ĐẶC ĐIỂM PHỤ TẢI CỦA THANG MÁY VÀ CÁC YÊU CẦU TRUYỀN ĐỘNG CHO THANG MÁY

PHẦN I
GIỚI THIỆU LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THAN HOẠT TÍNH
I-/ GIỚI THIỆU CHUNG.
Than hoạt tính được loài người sử dụng và sản xuất. Vào thế kỷ thứ 3
người Trung Hoa dã sản xuất ra mực tàu chất lượng cao. Trong thành phần của
mực này có muội than được sản xuất bằng cách đốt cháy dầu mỡ dưới bát sành
úp ngược. Trải qua nhiều thế kỷ với nhu cầu sử dụng cao. Vào năm 1870 than
hoạt tính đã có mặt trên thị trường thương mại, với nhu cầu về sử dụng nó có tên
gọi chung là “bồ hóng” nguyên liệu đầu để sản xuất là dầu mỡ nhựa tinh chế
[245-2]. Năm 1872 với sự ngiên cứu của các tác giả Haworth và Lamb, hai ông
đã đưa ra loại than hoạt tính sử dụng nguyên liệu đầu là khí tự nhiên được sản
xuất nhiều ở New Cumberlan, West Virginia(Mỹ). Năm 1892 ở Mỹ đã sảnm
xuất ra loại than hoạt tính gọi là than máng. Do sáng chế của tác giả John
MacNatte. Năm 1916 Braun và Ulinger đã đưa ra phương pháp nhiệt phân để
sản xuất than hoạt tính. Năm 1943 ở bang Texas than hoạt tính được sản xuất
bằng phương pháp lò (lò khí, lò lỏng) với tổ chức quy mô công nghiệp lớn hơn
hiện đại hơn. Cho đế naycác phương pháp sản xuất trên được áp dụng rộng rãi
và sản xuất ra nhiều loại than khác nhau đáp ứng nhu cầu sử dụng cho các
nghành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp cao su nói riêng. Than
hoạt tính được sản xuất với tổng sản lượng lớn nhất và quy mô công nghiệp lớn
nhất ở nước Mỹ. Sau đó đến các nước phương tây. Các phương pháp sản xuất
chủ yếu ở Mỹ dùng ba phương pháp chính :
1_Phương pháp sản xuất than máng.
2_Phương pháp sản xuất nhiệt phân.
3_Phương pháp sản xuất lò.
Từ những phương pháp trên mà đưa ra rất nhiều loại than khác nhau với
các tính chất khác nhau, ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau.
Từ đó rút ra khái niệm chung của than hoạt tính :là sản phẩm cháy không
hoàn toàn của các hợp chất cácbua hydro.
PHẦN II
TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT HOÁ HỌC, VẬT LÝ

CỦA THAN HOẠT TÍNH
Than hoạt tính được sản xuất và bán trên thị trường quốc tế rất đa dạng.
Mỗi loại than đều có công dụng riêng biệt đáp ứng nhu cầu của công nghiệp nói
chung, công nghiệp gia công cao su nói riêng. Tuy nhiên xét về mặt hoá học và
đặc trưng kỹ thuật thì chúng có những đặc điểm chung quyết định đến khả năng
tăng cường lực cho cao su. Những luận điểm chung đó là [166-1].
*Cấu tạo hoá học.
*Mức độ phân tán.
*Cấu trúc của than.
*Khối lượng riêng của than.
Và các đặc trưng khác.
I-/ NHỮNG ĐẶC TRƯNG VỀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ.
1- Kích thước hạt và bề mặt riêng của than hoạt tính[167-1].
Trong quá trình sản xuất do có sự va chạm, khuấy trộn. Các hạt than sơ
khai thường có cấu trúc khối cầu hoặc gần với khối cầu. Các khối cầu nằm bên
nhau trong hỗn hợp phản ứng lại liên kết với nhau làm tăng kích thước của hạt
để giảm năng lượng tự do bề mặt và tạo thành các chuỗi. Những chuỗi thay đổi
này không những trong quá trình sản xuất than mà cả trong quá trình gia công
giữa than hoạt tính và cao su. Có các phương pháp sản xuất than hạot tính khác
nhau nên có các laọi than hoạt tính có tính chất khác nhau, hình dạng kích thước
hạt khác nhau. Nên trước khi đưa vào sử dụng cần xác định được các thông
số(kích thước hạt, diện tích riêng bề mặt hạt than.). Vì những thông số này là
một trong những nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của cao su tăng
cường lực bằng than hoạt tính.
Người ta đã dùng hai phương pháp để xác định kích thước hạt than, diện
tích riêng bề mặt, đó là :
*Phương pháp kính hiển vi điện tử.
*Phương pháp hấp phụ lên bề mặt.
Vì các kích thước hạt, diện tích bề mặt của than khác nhau nên giá trị tính
toán thường lấy giá trị trunh bình

Phương pháp xác định trực tiếp bằng kính hiển vi điện tử cho ta giá trị
đường kính trung bình hạt than với các phương pháp sản xuất than khác nhau:
Ví dụ than máng đường kính hạt trung bình là 100-300A
0
.
Lò lỏng đường kính hạt trung bình là 180-600A
0
.
Lò khí đường kính hạt trung bình 400-800A
0
.
Phương pháp nhiệt phân đường kính hạt trung bình lớn nhất là 1400-
4000A
0
. Người ta đã đưa ra được công thức tính đường kính trung bình của hạt
than hoạt tính [245-2].
Σn*d
D
n
= -----------
Σn
Trong đó n là số hạt.
d là đường kính hạt.
Kích thước hạt cũng xác định bằng phương pháp gián tiếp nhờ phương
pháp hấp phụ theo BET.
2 - Diện tích bề mặt riêng của hạt than hoạt tính:
*Phương pháp tính toán hình học, phương pháp tính tón theo lượng chất
lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hoá học với than hoạt tính nhưng được hấp phụ
lên bề mặt của than hoạt tính. Theo phương pháp thứ nhất các kích thước hình
học của than hoạt tính được xác định bằng kính hiển vi điện tử. Nừu chấp nhận

các hạt than hoạt tính có dạng khối cầu về bề mắt các hạt than phẳng nhẵn tuyệt
đối. Diện tích bề mặt hình học riêng S
h
được tính theo công thức S
h
= 6/ρ.D
A
;
[168-1]
Trong đó : ρ là khối lượng riêng của than hoạt tính.
D
A
đường kính bề mặt trung bình hạt than.
Σn.d
3
D
A
= ---------
Σn.d
2
Trong đó n là số hạt, d là đường kính hạt.
Diện tích bề mặt riêng được xác định theo phương pháp này gọi là diện
tích bề mặt hình học riêng (S
h
).
Theo phương pháp thứ hai diện tích bề mặt riêng được xác định theo
lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hoá học với than hoạt tính, nhưng
hấp phụ lên bề mặt than hoạt tính. Trong số chất lỏng phân tử thấp thường dùng
là Nitơ ở nhiệt độ sôi của nó, các dung dịch Iốt và Phênol. Diện tích riêng bề
mặt được tính toán bằng phương pháp này được gọi là diện tích hấp phụ riêng

S
p
.
Giá. trị S
p
cho mỗi chất lỏng hấp phụ khác nhau thì khác nhau, vì chất
lỏng có phân tử lượng lớn hơn càng kém hấp phụ bao phủ lên vết xước xủa hạt
than. Để đánh giá mức độ phẳng nhẵn bề mặt các cấu trúc than có thể sử dụng tỷ
số giưa diện tích hấp phụ riêng và diện tích bề mặt hình học riêng. Tỷ số này
càng lớn bề mặt tiếp xúc giữa hai pha Polyme - chất độn càng nhiều và mức độ
tăng cường lực càng cao. Ngược lại ở những vết xước khi các mạch đại phân tử
quá lớn không che phủ được toàn bộ bề mặt than các chất trong hệ thống lưu
hoá, phòng lão. Sẽ bị hấp phụ vào đó làm động học cũng như mức độ lưu hoá
cao su bị thay đổi nhiều. Tính chất cơ lý và tính năng sử dụng của vật liệu ít
được tăng cường.
3 - Cấu trúc vật lý của than hoạt tính [169-1].
Cấu trúc của than hoạt tính được đánh giá bằng mức độ phát triển cấu trúc
bậc nhất của nó. Mức độ phát triển cấu trúc chuối phụ thuộc vào phương pháp
sản xuất phụ thuộc vào nguyên liệu đầu đưa vào sản xuất than. Cấu trúc bậc nhất
phất triển mạnh nhất trong than sản xuất bằng phương pháp lò. Liên kết hoá học
C - C đảm bảo cho cấu trúc có độ bền cao. Số lượng các hạt than sơ khai có cấu
trúc dao động từ vài hạt đỗi với than có cấu trúc thấp đến 600 hạt đối với than có
cấu trúc cao. Trong thời gian bảo quản than hoạt tính các cấu trúc bậc nhất của
than tiếp xúc với nhau, liên kết lại với nhau tạo thành liên kết bậc hai của than
hoạt tính. Mức độ bền vững của cấu trúc bậc hai phụ thuộc vào độ bền liên kết
giữa các cấu trúc bậc nhất và dao động trong khoảng độ bền của liên kết
Vandecvan đến độ bền liên kết hydro có trong than. Cấu trúc bậc hai càng bền
vững khi các hạt than có kích thước càng nhỏ, mức độ nhám của bề mặt càng
lớn và hàm lượng các nhóm chứa oxy trên bề mặt than càng cao. Cấu trúc bậc
hai của than hạot tính bị phá huỷ hết khi hỗn luyện với cao su các cấu trúc này

tuy nhiên có thể tái hình thành khi bảo quản thành phẩm, lưu hoá và ngay cả khi
sản phẩm đã lưu hoá. Cấu trúc của than hoạt tính có thể xác định trực tiếp bằng
kính hiển vi điện tử và cố thể đánh giá gián tiếp qua lượng dầu được than hoạt
tính hấp phụ (trị số dầu của than). Trị số dầu của than hoạt tính là lượng dầu hay
lượng chất lỏng không bốc hơi ml, trơ hoá học với than hoạt tính nhưng được
hấp phụ lên bề mặt của than bịn ướt tạo tthành bột nhão. Theo lý thuyết lượng
dầu hấp phụ này chính là khoảng không gian giữa các hạt than khi hạt than này
nằm sát với hạt kia. Nếu cấu trúc của than càng lớn mức độ kết bó chặt chẽ của
than giảm lượng dầu cần thiết để trộn miết với than càng nhiều hơn. Như vậy trị
số dầu là đại lượng tổng hợp để đánh giá giá trị diện tích bề mặt riêng và mức độ
cấu trúc của than hoạt tính.
4 - Khối lượng riêng của than hoạt tính. [170-1].
Khối lượng riêng than hoạt tính là đại lượng phụ thuộc vào phương pháp
xác định nó. Chẳng hạn nếu dùng như rượu, axêtôn để xác định khối lượng riêng
cho than hoạt tính thì rượu và axêtôn lại là các phân tử quá lớn không luồn lỏi
vào các khe, kẽ giữa của các hạt than, trên bề mặt của hạt than. Như vậy thể tích
do các hạt than chiếm sẽ lớn và khối lượng riêng sẽ nhỏ hơn khối lượng riêng
thực của than. Khối lượng riêng của than hoạt tính xác định bằng phương pháp
này dao động trong khoảng từ 1800-1900 kg/m
3
. Khi xác định khối lượng riêng
của than hoạt tính trong Heli lỏng nhận được giá trị từ 1900-2000kkg/m
3
. Khối
lượng riêng của than hoạt tính được tính toán theo hằng số mạng tinh thể nhận
giá trị từ 2180-2160kg/m
3
.
Than hoạt tính dạng bột là các hạt nằm ở sát bên nhau và ở các góc cạnh,
các cung là không khí vì thế khối lượng riêng của nó nhỏ hơn nhiêù và dao động

từ 80-300kg/m
3
phụ thuộc vào mức độ phát triển cấu trúc của than. Than có cấu
trúc càng lớn khoảng trống giữa các cấu trúc càng nhiều và giá trị khối lượng
riêng càng nhỏ.
Qua ứng dụng của than hoạt tính người ta thấy rằng giá trị khối lượng
riêng 1860kg/m
3
thường được sử dụng khá phổ biến. Trong công nghệ gia công
cao su người ta thường sử dụng loại than hoạt tính có khối lượng riêng là
1800kg/m
3
[252-2].
II-/ ĐẶC TRƯNG VỀ MẶT HOÁ HỌC CỦA THAN HOẠT TÍNH [161-1].
Phân tích cấu tạo và cấu trúc của than hoạt tính bằng tia Rơnghen cho
thấy các hạt than hoạt tính có cấu trúc mạng phẳng cóa cấu tạo từ các vòng
Cacbon(vị trí sắp xếp các nguyên tử cácbon trong vòng giống vị trí sắp xếp các
nguyên tử cácbon trong Benzen). Các nguyên tử Cácbon liên kết với nhau bằng
liên kết hoá học được biểu diễn hình dưới đây.
Khoảng 3-7 mạng các bon phẳng như vậy sắp xếp thành từng lớp mạng
này lên mạng khác nhưng không trồng khít và chính xác như nhau mà các
nguyên tử cácbon ở các mạng khác nhau nằm lệch nhau tạo thành các tinh thể sơ
khai của than hoạt tính, lực liên kết giữa các nguyên tử cácbon trong một mạng.
Khoảng cách giữa các nguyên tử cácbon trong cùng một mạng là 1,42 A
0
khoảng cách giữa các nguyên tử cácbon tương ứng ở hai mạng kề nhau là 3,6-
3,7A
0
Trong mỗi tinh thể sơ khai của than hoạt tính chứa khoảng 100-200
nguyên tử cacbon. Các tinh thể sơ khai sắp xếp tự do và liên kết với nhau để tạo

thành các hạt than đầu tiên. Số lượng các tinh thể sơ khai trong hạt than quyết
định kích thước của hạt than, chằng hạn than hoạt tính được sản xuất bằng
phương pháp khuyếch tán MacDG-100 chứa từ 5000-10000 tinh thể.
Trong quá trình sản xuất do có sự va chạm, khuấy trộn các hạt than sơ
khai thường có khối cầu hoặc gần khối cầu. Các khối cầu nằm bên trong hỗn
hợp phản ứng lại liên kết với nhau nhằm tăng kích thước của hạt để giảm năng
lượng tự do bề mặt và tạo thành các chuỗi. Hình dạng và kích thước của chuối
phụ thuộc vào tính chất của từng loại than. Các chuỗi hạt như vậy được gọi là
cấu trúc hạt bậc nhất của than hoạt tính. Trong tinh thể khối của hạt than hoạt
tính các nguyên tử cácbon nằm ở mặt ngoài (nguyên tử cácbon cạnh hoặc mép)
có mức độ hoạt động hoá học lớn và vì, vậy nó là trung tâm của các quá trình
ôxy hoá tạo cho bề mặt thn hàng loạt các nhóm hoạt đọng hoá học khác như
nhóm hydroxyl, cácbôxyl, cácbônyl, xêtôn... được biểu diễn như sau.
Ngoài Cácbon trong thành phần hoá học của than hoạt tính còn có hydro,
lưu huỳnh, ôxy và các khoáng chất khác. Các nguyên tử này được đưa vào than
hoạt tính cùng với nguyên liệu đầu và trong quá trình ôxy hoá. Sự có mặt của
các hợp chất chứa ôxy trên bề mặt than hoạt tính được chính minh bằng phản
ứng axít huyền phù trong nước của than hoạt tính. Sự có mặt của các khoáng
chất trong than hoạt tính cho phản ứng kiềm yếu.
BẢNG 1 THÀNH PHẦN NGUYÊN TỐ MỘT SỐ LOẠI THAN HOẠT TÍNH [252-2].
Loại
Hàm lượng %
Cacbon Oxy Hyđro Chất dễ bay hơi
Tăng cường máng 95,2 3,6 0,6 5
Bán tăng cường lò 99,2 0,4 0,3 1,2
Tăng cường lò lỏng 98,2 0,8 0,3 1,4
Nhìn chung tuỳ vào từng loại than với các phương pháp sản xuất khác
nhau nên thành phần của chúng cũng khác nhau nhưng nó than hoạt tính nằm
trong giới hạn cho phép :
Cácbon 80-99,5%

Hydro 0,3-1,3%
Oxy 0,5-15%
Nitơ 0,1-0,7%
Lưuhuỳnh 0,1-0,7%[142-4].
Sự có mặt các nhóm phân cực trên bề mặt than hoạt tính là yếu tố quan
trọng quyết định khả năng tác dụng hóa học, lý học của than hoạt tính với các
nhóm phân cực, liên kết đôi có trong mạch đại pjhân tử. Dựa vào thành phần các
nguyên tố hoá học của than hoạt tính có thể chọn loại than thích hợp cho từng
loại cao su để đạt được lực tác dụng giữa than và mạch cao su lớn nhất
BẢNG 2 - TÓM TẮT TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ LOẠI THAN
Loại than và công dụng Ký hiệu
Nguyên liệu
đầu
Đường kính
TB hạt A
0
Diện tích bề mặt
hấp phụ N
2
m
2
/g
Hàm lượng chất
dễ bay hơi%
pH
Than máng
+Tăng tính công nghệ EPC
Khí thiên
nhiên
300-290 100 5 5

+Cán tráng khá tốt MPC
Khí thiên
nhiên
250-280 110-120 5 5
Than lò khí
+Phân tán nhỏ FF
Dầu hoặc khí
thiên nhiên
400-500 40-50 1,0 8-9
+Môđun cao HMF
Dầu hoặc khí
thiên nhiên
600 30-10 1,0 8-9
+Bán tăng cường SRF
Dầu hoặc khí
thiên nhiên
600-800 25-30 1,0 8-9
Than lò lỏng
+Chống mài mòn siêu cao SAF Dầu 180-220 90-125 1,0 8-9
+Tăng khả năng chống mài
mòn rất tốt
ISAF Dầu 230-250 115 1,0 8-9
+Độ bến kết cấu thấp ISAF-LS Dầu 200-230 110-130 1,5 8-9