Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính năng của hỗn hợp cao su thiên nhiên dùng trong mặt lốp ô tô và cán tráng vải mành thép tại Công ty Cổ Phần Cao Su Đà Nẵng.

Các loại cao su tổng hợp này có thể khắc phục được một số nhược điểm của cao su thiên nhiên, qua đó làm tăng độ bền môi trường, độ bền nhiệt, độ bền mài mòn, cũng như làm giảm tác động c

Họ tên sinh viên: Văn Thị Phương Dung Số thẻ sinh viên 107140007

Lớp 14H4: Khoa: Hóa Ngành: Kỹ thuật Hóa Học

1 Tên đề tài đồ án:

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính năng của hỗn hợp cao su thiên nhiên dùng trong mặt lốp ô tô và cán tráng vải mành thép tại Công ty Cổ Phần Cao Su Đà Nẵng

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực

hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

- Tổng quan về lý thuyết lưu hóa cao su

- Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính năng của hỗn hợp cao su thiên nhiên dùng trong mặt lốp ô tô và cán tráng vải mành thép

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Bao gồm các phần chính: Lý thuyết tổng quan, Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu, Kết quả và thảo luân và Kết luận

5 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

6 Họ tên người hướng dẫn:

Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung:

Th.S Phan Thị Thúy Hằng Phần lý thuyết

Kỹ sư Huỳnh Ngọc Ngãi Phần thực nghiệm

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/02/2019

8 Ngày hoàn thành đồ án: 30/05/2019

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019

LỜI NÓI ĐẦU

Sau một thời gian học tập ở trường, để nâng cao kiến thức thực tế và củng có thêm kiến thức đã học từ lý thuyết trước khi hoàn thành khóa học Được sự phân công của Nhà Trường và sự đồng ý của Công ty cổ phần Cao su Đà Nẵng, em đã được làm

Đồ án tốt nghiệp tại Xí nghiệp Cán – Luyện Nhờ sự giúp đỡ tận tình của cán bộ kỹ thuật, công nhân nhà máy đã giúp em hiểu rõ hơn dây chuyền sản xuất của nhà máy, quy trình vận hành cũng như các vấn đề an toàn lao động trong sản xuất Tuy nhiên,

do khả năng còn hạn chế nên còn nhiều thiếu sót, mong các thầy cô thông cảm và đóng góp những ý kiến quí báu để em rút kinh nghiệm

Em chân thành cảm ơn cô ThS Phan Thị Thúy Hằng và anh Huỳnh Ngọc Ngãi

đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Công ty Cổ Phần Cao Su Đà Nẵng, Giám đốc Xí Nghiệp Cán Luyện đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi để em làm Đồ

án tốt nghiệp tại Xí nghiệp; đồng thời, gửi lời cám ơn đến cán bộ kỹ thuật và công nhân Xí nghiệp Cán Luyện và Phòng thử nghiệp đã giúp đỡ em trong quá trình làm Đồ

án tốt nghiệp

Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Khoa Hóa - Ngành Công nghệ Vật liệu Polymer, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng đã tận tình truyền đạt kiến thức trong 5 năm học tập Vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu đồ án mà còn là hành trang quí báu để em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin

Cuối cùng em kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong

sự nghiệp cao quý Đồng kính chúc các Cô, Chú, Anh, Chị trong Xí Nghiệp Cán Luyện luôn dồi dào sức khỏe, đạt được nhiều thành công trong công việc

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 5 năm 2019

Sinh viên thực hiện Văn Thị Phương Dung

CAM ĐOAN

Tôi: Văn Thị Phương Dung xin cam đoan:

- Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế trên cơ sở các số liệu thực tế và được thực hiện theo hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn

- Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả của riêng tôi, không sao chép theo bất cứ đồ án tương tự nào

- Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo

- Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2019

Sinh viên thực hiện Văn Thị Phương Dung

MỤC LỤC

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH ẢNH vii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Phân loại cao su 3

1.2 Cao su thiên nhiên 4

1.2.1 Lịch sử phát triển 4

1.2.2 Cấu tạo hóa học 5

1.2.3 Tinh chất vật lý 5

1.2.4 Tính chất công nghệ 6

1.2.5 Tính chất cơ lý 6

1.2.6 Tính năng lực học của cao su thiên nhiên 7

1.2.6.1 Đàn tính 7

1.2.6.2 Cường lực 7

1.2.7 Ứng dụng 7

1.3 Cao su tổng hợp 8

1.4 Các chất phối hợp trong cao su 9

1.4.1 Chất lưu hóa 9

1.4.1.1 Lưu huỳnh 9

1.4.1.2 Các chất lưu hóa khác 10

1.4.2 Chất xúc tiến lưu hóa 10

1.4.3 Chất trợ xúc tiến 11

1.4.4 Chất hãm lưu 12

1.4.5 Chất độn 12

1.4.5.1 Vai trò và đặc điểm chung 12

1.4.5.3 Phân loại 12

1.4.6 Chất phòng lão 13

1.4.7 Chất làm mềm, hóa dẻo 13

1.4.8 Chất tạo màu 13

1.4.9 Chất chống dính, cách ly 14

1.4.10 Chất tăng dính 14

1.5 Lưu hóa cao su 14

1.5.1 Đặc tính lý thuyết lưu hóa 14

2.5.1.1 Giai đoạn khởi đầu 14

1.5.1.2 Giai đoạn lưu hóa tối ưu 15

1.5.1.3 Giai đoạn quá lưu 15

1.5.2 Vận tốc lưu hóa 15

1.5.2.1 Mở đầu 15

1.5.2.2 Sự phụ thuộc vận tốc lưu hóa vào nhiệt độ 16

1.5.3 Sự thay đổi tính chất của hợp phần cao su trong quá trình lưu hóa [2] 17

1.5.3.1 Modul 17

1.5.3.2 Độ cứng 17

1.5.3.3 Độ bền kéo đứt 18

1.5.3.4 Biến dạng dãn dài tương đối, biến dạng dư 18

1.5.3.5 Đàn tính 18

1.5.4 Sự phụ thuộc tính chất cao su lưu hóa vào cầu trúc cầu nối mạng lưới không gian 18

1.6 Công nghệ luyện cao su 19

1.6.1 Lý thuyết luyện cao su 19

1.6.2 Quy trình luyện cao su 20

1.7 Quy trình công nghệ sản xuất lốp ô tô 23

1.7.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất lốp xe máy 23

Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 25

2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất và thiết bị 25

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất 25

2.1.2 Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu 25

2.2 Phương pháp nghiên cứu 26

2.2.1 Luyện hợp phần cao su 26

2.2.2 Lưu hóa mẫu 28

2.2.3 Phương pháp khảo sát tính lưu biến của vật liệu 29

2.2.4 Phương pháp xác định tính chất cơ lý của vật liệu cao su sau lưu hóa 30

2.2.4.1 Phương pháp xác định độ cứng của vật liệu 30

2.2.4.2 Phương pháp đo độ mài mòn của vật liệu 30

2.2.4.3 Phương pháp xác đính độ bền kéo đứt của vật liệu 31

2.2.4.4 Phương pháp xác định độ bền xé rách của vật liệu 32

2.2.4.5 Phương pháp đo độ bám dính giữa cao su lưu hóa với sợi kim loại 33

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lưu hóa của các hợp phần cao su 34

3.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lưu hóa của cao su mặt lốp 34

3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lưu hóa của cao su tráng mành thép 36

3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính năng cơ lý của cao su thành phẩm 38

3.2.1.Ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính năng cơ lý của cao su mặt lốp ML 38

3.2.1.1 Modul 100, modul 300 và độ cứng 38

3.2.1.2 Độ bền mài mòm 39

3.2.1.4 Độ dãn dài khi đứt 40

3.2.1.5 Độ bền xé rách 41

3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến cao su tráng mành thép VM 42

3.2.2.1 Modul 100, modul 300 và độ cứng 42

3.2.2.2 Cường lực 43

3.2.2.3 Độ dãn dài khi đứt 44

3.2.2.4 Độ bền xé rách 44

3.2.2.5 Sức dính giữa cao su lưu hóa với sợi kim loại 45

3.3 Khảo sát tính năng cơ lý của cao su mặt lốp và cao su tráng mành thép đang sử dụng tại Công ty cao su Đà Nẵng: 46

3.3.1 Cao su mặt lốp ML 46

3.3.2 Cao su tráng mành thép VM 46

3.4 Thảo luận kết quả 46

KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PHỤ LỤC 1 50

PHỤ LỤC 2 54

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH ẢNH

BẢNG 1 1 Sản lượng cao su thiên nhiên trên thế giới 5

BẢNG 1 2 Thành phần tiêu chuẩn để xác định tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên 6 BẢNG 2 1 Thành phần và phần khối lượng của cao su mặt lốp 26

BẢNG 2 2 Thành phần và phần khối lượng của cao su mặt lốp 26

BẢNG 3.1 Ts1, T’90, T’100, MH của cao su ML 34

BẢNG 3 2 Điều kiện lưu hóa mẫu thí nghiệm ML 35

BẢNG 3 3 Ts1, T’90, T’100, MH của VM 36

BẢNG 3 4 Điều kiện lưu hóa mẫu thí nghiệm VM 37

BẢNG 3 5 Điều kiện lưu hóa mẫu thí nghiệm VM 38

BẢNG 3 6 Số liệu thu được khi kiểm tra cơ lý của các mẫu cao su ML lưu hóa ở nhiệt độ 130℃ đến 170℃ 38

BẢNG 3 7 Số liệu thu được khi kiểm tra cơ lý của các mẫu ML lưu hóa ở nhiệt độ 130℃ đến 170℃ 42

BẢNG 3 8Tính năng cơ lý của cao su mặt lốp đang sử dụng tại Công ty cao su Đà Nẵng 46

BẢNG 3 9 Tính năng cơ lý của cao su vải mành đang sử dụng tại Công ty cao su Đà Nẵng 46

HÌNH 1.1 Sơ đồ giai đoạn I quy trình luyện cao su 20

HÌNH 1 2 Sơ đồ giai đoạn II quy trình luyện cao su 21

HÌNH 1 3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất lốp xe máy 23

HÌNH 2 1 Sơ đồ quy trình luyện mẫu cao su giai đoạn 1 27

HÌNH 2 2 Sơ đồ quy trình luyện mẫu cao su giai đoạn 2 27

HÌNH 2.3 Sơ đồ quy trình luyện mẫu cao su giai đoạn cuối 28

HÌNH 2 4 Máy ép thủy lực có gia nhiệt 28

HÌNH 2 5 Các thông số trên đường cong lưu hóa 29

HÌNH 2 6 Thiết bị đo độ cứng Shore A 30

HÌNH 2.7 Thiết bị đo độ mài mòn và mẫu cao su hình chữ nhật theo phương pháp

Acron 31

HÌNH 2 8 Máy kéo mẫu và mẫu quả tạ 31

HÌNH 2 9 Mẫu đo độ bền kéo đứt 31

HÌNH 2 10 Máy kéo mẫu và mẫu đo độ bền xé rách 32

HÌNH 2 11 Mẫu đo độ bền xé rách 32

HÌNH 2.12 Máy kéo mẫu và mẫu đo sức dính giữa cao su và sợi kim loại 33

HÌNH 3.1 Kết quả khảo sát đường cong lưu hóa của cao su ML 34

HÌNH 3.2 Thời gian lưu hóa tối ưu của cao su ML 35

HÌNH 3.3 Momen xoắn cực đại của cao su ML 35

HÌNH 3.4 Kết quả khảo sát đường cong lưu hóa của cao su VM 36

HÌNH 3.5 Thời gian lưu hóa tối ưu của cao su VM 37

HÌNH 3.6 Momen xoắn cực đại MH của hai loại compound sử dụng cao su thiên nhiên 37

HÌNH 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến modul 100 và modul 300 của cao su ML 38

HÌNH 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến độ cứng của cao su ML 39

HÌNH 3.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến cường lực của cao su ML 40

HÌNH 3 11 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến độ dãn dài khi đứt của cao su ML 41

HÌNH 3 12 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến độ bền xé rách của cao su ML 41

HÌNH 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến modul 100 và modul 300 của cao su VM 42

HÌNH 3.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến độ cứng của cao su VM 43

HÌNH 3.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến cường lực của cao su VM 43

HÌNH 3.16 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến độ dãn dài khi đứt của cao su VM 44HÌNH 3 17 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến độ bền xé rách của cao

su VM 45HÌNH 3 18 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến sức dính giữa cao su - sợi kim loại 45

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cao su thiên nhiên là một polymer thiên nhiên được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực cả trong đời sống và trong công nghiệp Cao su thiên nhiên có ứng dụng rỗng rãi như vậy là do có những tính chất: độ bền cơ học cao, khả năng đàn hồi tốt, dễ dàng phối trộn với các loại chất độn và chất phối hợp trên máy luyện kín hoặc luyện

hở Hợp phần cao su thiên nhiên có độ bền kết dính nội cao, khả năng cán tráng, ép phun tốt, mức độ co ngót sản phẩm nhỏ Cao su thiên nhiên có thể trộn hợp với các loại cao su không phân cực khác theo bất lỳ tỷ lệ nào Tuy nhiên cao su thiên nhiên lại

có những nhược điểm: kém bền dầu mỡ, kém bền nhiệt, độ bền môi trường kém, độ bền mài mòn thấp

Hiện nay, nhiều loại cao su tổng hợp đã được nghiên cứu sản xuất với những tính chất đặc biệt riêng cho từng loại Các loại cao su tổng hợp này có thể khắc phục được một số nhược điểm của cao su thiên nhiên, qua đó làm tăng độ bền môi trường,

độ bền nhiệt, độ bền mài mòn, cũng như làm giảm tác động của quá trình lão hóa đến tính chất của vật liệu cao su,… Tuy nhiên các loại cao su tổng hợp thường có giá thành rất cao và một số có tính chất cơ học không cao

Cao su thiên nhiên luôn được chọn lựa để ứng dụng trong các sản phẩm có yêu cầu về độ dẻo dai, độ bền, độ kết dính Tuy nhiên do có độ bền nhiệt thấp, vì vậy các sản phẩm sử dụng cao su thiên nhiên luôn được không chế ở nhiệt độ lưu hóa thấp Ngày nay với sự cạnh tranh về giá thành sản phẩm, các công ty có xu hướng nâng dần nhiệt độ lưu hóa để tăng năng suất nhằm cân đối giữa giá thành và chất lượng sản

phẩm Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lưu hóa đến tính năng của hỗn hợp cao su thiên nhiên dùng trong mặt lốp ô tô và cán tráng vải mành thép tại Công ty Cổ Phần Cao Su Đà Nẵng” có ý nghiã thiết thực, giải quyết

được bài toán đặt ra là khi nâng nhiệt độ lưu hóa lên 1 mức nào đó thì tính năng cơ lý sản phẩm cao su giảm bao nhiêu phần trăm, từ đó chọn chế độ lưu hóa cân bằng giữa tính năng cơ lý và năng suất

2 Mục tiêu đề tài

- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến tính năng cơ lý của hỗn hợp cao su thiên nhên dùng trong mặt lốp ô tô và cán tráng vải mành thép tại Công

ty Cổ Phần Cao Su Đà Nẵng

3 Nội dung đề tài

- Tìm hiểu về quy trình sản xuất bán thành phẩm và quy trình sản xuất lốp ô tô

- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian lưu hóa đến tính năng cơ lý của hỗn hợp sử dụng cao su thiên nhiên Ở đây chọn hai hỗn hợp chính là cao su mặt lốp (ML) và cao su cán tráng vải mành thép (VM) trên cơ sở đơn pha chế tại Công ty cổ phần cao su Đà Nẵng, có thay đổi một số thành phần cho phù hợp với điều kiện thí nghiệm.

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Phân loại cao su

Hiện nay có rất nhiều phương pháp phân loại cao su, trong đó chủ yếu thường

sử dụng là phương pháp phân loại dựa theo nguồn gốc và lĩnh vực sử dụng và phương pháp phân loại dựa theo cấu tạo hoá học của cao su [2]

Phân loại dựa theo nguồn gốc và lĩnh vực sử dụng, cao su được chia ra như sau:

Cao su nguyên vật liệu

Cao su thiên nhiên Cao su tổng hợp

Cao su thông dụng Cao su đặc chủng

Phân loại theo cấu tạo hóa học, cao su được chia ra như sau:

1.2 Cao su thiên nhiên

1.2.1 Lịch sử phát triển

Cao su thiên nhiên được loài người phát hiện và sử dụng vào nữa cuối thế kỷ XVI ở Nam Mỹ Đến năm 1839 khi loài người phát minh được quá trình lưu hóa chuyển cao su từ trạng thái chảy nhớt sang trạng thái đàn hồi cao bền vững, lượng cao

su thiên nhiên được sử dụng để sản xuất ra các sản phẩm tăng đáng kể Trong những năm gần đây, mặc dù đã tổng hợp được rất nhiều loại cao su nhưng sản lượng sản xuất

và sử dụng cao su thiên nhiên vẫn tăng đáng kể

Ngày nay, cao su thiên nhiên được trồng nhiều ở Ấn Độ, Malaysia, Indonesia, Thái Lan, Việt Nam,

Sản lượng cao su thiên nhiên trên thế giới trong thời gian gần đây được thể hiện

ở bảng 1.1 [2]

Cao su nguyên vật liệu

Cao su mạch cacbon Cao su dị mạch

Bảng 1 1 Sản lượng cao su thiên nhiên trên thế giới

1.2.2 Cấu tạo hóa học

Cao su thiên nhiên là polyisopren gồm các mắt xích isopren Mạch đại phân tử hình thành từ đồng phân cis của các mắt xích isopren liên kết với nhau ở vị trí 1,4

Ngoài đồng phân cis 1,4-isopren trong cao su thiên nhiên còn khoảng 2% các mắc xích isopren tham gia hình thành mạch đại phân tử ở vị trí 3,4 [2]

1.2.3 Tinh chất vật lý

Cao su thiên nhiên ở nhiệt độ thấp có cấu trúc tinh thể Vận tốc kết tinh lớn nhất được xác định ở nhiệt độ -25°C Cao su thiên nhiên kết tinh có biểu hiện rõ ràng lên bề mặt: độ cứng tăng, bề mặt vật liệu mờ (không trong suốt) Cao su thiên nhiên tinh thể nóng chảy ở nhiệt độ 40°C Quá trình nóng chảy các cấu trúc của tinh thể cao su thiên nhiên xảy racùng với hiện tượng hấp thụ nhiệt [1]

Cao su thiên nhiên được đặc trưng bằng các tính chất vật lý sau:

- Khối lượng riêng: 913Kg/m3

- Nhiệt độ hóa thủy tinh: -70°C

- Hệ số giãn nở thể tích: 656.10-4dm3/°C

- Nhiệt dẫn riêng: 0,14W/m°K

- Nhiệt dung riêng: 1,88kJ/kg°K

- Tang của góc tổn thất điện môi: 1,6.10-3

PRI được đánh giá bằng tỷ số ( tính bằng phần trăm) độ dẻo của cao su được xác định sau 30 phút đốt nóng ở 140°C so với độ dẻo ban đầu Hệ số ổn định PRI càng lớn thì vận tốc hóa dẻo của cao su đó càng nhỏ, có nghĩa là khả năng chống lão hóa càng tốt

Cao su thiên nhiên có khả năng phối trộn tốt với các loại chất độn và các chất phối hợp trên máy luyện kín hoặc luyện hở Hợp phần trên cơ sở cao su thiên nhiên có

độ bền kết dính nội cao, khả năng cán tráng, ép phun tốt, mức độ co ngót sản phẩm nhỏ Cao su thiên nhên có thể trộn hợp với casc loại cao su không phân cực khác (cao

su polyisopren, cao su butadien, cao su butyl) với bất kỳ tỷ lệ nào [1]

1.2.5 Tính chất cơ lý

Cao su thiên nhiên có khả năng lưu hoán bằng lưu huỳnh phôi hợp với các loại xúc tiến lưu hóa thông dụng Tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên được xác định dựa theo tính chất cơ lý của hợp phần cao su tiêu chuẩn

Bảng 1 2 Thành phần tiêu chuẩn để xác định tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên

- Độ giãn dài tương đối: 700%

Thứ nhất, thềm thế năng quay thấp, ví dụ liên kết đôi trong

H2C CH CH CH2 không thể xoay chuyển, trong khi đó liên kết δ tương ứng với liên kết đôi có thềm thế năng quay chỉ có 2.07kJ/mol, có thể xoay tự do quanh liên kết C-C

Thứ hai, trên mạch đại phân tử, cứ mỗi 4 nguyên tử cacbon lại có một nhóm thế metyl, mật độ nhóm thế không lớn, không kín

Thứ ba, lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử không lớn, mật độ năng lượng cố kết chỉ có 266.2mJ/mol Sự chuyển động giữa các phân tử với nhau ít bị ràng buộc [2]

1.2.6.2 Cường lực

Cao su thiên nhiên có cường lực kéo đứt và cường lực xé rách cao Cường lực của cao su thiên nhiên lưu hoá khi không có chất bổ cường có thể đạt 17 – 25Mpa, khi

có chất bổ cường có thể lên đến 25 – 35MPa, lực xé rácch đạt 98kN/m [2]

Có một điều đặc biệt là cường lực của cao su thiên nhiên chưa lưu hóa cũng cao hơn cao su tổng hợp rất nhiều Cường lực cao su chưa lưu hóa có một ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình gia công cao su Ví dụ, trong lúc thành hình lốp xe, cao su chịu một lực tác dụng khá lớn, nếu cao su có cường lực kéo đứt thấp, dễ bị đứt sẽ rất khó thành hình [2]

1.2.7 Ứng dụng

Do các đặc điểm, tính chất của cao su thiên nhiên, nó có khả năng ứng dụng khá rộng rãi trong các lĩnh vực đời sống, kinh tế và kỹ thuật

Trong đời sống, cao su thiên nhiên có thể sử dụng chế tạo các sản phẩm cao su

kỹ thuật có yêu cầu tính năng cơ lý cao làm việc trong môi trường ôn hòa, không bị tác động trực tiếp của các loại hóa chất, xăng, dầu, ozon Mặt khác do ưu điểm nổi bật của cao su thiên nhiên là không độc cho nên có thể sử dụng để chế tạo các chi tiết, dụng cụ dùng trong y dược và công nghiệp thực phẩm

Mặc dù tính năng lý cao, nhưng việc ứng dụng cao su thiên nhiên trong kỹ thuật còn hạn chế Do vậy cần phải nghiên cứu cải thiệ các tính năng cơ lý, kỹ thuật và mở rộng khả năng ứng dụng của vật liệu này trong kỹ thuật

Từ những tính chất của cao su thiên nhiên ta có thể thấy cao su thiên nhiên có

độ bền nhiệt kém, vì vậy các sản phẩm các sản phẩm sử dụng cao su thiên nhiên luôn được khống chế ở nhiệt độ lưu hóa thấp Để cân bằng giữa tính năng cơ lý và năng xuất sản xuất các sản phẩm sử dụng cao su thiên nhiên, em sẽ khảo sát tính năng cơ lý theo nhiệt độ lưu hóa của compound sử dụng cao su thiên nhiên

1.3 Cao su tổng hợp

Cao su Butadien (BR): Tính chất nổi bật của cao su BR là khả năng chống mài mòn cao do đó được phối hợp các loại cao su khác để tăng độ màu mòn, chịu ép nén lớn, sử dụng làm cao su mặt chạy [1]

Cao su Butadien – Styren (SBR): Có khả năng chống mài mòn và xé rách tốt nên thường dùng trong cao su mặt chạy cho các lốp xe tải nhẹ, xe du lich Tính đàn hồi thấp nên khi uốn nén cao su sẽ sinh ra một lượng nhiệt nội cao, điều này hạn chế nó được ứng dụng vào các loại lốp xe tải nặng Các loại SBR sản xuất trên thị trường có rất nhiều loại, ở xí nghiệp cán luyện sử dụng hai loại sau[1]:

- SBR 1502 Cao su không ngậm dầu trùng hợp ở nhiệt độ thấp (màu trắng)

- SBR 1712 Cao su ngậm dầu Aromatic trùng hợp ở nhiệt độ thấp (màu đen) Cao su Nitril (NBR): Được sản xuất từ 2 nguyên liệu chính là: Butadien 1,3 và Acrylonitryl Cao su NBR có rất nhiều loại, tính chất cơ lý tùy thuộc vào hàm lượng acrylonitril

Cao su Butyl: Cao su Butyl là sản phẩm đồng trùng hợp của isobutylen và isopren (lượng nhỏ) Tính thấm khí rất nhỏ Độ kín khí của cao su butyl gần nhiều lần

so với cao su thiên nhiên nên ứng dụng lớn nhất là để sản xuất săm xe đạp, xe máy, ô

tô, sản xuất bao hơi lưu hóa

Ngoài ra còn sử dụng casc loại cao su khác như cao su Clo butyl, Brom butyl, cao su EPDM, cao su Neoprene, cao su tái sinh, cao su silicon

1.4 Các chất phối hợp trong cao su

1.4.1 Chất lưu hóa

Cao su sống có mạch đại phân tử thẳng dễ trượt lên nhau nên tính năng đàn hồi

và tính năng cơ lý thấp Chất lưu hóa là chất dưới điều kiên lưu hóa (áp lực, nhiệt độ) tham gia phản ứng liên kết các mạch cao su để tạo thành mạng lưới không gian, thay đổi tính chất của cao su từ trạng thái biến dạng dẻo, chảy nhớt, độ bền cơ học thấp sang trạng thái biến dạng đàn hồi cao và bề dưới tác dụng của nhiệt độ Quá trình thay đổi tính chát của vật liệu dưới tác dụng của chất lưu hóa được gọi là quá trình lưu hóa

Có nhiều loại chất lưu hóa tùy thuộc vào từng loại cao su, nhưng thông dụng nhất là lưu huỳnh (S), ở DRC chủ yếu sử dụng lưu huỳnh, nhựa alkylphenol/ZnO, nhựa Octylphenolic [4]

1.4.1.1 Lưu huỳnh

1.4.1.1.1 Tính chất chung

Bột lưu huỳnh có màu vàng, dạng tinh thể hình thoi, khối lượng riêng 2,07 Kg/cm3 Nhiệt độ nóng chảy là 112°C Hàm lượng lưu huỳnh trong hợp phần cao su thông dụng từ 2 đến 3 phần khối lượng Để sản xuất cao su cứng thì hàm lượng lưu huỳnh sử dụng nhiều hơn Sự có mặt của lưu huỳnh và các loại xúc tiến lưu hóa trong hợp phần cao su ở nhiệt độ gia công có thể gây ra hiện tượng tự lưu làm giảm tính chất công nghệ của vật liệu Vì vậy lưu huỳnh thường được đưa vào hợp phần cao su sau cùng, sau khi chất phối hợp đã được luyện đều và hợp phần cao su đã được ổn định [2]

- Sử dụng lượng lưu huỳnh thấp

- Luyện hoặc gia công ở nhiệt độ thấp để giảm lượng S tan trong cao su

- Lưu hóa sản phẩm phải đạt điểm lưu hóa tối ưu

- Sử dụng loại lưu huỳnh không tan

1.4.1.2 Các chất lưu hóa khác

1.4.1.2.1 Các peroxit hữu cơ

Để lưu hóa các loại cao su mà mạch đai phân tử của nó không chứa liên kết đôi hoặc chứa rất ít liên kết đôi (cao su silicon, cao su flor, cao su butyl) trong công nghệ gia công cao su sử dụng các peroxit hữu cơ làm chất lưu hóa Một số loại peroxit dùng

để lưu hóa cao su thường sử dụng: Peroxit ditretbutyl, peroxit benzoil [2]

Cao su lưu hóa bằng các peroxit thường có độ bền cơ học cao, độ bền nhiệt cao

vì trong quá trình lưu hóa hình thành các liên kết bền nhiệt C-C Sự có mặt của các hợp chất mang tính axit làm giảm mức độ hoạt động hóa học và khả năng lưu hóa của peroxit Trong một vài trường hợp các peroxit mất khả năng lưu hóa hoàn toàn nếu trong hợp phần cao su có chứa các hợp chất mang tính axit [2]

1.4.1.2.2 Nhựa phenol - formaldehyt

Nhựa phenol - formaldehyt dùng để lưu hóa các loại cao su không chứa hoặc chứa rất ít liên kết đôi trong mạch, đặc biệt là cao su butyl

1.4.2 Chất xúc tiến lưu hóa

- Xúc tiến lưu hóa không gây hiện tượng tự lưu cho hỗn hợp cao su trong tất cả các công đoạn sản xuấ

- Có dãi lưu hóa tối ưu rộng

- Tăng độ chịu oxi hóa của vật liệu, chỗng hiện tượng lão hóa của hỗn hợp cao su

- Không ảnh hưởng đến màu sắc của cao su màu

- Không gây độc đối với các sản phẩm dùng trong y tế, thực phẩm, không tác hại cho con người

Bên cạnh đó người ta căn cứ vào từng loại su, các yêu cầu về công nghê gia công cao su, tính năng kỹ thuật của từng loại sản phẩm mà lựa chọn chất xúc tiến lưu hóa với hàm lượng thích hợp:

+ Đối với sản phẩm dày, cần thời gian lưu hóa dài thì chọn xúc tiến có tác dụng chậm Thông thường dùng loại xúc tiến guanidin hay sunfeamid

+ Đối với sản phẩm mỏng như mặt lốp xe đạp thì người ra dùng xúc tiến nhanh như Dibenzothiazole disufide (DM), 2-Mercaptobenzothiazole (M).…

+ Cao su dùng trong y học, trong thực phẩm do yêu cầu không độc, không mùi

vị nên dùng xúc tiến thỉuram

+ Đồi với sản phẩm chịu nhiệt thường dùng xúc tiến Tetramethylthiuram monosulfide (TMTD)

1.4.2.2 Các loại chất xúc tiến

Thông thường người ta sử dụng hệ xúc tiến gồm hai hoặc ba loại xúc tiến nhằm nâng cao tính ưu việt của các loại xúc tiến khác nhau trong hợp phần cao su Các chất xúc tiến được sử dụng trong xí nghiệp cán luyện [4]:

- Nhóm Guanidin: Xúc tiến Diphenylguanidine (D)

- Nhóm sulfenamid: Xúc tiến N-cyclohexyl-2-benzothiazole sunfenamide (CZ), xúc tiến N-Tertiarybutyl-2-benzothiazole sulfenamide (NZ), xúc tiến N-Dicyclohexylbenzothiazol-2-sulfenamide (DZ)

- Nhóm Thiazole: Xúc tiến Dibenzothiazole disufide (DM), xúc tiến Mercaptobenzothiazole (M)

2 NhómThiuram: Xúc tiến Tetramethyl thiuram disulfide (TMTD) Xúc tiến Tetramethylthiuram monosulfide (TMTD)

- Nhóm Thiocacbamat: Xúc tiến Zine diethyldithiocarbamate (EZ)

1.4.3 Chất trợ xúc tiến

1.4.3.1 Vai trò ý nghĩa

Chất trợ xúc tiến có vai trò nâng cao hiệu quả của xúc tiến lưu hóa, tao cho cao

su có tính năng kỹ thuật cao hơn

1.4.3.2 Phân loại

Có hai loại trợ xúc tiến:

Trợ xúc tiến vô cơ:

Thường sử dụng nhiều nhất là loại ZnO, là dạng bột màu trắng, ít độc, không làm đổi màu cao su màu, dễ tìm, giá rẻ, độ ổn định cao, không gây hiện tượng oxi hóa Tác dụng hoạt hóa quá trình lưu hóa của ZnO còn hiệu quả hơn nếu có mặt một lượng không lớn các axit béo hữu cơ như axit stearic, axit oleic… do việc tạo thành phức chất giữa ZnO, axit béo và xúc tiến lưu hóa

Trợ xúc tiến hữu cơ:

Phổ biến nhất là axit stearic có dạng phiến, mùi hắc Ngoài tác dụng trợ xúc tiến, axit stearic có tác dụng làm mềm, phân tán than đen tạo điều kiện thuận lợi cho thao tác luyện, cán tráng, ép đùn [2]

1.4.4 Chất hãm lưu

Trong quá trình gia công cao su thường xảy ra hiện tượng tự lưu làm giảm tính chất cơ lý của cao su Để khắc phục tình trạng này ta thêm vào hỗn hợp cao su chất phòng tự lưu để kéo dài thời gian vật liệu ở trạng thái cháy nhớt ở nhiệt độ gia công nhưng không làm chậm tốc độ lưu hóa và tính năng cơ lý của sản phẩm [2]

Thường dùng là Vulkalent G (PLT1) Vulkalent G là chất dễ phân tán, nó phân tán tốt ngay cả một lượng nhỏ, Vulkalent G không gây ảnh hưởng đến độ nhớt của cao

su, không gây rổ xốp và đặc tính của quá trình lưu hóa ít ảnh hưởng [1]

1.4.5 Chất độn

1.4.5.1 Vai trò và đặc điểm chung

Tùy thuộc vào bản chất của chất độn có thể tham gia vào từng hỗn hợp cao su

để mang lại các tính chất sau [1]:

- Tăng độ cứng

- Tăng lực kéo đứt nhất là đối với cao su tổng hợp

- Tăng tính mài mòn chịu nhiệt và tính năng cơ lý khác

- Giảm tính co rút của sản phẩm sau khi lưu hóa

- Cải thiện quá trình gia công

- Ngoại quan sản phẩm đẹp và đặc biệt là hạ giá thành sản phẩm

1.4.5.2 Đặc trưng

Tùy thuộc vào hàm lượng cao su mỗi loại chất độn đều có một hàm lượng sử dụng, nếu tăng lượng chất độn vượt quá giới hạn thì sẽ làm giảm tính năng cơ lý của sản phẩm do đó làm giảm khả năng sử dụng của sản phẩm Sự phân tán tốt chất độn dẫn đến tăng tính năng cơ lý của sản phẩm, kích thước hạt chất độn hoặc diện tích bề mặt riêng của chất độn có ảnh hưởng lớn đến sự phân tán Khi giảm kích thước độn (tăng diện tích bề mặt riêng) thì diện tích tiếp xúc của phân tử cao su và chất độn tăng lên dẫn đến sự phân tán tốt hơn Tuy nhiên khi giảm kích thước hạt quá nhỏ sẽ dẫn đến hiện tượng vón cục chất độn làm giảm khả năng phân tán của chúng và làm giảm tính năng cơ lý của sản phẩm

1.4.5.3 Phân loại

- Phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm, chất độn có thể vô cơ hoặc hữu cơ

- Phụ thuộc vào ảnh hưởng của chất độn đên tính năng cơ lý của sản phẩm, chất độn được chia làm hai loại là chất độn hoạt tính và chất độn trơ

Độn hoạt tính: Than đen, than trắng (SiO2nH2O), là chất độn khi đưa vào hỗn hơp cao su thì làm tăng tính năng cơ lý, tính năng sử dụng của sản phẩm Độ mịn của than đen càng cao thì hoạt tính càng lớn do diện tích tiếp xúc với cao su lớn, sản phẩm

có độ cứng cao và tính năng cơ lý tốt

Độn trơ: CaCO3, cao lanh, bột bào từ cao su, trong hỗn hợp cao su chất độn trơ

có tác dụng làm giảm tính co rút và hạ giá thành sản phẩm [1]

1.4.6 Chất phòng lão

Quá trình lão hóa là sự thay đổi ngoại quan, tính năng cơ, lý hóa của sản phẩm Nguyên nhân chủ yếu của lão hóa là quá trình oxi hóa mạch cao su do tác động của oxi không khí thâm nhập vào sản phẩm trong quá trình gia công như các muối hoặc oxit kim loại có hóa trị thay đổi Lão hóa còn phụ thuộc váo bản chất của vật liệu và các tác nhân khác thúc đẩy quá trình lão hóa như: nhiệt độ, moi trường, ánh sáng và các tác nhân cơ học khác

Một số chất phòng lão: parafin, hệ phòng lão Para – phenylene Diamine (6PPD, IPPD, DTPD) [2]

1.4.7 Chất làm mềm, hóa dẻo

Chất làm mềm cho vào cao su không tạo ra phản ứng hóa học với các phân tử cao su mà có tác dụng làm giảm lực hút giữa các phân tử, giúp cho hỗn hợp cao su trở nên mềm và giúp hóa chất phân tán đều hơn Ngoài ra nó còn giúp các phân tử trượt lên nhau, do đó tăng độ dẻo của hỗn hợp[2]

Một số chất làm mềm, hóa dẻo thông dụng:

- Sản phâm chế biến từ dầu mỏ: dầu parafin, dầu aromatic

- Sản phẩm của quá trình chưng cất than đá: nhựa Coumaron

- Sản phẩm có nguồn gốc từ thực vật: dầu Castor, nhựa thông

- Dầu hóa dẻo tổng hợp: dầu DBP (Dibutyl phthalate)

1.4.8 Chất tạo màu

Yêu cầu của chất tạo màu [2]:

- Không biến màu khi lưu hóa, khi gặp ánh sáng, không khí

- Có khả năng nhuộm màu lớn

- Không ảnh hưởng đến tính năng cơ lý của sản phẩm

- Không độc, không phun ra bề mặt sản phẩm

Một số chất tạo màu sử dụng trong xí nghiệp cán luyện: Fe2O3 (màu cam), TiO2

(màu trắng)

1.4.9 Chất chống dính, cách ly

Sử dụng làm chất cách ly cho cao su bán thành phẩm, giúp dễ dàng di chuyển

và sử dụng khi phải lưu kho một lượng cao su bán thành phẩm trong thời gian dài và liên tục

- Bột talc: 3MgO.4SiO2.H2O là dạng bột màu trắng đục, được sử dụng để làm cách ly trong các công đoạn lồng ống lõi săm, nối ống săm Có thể sử dụng làm chất độn

- Promol: Dạng bột, màu trắng sử dụng cách ly trong cán luyện [2]

1.4.10 Chất tăng dính

Là chất cho vào hỗn hợp cao su, trong quá trình lưu hóa, các chất này phản ứng

để tạo ra các liên kết hóa học hoặc vật lý giữa cao su với bề mặt các vật liệu khác như

sợ vải, sợi kim loại,

Một số chất tăng dính như muối Cobalt, nhựa tăng dính [2]

1.5 Lưu hóa cao su

Lưu hóa là công đoạn cuối cùng của công nghệ gia công cao su Trong quá trình lưu hóa 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 dần tăng

Trong thành phần của hỗn hợp cao su luôn có mặt một hàm lượng cần thiết nhóm các chất lưu hóa Cùng với thời gian lưu hóa các chất lưu hóa tham gia vào phản ứng với các nhóm, các đoạn mạch hoạt tính của mạch đại phân tử, chuyển hỗn hợp cao

su từ trạng thái chảy nhớt sang trạng thái không chảy nhớt, không hòa tan, từ cấu trúc mạch thẳng sang cấu trúc không gian Các tính chất cơ lý của hợp phần cao su phụ thuộc vào mức độ khâu mạch của quá trình lưu hóa Mức độ khâu mạch của đại phân

tử lại phụ thuộc vào nhiệt độ của quá trình lưu hóa, thời gian tiến hành lưu hóa và bản chất hóa học của hệ thống lưu hóa cũng như loại cao su để lưu hóa Chính vì vậy để nhận được hợp phần cao su có những đặc trưng xác định cho trước không những phải lựa chọn loại cao su thích hợp mà còn phải tiến hành công nghệ lưu hóa thích hợp

1.5.1 Đặc tính lý thuyết lưu hóa

2.5.1.1 Giai đoạn khởi đầu

Khởi đầu quá trình lưu hóa có thể hiểu đó là thời điểm khi hỗn hợp cao su bắt đầu có độ cứng tăng, hỗn hợp cao su 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 hóa học hệ xúc tiến lưu hóa được lựa chọn trong hợp phần cao su Thời gian hoạt hóa của

hệ thống lưu hóa được gọi là thời gian cảm ứng lưu hóa Để đảm bảo cho cao su đươc lưu hóa đồng đều, các lớp cao su ngoài (tiếp xúc với mặt khuôn) thường được lưu hóa

bằng hệ thống lưu hóa không có chu kỳ cảm ứng Các lớp cao su ở giữa được lưu hóa bằng hệ thống lưu hóa không có chu kỳ cảm ứng lưu hóa

Hệ thống lưu hóa không có thời gian hoạt hóa trễ thường gây nhiều khó khăn khác nhau cho công nghệ gia công cao su

1.5.1.2 Giai đoạn lưu hóa tối ưu

Giai đoạn lưu hóa tối ưu là khoảng thời gian lưu hóa mà trong đó có thể nhận được giá trị cực đại một trong số các tính chất đặc trưng cho hỗn hợp cao su hoặc một phần cao su với tập hợp tối ưu các tính chất cơ lý đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm

Quá trình lưu hóa các sản phẩm cao su thường được tiến hành ở một nhiệt độ xác định phụ thuộc vào bản chất hóa học của cao su trong hợp phần và mức độ hoạt động hóa học của hệ xúc tiến dùng để lưu hóa cao su đó: Cùng với thời gian lưu hóa mật độ mạng lưới không gian tăng làm cản trở khả năng va chạm các cấu tử vì thế vận tốc khâu mạch giảm dần Khoảng thời gian lưu há mà trong đó các tính chất cơ lý, tính năng kỹ thuật của hợp phần cao su ít thay đổi được gọi là dải lưu hóa tối ưu của quá trình lưu hóa Độ lớn của dải lưu hóa tối ưu rõ ràng phụ thuộc vào tính bền nhiệt của các liên kết cầu nối

Trong quá trình lưu hóa cao su bằng lưu huỳnh để tạo được dãi lưu hóa tối ưu lớn và hợp phần cao su chịu nhiệt cao cần phải thưc hiện quá trình lưu hóa sao cho tạo được liên kết khâu mạch là các cầu nối monosunfid hoặc disunfid

Độ lớn dải lưu hóa tối ưu có thể tạo được nếu trong hợp phần cao su sử dụng hệ thống lưu hóa có khả năng duy trì hoạt tính trong thời gian lớn

1.5.1.3 Giai đoạn quá lưu

Giai đoạn quá lưu là khoảng thời gian lưu hóa sau dải lưu hóa tối ưu Trong giai đoạn này các tính chất của hợp phần cao su thay đổi theo hướng khác nhau Ở giai đoạn quá lưu tính năng kỹ thuật và tính năng sử dụng của hợp phần cao su đều suy giảm vì vậy giai đoạn quá lưu là khoảng thời gian không mong đợi, nó những làm giảm khả năng sản xuất của thiết bị lưu hóa theo nhiệt lượng và gây nhiễm độc cho môi trường sản xuất do các khi thoát tra trong quá trình phân hủy…

1.5.2 Vận tốc lưu hóa

1.5.2.1 Mở đầu

Vận tốc lưu hóa là một trong số các yếu tố quan trọng quyết đinh độ lớn của thời gian lưu hóa Giá trị số của vận tốc lưu hóa là đại lượng nghịch đảo của thời gian lưu hóa cần thiết để nhận được hợp phần cao su với những tính năng kỹ thuật tối ưu

Trong hệ thống lưu hóa nhóm cacbamat, thiuram thì vân tốc thức của quá trình lưu hóa được đánh giá bằng đại lượng nghịch đảo của thời gian lưu hóa là đại lượng tương đương với thời gian khâu mạch trong quá trình lưu hóa Đối với hệ xúc tiến lưu hóa có chu kỳ cảm lưu hớn thì vân tốc lưu hóa được xác định như vậy lại có giá trị nhỏ hơn vận tốc khâu mạch thực rất nhiều vì trong chu kỳ cảm ứng lưu quá trình khâu mạch hầu như không xảy ra

Trong sản xuất thường sử dụng giá trị vận tốc lưu hóa trung bình là đại lượng tỷ

lệ nghịch với thời gian lưu hóa cần thiết để nhận được sản phẩm lưu hóa với tính năng

kỹ thuật tốt nhất Để đánh giá mức độ hoạt động hóa học của các hệ thống lưu hóa vận tốc lưu hóa thực được xác định là đại lượng nghịch đảo của thời gian kể từ thời điểm xuất hiện quá trình khâu mạch đến thời điểm kết thúc quá trình khâu mạch Lưu hóa là quá trình hóa học xảy ra dưới tác dụng của nhiệt độ vì vậy vân tốc của pharn ứng khâu mạch phụ thuộc vào nhiệt độ và năng lượng hoạt hóa phản khâu mạch [2]

1.5.2.2 Sự phụ thuộc vận tốc lưu hóa vào nhiệt độ

Hằng số vận tốc được xác định bằng phương trình Arenius dạng:

T – Nhiệt độ tuyệt đối

Mức độ phụ thuộc vận tốc lưu hóa được xác định bằng năng lượng hoạt hóa quá trình lưu hóa

Năng lượng hoạt hóa E cho quá trình lưu hóa có thể chấp nhận giá trị trung bình của năng lượng hoạt hóa các quá trình hóa học xảy ra trong quá trình lưu hóa vì chưa xác định một cách chính xác phản ứng nào trong số các phản ứng xảy ra là giới hạn chung cho quá trình lưu hóa

Lấy logarit cơ số 10 cho phương trình Arrenius ta có:

P◦ - Độ dẻo ban đầu của cao su

P – Độ dẻo cao su sau sơ luyện

Cũng trong thời gian đó cùng với sự tăng nhiệt độ, năng lượng chuyển động nhiệt các phần tử trong khối cao su tăng lên đủ để kích thước các quá trình oxy hóa xảy ra

Đứt mạch do kết quả quá trình oxy hóa tăng và độ dẻo của cao su tăng Như vậy cùng với nhiệt độ tăng trong cao su xuất hiện đồng thời 2 hiện tượng có tác dụng đối ngược nhau đến quá trình sơ luyện

1.5.3 Sự thay đổi tính chất của hợp phần cao su trong quá trình lưu hóa [2]

1.5.3.1 Modul

Trong hỗn hợp cao su “sống” các phân tử, các mạch đại phân tử polymer chưa được định vị vì vậy chúng có thể chuyển dịch tương đối với nhau Trong quá trình lưu hóa số lượng cầu nối liên kết ngang 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 góc liên kết hóa trị tăng Lực biến dạng này thường gọi là modun của vật liệu để đạt được đại lượng biến dạng cho trước

Giá trị modun tỉ lệ nghịch với khối lượng phân tử trung bình do đó cùng với quá trình lưu hóa mức độ khâu mạch tăng, khối lượng phân tử trung bình đoạn mạch giảm và modun tăng

1.5.3.2 Độ cứng

Trong quá trình lưu hóa cùng với thời gian lưu hóa, mức độ khâu mạch độ cứng của cao su lưu hóa tăng Tăng độ cứng của hợp phần cao su có thể giải thích bằng sự tăng số lượng 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 dưới tác dụng của ngoại lực

1.5.3.3 Độ bền kéo đứt

Cùng với mức độ khâu mạch tăng ở giai đoạn đầu độ bền kéo dứt dần dần tăng

và đạt giá trị cực đại Sau đó độ bền kéo đứt của vật liệu giảm dần đến giá trị cực tiểu nào đó Nếu tiếp tục tăng mức độ khâu mạch nhận được sản phẩm có độ cứng lớn 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 làm hàm lượng lưu huỳnh tham gia vào liên kết khâu mạch cho các loại cao su khác nhau thì khác nhau

1.5.3.4 Biến dạng dãn dài tương đối, biến dạng dư

Khi mật độ khâu mạch đạt giá trị lớn (hàm lượng lưu huỳnh liên kết khoảng 25% đến 30%) hợp phần cao su có độ cứng lớn các mạch đại phân tử hoàn toàn được

cố định bằng các liên kết khâu mạch dưới lực tác dụng cơ học đại lượng biến dạng tổng cộng vô cùng nhỏ bé

Biến dạng dư: Khi mật độ mạng lưới không gian tăng (mức độ lưu hóa cao) các liên kết khâu mạch không gian ngăn chặn quá trình chảy trượt các mạch đại phân tử vì thế đạilượng biến dạng dư nhỏ

1.5.3.5 Đàn tính

Đàn tính hay biến dạng đàn hồi cao của cao su được hình thành bởi sử thay đổi thuận nghịch vị trí sắp xếp các đoạn mạch phân tử, các phân tử khác nhau của mạch đạt phân tử dưới tác dung của ngoại lực không lớn

Đàn tính của hợp phần cao su phụ thuộc vào mật độ mạng lưới không gian Trong vùng quá lưu của quá trình lưu hóa do liên kết khâu mạch nhiều, hợp phần cao

su lưu hóa trở nên cứng, dòn, biến dạng của hợp phần cao su mang đặc trưng biến dạng đàn hồi tuyệt đối vì vậy đàn tính của hợp phần cao su mang đặc trưng đàn tính của vật thể rắn

1.5.4 Sự phụ thuộc tính chất cao su lưu hóa vào cầu trúc cầu nối mạng lưới không gian

Đồng thời với mức độ khâu mạch trong cao su lưu hóa, cấu trúc và bản chất hóa học của cầu nối cũng có ý nghĩa nhất định làm ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của hợp phần cao su

Hợp phần cao su có cầu nối là các liên kết polysunfid có mạch phân tử linh động hơn nên dưới tác dụng lực cơ học chúng dễ dàng xắp xếp lại, định hướng lại theo chiều tác dụng nên độ bền kéo đứt thường cao hơn Xem lại đúng không?

Đối với cùng một loại cao su giá trị độ bền kéo đứt nhỏ nhất trong trường hợp các cầu nối mạch đại phân tử là cầu nối loại C-C Mặc dù năng lượng cầu nối C-C lớn hơn C-Sx-C nhưng vì C-C là cầu nối cứng không cho phép mạch đại phân tử định

hướng lại theo chiều tác dụng lực để san bằng ứng suất nên trong trường hợp này các mạch phân tử chịu tải trọng khác nhau, xuất hiện hiện tượng quá tải trong một số mạch nên độ bền kéo đứt nhỏ Hợp phần cao su lưu hóa phụ thuộc vào cấu trúc các cầu nối phân tử Cầu nối với số nguyên tử lưu huỳnh nhỏ hạn chế đàn tính của cao su đặc biệt

ở nhiệt độ thấp

Ảnh hưởng của cấu trúc cầu nối có thể tổng kết lại như sau: Trong hợp phần cao su với cầu nối ngắn (C-C; C-Sx-C) các đặc trưng kỹ thuật như: biến dạng dư, độ bền nhiệt, độ bền xé rách Có xu hướng tốt hơn

1.6 Công nghệ luyện cao su

1.6.1 Lý thuyết luyện cao su

Yêu cầu luyện cao su :

- Giảm độ nhớt của cao su Từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình gia công tiếp theo

- Các hợp chất cho vào phải phân tán đều trong hôn hợp, không xảy ra hiện tượng tự lưu, hỗn hợp không bị cắt xé nhiều làm ảnh hưởng đến tính năng cơ lý của sản phẩm

1.6.2 Quy trình luyện cao su

Hình 1.1 Sơ đồ giai đoạn I quy trình luyện cao su

Cao su Độn hoạt tính,

dầu hóa dẻo

Chất phòng lão, chất hóa dẻo, độn trơ, trợ xúc tiến, chất tăng dính