Tối ưu hóa thời gian lưu hóa cao su bằng phương pháp trường nhiệt độ kết hợp với mô phỏng

TỐI ƯU THỜI GIAN LƯU HÓA CAO SU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ KẾT HỢP VỚI MÔ PHỎNG Học viên: Trần Văn Hải; Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301; Khóa: 34; Trường Đại học Bá

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Đà Nẵng, 09/2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nghiên cứu

và các kết luận trong luận án này là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả

Trần Văn Hải

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS.Nguyễn Đình Lâm và TS.Phan Thế Anh, những người Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, dành nhiều thời gian và công sức để hướng dẫn cho tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới quý Thầy Cô trong khoa Hóa, phòng Đào tạo sau đại học của Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện luận văn này đúng tiến độ

Tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban lãnh đạo và đồng nghiệp tại Công ty Cổ phần Cao su Đà Nẵng, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về thiết bị, nguyên vật liệu và kỹ thuật để tôi thực hiện các thí nghiệm cho luận văn này

Nhân dịp này, tôi muốn dành những tình cảm sâu sắc nhất đến những người thân trong gia đình tôi: Bố Mẹ - những người đã hết lòng nuôi dạy tôi khôn lớn, luôn động viên hỗ trợ tôi về mọi mặt; Vợ cùng các con là chỗ dựa tinh thần, luôn chia sẻ những khó khăn, cảm thông và giúp đỡ tôi trong cuộc sống và là nguồn động lực để tôi hoàn thành luận văn này

Đà Nẵng, ngày 27 tháng 09 năm 2019

Tác giả

Trần Văn Hải

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Mục tiêu của đề tài 2

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

Những đóng góp mới của luận văn 2

Cấu trúc của luận văn 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 3

1.1 NGUYÊN LIỆU CHÍNH SỬ DỤNG TRONG SẢN PHẨM CAO SU 3

1.1.1 Cao su thiên nhiên 3

1.1.2 Cao su tổng hợp 4

1.1.3 Chất độn 6

1.1.4 Chất hóa dẻo 7

1.1.5 Chất lưu hóa 7

1.1.6 Chất xúc tiến 8

1.1.7 Chất trợ xúc tiến lưu hóa 8

1.1.8 Chất phòng tự lưu 8

1.1.9 Chất phòng lão 9

1.1.10 Chất kết dính 9

1.1.11 Vật liệu sợi 9

1.2 THIẾT LẬP CÔNG THỨC PHA CHẾ VÀ CÔNG NGHỆ PHỐI TRỘN 10

1.2.1 Khái niệm thiết kế pha chế: 10

1.2.2 Thiết lập đơn pha chế 11

1.2.3 Công nghệ phối trộn 12

1.3 CÔNG NGHỆ LƯU HÓA CAO SU 13

1.3.1 Khái niệm về lưu hóa 13

1.3.2 Các giai đoạn chính của quá trình lưu hóa 14

1.3.3 Cơ chế của phản ứng lưu hóa cao su 16

1.3.4 Vận tốc lưu hóa 16

1.3.5 Thời gian lưu hóa tương đương 17

1.3.6 Mức độ lưu hóa của cao su 19

1.4 CÁC THÔNG SỐ NHIỆT CỦA VẬT LIỆU 19

1.4.1 Hệ số nhiệt độ lưu hóa (K) 19

1.4.2 Năng lượng hoạt hóa (E) 20

1.4.3 Nhiệt dung riêng (C) 20

1.4.4 Hệ số dẫn nhiệt (λ) 20

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 21

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 22

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.3.1 Sơ đồ thực nghiệm 22

2.3.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 23

2.3.3 Nguyên vật liệu sử dụng trong thí nghiệm 28

2.3.4 Các hợp phần cao su và quy trình phối trộn 29

2.3.5 Các quy trình thực nghiệm 33

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 XÁC ĐỊNH KHOẢNG NHIỆT ĐỘ LƯU HÓA PHÙ HỢP 38

3.1.1 Kết quả kiểm tra tính lưu biến cao su và xác định thời gian lưu hóa mẫu 38

3.1.2 Kết quả kiểm tra tính năng cơ lý cao su TR và SB 40

Nhận xét: 44

3.2 ĐỘ LỆCH TỐC ĐỘ LƯU HÓA 44

3.2.1 Kết quả kiểm tra đặc tính kỹ thuật của cao su TR 44

3.2.2 Kết quả kiểm tra lưu biến cao su SB với hàm lượng xúc tiến khác nhau 45

3.2.3 Kết quả kiểm tra cơ lý cao su SB với hàm lượng xúc tiến khác nhau 46

3.2.4 Kết quả kiểm tra cường độ kết dính giữa cao su TR và SB 47

3.2.5 Sự phụ thuộc của cường độ kết dính vào độ lệch tốc độ lưu hóa 49

3.2.6 Xác định thời gian lưu hóa phù hợp của các hợp phần cao su 51

Nhận xét 52

3.3 TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN LƯU HÓA TƯƠNG ĐƯƠNG 53

3.3.1 Trường nhiệt độ lưu hóa 53

3.3.2 Tính năng lượng hoạt hóa của các hợp phần cao su 56

3.3.3 Tính thời gian lưu hóa tương đương tại các điểm đo 57

Nhận xét 59

3.4 TỐI ƯU THỜI GIAN LƯU HÓA LỐP BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH 59

3.4.1 Tính các thông số nhiệt của vật liệu 59

3.4.2 Mô phỏng quá trình lưu hóa bằng phương pháp PTHH 62

Nhận xét 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

TỐI ƯU THỜI GIAN LƯU HÓA CAO SU BẰNG PHƯƠNG PHÁP

TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ KẾT HỢP VỚI MÔ PHỎNG

Học viên: Trần Văn Hải; Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học

Mã số: 8520301; Khóa: 34; Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt - Lưu hóa là công đoạn quyết định đến chất lượng của sản phẩm cao su Do cao su có độ

truyền nhiệt kém nên nhiệt độ lưu hóa cao su bị thay đổi theo thời gian và theo các điểm khảo sát (trường nhiệt độ biến đổi) trong suốt quá trình lưu hóa Đối với các sản phẩm có chiều dày lớn và kết cấu hình học phức tạp thì tốc độ lưu hóa có sự không đồng đều tại các điểm khác nhau do đó thời gian lưu hóa không thể tính bằng t90 của cao su như sản phầm có chiều dày nhỏ mà phải được xác định bằng thời gian lưu hóa tương đương Việc kết hợp phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm CORONA với trường nhiệt độ thực nghiệm cho phép xác định được thời gian lưu hóa tương đương tại từng điểm, từ đó xác định được điểm lưu hóa chậm nhất của từng loại cao su và điểm lưu hóa cuối cùng trong sản phẩm Trên cơ sở đó điều chỉnh tốc độ lưu hóa của các hợp phần cao su và thời gian lưu hóa sản phẩm hợp lý nhằm đảm bảo sự hài hòa về tính chất

cơ lý cho toàn bộ sản phẩm cũng như tối thiểu chi phí sản xuất Việc điều chỉnh tốc độ lưu hóa các hợp phần cao su khác nhau cũng cần chú ý đến giới hạn về độ lệch t90 vì độ lệch này có ảnh hưởng đến cường độ kết dính giữa 2 lớp cao su liên tiếp sau khi lưu hóa Kết quả nghiên cứu còn cho thấy rằng với các hợp phần chủ yếu là cao su thiên thiên thì nhiệt độ thích hợp để lưu hóa từ

OPTIMIZATION OF THE TIME FOR VULCANIZING RUBBER BY THE

COMBINATION OF TEMPERATURE FIELD AND SIMULATION

Abstract - Vulcanization is an important stage being crucial to the quality of rubber products As

the low thermal conductivity of the rubber, the vulcanizing temperature changes with time and examined points (the variable temperature field) during the vulcanization Therefore, the product with a large thickness and a complicated geometry structure, the vulcanization rate is irregular from the point to the others, so the vulcanization time cannot be determined through t90 of the rubber as being done with thin products On the other hand, the vulcanization time should be determined by using the notion of vulcanization time equivalent The combination the finite element method's CORONA software combined with the experimental temperature field permits calculating the vulcanization time equivalent at each point, thereby determining the point with slowest vulcanization of each type of rubber and the final vulcanized point of a product On this basis, it is possible to adjust the vulcanization rate of different rubber layers and to optimize the vulcanization time in order to ensure the harmony of physical properties for the whole product as well as minimizing cost of production The adjustment of vulcanization rate of different rubber layers could be needed to pay attention to the limit of t90 deviation of two consecutive rubber layers because this deviation also affects the adhesion strength between 2 consecutive rubber layers after vulcanization On the rubber with high natural rubber content, this research results show that the suitable vulcanization temperature varied between 145 and 155oC This temperature range will ensure the harmony of physical properties as tensile strength, abrasion resistance and adhesive force

Key words - vulcanizing rubber; temperature field; vulcanization time equivalent; corona; finite element method

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

STT Từ viết tắt Diễn giải

1 DRC Danang Rubber Joint-Stock Company

2 PTHH Phần Tử Hữu Hạn

3 PHR Per Hundred Rubber

4 SVR Standard Vietnamese Rubber

5 RSS Rubber Smoke Sheet

6 SB Steel Belt Rubber (cao su lớp hoãn xung)

7 TR Tread Rubber (cao su mặt lốp)

8 HMMM HexaMethoxyMethylMelamine

9 NOBS N-Oxydienthylene-2-benzothiazole sulfenamide

10 TBBS N-tert-butyl benzothiazole-2-sulfenamide

11 BTP Bán Thành Phẩm (hợp phần cao su)

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thành phần latex 3

Bảng 1.2 Đơn pha chế cơ bản cao su thiên nhiên 4

Bảng 1.3 Cách biểu thị đơn pha chế hợp phần cao su 11

Bảng 2.1 Nguyên vật liệu sử dụng trong thí nghiệm 28

Bảng 2.2 Công thức hợp phần cao su mặt lốp (TR) 29

Bảng 2.3 Công thức hợp phần cao su cán tráng lớp hoãn xung (SB) 30

Bảng 2.4 Các công thức điều chỉnh hợp phần cao su cán tráng lớp hoãn xung 31

Bảng 2.5 Quy trình phối trộn giai đoạn 1 trên máy luyện kín 1.8 lít 31

Bảng 2.6 Quy trình phối trộn giai đoạn 2 trên máy luyện kín 1.8 lít 32

Bảng 2.7 Quy trình cán tấm cao su trên máy luyện hở Ф160 32

Bảng 3.1 Các thông số lưu biến cao su TR và thời gian lưu hóa mẫu … 38

Bảng 3.2 Các thông số lưu biến cao su SB và thời gian lưu hóa mẫu 39

Bảng 3.3 Tính năng cơ lý cao su TR ở các mức nhiệt độ khác nhau 40

Bảng 3.4 Tính năng cơ lý cao su SB ở các mức nhiệt độ khác nhau 41

Bảng 3.5 Đặc tính kỹ thuật cao su TR - DRC 44

Bảng 3.6 Đặc tính lưu biến cao su SB với hàm lượng xúc tiến khác nhau 45

Bảng 3.7 Tính năng cơ lý cao su SB với các hàm lượng xúc tiến khác nhau 47

Bảng 3.8 Cường độ kết dính giữa cao su TR và cao su SB 47

Bảng 3.9 Cường độ kết dính (TR - SB) và độ lệch tốc độ lưu hóa t90 49

Bảng 3.10 Tốc độ lưu hóa (t90) của các hợp phần cao su khu vực mặt lốp 51

Bảng 3.11 Độ lệch tốc độ lưu hóa (t90) của các hợp phần cao su liên tiếp 52

Bảng 3.12 Quy trình lưu hóa lốp 11.00R20 HI79 53

Bảng 3.13 Thời gian lưu hóa t90 của các hợp phần cao su (140, 150, 160oC) 56

Bảng 3.14 Năng lượng hoạt hóa các hợp phần cao su 57

Bảng 3.15 Mức độ lưu hóa các điểm đo khi mở khuôn 58

Bảng 3.16 Mức độ lưu hóa các điểm đo tại 60,33 phút 58

Bảng 3.17 Mức độ lưu hóa các điểm đo tại 97,50 phút 59

Bảng 3.18 Hệ số nhiệt độ lưu hóa K của các hợp phận cao su 60

Bảng 3.19 Bảng tính nhiệt dung riêng của cao su mặt lốp T113 60

Bảng 3.20 Bảng nhiệt dung riêng của các hợp phần cao su 61

Bảng 3.21 Bảng tính hệ số dẫn nhiệt của cao su mặt lốp T113 61

Bảng 3.22 Bảng hệ số dẫn nhiệt của các hợp phần cao su 62

Bảng 3.23 Bảng thời gian lưu hóa tương đương mô phỏng tại các điểm đo 64

Bảng 3.24 Bảng so sánh thời gian lưu hóa tương đương của 2 phương pháp 64

Bảng 3.25 Bảng thời gian lưu hóa tương đương tại các lớp với chiều dày 1mm 65

Bảng 3.26 Bảng tọa độ các điểm lưu hóa chậm nhất ứng với từng hợp phần cao su 67

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Nông trường cao su 3

Hình 1.2 Phân bố vật liệu sợi trên lốp xe 10

Hình 1.3 Mô hình máy luyện kín 12

Hình 1.4 Trục máy luyện hở 12

Hình 1.5 Mô hình lưu hóa lốp ô tô 13

Hình 1.6 Đồ thị các giai đoạn lưu hóa cao su 14

Hình 2.1 Phân bố vật liệu trên lốp ô tô tải radial toàn thép 21

Hình 2.2 Lưu đồ thực nghiệm 22

Hình 2.3 Đồ thị kiểm tra tính lưu biến cao su 23

Hình 2.4 Đồ thị kiểm tra độ nhớt mooney cao su 25

Hình 2.5 Mẫu đo độ bền kéo cao su 26

Hình 2.6 Mẫu đo độ bền xé rách cao su 27

Hình 2.7 Mô hình mẫu kiểm tra cường độ kết dính 2 lớp cao su 34

Hình 2.8 Mẫu đo cường độ kết dính 2 lớp cao su đã lưu hóa 35

Hình 2.9 Ngàm kẹp mẫu 35

Hình 2.10 Mô hình bóc tách mẫu khi kéo 35

Hình 2.11 Sơ đồ cặp nhiệt điện 35

Hình 2.12 Lưu đồ mô hình hóa quá trình lưu hóa bằng phần mềm CORONA 36

Hình 3.1 Đồ thị tính lưu biến cao su TR ở các mức nhiệt độ khác nhau 38

Hình 3.2 Đồ thị tính lưu biến cao su SB ở các mức nhiệt độ khác nhau 39

Hình 3.3 Sự thay đổi tính năng cơ lý cao su TR theo nhiệt độ lưu hóa 41

Hình 3.4 Sự thay đổi tính năng cơ lý cao su SB theo nhiệt độ lưu hóa 42

Hình 3.5 Đồ thị tính lưu biến cao su SB với các hàm lượng xúc tiến khác nhau 45

Hình 3.6 Sự thay đổi đặc tính lưu biến cao su SB theo hàm lượng xúc tiến NOBS 46

Hình 3.7 Đồ thị sự thay đổi cường độ kết dính (TR - SB) các mẫu thí nghiệm 48

Hình 3.8 Đồ thị cường độ kết dính (TR – SB) và độ lệch %t90 50

Hình 3.9 Đồ thị sự phụ thuộc cường đồ kết dính với độ lệch %t90 51

Hình 3.10 Bản vẽ mặt cắt quy cách lốp 11.00R20/HI79 53

Hình 3.11 Biểu kiểm soát đồ nhiệt độ - áp lực lưu hóa lốp 54

Hình 3.12 Trường nhiệt độ lưu hóa tại các điểm đo 55

Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn nhiệt độ lưu hóa tại các điểm đo 55

Hình 3.14 Thời gian lưu hóa tương đương tại các điểm đo 57

Hình 3.15 Mô hình cấu trúc mô phỏng 62

Hình 3.16 Cấu trúc hình học khu vực giữa mặt lốp – quy cách 11.00R20/HI79 63

Hình 3.17 Đồ thị thời gian lưu hóa tương đương tại các lớp 66

Hình 3.18 Thời gian lưu hóa tương đương các điểm trên đường tâm khối hoa 68

Hình 3.19 Vị trí điểm lưu hóa cuối cùng trên lốp 68

DANH MỤC PHỤ LỤC

Phụ lục số 1: Thời gian lưu hóa tương đương tại các điểm đo

Phụ lục số 2: Kết quả mô phỏng các điểm đo #1, #2, #3, #4

Phụ lục số 3: Kết quả mô phỏng xác định điểm lưu hóa cuối cùng

MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhu cầu về đời sống của con người ngày càng nâng cao, trong đó nhu cầu sản phẩm từ cao su là rất lớn Vì vậy ngành công nghiệp cao su giữ vai trò rất quan trọng trong đời sống xã hội Một số chủng loại sản phẩm cao su được sản xuất với sản lượng lớn hàng năm và đóng vai trò quan trọng, thiết yếu trong các nền kinh tế

Hệ thống giao thông vận tải được coi là một trong những huyết mạch quan trọng nhất của bất kỳ nền kinh tế nào Trong những thập niên gần đây, ngành vận tải luôn có sự dịch chuyển mạnh mẽ từ loại hình vận tải bộ sang vận tải đường thủy, đường hàng không Tuy nhiên vận tải bộ là nhu cầu trọng yếu mà các loại hình vận tải khác không thể thay thế hoàn toàn, nó luôn tồn tại theo thời gian và đòi hỏi ngày một cao hơn bởi tính cơ động, tiện lợi, thích nghi với mọi địa hình và phù hợp với mọi cung đường Ngành vận tải

bộ không thể hoạt động nếu thiếu đi chiếc lốp xe và cần thay thế sau một thời gian sử dụng

Lưu hóa là công đoạn cuối cùng trong quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm cao su

và là yếu tố góp phần quyết định đến độ bền của sản phẩm cao su trong quá trình sử dụng Sản phẩm cao su rất dễ bị lão hóa bởi nhiệt độ cao và mỗi loại cao su có một khoảng nhiệt độ lưu hóa tối ưu Đối với các sản phẩm cao su đơn giản có chiều dày nhỏ (găng tay, săm xe…) thông thường chỉ được cấu thành từ một hợp phần cao su duy nhất thì vấn đề lưu hóa tương đối đơn giản Tuy nhiên đối với các sản phẩm có cấu hình phức tạp và chiều dày lớn như lốp xe ôtô thì luôn được cấu thành bởi rất nhiều hợp phần cao su khác nhau Vì thế mà vấn đề lưu hóa của sản phẩm cao su có chiều dày lớn trở nên rất phức tạp Hơn nữa, cao su có độ dẫn nhiệt kém nên sự phân bố nhiệt độ có sự không đồng nhất tại các điểm trong toàn bộ khối sản phẩm

Khi sản phẩm cao su được lưu hóa với thời gian chưa phù hợp thì tính năng sử dụng của sản phẩm bị suy giảm rất nghiêm trọng, tuổi thọ sử dụng của sản phẩm giảm xuống làm giảm tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường, đồng thời lượng cao su phát thải tăng lên, gây ô nhiễm môi trường

Theo dòng chảy về quá trình công nghiệp hóa trên thế giới, việc sản xuất các sản phẩm cao su có xu hướng dịch chuyển về các nước đang phát triển và hiện nay ngành công nghiệp này đang trong quá trình phát triển mạnh tại Việt Nam Tuy nhiên việc phát triển khoa học công nghệ và đầu tư nghiên cứu để tiến đến làm chủ ngành công nghiệp này hiện còn rất hạn chế Hiện nay tại Việt Nam, các nhà máy sản xuất sản phẩm cao su chủ yếu dựa vào phương pháp tính theo tỉ lệ chiều dày của sản phẩm để ước lượng thời gian lưu hóa mà chưa có nghiên cứu tính toán một cách khoa học Chính vì vậy mà chất lượng sử dụng của sản phẩm không tốt, năng suất lao động thấp và chi phí sản xuất cao

Vì vậy tôi chọn đề tài “Tối ưu hóa thời gian lưu hóa cao su bằng phương pháp trường nhiệt độ kết hợp với mô phỏng” để nghiên cứu làm luận văn thạc sĩ

Mục tiêu của đề tài

- Xác định thời gian lưu hóa tối ưu cho sản phẩm cao su có kết cấu phức tạp và chiều dày lớn

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Sản phẩm cao su có chiều dày lớn, lốp ô-tô tải radial toàn thép (quy cách 11.00R20/HI79)

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Đề tài nghiên cứu sẽ làm cơ sở cho việc nghiên cứu các hợp phần cao su có tính chất cơ lý và công nghệ đáp ứng các yêu cầu sử dụng thực tế và nghiên cứu chuyên sâu

về tính kết dính, truyền nhiệt trong cao su

- Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ được ứng dụng để tính toán thời gian lưu hóa cho các sản phẩm cao su có kết cấu phức tạp và chiều dày lớn, nhằm góp phần nâng cao chất lượng sử dụng, tăng năng suất và giảm thiểu chi phí sản xuất

Những đóng góp mới của luận văn

- Đánh giá được ảnh hưởng của các thông số nhiệt của cao su đến quá trình lưu hóa

- Chứng minh sự phụ thuộc của độ lệch tốc độ lưu hóa đến cường độ kết dính của các lớp cao su liên tiếp

- Xác định được phương pháp tính toán thời gian lưu hóa cao su một cách có hệ thống và khoa học

Cấu trúc của luận văn

- Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan lý thuyết

- Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

- Chương 3: Kết quả và thảo luận

- Kết luận và kiến nghị

- Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1 NGUYÊN LIỆU CHÍNH SỬ DỤNG TRONG SẢN PHẨM CAO SU

1.1.1 Cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên (Natural Rubber – NR) là cao su được khai thác và chế biến từ

mủ của cây cao su Mũ cao su là nhũ tương trong nước của các hạt cao su với hàm lượng cao su khô từ 30 - 40% [1] Cao su thiên nhiên là polyizopren có mạch đại phân tử hình thành từ các mắt xích izopren điều hòa không gian mạch thẳng dạng cis 1,4 (> 97%), ngoài ra còn có dạng kết cấu liên hợp 3,4 chiếm 2% - 3% Hình ảnh của một nông trường cao su được minh họa trên Hình 1.1 và thành phần latex của cao su thiên nhiên được trình bày trong Bảng 1.1

- Nhiệt dung riêng : 2,1 J/ (kg.°C) [12]

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 của cao su là đại lượng đặc trưng cho tính chất công nghệ của cao su thiên nhiên Cao su thiên nhiên có khả năng phối trộn tốt với các chất độn và chất phụ gia trên máy luyện kín hoặc luyện hở, có khả năng cán tráng, ép phun tốt, mức độ co ngót kích thước sản phẩm nhỏ

Cao su thiên nhiên có một số đặc điểm ưu việt như cường lực kéo đứt cao; dễ gia công và khả năng kết dính tốt; độ đàn hồi, khả năng chịu mài mòn và chịu lạnh tốt Tuy nhiên cao su này có tính năng chịu nhiệt, chịu lão hóa và chịu hóa chất không tốt

Hình 1.1 Nông trường cao su

Tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên được xác định theo tính chất cơ lý của hợp phần cao su tiêu chuẩn [17] có thành phần được trình bày trong Bảng 1.2

Bảng 1.2 Đơn pha chế cơ bản cao su thiên nhiên [17]

được các tiêu chuẩn sau (theo tiêu chuẩn nội bộ của DRC)

+ Độ bền kéo đứt : ≥ 19 Mpa; + Modul 300% : 2,1 Mpa + Độ dãn dài tương đối: ≥ 500 %; + Độ dãn dài dư : 24 %

*Phân loại cao su thiên nhiên

Căn cứ vào quy trình công nghệ chế biến mà cao su thiên nhiên được phân làm hai loại: cao su cốm (Standard Vietnamese Rubber - SVR) và cao su tờ (Rubber Smoke Sheet - RSS)

Quy trình chế biến cao su cốm gồm các giai đoạn sau: Mủ cao su  Lọc bỏ tạp chất

 Đánh đông  Cán rửa  Băm tạo hạt  Sấy  Đóng kiện

Quy trình chế biến cao su tờ gồm các giai đoạn sau: Mủ cao su  Lọc bỏ tạp chất

 Đánh đông  Cán rửa  Cán tấm  Xông khói  Đóng kiện

1.1.2 Cao su tổng hợp

Là các loại cao su không có nguồn gốc từ thiên nhiên mà được tổng hợp từ các hóa chất qua các phản ứng trùng hợp để tạo ra các loại cao su khác nhau Tùy theo thành phần của chất ban đầu, loại xúc tác, điều kiện phản ứng (nhiệt độ, áp suất) mà dẫn đến các tính chất khác nhau của cao su tổng hợp được Một số loại cao su tổng hợp thông dụng:

*Cao su Butadien (Butadien Rubber – BR)

Là sản phẩm được trùng hợp từ butadien-1,3 Ngoại quan có màu trắng trong, có

công thức hóa học như sau:

Cao su Butadien (BR) có cấu trúc không gian đều hòa, có chứa nhiều nối đôi trong phân tử nên có thể lưu hóa bằng hệ lưu huỳnh, phối trộn được hầu hết với các loại su không phân cực

BR được phân loại dựa theo cấu tạo mạch phân tử (hàm lượng cấu trúc cis-1,4) và xúc tác sử dụng trong quá trình tổng hợp (Li, Ni, Ti, Nd) Cao su BR có các tính chất như

độ đàn hồi và chịu lạnh tốt, sinh nhiệt thấp, chịu mài mòn tốt, cường lực kéo đứt và độ bền xé rách kém Ngoài ra BR còn có tính chảy nguội (bị chảy khi bảo quản ở nhiệt độ thường), chịu lão hóa tốt hơn cao su thiên nhiên, tuy nhiên khó gia công hơn cao su thiên nhiên BR thường được dùng để thay thế một phần cao su thiên nhiên trong mặt lốp, hông lốp của lốp xe để tăng khả năng chịu mài mòn và chịu lão hóa,…

*Cao su Butadien – Styren (Styrene Butadien Rubber - SBR)

Cao su Butadien – Styren (SBR) là sản phẩm đồng trùng hợp từ Butađien-1,3 và

Styren SBR được phân loại dựa trên cấu tạo, phương pháp tổng hợp, hàm lượng styren,

hàm lượng chất độn,…Một số loại cao su SBR thường dùng bao gồm: SBR1500, SBR1502, SBR1712 (có độn dầu),… Cao su SBR có cường lực kéo đứt, độ đàn hồi, tính kết dính, khả năng chịu lạnh kém hơn cao su thiên nhiên (NR) Tuy nhiên cao su này có khả năng bám đường tốt và chịu mài mòn cao nên thường được ứng dụng trong hợp phần của cao su mặt lốp

Nhược điểm chính của cao su butyl là tốc độ lưu hóa chậm, chịu dầu mỡ kém, sức dính kém, không trộn lẫn được với các cao su thông dụng như NR, SBR, BR…Chính vì vậy mà cao su butyl thường được halogen hóa để khắc phục các nhược điểm trên Có hai loại cao su halogen butyl là clorbutyl (Chloro Isobutylene Isoprene Rubber – CIIR) và brombutyl (Bromo Isobutylene Isoprene Rubber - BIIR) Cao su CIIR và BIIR vừa đảm bảo được độ thấm khí cao, vừa có khả năng tương hợp với các loại cao su thông dụng

CH2CH

CH2 CH

như NR, BR, SBR… Trên thị trường hiện nay có nhiều loại như CIIR 1068, CIIR 1066, BIIR 2222, BIIR2244,…

1.1.3 Chất độn

Chất độn là chất được cho vào thành phần cao su để làm tăng tính năng cơ lý của sản phẩm hoặc giảm giá thành sản phẩm Tùy thuộc vào bản chất của chất độn, khi phối trộn vào hỗn hợp cao su sẽ mang lại các tính chất sau: Tăng độ cứng và ứng lực định dãn (modul); tăng cường lực kéo đứt, đặc biệt là đối với cao su tổng hợp; tăng tính năng chịu mài mòn; giảm tính co rút của sản phẩm sau khi lưu hóa; cải thiện quá trình gia công; ngoại quan sản phẩm đẹp; hạ giá thành sản phẩm

Phụ thuộc vào ảnh hưởng của chất độn đến tính năng cơ lý của sản phẩm, chất độn được chia làm hai loại là chất độn hoạt tính và chất độn trơ Tùy thuộc vào loại cao su mà mỗi loại chất độn đều có một giới hạn về hàm lượng sử dụng, nếu tăng lượng chất độn vượt quá giới hạn thì sẽ làm giảm tính năng cơ lý của sản phẩm, từ đó làm giảm khả năng

sử dụng của sản phẩm Sự phân tán tốt chất độn làm tăng tính năng cơ lý của sản phẩm Khi giảm kích thước chất độn sẽ làm tăng diện tích bề mặt riêng và diện tích tiếp xúc của cao su và chất độn tăng lên dẫn đến sự phân tán tốt hơn Tuy nhiên, khi kích thước hạt quá nhỏ sẽ dẫn đến hiện tượng vón cục chất độn làm giảm khả năng phân tán và làm giảm tính năng cơ lý của sản phẩm

*Than đen

Là chất độn khi đưa vào hỗn hợp 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 Mỗi loại than có đặc tính tăng cường lực khác nhau, do đó tùy thuộc vào yêu cầu của từng loại sản phẩm mà chọn lựa loại than sử dụng cho phù hợp

Căn cứ vào hoạt tính của than đen mà chia thành hai loại là than đen hoạt tính và than đen bán hoạt tính Than đen hoạt tính có tính chống mài mòn rất tốt, tăng lực kéo đứt, độ cứng cao hơn loại than bán hoạt tính Tuy nhiên than hoạt tính dễ gây nên hiện tượng lưu hóa sớm (tự lưu) khi gia công do khả năng sinh nhiệt cao hơn Vì vậy than hoạt tính được dùng trong các sản phẩm yêu cầu tính chống mài mòn cao hoặc làm việc trong môi trường ma sát cao, than bán hoạt tính thường dùng trong các hợp phần cao su dùng

để cán tráng vải mành, ép đùn săm, hoặc bộ phận cần độ sinh nhiệt thấp

Trong ngành công nghiệp sản xuất cao su, thường sử dụng các loại than đen có ký hiệu như N220, N234 (than hoạt tính) N550, N660 (than bán hoạt tính) Chữ số đầu tiên càng nhỏ thì đường kính hạt càng nhỏ, diện tích bề mặt riêng càng lớn, khả năng bổ cường càng cao Ví dụ than N660 có diện tích bề mặt riêng (30 ÷ 40)x103

m2/kg; than N220 có diện tích bề mặt riêng (107 ÷ 121)x103 m2/kg

* Oxit Silic (SiO 2 )

Là chất độn có hoạt tính gần giống như than đen Oxyt Silic là loại nguyên liệu tăng cường lực tốt, thành phần chủ yếu là SiO2, tính năng tăng dính tốt, cho vào đơn pha chế cao su mặt lốp có thể nâng cao tính năng chịu đâm thủng Cho vào đơn pha chế của cao

su hông lốp có thể nâng cao tính năng chịu đâm xuyên Oxyt Silic khó phân tán hơn và làm chậm quá trình lưu hóa do khả năng hấp phụ của chúng đối với các chất xúc tiến và lưu huỳnh

CaCO3: dạng bột mịn, màu trắng với lượng dùng thích hợp sẽ làm cho hỗn hợp dễ

ép đùn, cán tráng CaCO3 có tính kiềm dễ gây tự lưu khi gia công, làm cho sản phẩm có tính cách điện cao và ít hút nước

Nhóm làm dẻo vật lý có tác dụng làm tăng độ dẻo cao su bằng cách làm trương mạch cao su, tăng độ trượt giữa các mạch cao su, tạo điều kiện cho phụ gia phân tán tốt trong cao su, lượng dùng khoảng 2 ÷ 5% Các chất hóa dẻo vật lý thường sử dụng là các loại dầu hóa dẻo có nguồn gốc từ dầu mỏ (dầu aromatic, dầu parafin), sản phẩm của quá trình chưng cất than đá (Coumaron), sản phẩm có nguồn gốc từ thực vật (dầu Castor, nhựa thông), muối của các acide béo

1.1.5 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 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 bền dưới tác dụng của nhiệt độ Có nhiều chất lưu hóa nhưng thông dụng nhất vẫn là lưu huỳnh – sử dụng cho các loại cao su có nhiều nối đôi Ngoài ra còn có các loại chất lưu hóa khác như

peroxit, nhựa phenolformaldehyt…chủ yếu dùng để lưu hóa cho loại cao su không có hoặc có ít nối đôi

1.1.6 Chất xúc tiến

Cao su lưu hóa chỉ sử dụng chất lưu hóa (lưu huỳnh) sẽ có rất nhiều khuyết điểm như nhiệt độ lưu hóa cao, thời gian lưu hóa kéo dài, cao su lưu hóa có cấu trúc đóng vòng sulfit nội phân tử… làm suy giảm tính năng cơ lý của sản phẩm Do vậy sự có mặt của chất xúc tiến được xem là cuộc cách mạng thứ hai trong công nghiệp cao su, vì nó góp phần trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất

Khi lựa chọn chất xúc tiến sử dụng trong hợp phần cao su cần chú ý đến hoạt tính trễ, dải lưu hoá tối ưu, độ an toàn gia công, độ bền ôxy hóa, tính biến màu sản phẩm và độc tố

Các loại xúc tiến thường được sử dụng và phân loại theo chiều tăng dần tốc độ lưu hóa như sau [8]

 Xúc tiến chậm (nhóm thiurea): xúc tiến NA-22

 Xúc tiến trung bình (nhóm guadinin): xúc tiến D

 Xúc tiến tiêu chuẩn (nhóm thiazol/ sufenamide): xúc tiến M, DM/ CZ, NOBS, NZ,

DZ

 Xúc tiến nhanh (nhóm thiuram): xúc tiến TMTD, TMTM

 Siêu xúc tiến (nhóm dithiocacbamat): xúc tiến EZ

Tùy thuộc vào từng loại sản phẩm mà có sự lựa chọn loại xúc tiến phù hợp Đối với lốp ôtô người ta thường sử dụng loại xúc tiến có hoạt tính tiêu chuẩn như CZ, DZ, NOBS

vì loại xúc tiến này có dãi lưu hóa tối ưu rộng và độ an toàn gia công cao

1.1.7 Chất trợ xúc tiến lưu hóa

Chất trợ xúc tiến có tác dụng làm tăng hiệu quả tác dụng của xúc tiến, làm giảm thời gian khởi động, đóng vai trò hoạt hóa cho quá trình lưu hóa và tạo ra sản phẩm cao su có tính năng kỹ thuật cao hơn [2] Các loại trợ xúc tiến thường được sử dụng trong công kỹ thuật gia công cao su là oxit kim loại (ZnO, MgO…) và các loại acid béo no có phân tử luợng cao (stearic, ôlêic, lauric, palmitic….) Chất thông dụng sử dụng trong ngành công nghiệp sản xuất lốp xe là ZnO và acid stearic

1.1.8 Chất phòng tự lưu

Trong quá trình gia công cao su thường hay xảy ra hiện tượng lưu hóa sớm (tự lưu) làm giảm tính năng gia công và chất cơ lý của cao su Để khắc phục tình trạng này thường thêm vào hỗn hợp cao su chất phòng tự lưu để kéo dài thời gian vật liệu ở trạng thái chảy nhớt ở nhiệt độ gia công nhưng không làm chậm tốc độ lưu hóa và giảm tính năng cơ lý của sản phẩm Chất phòng tự lưu sử dụng phổ biến nhất là Vulkalent G (N-cyclohexylthiophtalimid)

1.1.9 Chất phòng lão

Trong quá trình bảo quản, sử dụng cũng như quá trình chế biến cao su thì tính chất vật lý, hóa học, cơ học của cao su thay đổi dần dần theo thời gian Khi ngoại quan của sản phẩm thay đổi, bề mặt từ nhẵn bóng và mềm dẻo chuyển sang bề mặt mờ nhạt, chai cứng và đôi khi xuất hiện các vết rạn nứt, đó là dấu hiệu của sự lão hóa cao su

Sự lão hóa của cao su được hình thành bởi tác động của các tác nhân ôxy hóa lên mạch đại phân tử cao su như ôxy không khí, ôzôn, các ôxyt kim loại có hóa trị thay đổi (ôxyt sắt, ôxyt đồng, ôxyt mangan…) hoặc do tác động của các yếu tố như nhiệt độ, ánh sáng, môi trường, lực cơ học, độ ẩm, thời tiết… Tốc độ lão hóa phụ thuộc vào các yếu tố như cấu tạo mạch đại phân tử cao su, hàm lượng của các thành phần gây lão hóa trong hỗn hợp cao su, điều kiện gia công và sử dụng…

Nhằm làm chậm lại quá trình lão hóa cao su để tăng tuổi thọ sử dụng, cho thêm vào hợp phần cao su các chất có tác dụng kìm hãm lại các quá trình oxy hóa hay ngăn cản quá trình xâm nhập của tác nhân ôxy hóa vào cao su Chất phòng lão được chia làm 2 loại, đó

là phòng lão vật lý và phòng lão hóa học

Phòng lão vật lý là chất phòng lão bảo vệ sự xâm nhập của oxi không khí vào trong cao su, các chất này ít tan trong cao su ở nhiệt độ thấp, trong khi gia công thì chúng tan vào trong cao su, khi sử dụng sản phẩm ở nhiệt độ thấp thì chúng khuyếch tán ra bề mặt sản phẩm tạo một màng mỏng bảo vệ sự xâm nhập của oxi không khí vào sản phẩm Tiêu biểu của nhóm phòng lão này là Parafin, antilux, riowax…

Phòng lão hóa học là chất cho vào hợp phần cao su để làm chậm lại quá trình ôxy hóa mạch đại phân tử cao su Do sự hạn chế của phòng lão vật lý là làm giảm sức dính, giảm độ bền cơ học và không hoàn toàn ngăn được sự phát triển của quá trình lão hóa nên các chất chống lão hóa bằng phương pháp hóa học được dùng rộng rãi hơn Các chất phòng lão hóa học thường dùng như 6PPD, TMQ…

1.1.10 Chất kết dính

Chất kết dính là chất khi 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 sợi mành nilon, sợi mành kim loại, sợi tanh,… Loại chất kết dính thường được sử dụng trong công nghệ sản xuất các sản phẩm cao su là muối Cobalt hoặc hệ chất gồm Silica, Resorcinol và HMMM

1.1.11 Vật liệu sợi

Một số sản phẩm cao su có yêu cầu cao về tính năng sử dụng (chịu tải, va đập cơ học…) nên trong kết cấu sản phẩm phải có thêm vật liệu gia cường để tăng cường độ bền của sản phẩm, ví dụ như các loại lốp xe, ống cao su, băng tải

Vật liệu gia cường có thể là vải mành, vải bạt được dệt từ sợi bông, sợi polyamid, polyetylen, polyester hoặc sợi kim loại Yêu cầu chung của các loại sợi là có độ bền cao, chịu được các tác động khi sản phẩm làm việc, bám dính tốt với cao su, chịu được nhiệt

Đối với lốp xe, vật liệu gia cường đầu

tiên là sợi bông, tiếp sau là sợi polyamid, rồi

đến sợi polyester Ngày nay với sự phát triển

của công nghệ lốp xe radial thì sợi thép là vật

liệu gia cường được ứng dụng phổ biến nhất

Sự phân bố các vật liệu sợi trên lốp xe được

mô tả trên Hình 1.2

Sợi mành bông: sức dính tốt nhưng

cường lực sợi thấp, chịu nhiệt kém, dễ hút ẩm

làm giảm cường lực sợi, độ bền mỏi kém

Sợi mành polyamid: gồm 2 loại là nylon

6 và nylon 66 Nylon 66 cho sản phẩm có sức

dính cao hơn, bền với nhiệt độ hơn nylon 6

nhưng giá thành cao hơn

Sợi mành polyester: Cường lực cao, chịu nhiệt tốt nhưng độ bám dính với cao su kém, gia công phức tạp Chủ yếu dùng cho lốp radial bán thép

Sợi mành thép: Là loại sợi chịu lực chính được sử dụng trong lốp radial toàn thép Mỗi sợi thép bao gồm nhiều sợi thép nhỏ xoắn lại với nhau Mỗi sợi thép nhỏ có cấu tạo bên trong là thép cường lực cao, trên bề mặt có mạ một lớp đồng thau (hỗn hợp Cu-Zn)

để tăng độ bám dính với cao su Sợi mành kim loại có ký hiệu dựa theo cấu trúc của sợi,

ví dụ sợi 3+9×0.22+0.15 nghĩa là sợi mành được cấu tạo từ 3 sợi có đường kính 0.22mm xoắn lại với nhau ở vòng trong, tiếp đến là 9 sợi có đường kính 0,22 mm xoắn với nhau ở vòng bên ngoài và cuối cùng là 1 sợi có đường kính 0.15 mm xoắn quanh phía ngoài cùng

Sợi thép tanh: Là sợi thép dùng để chế tạo vòng lõi tanh cho phần gót của lốp xe Về cấu tạo, sợi tanh là loại sợi đơn, có lõi thép, bề mặt được phủ một lớp hỗn hợp Cu-Zn để tăng độ bám dính với cao su Sợi thép tanh có nhiều loại với đường kính khác nhau như

0.96mm, 1.55mm, 1.83mm,…

1.2 THIẾT LẬP CÔNG THỨC PHA CHẾ VÀ CÔNG NGHỆ PHỐI TRỘN

1.2.1 Khái niệm thiết kế pha chế

Thiết kế pha chế cao su chính là dựa vào những yêu cầu về tính năng của sản phẩm cao su và điều kiện công nghệ để lựa chọn chủng loại và tỷ lệ sử dụng nguyên vật liệu một cách hợp lý nhằm đảm bảo hài hoà giữa tính năng cơ học vật lý, tính năng công nghệ

và giá thành sản phẩm

Hình 1.2- Phân bố vật liệu sợi trên lốp xe

Thiết kế pha chế cao su cần đảm bảo các nguyên tắc sau:

1 - Cao su sau khi lưu hoá đảm bảo được các tính năng kỹ thuật yêu cầu

2 - Đảm bảo tính năng công nghệ trong quá trình gia công cao su và sản phẩm

3 - Giá thành rẻ

4 - Nguyên vật liệu sử dụng thông dụng

5 - Năng suất lao động cao, tiêu hao trong quá trình gia công ít

6 – Phù hợp những yêu cầu về môi trường và vệ sinh

1.2.2 Thiết lập đơn pha chế

- Trong hợp phần cao su thì cao su nguyên liệu được tính là 100 phr, các loại nguyên liệu khác được tính theo cao su nguyên liệu Bảng 1.3 là một ví dụ về thành phần pha chế cao su

Bảng 1.3 – Cách biểu thị đơn pha chế hợp phần cao su

Nguyên liệu Thành phần (phr) % khối lượng

Cao su nguyên liệu 100 60,6

M= k.V.d (1.1)

Trong đó:

+ k là hệ số thể tích hay hệ số nạp liệu của buồng luyện kín, hệ số k thường được chọn trong khoảng từ 0,55 ÷ 0,75 tùy theo thành phần của hỗn hợp cao su Với đơn pha chế có sử dụng chất độn hoạt tính có tính kết cấu cao và hàm lượng lớn thì thường chọn

than dầu

cao su butyl thì thường chọn hệ số k cao

để tăng cường khả năng phân tán chất

độn vào cao su

+ V là thể tích của buồng luyện

+ d là tỉ trọng của hợp phần cao su

1.2.3 Công nghệ phối trộn

Công nghệ phối trộn (luyện) cao su

có 2 loại: đó là sơ luyện và hỗn luyện

+ Sơ luyện là quá trình cắt

mạch cao su dưới tác động của lực cơ

học hoặc nhiệt độ làm giảm độ nhớt cao su nguyên vật liệu đến một giá trị thích hợp cho các công đoạn gia công sau Sơ luyện thường chỉ áp dụng cho cao su thiên nhiên, còn cao

su tổng hợp trong quá trình sản xuất người ta đã khống chế độ nhớt thích hợp nên không cần sơ luyện

+ Hỗn luyện là quá trình phối trộn cao su và các chất phụ gia cần thiết thành một khối đồng nhất trên các thiết bị chuyên dụng

Yêu cầu đối với hợp phần cao su sau khi hỗn luyện:

 Hỗn hợp đồng đều, độ dẻo đạt yêu cầu

- Luyện kín là thiết bị chính dùng trong

công nghệ sơ luyện và hỗn luyện cao su hiện

nay Cấu tạo chính của máy luyện kín là một buồng luyện bên trong có hai trục luyện có cấu tạo nhiều cánh Trong quá trình hoạt động, hai trục này sẽ quay ngược chiều nhau với một tỷ tốc nhất định để nhào trộn, làm dẻo và phân tán chất độn và hóa chất vào cao su

- Luyện hở được cấu tạo chính bởi 2 trục luyện quay ngược chiều nhau (Hình 1.4) với tốc độ khác nhau, hệ số tỉ tốc này thường chọn trong khoảng 1.1÷ 1.3 Ngày nay máy luyện hở chủ yếu được dùng để xuất tấm hỗn hợp cao su sau khi luyện trên máy luyện

hở

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hợp phần cao su sau khi luyện bao gồm: Thứ

tự nạp liệu; hệ số nạp liệu; thời gian luyện; áp lực ram (chày ép); tốc độ trục luyện; nhiệt

độ nước làm mát; nhiệt độ hỗn hợp cao su khi luyện

Hình 1.3 Mô hình máy luyện kín

Hình 1.4 Trục máy luyện hở

cao su &

hóa chất

1.3 CÔNG NGHỆ LƯU HÓA CAO SU

Lưu hoá là công đoạn cuối cùng của công nghệ gia công cao su Trong quá trình lưu hoá, tính chất mềm dẻo, chảy nhớt của hỗn hợp cao su giảm dần thay vào đó là tính chất đàn hồi cao của hỗn hợp cao su dần tăng Cao su thường thay đổi theo xu hướng tạo ra các tính chất cơ lý tốt hơn, còn các tính chất không có lợi cho việc sử dụng như độ dãn

dư thì giảm nhiều

1.3.1 Khái niệm về lưu hóa

Quá trình nhằm thay đổi tính chất cơ lý tốt hơn, làm xuất hiện biến dạng đàn hồi cao của cao su dưới tác dụng của chất lưu hóa và nhiệt độ được gọi là quá trình lưu hoá cao

su Quá trình lưu hoá là quá trình xảy ra phản ứng kết hợp giữa chất lưu hóa và mạch đại phân tử cao su Sản phẩm nhận được là sunfit có thành phần (C5H8S)n có cấu tạo mạng lưới không gian Vận tốc quá trình lưu hoá phụ thuộc vào nhiệt độ lưu hoá, bản chất hoá học của cao su (mật độ liên kết đôi) và mức độ hoạt động của các chất xúc tiến

Tính chất cơ lý, tính năng kỹ thuật của cao su phụ thuộc vào điều kiện của quá trình lưu hoá như nhiêt độ, thời gian và áp suất nén của cao su Nhiệt độ lưu hoá của cao su phụ thuộc vào mức độ hoạt tính của hệ xúc tiến lưu hoá và khả năng chịu nhiệt của cao

su

Để xác định được thời

gian lưu hoá, cần xác định

được dải lưu hoá tối ưu Dải

lưu hoá tối ưu là khoảng thời

gian lưu hoá khi các tính chất

cơ lý của vật liệu duy trì ổn

định Thời gian lưu hoá mà ở

thời điểm đó các tính chất cơ

lý, tính năng kỹ thuật của cao

su đạt giá trị tối ưu được gọi là

thời gian lưu hoá tối ưu Mô

hình lưu hóa lốp cao su, đối

tượng nghiên cứu của luận văn

này được mô tả trên Hình 1.5

Hình 1.5 Mô hình lưu hóa lốp ô tô

1.3.2 Các giai đoạn chính của quá trình lưu hóa

Việc khảo sát sự phụ thuộc momen xoắn của hỗn hợp cao su vào thời gian lưu hóa cho phép thiết lập được các giai đoạn chính của quá trình lưu hóa như được trình bày trên Hình 1.6, gồm có các giai đoạn như sau [2]:

- Giai khởi đầu lưu hóa (AB)

- Giai đoạn bán lưu hóa (BC)

- Giai đoạn lưu hóa tối ưu (CD)

- Giai đoạn quá lưu (DE)

Sự phân chia các giai đoạn như trên có

liên quan đến mức độ cũng như 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

- Giai đoạn khởi đầu lưu hóa

Giai đoạn khởi đầu quá trình lưu hóa là thời điểm khi hỗn hợp cao su bắt đầu có độ cứng tăng, hỗn hợp dần dần mất dần khả năng chảy khi nhiệt độ tăng Thời điểm này phụ thuộc vào mức độ hoạt động hoá học của hệ thống lưu hoá trong hợp phần cao su, còn gọi là thời gian cảm ứng lưu hóa Phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, điều kiện công nghệ, phương pháp gia công mà sự lựa chọn hệ xúc tiến lưu hóa có sự khác nhau Thông thường các loại xúc tiến có thời gian cảm ứng nhỏ như xúc tiến nhóm cacbamat, nhóm thiuram phù hợp với các sản phẩm cao su có công nghệ gia công đơn giản, độ dày nhỏ, các sản phẩm có thể lưu hóa với vận tốc lớn Đối với các sản phẩm cao su có chiều dày lớn, nhằm để đảm bảo cho sản phẩm lưu hóa đồng đều, các lớp cao su phía ngoài tiếp xúc với nhiệt nhiều thường được dùng hệ thống lưu hóa có chu kỳ cảm ứng lớn như nhóm sunfenamit, còn lớp giữa được lưu hóa bằng hệ thống lưu hóa có chu kỳ cảm ứng ngắn hơn

- Giai đoạn bán lưu hóa

Là thời điểm bắt đầu xảy ra quá trình khâu mạch đến thời điểm đạt điểm lưu hóa tối

ưu Theo thời gian thì mật độ mạng lưới liên kết ngang tăng lên, giai đoạn này mật độ mạng lưới ngang còn thưa thớt Các mạch phân tử, đoạn mạch chưa có liên kết chặt chẽ với nhau nên sự dịch chuyển vị trí trong không gian của chúng xảy ra dễ dàng dưới tác

Hình 1.6 Đồ thị các giai đoạn lưu hóa

cao su

dụng của ngoại lực làm xuất hiện biến dạng không thuận nghịch, vật liệu không có tính chất đàn hồi

- 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 hợp phần cao su với tập hợp tối ưu các tính chất cơ lý đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm 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

Thời điểm này các tính chất cơ lý và hoá học của hợp phần cao su ít thay đổi Nếu tiếp tục tăng thời gian lưu 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 lưu hoá 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 phụ thuộc vào tính bền nhiệt của các liên kết cầu nối Độ bền nhiệt của các liên kết thì phụ thuộc vào năng lượng liên kết cầu nối: C - Sx – C < 64 kcal/mol; C - S – S - C = 64 kcal/mol; C – S – C =

68 kcal/mol [2]

Như vậy để tạo được dải lưu hóa tối ưu lớn và hợp phần cao su chịu nhiệt cao cần phải thực hiện quá trình lưu hóa sao cho tạo được liên kết khâu mạch là các cầu nối monosunfit hoặc disunfit Độ lớn dải lưu hoá tối ưu có thể tạo được nếu trong hợp phần cao su sử dụng hệ thống lưu hoá có khả năng duy trì hoạt tính trong khoảng thời gian lớn Khi đó trong quá trình lưu hóa ở giai đoạn sau điểm lưu hoá tối ưu sẽ xảy ra đồng thời 2 quá trình hoá học ngược nhau, đó là quá trình khâu mạch và quá trình phân hủy Cả hai quá trình này đồng thời xảy ra với vận tốc tương đương nhau vì thế mật độ mạng lưới không gian ít thay đổi, tính chất cơ lý của hợp phần không thay đổi và độ lớn dải lưu hoá tối ưu tăng Loại xúc tiến lưu hoá nhóm thiazol, sunfenamit đáp ứng được những biến đổi trên để tạo ra dải lưu hoá tối ưu lớn Thông thường dãi lưu hóa tối ưu nằm trong vùng từ

t90 đến tmax, trong đó tmax là thời gian lưu hóa đến khi giá trị momen xoắn bị suy giảm 10% sau khi đạt giá trị lớn nhất

- Giai đoạn quá lưu

Giai đoạn quá lưu là khoảng thời gian lưu hoá sau dải lưu hoá tối ưu Ở giai đoạn này thì vận tốc phân hủy tăng lớn hơn vận tốc quá trình khâu mạch làm mật độ mạng lưới không gian giảm Do đó tính chất cơ lý của cao su lưu hóa bị giảm Nhìn chung ở giai đoạn quá lưu thì 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 muốn, nó không những làm giảm năng suất thiết bị lưu hoá mà còn toả ra nhiệt lượng và gây nhiễm độc cho môi trường sản xuất do có sự thoát khí trong quá trình phân hủy

1.3.3 Cơ chế của phản ứng lưu hóa cao su

Cơ chế của phản ứng lưu hóa bằng lưu huỳnh với sự có mặt của xúc tiến lưu hóa [8]

có thể được chia thành các giai đoạn sau:

1- Giai đoạn hình thành muối kẽm

Trong điều kiện lưu hóa, với sự có mặt của acid béo, xúc tiến phản ứng với oxit kẽm để hình thành muối kẽm

+ XSH: dạng xúc tiến thiazol

+ XSSX: dạng xúc tiến thiuram disulfit

+ XSNR2: dạng xúc tiến sulfenamid

2- Giai đoạn hình thành polysulfide mercaptan

3- Giai đoạn mạch đại phân tử cao su liên kết polysulfide mercaptan

4- Giai đoạn hình thành liên kết ngang

5- Giai đoạn ổn định mạng lưới

Giai đoạn này kết cấu mạng lưới tiếp tục thay đổi bới các quá trình như ngắn hóa, sắp xếp lại, vòng hóa, biến tính mạch chính…

1.3.4 Vận tốc lưu hóa

Vận tốc lưu hoá là một trong số các yếu tố quan trọng quyết định độ lớn của thời gian lưu hoá Độ lớn của vận tốc lưu hoá có thể được xác định dựa trên giá trị nghịch đảo của thời gian lưu hoá cần thiết để nhận được hợp phần cao su với những tính năng kỹ thuật tối ưu

Trong hệ thống lưu hoá nhóm cacbamat, thiuram thì vận tốc thực của quá trình lưu hoá được đánh giá bằng đại lượng nghịch đảo của thời gian lưu hoá, là đại lượng tương đương với vận tốc khâu mạch trong quá trình lưu hoá Đối với hệ xúc tiến lưu hoá có chu

kỳ cảm lưu lớn thì vận tốc lưu hoá được xác định như vậy lại có giá trị nhỏ hơn vận tốc khâu mạch thực rất nhiều vì trong chu kỳ cảm lưu thì quá trình khâu mạch hầu như không xảy ra Trong sản xuất thường sử dụng giá trị vận tốc lưu hoá trung bình, là đại lượng tỷ

XSH XSSX XSNR 2

+ ZnO RCOOH

XS – Zn – SX

RH + XS – Sx - Zn – S8-x - SX  RSxSX + ZnO + XS8-xH

RH + RSxSX  R - Sx- R + HSX

XS – Zn – SX + S8  XS – S8 - Zn – SX  XS – Sx - Zn – S8-x - SX

lệ nghịch với thời gian lưu hoá cần thiết để nhận được sản phẩm lưu hoá với các tính năng kỹ thuật tốt nhất Để đánh giá mức độ hoạt động hoá học của các hệ thống lưu hoá người ta dùng vận tốc lưu hoá thực, 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 hoá là quá trình hoá học xảy ra dưới tác dụng của nhiệt độ vì vậy vận tốc của phản ứng khâu mạch phụ thuộc nhiệt độ và năng lượng hoạt hoá phản khâu mạch

 Sự phụ thuộc vận tốc lưu hóa vào nhiệt độ

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc lưu hóa [2] cho thấy phản ứng khâu mạch trong quá trình lưu hóa phát triển với vận tốc là hàm số của giá trị nghịch đảo nhiệt

độ tuyệt đối Hằng số vận tốc lưu hóa được xác định bằng phương trình Arrhenius (1.3)

- T : Nhiệt độ tuyệt đối của phản ứng lưu hóa, K

Mức độ phụ thuộc vận tốc lưu hoá được xác định bằng năng lượng hoạt hoá của quá trình lưu hoá Năng lượng hoạt hoá E cho quá trình lưu hoá có thể chấp nhận giá trị trung bình của năng lượng hoạt hoá các giai đoạn hoá học xảy ra trong quá trình lưu hoá vì chưa xác định một cách chính xác giai đoạn nào trong số các giai đoạn của cơ chế phản ứng là chậm nhất quyết định tốc độ của quá trình lưu hoá

1.3.5 Thời gian lưu hóa tương đương

Thời gian lưu hóa tương đương (đương lượng thời gian lưu hóa) là khoảng thời gian lưu hóa cần thiết ở nhiệt độ biểu kiến không đổi để lưu hóa hợp phần cao su nhằm đạt được những tính chất cơ lý đúng như tính chất cơ lý của hợp phần cao su đó được lưu hóa ở điều kiện nhiệt độ thực tế Thời gian lưu hóa tương đương có thể được xác định

theo 2 công thức sau:

(1.3)

@ Tính theo hệ số nhiệt độ lưu hóa K

Khi biết hệ số nhiệt độ của quá trình lưu hóa K và sự thay đổi nhiệt độ lưu hóa T trong khoảng thời gian lưu hóa t [2]

Trong đó:

- t : thời gian lưu hóa

- teq : Thời gian lưu hóa tương đương

- T0: Nhiệt độ lưu hóa biểu kiến (K)

- T: Nhiệt độ lưu hóa tại thời điểm t (K)

- K : Hệ số nhiệt độ lưu hóa

- x : Biến lượng thời gian lưu hóa

@ Tính theo năng lượng hoạt hóa E

Khi biết năng lượng hoạt hóa E và sự thay đổi nhiệt độ lưu hóa T trong khoảng thời gian lưu hóa t1 và t2 [9]

Từ phương trình Arrhenius (1.3) suy ra

Chọn T1 = T0 là nhiệt độ biểu kiến, khi đó v = v0 là vận tốc lưu hóa biểu kiến khi đó:

và lấy v0 =1 thì:

Thời gian lưu hóa tương đương đạt được tại thời điểm t được xác định bằng tích phân của vận tốc lưu hóa tương đương:

Trong đó:

- t : thời gian lưu hóa

- teq : Thời gian lưu hóa tương đương

- T0: Nhiệt độ lưu hóa biểu kiến (K)

- T: Nhiệt độ lưu hóa tại thời điểm t (K)

- E : Năng lượng hoạt hóa (Kcal/(mol.K))

- x : Biến lượng thời gian lưu hóa

(1.5)

1.3.6 Mức độ lưu hóa của cao su

Điều kiện lưu hóa các sản phẩm cao su có chiều dày lớn là phải lựa chọn sao cho thời gian lưu tương đương hóa nằm trong vùng lưu hóa tối ưu của quá trình lưu hóa vật liệu trong điều kiện nhiệt độ biểu kiến không đổi Trong mỗi trường hợp cần phải lựa chọn nhiệt độ lưu hóa phù hợp vì nếu chọn nhiệt độ lưu hóa quá cao thì khi lớp cao su ngoài cùng đã lưu hóa vượt dãi lưu hóa tối ưu mà lớp cao su ở giữa chưa được lưu hóa Ngoài ra cần xác định thời điểm ngừng cấp nhiệt cho quá trình lưu hóa thích hợp để đảm bảo độ đồng đều các tính chất cơ lý của sản phẩm Thời điểm ngừng cấp nhiệt nên tiến hành khi thời gian lưu hóa vừa chớm đạt đến dãi lưu hóa tối ưu là tốt nhất Vì khi ngừng cấp nhiệt và làm lạnh sản phẩm thì lớp cao su ở giữa sản phẩm vẫn còn tích nhiệt

và quá trình lưu hóa vẫn tiếp tục xảy ra

Mức độ lưu hóa của cao su hay còn gọi là phần trăm lưu hóa đạt được so với mức lưu hóa ở giai đoạn tối ưu Trong công nghệ sản xuất sản phẩm cao su thông thường lấy mốc thời gian lưu hóa t90 để tính mức độ lưu hóa Khi đó mức độ lưu hóa được tính bằng

tỉ số giữa thời gian lưu hóa tương đương (teq) và t90, đơn vị là phần trăm (%)

1.4 CÁC THÔNG SỐ NHIỆT CỦA VẬT LIỆU

1.4.1 Hệ số nhiệt độ lưu hóa (K)

Trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm cao su, sự phụ thuộc vận tốc lưu hóa vào nhiệt độ thường được đánh giá bằng hệ số nhiệt độ của quá trình lưu hóa Hệ số nhiệt độ của quá trình lưu hóa là tỉ số giữa 2 khoảng thời gian lưu hóa ở 2 nhiệt độ lưu hóa khác nhau và hơn kém nhau 10oC để nhận được hợp phần cao su với mức độ khâu mạch như nhau Hệ số nhiệt độ cho các hệ lưu hóa thông thường sử dụng trong công nghệ gia công cao su có giá trị gần bằng 2

- Theo quy tắc Van’t Hop hệ số nhiệt độ lưu hóa K được xác định theo công thức [8]:

Trong đó: - K: hệ số nhiệt độ lưu hóa

- T1, T2: nhiệt độ lưu hóa (K)

- t1, t2 : thời gian lưu hóa ở nhiệt độ lưu hóa T1, T2 (phút)

Từ công thức trên suy ra :

Vậy khi có thời gian lưu hóa của hợp phần cao su ở hai nhiệt độ lưu hóa khác nhau thì sẽ xác định được hệ số nhiệt độ lưu hóa K theo công thức (1.6)

(1.6)

1.4.2 Năng lượng hoạt hóa (E)

Từ phương trình Arrhenius (1.3) suy ra [8] :

(1.7)

Trong đó:

- t1, t2 : thời gian lưu hóa ở nhiệt độ lưu hóa T1, T2 (phút)

- T1, T2: nhiệt độ lưu hóa (K)

- R : Hằng số khí, R= 8,314 J/mol.K

- E : Năng lượng hoạt hóa của phản ứng lưu hóa (J/mol)

Vậy khi có thời gian lưu hóa t1, t2 của hợp phần cao su ở 2 nhiệt độ lưu hóa T1, T2

khác nhau thì tính được năng lượng hoạt hóa E theo công thức (1.7)

1.4.3 Nhiệt dung riêng (C)

Nhiệt dung riêng là lượng nhiệt cần cung cấp cho một đơn vị vật chất để đơn vị vật chất này tăng lên một đơn vị nhiệt độ trong một quá trình xác định, đơn vị nhiệt dung riêng là Kcal/(m3.K)

Với hợp phần cao su thì nhiệt dung riêng được xác định bằng phương pháp cộng tính về khối lượng [11] theo công thức (1.8)

Chh = (1.8)

1.4.4 Hệ số dẫn nhiệt (λ)

Hệ số dẫn nhiệt là lượng nhiệt dẫn qua 1m2 bề mặt vuông góc với phương dẫn nhiệt, chiều dài dẫn nhiệt là 1m, chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu là 1 độ trong thời gian 1s Đơn vị hệ số dẫn nhiệt là Kcal/(m.h.K)

Với hợp phần cao su thì hệ số dẫn nhiệt được xác định bằng phương pháp cộng tính

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Hiện nay tại Việt Nam có rất nhiều nhà máy sản xuất các sản phẩm cao su Trong

đó, Công ty Cổ phần Cao su Đà Nẵng (DRC) là doanh nghiệp hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất lốp xe và lốp ôtô tải radial toàn thép là sản phẩm chủ lực hiện nay Lốp này có kết cấu phức tạp và chiều dày lớn, phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài Chính vì

vậy mà “Lốp ôtô tải radial toàn thép” được chọn làm đối tượng nghiên cứu cho luận

văn này (quy cách lốp 11.00R20/HI79) Phân bố vật liệu trên lốp ô-tô radial toàn thép được mô tả trên Hình 2.1

1- Cao su mặt lốp (Tread Rubber)

2- Cao su hông lốp (Sidewall Rubber)

3- Cao su vai lốp (Shoulder Rubber)

4- Cao su đế lốp (Under tread Rubber)

5- Cao su cán tráng vải thân lốp (Carcass Rubber)

6- Cao su cán tráng lớp hoãn xung (Steel Belt Rubber)

7- Cao su điền đầy gót lốp (Bead Filler Rubber)

8- Cao su bọc tanh (Bead Wire Rubber)

9- Cao su lớp lót trong (Inner Liner Rubber)

Hình 2.1 Phân bố vật liệu trên lốp

ô tô tải radial toàn thép

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Xác định khoảng nhiệt độ lưu hóa phù hợp cho các hợp phần cao su khác nhau trong lốp xe để làm cơ sở cho việc tính toán tối ưu thời gian lưu hóa lốp

- Xác định độ lệch tốc độ lưu hóa và tốc độ lưu hóa phù hợp của các hợp phần cao

su

- Xác định trường nhiệt độ trong quá trình lưu hóa lốp và tính toán thời gian lưu hóa tương đương tại các điểm

- Tối ưu thời gian lưu hóa lốp bằng phương pháp mô phỏng

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1 Sơ đồ thực nghiệm

Các bước tiến hành nghiên cứu cho đề tài của luận văn được thiết kế trên sơ đồ thực nghiệm được trình bày trên Hình 2.2

Chọn nhiệt độ lưu hóa chuẩn To

Xác định các thông số nhiệt của

vật liệu

Đo trường nhiệt độ lưu hóa và tính thời gian lưu hóa tương đương tại các điểm đo

Mô phỏng quá trình lưu hóa bằng phương pháp PTHH và tính mức

độ lưu hóa của sản phẩm

Kiểm tra sự thỏa mãn độ lệch tốc độ lưu hóa

Điều chỉnh tốc

độ lưu hóa

Xác định độ lệch tốc độ lưu hóa của các hợp phần cao su tại nhiệt

độ lưu hóa chuẩn To

Hình 2.2 Lưu đồ thực nghiệm

NO

YES

2.3.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

A- Máy luyện kín 1,8L

- Loại rotor: rotor kiểu không ăn khớp bánh răng hoặc rotor kiểu tiếp xúc

- Dung tích buồng luyện: 1,57 lít

- Khe hở giữa hai trục (có thể điều chỉnh), 0,2 - 8,0 mm

C- Máy đo tính lưu biến cao su Rheometer

Thí nghiệm đo tính lưu biến cao su

trên máy rheometer được thực hiện theo

phương pháp ISO 6502:2016 Dưới tác

dụng lực ép của khuôn và sự dao động

của đĩa dưới làm cho khối cao su trong

khoang khuôn sinh ra lực cắt tác động

lên khuôn Từ đó xác định được momen

lực cản của mẫu đối với khuôn Khi cao

su bắt đầu được lưu hóa, momen này sẽ

tăng lên và đạt đến giá trị ổn định (lớn

nhất) Từ đó xác định được đường cong

giữa momen và thời gian thí nghiệm (đồ

thị Rheometer)

Thông qua đồ thị Rheometer, xác

định được các thông số của tính lưu biến

cao su như sau:

Hình 2.3 Đồ thị kiểm tra tính lưu biến cao su

tmax

*Giá trị momen

- ML: giá trị momen thấp nhất

- MH: giá trị momen cao nhất

* Thời gian lưu hóa

t sx: là thời gian kể từ lúc bắt đầu thí nghiệm cho đến khi giá trị momen tăng lại được x đơn vị sau khi giảm đến giá trị thấp nhất

t x : là thời gian tương ứng với momen đạt được giá trị Mx

D- Máy đo độ nhớt mooney

Thí nghiệm đo độ nhớt mooney của cao su được thực hiện theo phương pháp ISO 289-1:2015 Trong điều kiện thí nghiệm, rotor quay trong một khoang khuôn cao su Kiểm tra lực cản của cao su đối với momen xoắn của rotor và momen xoắn đó quy đổi ra đơn vị đo độ nhớt mooney

Máy đo độ nhớt mooney được cấu tạo bởi cánh quạt (rotor), khoang khuôn, thiết bị điều khiển nhiệt độ và hệ thống đo momen xoắn Các kích thước cơ bản của máy đo độ nhớt mooney như sau:

Tên chi tiết Kích thước

Loại rotor lớn (L) Loại rotor lớn (S) Đường kính rotor (mm) 38,10 ±0,03 30,48±0,03

Chiều dày rotor (mm) 5,54 ±0,03

Đường kính khoang (mm) 50,9 ±0,1

Độ sâu khoang (mm) 10,59 ±0,03

Tùy theo đặc điểm của cao su bán thành phẩm mà ta chọn kiểu rotor, nhiệt độ, thời gian gia nhiệt và thời gian kiểm tra phù hợp Đồ thị kiểm tra độ nhớt mooney được thể hiện trên Hình 2.4

E- Máy lưu hóa khuôn bằng

Bề mặt chịu áp lực của 2 thớt nhiệt của máy lưu hóa phải song song với nhau Thớt nhiệt được gia nhiệt bằng hơi nóng hoặc bằng điện

Đối với bất kì loại tấm gia nhiệt nào thì nhiệt độ của toàn bộ khuôn phải được phân

bố đồng đều Trên cùng 1 thớt nhiệt, độ chênh lệch nhiệt độ tối đa giữa các điểm không vượt quá 1℃ Trên 2 thớt nhiệt gần nhau, độ chênh lệch nhiệt độ của 2 điểm đối xứng trên 2 thớt không vượt quá 1℃

Trước khi lưu hoá hỗn hợp, gia nhiệt khuôn đến nhiệt độ quy định, chênh lệch nhiệt

độ cho phép ± 1℃ so với nhiệt độ lưu hoá và giữ ổn định ở nhiệt độ này trong 20 phút Sau đó lưu hoá liên tục không cần gia nhiệt lại Mỗi tầng thớt nhiệt chỉ được đặt một khuôn lưu hóa

Mở khuôn và đặt phôi vào khuôn trong khoảng thời gian ngắn nhất có thể, sau đó đóng khuôn lại Khi đưa khuôn ra ngoài để đặt phôi vào phải tránh để khuôn tiếp xúc với tấm kim loại lạnh hoặc dòng không khí quá lạnh

Hình 2.4 Đồ thị kiểm tra độ nhớt mooney cao su

F- Máy kiểm tra độ bền kéo

Thí nghiệm đo ứng suất – dãn dài của cao su được thực hiện theo phương pháp TCVN 4509:2013 Mẫu hình quả tạ (Hình 2.5) được kẹp chặt vào 2 ngàm kẹp trên và dưới, cho ngàm kẹp trên di chuyển với tốc độ không đổi 500mm/phút Thiết bị ghi sẽ ghi lại giá trị lực kéo theo độ dãn của mẫu, từ đó xác định được các giá trị đo

Các giá trị đo thường được xác định bao

gồm:

 Độ bền kéo đứt

 Ứng lực định dãn (modul)

 Độ dãn dài

 Biến hình kéo vĩnh cữu

Đây là những chỉ tiêu quan trọng trong việc

kiểm tra tính năng cơ lý của cao su lưu hoá

*Độ bền kéo đứt

- Lực kéo đứt là ứng lực kéo lớn nhất khi mẫu bị kéo cho đến khi đứt

- Độ bền kéo đứt là tỉ lệ giữa lực kéo đứt và diện tích mặt cắt ban đầu của mẫu tại vị trí đứt

(2.2)

TB: Độ bền kéo đứt (MPa)

P: Lực kéo đứt (N)

b: Chiều rộng ban đầu của mẫu tại bộ phận làm việc (mm)

h: Chiều dày ban đầu của mẫu tại bộ phận làm việc (mm)

- L0: Độ dài bộ phận làm việc của mẫu ban đầu (mm)

- L: Độ dài bộ phận làm việc của mẫu khi đứt (mm)

Hình 2.5 Mẫu đo độ bền kéo cao su (A- chiều dài mẫu; B- chiều rộng mẫu; c- chiều dài bộ phận làm việc của mẫu; b- chiều rộng bộ phận làm việc của mẫu)

h b

P

TB

.

100.0

0

L

L L

EB