Tài liệu Nghiên cứu tăng độ bền cơ học của cao su epdm

GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC Trung tâm nghiên cứu trọng điểm vật liệu Polyme Và Compozit ====o0o==== ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Đề tài 05: Nghiên cứu tăng độ bền cơ học của cao su EPDM GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thanh Liêm Hà Nội, 6-2018 MỤC LỤC Page 1 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm I. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CAO SU EPDM......................................4 I.1. Định nghĩa EPDM......................................................................................4 I.2 Tính chất cơ lý của cao su EPDM.................................................................6 I.3. Ứng dụng......................................................................................................7 I.4. Lịch sử phát triển.........................................................................................8 I.4.1. Tình hình nghiên cứu thế giới....................................................................9 I.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước............................................................10 II. CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA CAO SU EPDM...............................................................................................................10 II.1. Phương pháp biến tính EPDM tăng khả năng chống cháy và khả năng chống bức xạ [3]..................................................................................................11 II.1.1. Giới thiệu...............................................................................................11 II.1.2. Thực nghiệm...........................................................................................12 II.1.2.1. Vật liệu................................................................................................12 II.1.2.2. Thí nghiệm nghiên cứu........................................................................12 II.1.2.3. Các phương pháp kiểm tra và mô tả tính chất.....................................13 II.1.2.4. Kết quả................................................................................................14 II.1.2.4.1. Kết quả của tính chất chống cháy của các hợp chất EPDM.............14 II.1.2.4.2. Ảnh hưởng của tia bức xạ γ lên EPDM chống cháy.........................15 II.1.3. Kết luận..................................................................................................17 II.2. Nâng cao độ bền kéo, độ cứng và moddun 100% của EPDM. [4]...............18 II.2.1. Giới thiệu................................................................................................18 II.2.2. Thực nghiệm...........................................................................................19 II.2.2.1. Vật liệu................................................................................................19 II.2.2.2. Tổng hợp..............................................................................................19 II.2.2.3. Kết quả và nhận xét.............................................................................20 II.2.2.4. Các phương pháp kiểm tra và đánh giá...............................................22 II.2.2. Kết luận..................................................................................................25 Page 2 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm II.3. Một số phương pháp nâng cao tính chất cơ học khác..................................26 II.3.1. Vật liệu EPDM/GN-CN tăng khả nang chịu nhiệt và độ bền kéo. [5]. .26 II.3.2. Blend của CSTN/ EPDM [6,7]...............................................................28 III. KẾT LUẬN...................................................................................................31 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................32 I. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CAO SU EPDM. I.1. Định nghĩa EPDM Etylen-propylen dien (EPDM) terpolyme là một polyme đàn hồi, có thành phần mạch chính bao gồm chủ yếu các mắt xích etylen và propylen và Page 3 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm thêm một phần nhỏ monome thứ ba có chứa liên kết bội. Không phải các phân tử etylen và propylen sắp xếp theo trật tự nối tiếp, trái lại có những đoạn nhỏ chỉ có propylen hoặc etylen. Thêm vào đó không những có những mạch thẳng mà còn có mạch nhánh đó là những dien được thêm vào để giúp cho sự lưu hóa bằng hệ thống lưu huỳnh. Có thể viết công thức tổng quát của EPDM như sau: Hình 1.1. Công thức tổng quát của EPDM [2] Bản thân EPDM có thể thay đổi theo tỷ lệ etylen và propylen cũng như số lượng và loại dien được sử dụng. Ba loại dien thường được sử dụng để tạo nên mạch không no là : 1. 2. Dicuclopentadien : ( CDPD) : Etyliden norbormen ( ENB): Page 4 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm 3. 1,4 hexandien ( 1,4 HD): Trong cả ba loại dien, liên kết đôi có thể trùng hợp là liên kết được minh họa phía bên trái của phân tử. Được sử dụng phổ biến nhất là etyliden norborme vì dễ dàng kết hợp và phản ứng mạnh hơn với lưu hóa bằng lưu huỳnh. Cấu trúc của terpolyme ( EPDM) có thể được mình họa như sau: Hình 1.2. cấu trúc của EPDM có chứa ENB. [1] EPDM có mức độ không no tương đối thấp ( chủ yếu do monome dien tạo ra) do đó yêu cầu một hệ thống lưu hóa phức tạp để đạt được các tính chất mong muốn. Tỉ lệ khối lượng Etylen/Propylen (E/P) trong phân tử cao su thường nằm trong khoảng 45/55 ÷ 80/20. Hàm lượng trung bình của dien trong cao su từ 1.5 ÷ 7.0 %. Để nâng cao khả năng lưu hóa và tốc độ lưu hóa, hàm lượng dien có thể lên tới 11 %. Cao su EPDM có cấu trúc vô định hình, tuy nhiên ở nhiệt độ thấp nó có cấu trúc lớp tinh thể. Page 5 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm I.2 Tính chất cơ lý của cao su EPDM. Cao su EPDM có khả năng bền nhiệt tương đối tốt. Đối với cao su lưu hóa bằng lưu huỳnh khả năng lão hóa nhiệt xảy ra ở 130 0C. Nếu lưu hóa bằng peroxit, lão hoá nhiệt xảy ra ở nhiệt độ cao hơn khoảng 1600C. Độ nhớt Mooney cơ bản để đánh giá khối lượng phân tử và tính chất gia công của cao su EPDM. Độ nhớt Mooney thường được biểu diễn ở 1000C, 1250C hoặc 1500C. Ví dụ đối với EPDM Nordel IP 4640 ở 125 0C theo ASTM D1646 là 40. Cao su EPDM là cao su không phân cực, do vậy cao su EPDM bền với các dung môi phân cực như: nước, axit, rượu, xeton và các dung môi phân cực khác. Tuy nhiên, nhược điểm chính của nó là dễ hấp thụ dầu, do đó hạn chế việc sử dụng trong môi trường dầu mỡ. Các copolyme và terpolyme của etylen và propylen đều có cấu trúc mạch chính hoàn toàn bão hòa. Do đó chúng có thể tạo được các liên kết ngang bởi các chất lưu hóa peroxit. Tuy nhiên, cao su EPDM còn có liên kết đôi C=C không tham gia vào mạch chính mạch đại phân tử (liên kết đôi của dien) , do vậy nó còn có khả năng lưu hóa bằng lưu huỳnh. Bảng 1.1. Tính chất vật lý cỏa cao su EPDM. Page 6 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm Các tính chất khác: - Cao su EPDM có mạch chính đã bão hòa do đó khả năng chống chịu ozon rất tốt và không phải sử dụng thêm bất cứ chất chống ozon hóa nào. - Tính chất không phân cực và trơ về mặt hóa học của EPDM làm gia tăng khả năng chống lại các tác nhân phân cực và oxy hóa như: cồn, xeton, este, glycol và thậm chí cả nước, các chất tải lạnh, dầu phanh thủy lực. - Các tính chất điện: EPDM có khả năng cách điện rất tốt, chống chịu thời tiết tốt - Tương hợp tốt với polyolefin: EPDM tương hợp tốt với các polyolefin như: PE, PP. Cao su EPDM thường được bổ sung vào các chất dẻo này để nâng cao khả năng chịu va đập. I.3. Ứng dụng Page 7 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm EPDM được ứng dụng khá rộng rãi trong công nghiệp. - Trong công nghệ ô tô: lốp hông; săm; ô tô; tấm chống thời tiết ( xốp và dày đặc) cho cuửa ra vào, cửa sổ, lá chắn thân; tản nhiệt và ống hơi; ống khí thải; ống; linh kiện phanh; cách ly và giá đỡ; vỏ máy cao su;... - Trong thiết bị gia dụng: Đầu nối và ống xả; giày ống; con dầu; đế giá; ... - Trong xây dựng và vật liệu xây dựng: Lớp lót kính; dải và miếng đệm trên tường; tấm cao su cho tấm lợp; lớp lót bể chứa và mương, rãnh; lót hồ chưa;... - Trong thiết bị nông nghiệp: Ống mềm( ống cao su); ống hạt; đệm; tấm để lưu trữ ngũ cốc; phân bón dạng lỏng;... - Bể lót. - Dây và cáp - Trong cơ khí: Tấm chắn tàu; dây đai; con dấu; Vòng chữ O; vòi rửa; cuộn vỏ... Ứng dụng chính của vật liệu này là trong công nghệ ô tô vì chi phí thấp, đặc biệt tỷ trọng thấp, dễ dàng trong gia công, khả năng sơn cà chịu thời tiết tốt. Do các ứng dụng rộng rãi này của EDPM mà người ta rất quan tâm đến vấn đề lão hóa EPDM và sự phối trộn của nó với các vật liệu khác. Vấn đề này đã được nghiên cứu rộng rãi trong các tài liệu theo các chiều hướng và yếu tố ảnh hưởng khác nhau hết sức đa dạng. Nhưng vẫn còn cần thêm nhiều nghiên cứu hơn nữa để tiếp tục phát triển và mở rộng ứng dụng của loại vật liệu này. I.4. Lịch sử phát triển Page 8 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm Năm 1951, Karl Ziegler phát hiện ra một loại xúc tác trùng hợp mới, đã mở ra một lĩnh vực mới cho ngành hóa học polyme. Ziegler đã được cấp bằng snags chế và chủ yếu sử dụng nó cho quá trình trùng hợp etylen. Sáng chế này được mở rộng ở Ý với Guilio Natta. Đã có thể đồng trùng hợp được copolyme của etylen và propylen. Năm 1963, Karl Ziegler và Giulio Natta được trao giải Nobel cho hóa học để công nhận những khám phá của họ, điều này đã công nhận một số các chất dẻo và chất đàn hồi mới đóng vai trò quan trọng trong đó có cao su etylen-propylen. I.4.1. Tình hình nghiên cứu thế giới. EPDM được phát triển độc lập bởi các nhà sản xuất khác nhau. Không chỉ quá trình sản xuất mà cả hệ thống thành phần monom và hệ chất xúc tác được sử dụng có thể thay đổi đáng kể. Và những yếu tố này ảnh hưởng đến trọng lượng phân tử, sự phân nhánh và tỷ lệ lưu hóa. Do đó, EPDM có nhiều nhà cung cấp có sự giống nhau về thành phần ( E/P) và độ nhớt Mooney nhưng có thể có các đặc tính lưu biến và tính chất lưu hóa khác nhau. 1983, ấn bản của Elastomer Manual được xuất bản bởi viện quốc tế Synthetic Rubber Producers đã liệt kê có khoảng 125 loại khác nhau. Trước khi sử dụng phổ biến EDPM, nó đã trở nên quen thuộc trong các tài liệu của đa dạng các nguồn cung cấp. Bảng 1.2 thể hiện các nhà máy sản xuất trên thế giới. Theo Viện quốc tế, các nhà sản xuất cao su tổng hợp , năng suất nhà máy của EPM/ EPDM đã tăng từ 359000 tấn/ năm năm 1957 lên 502000 tấn/năm trong năm 1984. Bảng 1.2. Các công ty sản xuất EPDM trên thế giới.[1] Page 9 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm Trong số 12 công ty trên , năm công ty ở Hoa kỳ, bốn ở Châu Âu và bà ở Nhật Bản. I.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước. Hiện nay, nước ta vẫn chưa có cơ sở sản xuất EPDM, mọi nguyên liệu đều được nhập khẩu từ nước ngoài. Bên cạnh đó các nghiên cứu về EPDM vẫn đang được phát triển và được nhiều nhà nghiên cứu cũng như các công ty quan tâm. II. CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA CAO SU EPDM. Vật liệu polyme ngày càng được cải tiến và ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực để thu được lợi nhuận về kinh tế cũng như tạo ra được vật liệu có tính chất tốt nhất thích hợp với nhu cầu thực tiễn của đời sống. Như đã trình bày ở trên, cao su EPDM là một loại polyme có đặc tính vượt trội, có nhiều ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, việc tìm hiểu và cải tiến về loại polyme này sẽ giúp cho việc sử dụng vật liệu này đạt hiệu quả kinh tế cao hơn. Page 10 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm II.1. Phương pháp biến tính EPDM tăng khả năng chống cháy và khả năng chống bức xạ [3] II.1.1. Giới thiệu Cao su EPDM được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như cáp vật liệu cách nhiệt và khớp trong nhiều lĩnh vự bao gồm máy chiếu xạ, chất thải phòng xạ và các nhà máy điện hạt nhân nhờ vào các tính năng nổi trội khác nhau như ổn định nhiệt tuyệt vời, tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp, kháng hóa chất tốt, hằng số điện môi thấp và dễ chế tạo. Trong một số ứng dụng EPDM sẽ tiếp xúc trực tiếp với tia bức xạ γ. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để nghiên cứu về sự lão hóa của EPDM và các phản ứng hóa học của EPDM dưới tia bức xạ γ. Sự tương tác của các tia γ với các mạch polyme có thể tạo ra sự phân rã mạch, liên kết ngang và có thể xảy ra quá trình oxy hóa. Các tính chất cuối cùng của hầu hết các vật liệu bao gồm EPDM thể hiện sự suy giảm nghiê trọng do kết quả của một cân bằng phức tạp giữa các phản ứng này. Vì vậy, việc tìm hiểu về các hiệu ứng bức xạ là một bước thiết yếu trong dự đoán tuổi thọ và lựa chọn công thức polyme. Để cải thiện khả năng chống bức xạ của EPDM đối với một số ứng dụng là tầm quan trọng để kéo dài tuổi thọ của nó. Được biết các hợp chất thơm, chẳng hạn như naphthalene, phenantherne, acenaphthene và pterphenyl, ..v..v.. có thể được sử dụng để kéo dài tuổi thọ của vật liệu polyme trong môi trường bức xạ năng lượng cao. Năng lượng bức xạ được phân tán thành cấu trúc liên hợp của các vòng benzen, các vòng này có tác dụng bảo vệ trong các quá trình hóa học bức xạ. Ở đây ta nghiên cứu về các hiệu ứng của phenanthrene dưới tác dụng cản trở tia bức xạ cho EPDM. Page 11 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm Bên cạnh khả năng chống bức xạ, đặc tính chống cháy tốt là một tính chất quan trọng khác yêu cầu đói với vật liệu polyme được sử dụng trong môi trường bức xạ.. EPDM có tính dễ cháy tương đối cao. Do đó, chất chống cháy truyền thống như nhôm hydroxit ( ATH), magnesium hydroxit, antimon trioxit và các hợp chất chứa halogen thường được thêm vào EPDM để cải thiện khả năng chống cháy. Các hợp chát EPDM chống cháy này cũng được làm sáng tỏ với tia γ khi sử dụng trong môi trường bức xajcungx như các thiết bị năng lượng hạt nhân. Nghiên cứu đến công thức EPDM với tính chống cháy tốt đã được chuẩn bị bằng các thêm hỗn hợp chất chống cháy vừa phải( bao gồm chất chống cháy được gọi là HT101 và nano hydroxit nanomet gọi là VH-MH50) và ảnh hưởng của tia bức xạ γ đến sự chậm phát triển ngọn lửa. EPDM chống tia bức xạ tốt hơn nhiều tiếp tục được thực hiện bằng cách thêm một lượng vừa phải của phenathrene. Dự kiến kết quả rằng các công thức EPDM chống cháy và bức xạ có thể đáp ứng được yêu cầu dối với môi trường bức xạ. II.1.2. Thực nghiệm. II.1.2.1. Vật liệu. Cao su EPDM ( 2426K) được cung cấp bởi Jilin Petrochemical Trung Quốc; chất chống cháy cho polyolefin ( HT101) được cung cấp bởi Jinan Taixing Fine Chemicals, Trung Quốc. Nanomet magnesium hydroxide (VHMH50) được xử lý bằng chất kết dính silan được lấy từ công ty Xuan Cheng Jing Rui New Material, Trung Quốc. Phenathrene ( độ tinh khiết 97%) được cung cấp bởi Xiya Chemical Industry, Trung Quốc. II.1.2.2. Thí nghiệm nghiên cứu. Page 12 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm Các thành phần được chuẩn bị như bảng 1. Các thành phần được thực hiện trên một máy trộn hở hai trục nghiền ở 115 0C, sau đó ép mẫu thành các tấm có chiều dày khoảng 2mm bằng cách nén khuôn ở 1150C. Sau đó mẫu tờ được lưu hóa bằng chùm electron ( 1.8 Mev) với lượng hấp phụ là 10 Mrad. Bảng 1: Thành phần các hóa chất. Mẫu Cao su EPDM HT101 VH-MH50 Phenanthren e EPDM-0 100 60 70 0 EPDM-1 100 60 70 1 EPDM-5 100 60 70 5 EPDM-10 100 60 70 10 II.1.2.3. Các phương pháp kiểm tra và mô tả tính chất. Chỉ số oxy tới hạn ( LOI) được thực hiện trên thiết bị : Oxygen Index Flammability Gauge ( SH 5706, GuangZhou SUNHO Electronic Equipment) theo tiêu chuẩn ASTM D 2863-97. Các mẫu là 120mm x 6,5mm x 3,2mm. Những ứng xử về sự cháy của công thức EPDM đã lưu hóa được kiểm tra với một nhiệt lượng hình nón FTT. Các mẫu thử có kích thước 100mm x 100mm x 3 mm được thử nghiệm dưới một dòng nhiệt là 50 kW/m. Các dữ liệu tương ứng về nhiệt đã được ghi lại. Kiểm tra độ bền kéo được tiến hành trên các mẫu hình quả tạ dày 2mm, sử dụng máy thửu nghiệm SANS CMT7000, tốc độ kéo 250mm/ phút. Ba mẫu cho mỗi sản phẩm được kiểm tra lặp lại. Page 13 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm Độ cứng Shore A được tiến hành đo với một thước đo Shore ( OU2700-A). Phân tích DSC được thực hiện bằng cách sử dụng DSC8000, khoảng 15mg mẫu không chieus xạ hoặc chiếu xạ được đặt trong chảo nhôm kín và sau đó phân tích bằng cách sử dụng một đoạn nhiệt độ làm mát từ 100 0C đến -1000C ở 10K/phút. Phân tích DMA được thực hiện với DMA 242 trên mẫu hình chữ nhật (dài 10 mm x 6 mm, dày 2 mm). Các mẫu được chiu ứng suất sử dụng lực kéo ở nhiệt độ đoạn gia nhiệt từ -100 0C đến 1000C ở 3k/phút. Sử dụng tần suất 5 Hz với biên độ 5 μm. Phổ hồng ngoại ATR-FTIR ghi ở 25 0C, quang phổ thi được ở độ phân giải 4cm-1 với tổng số 32 lần quét. II.1.2.4. Kết quả. II.1.2.4.1. Kết quả của tính chất chống cháy của các hợp chất EPDM. Chất chống cháy phức hợp gồm 60 phần HT101 và 70 phần VHMH50 được trộn với EPDM để thu được hợp chất EPDM-0 chống cháy. Nhiệt lượng hình nón (CONE) và chỉ số oxy tới hạn (LOI) được thực hiện và kết quả được thể hiện trong Bảng 2. Thời gian đánh lửa (TTI) của EPDM-0 đạt 58 giây, dài hơn nhiều so với báo cáo cho các công thức EPDM khác với một đơn chống cháy (38 giây). LOI của EPDM-0 là 30. Đây là cao hơn nhiều so với cao su EPDM và một số chất chống cháy EPDM khác Công thức EPDM-10 được làm bằng cách thêm 10 phần phenanthere cũng giữ được ngọn lửa cháy chậm chạp. Những kết quả này chỉ ra rằng công thức EPDM-0 có tính chất chống cháy tốt. Page 14 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm Bảng 2: Nón nhiệt kế và dữ liệu LOI cho cao su EPDM-0. TTI(s) PHRR(Kw/m2) Mẫu THR (MJ/m2) Residue (%) LOI(% ) EPDM-0 58 341 63 59.8 30 II.1.2.4.2. Ảnh hưởng của tia bức xạ γ lên EPDM chống cháy. a) Thử nghiệm sự trương nở Đối với hầu hết các vật liệu cao su, cả hai liên kết ngang và đứt mạch đều xảy ra trong bức xạ tia γ. Hiển thị mức độ trương (Q) và mật độ liên kết ngang (υe) của EPDM0 với lượng hấp thụ tia γ. Q giảm dần trong khi mật độ liên kết ngang tăng lên trong khi.chiếu tia bức xạ, chỉ ra rằng công thức EPDM-0 là một vật liệu liên kết ngang vượt trội. Hình 3: Sự trương Q trong toluen và mật độ liê kết ngang của EPDM0 với nhiều lần hấp thụ. b) Tính chất cơ học: Page 15 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm Hình 4 cho thấy ảnh hưởng của lượng hấp thụ tia γ trên các tính chất kéo và độ cứng của EPDM-0. EPDM-0 có cường độ kéo đứt ban đầu (TS) là 7,0 MPa, độ giãn dài khi đứt (EB) 794% và độ cứng 36,8. Từ hình 4 (a), có thể thấy rằng độ cứng của EPDM-0 tăng với lượng hấp thụ, phù hợp với sự xuất hiện của liê kết ngang trong chiếu xạ tia γ. Tuy nhiên, khi lượng hấp thụ tăng, độ bền kéo cường độ (TS) và độ giãn dài khi đứt (EB) giảm. Sau khi được chiếu xạ với 0,3 MGy, TS và EB lần lượt giảm xuống còn 4.5 MPa và 521%. Độ giãn dài tại điểm đứt tiếp tục giảm đến 80% với lượng hấp thụ tăng lên đến 1,2 MGy (Hình S1). Sự suy giảm của cả EB và TS chỉ ra rằng sự đứt mạch cũng xảy ra bên cạnh việc hình thành liên kết ngang. Tuy nhiên, nó có thể kết luận rằng phản ứng hình thành liê kết ngang chiếm ưu thế hơn sự đứt mạch trong bức xạ tia γ theo cả kết quả tính chất cơ học và kết quả của sự trương. Hình 4: a) độ cứng của EPDM-0 ở các lượng hấp thụ khác nhau. b) tính chất kéo của EPDM ở các lượng hấp phụ khác nhau. c) Tính chất nhiệt. Hình 5 là kết quả đo DSC của mẫu EPDM-0 với lượng tia bức xạ khác nhau. Nhiệt độ hóa thủy tinh Tg giảm khi tăng lượng hấp thụ và diện tích peak nhỏ nhất khi bức xạ đạt 12 MGy. Có thể giải thích do bức xạ gây ra Page 16 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm hình thành các liên kết ngang làm cho chuyển động chuỗi polyme khó hơn, dẫn đến nhiệt độ kết tinh và độ kết tinh thấp hơn. Hình 5: DSC của EPDM-0 với lượng tia bức xạ khác nhau. II.1.3. Kết luận. Hợp chất EPDM có khả năng chống cháy tốt và các đặc tính chống lại tia bức xạ γ là được chuẩn bị bằng cách thêm vào hợp chất chống cháy và phenathren. Kết quả thu được EPDM cần thời gian dài để đánh lửa ( TTI > 46 s), tốc độ giải phòng nhiệt thấp nhất ( PHRR ~ 341 kW/m2) và chỉ số oxy tới hạn cao ( LOI > 30). Ảnh hưởng của tia γ đến khả năng chống cháy của EPDM đã được nghiên cứu. Độ dãn dài khi vỡ EPDM được pha chế với phenantheren có thể giữ lại 91% sau khi chiều tới 0.3 Mgy và vẫn giữ được độ giãn dài 40% ngay cả sau khi được chiếu xạ tới 0.9 MGy, độ ổn định tốt hơn nhiều. Người ta hy vọng rằng chất chống cháy được xây dựng và vật liệu EPDM chống bức xạ có thể đáp ứng được yêu cầu sử dụng trong bức xạ môi trường. II.2. Nâng cao độ bền kéo, độ cứng và moddun 100% của EPDM. [4] Page 17 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm II.2.1. Giới thiệu Các sợi lanh tự nhiên được sử dụng rộng rãi cho hàng dệt may (linen) và cho các ứng dụng kỹ thuật, chẳng hạn như giấy tờ chuyên ngành, vật liệu compozit hoặc vật liệu cách nhiệt do tái tạo mới, chi phí thấp, dễ dàng tiện dụng, thân thiện môi trường (nghĩa là có khả năng phân hủy sinh học), độ bền kéo cao ổn định. Sợi tự nhiên có ít tác động đến sức khỏe của các nhà sản xuất composite vì chúng không gây kích ứng da, ung thư phổi. Sợi lanh là một hỗn hợp, trong đó các thành phần chính là cellulose (khoảng 71%), hemicellulose (khoảng 2,2%), lignin (khoảng 18,6e20,6%) và pectin (khoảng 2,3%) . Các vi sợi cellulose đơn hướng tạo thành các nguyên tố gia cố trong hỗn hợp chất nền polyme / sợi xenlulo. Etylen propylene diene terpolymer (EPDM) là một trong những cao su tổng hợp được sử dụng rộng rãi nhất và phát triển nhanh nhất. EPDM thể hiện những đặc điểm nổi bật như chống nhiệt cao, kháng ozone, nhiệt độ thấp linh hoạt, kháng lạnh và độ ẩm để biến dạng vĩnh viễn và va đập, tính chất điện rất tốt, ổn định màu sắc. Cao su EPDM đã được được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô cũng như vật liệu cách nhiệt cho dây và cáp, hoặc trải sàn trong toa xe lửa tàu điện ngầm, khớp vật liệu trong các nhà máy hạt nhân. Một số nghiên cứu hạn chế đã được được tiến hành trên các đặc tính cấu trúc của vật liệu tổng hợp trên nền cao su / sợi lanh. Mục đích của nghiên cứu này là thu thập và điều tra tính chất cơ lý của một số vật liệu tổng hợp dựa trên nền EPDM được gia cố bằng sợi lanh. Sự chú ý đã được xét đến những ảnh hưởng của chất sợi tải trên các tính chất cuối cùng của vật liệu tổng hợp. Cơ khí và các tính chất nhiệt, hấp thu nước, tương tác sợi cao su và hình thái của vật liệu tổng hợp được so sánh. II.2.2. Thực nghiệm. Page 18 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm II.2.2.1. Vật liệu EPDM monomer (Nordel 4760) được cung cấp bởi Dow Chemical Công ty (Độ nhớt Mooney: 70 ML 1+4 ở 1200C, 70% thành phần ethylene, 5-ethylidenenorbornene 4,9% wt%, tỷ trọng 0,88 g /cm3, độ kết tinh 10%). Polyethylene glycol, PEG 4000, thu được từ Advance Petrochemicals LTD (tỷ trọng 1,128 g/cm3, phạm vi điểm nóng chảy 4 - 8 0C). Irganox 1010 (pentaerythritol tetra-kis(3-(3,5 di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate) được sản xuất bởi BASF Schweiz AG ( hoạt chất 98%, điểm nóng chảy là 400C. Dibenzoyl peroxide (Perkadox 14 - 40B) là chất lưu hóa được cung cấp bởi Akzo Nobel Chemicals (tỷ trọng 1,60 g/cm 3 , 3,8% hàm lượng ôxy hoạt tính, hàm lượng peroxit 40%, pH 7). Sợi lanh chiều dài tối đa 3 mm đã được sử dụng như chất gia cường. II.2.2.2. Tổng hợp Vật liệu tổng hợp sợi cao su EPDM/sợi lanhđược tiến hành bằng cách làm tan chảy blend bằng máy nghiền con lăn bằng điện với hệ thống làm mát ở tỷ lệ ma sát 1: 1.1 và nhiệt độ của 60800C. Đầu tiên EPDM (100 phần) được nóng chảy 12 phút, sau đó chất chống oxy hóa (Irganox 1010) và PEG 400 được thêm vào và hỗn hợp nóng chảy (2 phút). Sự đảo trộn được tiếp tục cho đến khi thu được hỗn hợp đồng nhất. Khi thu được một hỗn hợp đồng nhất, các lượng khác nhau của sợi lanh 0, 5, 10, 15 và 20 phr (chia thành phần đến 100 phần cao su), được thêm vào tương ứng (4 phút) và sau đó 8 phr của dibenzoyl peroxide là chất lưu hóa đã được thêm vào (1 phút). Hỗn hợp được tiếp tục trong 5 phút nữa. Các mẫu sau đó được lấy ra khỏi cuộn ở dạng tấm khoảng 2 mm dày. Mẫu thử được chuẩn bị bằng cách nén khuôn tại 1600C và áp suất 150 MPa bằng cách sử dụng máy ép điện và sau Page 19 of 32 GVHD. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm đó làm mát dưới áp suất ở nhiệt độ phòng. Thành phần hỗn hợp được đưa ra trong Bảng 3. Bảng 3: Công thức của Compozit. Thành phần ( phr) P0 PIn5 PIn10 PIn15 PIn20 EPDM 100 100 10 100 100 Flax 0 5 10 15 20 PEG 400 3 3 3 3 3 Irganox1010 1 1 1 1 1 Perkadox 1440B 8 8 8 8 8 Total 112 117 112 127 132 II.2.2.3. Kết quả và nhận xét. Các đặc tính cơ học của vật liệu compozit được tăng cứng bằng sợi lanh được đưa ra trong Bảng 4. Nó được quan sát thấy rằng độ cứng tăng đáng kể với việc tăng hàm lượng sợi độn và cho thấy rằng sự ra đời của sợi lanh trong chất nền EPDM đã dẫn đến sự gia cường cho thành phần cao su. Sự thay đổi độ cứng trong vật liệu tổng hợp quan trọng hơn đối với thành phần sợi 5 và 10 phr tương ứng với 7 và 15 0ShA. Đồng thời, tăng của độ bền kéo được nhận thấy khi mức độ sợi độn tăng lên trong vật liệu compozit. Mô đun ở độ giãn dài 100% gần hoặc cao hơn mẫu P0 và tăng cường rõ rệt hơn cho vật liệu compozit có chứa 10 và 15 phr sợi lanh. Bảng 4: các đặc tính của vật liệu compozit EPDM/ sợi lanh. Tính chất P0 PIn5 PIn10 PIn15 Độ cứng , 0ShA 620.71 690.84 770.56 810.5 PIn20 830.45 6 Độ bền kéo, N/mm2 1.90.2 1.80.2 1.80.0 2.00.0 2.50.2 Page 20 of 32