiuramdisunfit và
thiurampolysunfit
c. Nhóm xúc ti'n lu hóa thiazol:
-Là nhóm xúc có mức độ hoạt động hóa học rất phù hợp để lu hóa cao
su thiên nhiên và các loại cao su tổng hợp.
- Thời gian hoạt hóa ban đầu lớn, do đó ít gây
tự lu. - Là loại xúc ti'n có mức độ hoạt tính vừa
phải.
d. Nhóm sunfenamit
- Là nhóm xúc ti'n có những tính chất đặc biệt dùng rộng rãi trong công
nghệ gia công cao su.
- Thời gian đầu của quá trình tác dụng chậm, sau đó hoạt động rất mạnh
mẽ không gây hiện tợng tự lu
- Lu hóa tốt cho các sản phẩm cao su nhiều lớp nh băng chuyền, băng
tải, dây curoa, lốp ôtô
- Tạo sản phẩm có khả năng chịu đợc tác động
cơ học. e. Nhóm Guaniđin :
- Nhóm này có mức độ hoạt động hóa học y'u, dùng chủ y'u cho cao su
cứng và cao su cốt sợi.
- Guaniđin làm tăng cờng hoạt động hóa học của các loại xúc ti'n khác nh
thiuram, thiazol.
23

- Do guaniđin trong thành phần của nó không chứa lu huỳnh nên ít sử
dụng độc lập mà chỉ dùng phối hợp với các loại xúc ti'n khác. Đối với loại xúc
ti'n này thì cơ ch' ít đề cập đ'n.
3.4. Chất trợ xúc ti'n lu hóa
3.4.1.Vai trò - mục đích
- Chất trợ xúc ti'n có tác dụng tăng vận tốc lu hóa, làm giảm thời gian khởi
động đóng vai trò hoạt hóa cho quá trình lu hóa.
- Tạo ra sản phẩm cao su có tính năng kỹ thuật cao và tính năng cơ lý tốt.
3.4.2. Phân loại
a/ Chất trợ xúc ti'n vô cơ: Gồm các loại ôxyt nh : ZnO, MgO, PbO
đỏ, PbO trắng, CaO, cacbonat kiềm, hyđroxyt kim loại
- Trong đó ZnO là chất trợ xúc ti'n đợc sử dụng phổ bi'n nhất trong công
nghệ cao su và thờng sử dụng k't hợp với các acid b o làm tăng hiệu quả
của xúc ti'n lu hóa.
- Do ZnO có các tính chất u việt hơn các loại khác : ít độc, không làm
đổi màu cao su màu, dễ ki'm, giá thành rẻ, độ ổn định cao, không gây
hiện tợng oxyhóa mạch đại phân tử cao su.
b/ Chất trợ xúc ti'n hữu cơ:
- Thờng đợc k't hợp với oxýt kim loại, chúng là các acid b o no có phân tử
luợng cao nh: stearic, ôlêic, lauric, palmitic, miristic, và các loại dầu hyđrô
hóa từ dầu dừa, dầu lanh, dầu thầu dầu
- Các chất có tính kiềm: Các chất này làm tăng độ pH của hỗn hợp cao su
và do đó làm tăng tốc độ lu hóa nh: amin, amoniac, muối của amin với
acid y'u 3.4.3. Cơ ch' tác dụng của các chất trợ xúc ti'n
- Oxýt kim loại trong hệ thống xúc ti'n lu hóa tác dụng theo cơ ch' hóa học
oxýt kẽm tham gia vào phản ứng với lu huỳnh tạo thành sunfit kẽm và
cuối
24
cùng tạo lu huỳnh nguyên tử tham gia dễ dàng vào phản ứng khâu
mạch cho cao su.

- Phức chất này hòa tan tốt vào cao su nên hệ thống lu hóa khuy'ch tán
đều trong toàn khối cao su tạo cho cao su lu hóa có mật độ liên k't
ngang đồng đều và tính chất cơ lý cao.
* K't luận: Nh vậy vai trò của chất trợ xúc ti'n hữu cơ trong hệ thống là
chất mang tải hệ thống lu hóa phân phối đồng đều trong toàn khối
cao su và cao su lu hóa có tính năng tốt hơn.
3.5. Chất phòng lão
hóa 3.5.1. Khái
niệm
- Trong quá trình bảo quản và sử dụng cũng nh quá trình ch' bi'n cao su,
tính chất vật lý, hóa học, cơ học của vật liệu thay đổi theo thời gian. -
Ngoại quan của sản phẩm thay đổi: bề mặt nhẵn bóng và mềm dẻo sẽ
bị thay th' bằng bề mặt mờ nhạt, chai cứng và đôI khi xuất hiện các v't
rạn nứt. Sự thay đổi nh vậy gọi là quá trình lão hóa cao su.
3.5.2. Nguyên nhân lão hóa
- Do tác động của các tác nhân ôxy hóa mạch đại phân tử : ôxy không
khí, ôzôn, các ôxyt của kim loại có hóa trị thay đổi nh ôxyt sắt, ôxyt
đồng, ôxyt mangan
- Do tác động của các y'u tố nh nhiệt độ, ánh sáng, môi trờng, lực
cơ học, độ ẩm, thời ti't
Tốc độ lão hóa phụ thuộc vào các y'u tố: Cấu tạo mạch phân tử cao su, sự
có mặt của các thành phần trong hỗn hợp cao su, điều kiện gia công và
sử dụng.
3.5.3. Phân loại quá trình lão hóa
Gồm các loại nh sau:
1. Lão hóa nhiệt: là quá trình lão hóa xảy ra mà tác nhân gây ôxy hóa là
nhiệt độ.
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 k't 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 h't 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 ti'p
nhau theo một trình tự nhất định sau:
* Công đoạn ch' bi'n nguyên vật liệu nhằm mục đích ch' tạo đợc
nguyên vật liệu (hỗn hợp cao su) có thành phần hoá học, cấu trúc phù hợp
với đơn pha ch' 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 thi't
phục vụ cho các quá trình gia công ti'p 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 ph't lên bề mặt
vật liệu khác nh vải, sợi; cán hình ra bán thành phẩm, p 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 gh p thành các bán
thành phẩm có hình dạng, kích thớc phù hợp với sản phẩm cuối cùng.