MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1
Mục tiêu của đề tài ...................................................................................................... 2
Đối tƣợng 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
CHƢƠNG 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 lƣu hóa ...................................................................................................... 7
1.1.6. Chất xúc tiến...................................................................................................... 8
1.1.7. Chất trợ xúc tiến lƣu hóa ................................................................................... 8
1.1.8. Chất phòng tự lƣu .............................................................................................. 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 LƢU HÓA CAO SU ................................................................. 13
1.3.1. Khái niệm về lƣu hóa ...................................................................................... 13
1.3.2. Các giai đoạn chính của quá trình lƣu hóa ..................................................... 14
1.3.3. Cơ chế của phản ứng lƣu hóa cao su .............................................................. 16
1.3.4. Vận tốc lƣu hóa ............................................................................................... 16
1.3.5. Thời gian lƣu hóa tƣơng đƣơng ...................................................................... 17
1.3.6. Mức độ lƣu hóa của cao su ............................................................................. 19
1.4. CÁC THÔNG SỐ NHIỆT CỦA VẬT LIỆU .................................................... 19
1.4.1. Hệ số nhiệt độ lƣu hóa (K) .............................................................................. 19
1.4.2. Năng lƣợng hoạt hóa (E) ................................................................................. 20
1.4.3. Nhiệt dung riêng (C) ....................................................................................... 20
1.4.4. Hệ số dẫn nhiệt (λ) .......................................................................................... 20
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....... 21
2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ........................................................................... 21
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .............................................................................. 22
2.3. PHƢƠNG 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
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 38
3.1. XÁC ĐỊNH KHOẢNG NHIỆT ĐỘ LƢU HÓA PHÙ HỢP ............................ 38
3.1.1. Kết quả kiểm tra tính lƣu biến cao su và xác định thời gian lƣu 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 LƢU 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 lƣu biến cao su SB với hàm lƣợng xúc tiến khác nhau ...... 45
3.2.3. Kết quả kiểm tra cơ lý cao su SB với hàm lƣợng xúc tiến khác nhau ........... 46
3.2.4. Kết quả kiểm tra cƣờng độ kết dính giữa cao su TR và SB ........................... 47
3.2.5. Sự phụ thuộc của cƣờng độ kết dính vào độ lệch tốc độ lƣu hóa .................. 49
3.2.6. Xác định thời gian lƣu hóa phù hợp của các hợp phần cao su ...................... 51
Nhận xét..................................................................................................................... 52
3.3. TRƢỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN LƢU HÓA TƢƠNG ĐƢƠNG........ 53
3.3.1. Trƣờng nhiệt độ lƣu hóa.................................................................................. 53
3.3.2. Tính năng lƣợng hoạt hóa của các hợp phần cao su ....................................... 56
3.3.3. Tính thời gian lƣu hóa tƣơng đƣơng tại các điểm đo ..................................... 57
Nhận xét..................................................................................................................... 59
3.4. TỐI ƢU THỜI GIAN LƢU HÓA LỐP BẰNG PHƢƠNG PHÁP PTHH ....... 59
3.4.1. Tính các thông số nhiệt của vật liệu ............................................................... 59
3.4.2. Mô phỏng quá trình lƣu hóa bằng phƣơng pháp PTHH ................................. 62
Nhận xét..................................................................................................................... 69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................ 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
TỐI ƢU THỜI GIAN LƢU HÓA CAO SU BẰNG PHƢƠNG PHÁP
TRƢỜNG NHIỆT ĐỘ KẾT HỢP VỚI MÔ PHỎNG
Học viên: Trần Văn Hải; Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số: 8520301; Khóa: 34; Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng
Tóm tắt - Lƣu hóa là công đoạn quyết định đến chất lƣợng của sản phẩm cao su. Do cao su có độ
truyền nhiệt kém nên nhiệt độ lƣu hóa cao su bị thay đổi theo thời gian và theo các điểm khảo sát
(trƣờng nhiệt độ biến đổi) trong suốt quá trình lƣu hóa. Đối với các sản phẩm có chiều dày lớn và
kết cấu hình học phức tạp thì tốc độ lƣu hóa có sự không đồng đều tại các điểm khác nhau do đó
thời gian lƣu hóa không thể tính bằng t90 của cao su nhƣ sản phầm có chiều dày nhỏ mà phải
đƣợc xác định bằng thời gian lƣu hóa tƣơng đƣơng. Việc kết hợp phƣơng pháp phần tử hữu hạn
bằng phần mềm CORONA với trƣờng nhiệt độ thực nghiệm cho phép xác định đƣợc thời gian
lƣu hóa tƣơng đƣơng tại từng điểm, từ đó xác định đƣợc điểm lƣu hóa chậm nhất của từng loại
cao su và điểm lƣu hóa cuối cùng trong sản phẩm. Trên cơ sở đó điều chỉnh tốc độ lƣu hóa của
các hợp phần cao su và thời gian lƣu hóa sản phẩm hợp lý nhằm đảm bảo sự hài hòa về tính chất
cơ lý cho toàn bộ sản phẩm cũng nhƣ tối thiểu chi phí sản xuất. Việc điều chỉnh tốc độ lƣu 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
hƣởng đến cƣờng độ kết dính giữa 2 lớp cao su liên tiếp sau khi lƣu 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 lƣu hóa từ
145 đến 155oC sẽ đảm bảo đƣợc sự hài hòa các tính chất về độ bền kéo, độ chịu mài mòn và lực
kết dính.
Từ khóa - lƣu hóa cao su; trƣờng nhiệt độ; thời gian lƣu hóa tƣơng đƣơng; corona; phân tích
phần tử hữu hạn.
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 t 90 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 155 oC. 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 lƣu biến cao su TR và thời gian lƣu hóa mẫu …................... 38
Bảng 3.2. Các thông số lƣu biến cao su SB và thời gian lƣu 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 lƣu biến cao su SB với hàm lƣợng xúc tiến khác nhau ................. 45
Bảng 3.7. Tính năng cơ lý cao su SB với các hàm lƣợng xúc tiến khác nhau .............. 47
Bảng 3.8. Cƣờng độ kết dính giữa cao su TR và cao su SB .......................................... 47
Bảng 3.9. Cƣờng độ kết dính (TR - SB) và độ lệch tốc độ lƣu hóa t90 ....................... 49
Bảng 3.10. Tốc độ lƣu hóa (t90) của các hợp phần cao su khu vực mặt lốp ................. 51
Bảng 3.11. Độ lệch tốc độ lƣu hóa (t90) của các hợp phần cao su liên tiếp .................. 52
Bảng 3.12. Quy trình lƣu hóa lốp 11.00R20 HI79 ........................................................ 53
Bảng 3.13. Thời gian lƣu hóa t90 của các hợp phần cao su (140, 150, 160oC) ............. 56
Bảng 3.14. Năng lƣợng hoạt hóa các hợp phần cao su ................................................. 57
Bảng 3.15. Mức độ lƣu hóa các điểm đo khi mở khuôn ............................................... 58
Bảng 3.16. Mức độ lƣu hóa các điểm đo tại 60,33 phút ............................................... 58
Bảng 3.17. Mức độ lƣu hóa các điểm đo tại 97,50 phút ............................................... 59
Bảng 3.18. Hệ số nhiệt độ lƣu 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 lƣu hóa tƣơng đƣơng mô phỏng tại các điểm đo ............... 64
Bảng 3.24. Bảng so sánh thời gian lƣu hóa tƣơng đƣơng của 2 phƣơng pháp ............. 64
Bảng 3.25. Bảng thời gian lƣu hóa tƣơng đƣơng tại các lớp với chiều dày 1mm ........ 65
Bảng 3.26. Bảng tọa độ các điểm lƣu hóa chậm nhất ứng với từng hợp phần cao su. . 67
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Nông trƣờng 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 lƣu hóa lốp ô tô .............................................................................. 13
Hình 1.6. Đồ thị các giai đoạn lƣu hóa cao su .............................................................. 14
Hình 2.1. Phân bố vật liệu trên lốp ô tô tải radial toàn thép ......................................... 21
Hình 2.2. Lƣu đồ thực nghiệm....................................................................................... 22
Hình 2.3. Đồ thị kiểm tra tính lƣu 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 cƣờng độ kết dính 2 lớp cao su ................................. 34
Hình 2.8. Mẫu đo cƣờng độ kết dính 2 lớp cao su đã lƣu 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. Lƣu đồ mô hình hóa quá trình lƣu hóa bằng phần mềm CORONA ........... 36
Hình 3.1. Đồ thị tính lƣu biến cao su TR ở các mức nhiệt độ khác nhau ..................... 38
Hình 3.2. Đồ thị tính lƣu 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 lƣu hóa ...................... 41
Hình 3.4. Sự thay đổi tính năng cơ lý cao su SB theo nhiệt độ lƣu hóa ...................... 42
Hình 3.5. Đồ thị tính lƣu biến cao su SB với các hàm lƣợng xúc tiến khác nhau ........ 45
Hình 3.6. Sự thay đổi đặc tính lƣu biến cao su SB theo hàm lƣợng xúc tiến NOBS ... 46
Hình 3.7. Đồ thị sự thay đổi cƣờng độ kết dính (TR - SB) các mẫu thí nghiệm .......... 48
Hình 3.8. Đồ thị cƣờng độ kết dính (TR – SB) và độ lệch %t90 ................................... 50
Hình 3.9. Đồ thị sự phụ thuộc cƣờng 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 lƣu hóa lốp ......................................... 54
Hình 3.12. Trƣờng nhiệt độ lƣu hóa tại các điểm đo .................................................... 55
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn nhiệt độ lƣu hóa tại các điểm đo ...................................... 55
Hình 3.14. Thời gian lƣu hóa tƣơng đƣơng 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 lƣu hóa tƣơng đƣơng tại các lớp ....................................... 66
Hình 3.18. Thời gian lƣu hóa tƣơng đƣơng các điểm trên đƣờng tâm khối hoa ........... 68
Hình 3.19. Vị trí điểm lƣu hóa cuối cùng trên lốp ........................................................ 68
DANH MỤC PHỤ LỤC
Phụ lục số 1: Thời gian lƣu hóa tƣơng đƣơng 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 lƣu hóa cuối cùng
1
MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhu cầu về đời sống của con
ngƣời 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 đƣợc sản xuất với sản lƣợng lớn hàng năm và đóng vai trò quan trọng,
thiết yếu trong các nền kinh tế.
Hệ thống giao thông vận tải đƣợc 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 đƣờng thủy, đƣờng 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 đƣờng. Ngành vận tải
bộ không thể hoạt động nếu thiếu đi chiếc lốp xe và cần thay thế sau một thời gian sử
dụng.
Lƣu 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 lƣu hóa tối ƣu. Đối với các sản phẩm cao su đơn giản có chiều dày nhỏ
(găng tay, săm xe…) thông thƣờng chỉ đƣợc cấu thành từ một hợp phần cao su duy nhất
thì vấn đề lƣu hóa tƣơng đối đơn giản. Tuy nhiên đối với các sản phẩm có cấu hình phức
tạp và chiều dày lớn nhƣ lốp xe ôtô thì luôn đƣợc cấu thành bởi rất nhiều hợp phần cao su
khác nhau. Vì thế mà vấn đề lƣu 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 đƣợc lƣu hóa với thời gian chƣa 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 trƣờng, đồng thời lƣợng cao su phát thải
tăng lên, gây ô nhiễm môi trƣờng.
Theo dòng chảy về quá trình công nghiệp hóa trên thế giới, việc sản xuất các sản
phẩm cao su có xu hƣớng dịch chuyển về các nƣớc 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 tƣ 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 phƣơng pháp tính theo tỉ lệ chiều dày của sản phẩm để ƣớc lƣợng thời
gian lƣu hóa mà chƣa có nghiên cứu tính toán một cách khoa học. Chính vì vậy mà chất
lƣợng 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 ƣu hóa thời gian lƣu hóa cao su bằng phƣơng pháp
trƣờng nhiệt độ kết hợp với mô phỏng” để nghiên cứu làm luận văn thạc sĩ.
2
Mục tiêu của đề tài
- Xác định thời gian lƣu hóa tối ƣu cho sản phẩm cao su có kết cấu phức tạp và
chiều dày lớn
Đối tƣợng 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 đƣợc ứng dụng để tính toán thời gian lƣu hóa cho
các sản phẩm cao su có kết cấu phức tạp và chiều dày lớn, nhằm góp phần nâng cao chất
lƣợng sử dụng, tăng năng suất và giảm thiểu chi phí sản xuất.
Những đóng góp mới của luận văn
- Đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của các thông số nhiệt của cao su đến quá trình lƣu hóa.
- Chứng minh sự phụ thuộc của độ lệch tốc độ lƣu hóa đến cƣờng độ kết dính của
các lớp cao su liên tiếp.
- Xác định đƣợc phƣơng pháp tính toán thời gian lƣu hóa cao su một cách có hệ
thống và khoa học.
Cấu trúc của luận văn
- Mở đầu
- Chƣơng 1: Tổng quan lý thuyết
- Chƣơng 2: Đối tƣợng, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
- Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận
- Kết luận và kiến nghị
- Tài liệu tham khảo
3
CHƢƠNG 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 đƣợc khai thác và chế biến từ
mủ của cây cao su. Mũ cao su là nhũ tƣơng trong nƣớc của các hạt cao su với hàm lƣợng
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 trƣờng
cao su đƣợc minh họa trên Hình 1.1 và thành phần latex của cao su thiên nhiên đƣợc trình
bày trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1: Thành phần latex [1]
Thành phần Latex
Hàm lƣợng
1
Nƣớc
52-70%
2
Isoprene
30- 40%
3
Protein
2-3%
4
Axit béo và dẫn xuất
1-2%
5
Gluxit
~ 1%
6
Khoáng chất
0,3- 0,7%
STT
Hình 1.1
Nông trường cao su
Tính chất vật lý cơ bản của cao su thiên nhiên nhƣ sau:
- Khối lƣợng riêng
: 0.913 g/
[10]
- Nhiệt độ hoá thuỷ tinh : -70°C [10]
- Hệ số dẫn nhiệt
: 0,18 W/(m.°C) [12]
- 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 lƣợng đặc trƣng 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 thƣớc sản phẩm nhỏ.
Cao su thiên nhiên có một số đặc điểm ƣu việt nhƣ cƣờng 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.
4
Tính chất cơ lý của cao su thiên nhiên đƣợc xác định theo tính chất cơ lý của hợp
phần cao su tiêu chuẩn [17] có thành phần đƣợc trình bày trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Đơn pha chế cơ bản cao su thiên nhiên [17]
STT
Thành phần
Hàm lƣợng
1
Cao su thiên nhiên
100,0
2
Lƣu huỳnh
3,5
3
Xúc tiến TBBS
0,7
4
ZnO
6,0
5
Acid Stearic
0,5
Hỗn hợp cao su thiên nhiên có thành phần nhƣ Bảng 1.2 đƣợc tiến hành lƣu hoá ở
nhiệt độ 150°C trong thời gian 20 phút, sau đó đem xác định các tính chất cơ lý và đạt
đƣợc các tiêu chuẩn sau (theo tiêu chuẩn nội bộ của DRC).
+ Độ bền kéo đứt
: ≥ 19 Mpa;
+ Độ dãn dài tƣơng đối: ≥ 500 %;
+ Modul 300%
: 2,1 Mpa
+ Độ dãn dài dƣ
:
24 %
*Phân loại cao su thiên nhiên
Căn cứ vào quy trình công nghệ chế biến mà cao su thiên nhiên đƣợc 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 đƣợc 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 đƣợc. Một số loại cao su tổng hợp thông dụng:
*Cao su isopren
Là cao su tổng hợp có thành phần cấu tạo tƣơng tự nhƣ cao su thiên nhiên, công
thức hóa học nhƣ sau:
Cao su isopren đƣợc sử dụng để thay thế cao su thiên nhiên ở một số nơi không
trồng đƣợc cao su thiên nhiên. Tính năng của cao su isopren tƣơng tự nhƣng kém hơn cao
su thiên nhiên.
5
*Cao su Butadien (Butadien Rubber – BR)
Là sản phẩm đƣợc trùng hợp từ butadien-1,3. Ngoại quan có màu trắng trong, có
công thức hóa học nhƣ sau:
(
CH2
CH
CH
CH2
)n
Cao su Butadien (BR) có cấu trúc không gian đều hòa, có chứa nhiều nối đôi trong
phân tử nên có thể lƣu hóa bằng hệ lƣu huỳnh, phối trộn đƣợc hầu hết với các loại su
không phân cực.
BR đƣợc phân loại dựa theo cấu tạo mạch phân tử (hàm lƣợng 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 nhƣ
độ đàn hồi và chịu lạnh tốt, sinh nhiệt thấp, chịu mài mòn tốt, cƣờng 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
thƣờng), chịu lão hóa tốt hơn cao su thiên nhiên, tuy nhiên khó gia công hơn cao su thiên
nhiên. BR thƣờng đƣợc 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 đƣợc phân loại dựa trên cấu tạo, phƣơng pháp tổng hợp, hàm lƣợng styren,
hàm lƣợng chất độn,…Một số loại cao su SBR thƣờng dùng bao gồm: SBR1500,
SBR1502, SBR1712 (có độn dầu),… Cao su SBR có cƣờng 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 đƣờng tốt và chịu mài mòn cao nên thƣờng đƣợc ứng dụng trong hợp phần
của cao su mặt lốp.
*Cao su Butyl
Cao su Butyl là sản phẩm đồng trùng hợp của izobutylen với các hợp chất hai nối
đôi khác, chủ yếu là isopren. Cao su Butyl có ngoại quan màu trắng. Tính chất công nghệ
và tính chất cơ lý của cao su Butyl phụ thuộc vào khối lƣợng phân tử và hàm lƣợng các
mắc xích dạng di-en có trong mạch đại phân tử. Cao su Butyl là cao su có tính chịu nhiệt
rất tốt, có tính đàn hồi tốt, bền với các tác dụng của môi trƣờng hóa học nên thƣờng sử
dụng cho các sản phẩm chịu nhiệt nhƣ: cốt hơi, màng lƣu hóa, hoặc các thiết bị chịu
nhiệt, acid, chịu kiềm. Cao su Butyl còn có khả năng thấm khí thấp nên thƣờng dùng
trong sản xuất săm, các sản phẩm chứa khí khác. Độ bền khí hậu của cao su Butyl cao
nên đƣợc sử dụng làm vật liệu bọc lót dây dẫn điện. Butyl còn có tính chịu va đập tốt nên
thƣờng dùng cho các sản phẩm yêu cầu chống rung cao.
Nhƣợc điểm chính của cao su butyl là tốc độ lƣu hóa chậm, chịu dầu mỡ kém, sức
dính kém, không trộn lẫn đƣợc với các cao su thông dụng nhƣ NR, SBR, BR…Chính vì
vậy mà cao su butyl thƣờng đƣợc halogen hóa để khắc phục các nhƣợc 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 đƣợc độ thấm khí cao, vừa có khả năng tƣơng hợp với các loại cao su thông dụng
6
nhƣ NR, BR, SBR…. Trên thị trƣờng hiện nay có nhiều loại nhƣ CIIR 1068, CIIR 1066,
BIIR 2222, BIIR2244,…
1.1.3. Chất độn
Chất độn là chất đƣợc 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 cƣờng 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 lƣu hóa; cải thiện quá trình gia công;
ngoại quan sản phẩm đẹp; hạ giá thành sản phẩm.
Phụ thuộc vào ảnh hƣởng của chất độn đến tính năng cơ lý của sản phẩm, chất độn
đƣợc 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 lƣợng sử dụng, nếu tăng lƣợng chất độn
vƣợt 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 thƣớc 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 thƣớc hạt
quá nhỏ sẽ dẫn đến hiện tƣợng 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 đƣa 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 cƣờng 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
tƣợng lƣu hóa sớm (tự lƣu) khi gia công do khả năng sinh nhiệt cao hơn. Vì vậy than hoạt
tính đƣợc dùng trong các sản phẩm yêu cầu tính chống mài mòn cao hoặc làm việc trong
môi trƣờng ma sát cao, than bán hoạt tính thƣờng 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, thƣờng sử dụng các loại than đen có ký
hiệu nhƣ N220, N234 (than hoạt tính) N550, N660 (than bán hoạt tính). Chữ số đầu tiên
càng nhỏ thì đƣờng kính hạt càng nhỏ, diện tích bề mặt riêng càng lớn, khả năng bổ
cƣờng 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.
7
* Oxit Silic (SiO2)
Là chất độn có hoạt tính gần giống nhƣ than đen. Oxyt Silic là loại nguyên liệu tăng
cƣờng 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 lƣu hóa do khả năng hấp phụ của chúng đối với các chất xúc tiến và
lƣu huỳnh.
*Chất độn trơ
Trong hợp phần cao su, chất độn trơ có tác dụng làm giảm tính co rút và hạ giá
thành sản phẩm. Các hai loại độn trơ thƣờng hay sử dụng:
Cao lanh (Al2O3.2SiO2.2H2O): dạng bột có màu trắng xám đến trắng. Nó có hình
dạng và kích thƣớc khác nhau do phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và phƣơng pháp chế
biến chúng. Cao lanh khó phối trộn với cao su, khi phối trộn vào thì làm tăng độ cứng
cho cao su, làm tăng khả năng chịu dầu, chịu axit, kiềm của sản phẩm.
CaCO3: dạng bột mịn, màu trắng với lƣợng dùng thích hợp sẽ làm cho hỗn hợp dễ
ép đùn, cán tráng. CaCO3 có tính kiềm dễ gây tự lƣu khi gia công, làm cho sản phẩm có
tính cách điện cao và ít hút nƣớc.
1.1.4. Chất hóa dẻo
Chất hóa dẻo đƣợc cho vào cao su để tăng nhanh độ dẻo, rút ngắn thời gian sơ
luyện, giảm tiêu hao điện năng trong quá trình gia công. Chất hóa dẻo sử dụng trong cao
su có hai loại:
Nhóm làm dẻo hóa học có tác dụng cắt mạch cao su để làm tăng độ dẻo nhƣ A86,
UP96 với lƣợng dùng thấp 0,1 ÷ 0,3% và đƣợc cho vào ở giai đoạn sơ luyện cao su.
Nhƣợc điểm của nhóm chất này là cần nhiệt độ gia công cao, mặt khác là do làm cắt
mạch nên tính năng cơ lý cao su bị suy giảm.
Nhóm làm dẻo vật lý có tác dụng làm tăng độ dẻo cao su bằng cách làm trƣơng
mạch cao su, tăng độ trƣợt giữa các mạch cao su, tạo điều kiện cho phụ gia phân tán tốt
trong cao su, lƣợng dùng khoảng 2 ÷ 5%. Các chất hóa dẻo vật lý thƣờng sử dụng là các
loại dầu hóa dẻo có nguồn gốc từ dầu mỏ (dầu aromatic, dầu parafin), sản phẩm của quá
trình chƣng 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 lƣu hóa
Cao su sống có mạch đại phân tử thẳng dễ trƣợt lên nhau nên tính năng đàn hồi và
tính năng cơ lý thấp. Chất lƣu hóa tham gia phản ứng liên kết các mạch cao su để tạo
thành mạng lƣới 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 dƣới tác dụng
của nhiệt độ. Có nhiều chất lƣu hóa nhƣng thông dụng nhất vẫn là lƣu huỳnh – sử dụng
cho các loại cao su có nhiều nối đôi. Ngoài ra còn có các loại chất lƣu hóa khác nhƣ
8
peroxit, nhựa phenolformaldehyt…chủ yếu dùng để lƣu hóa cho loại cao su không có
hoặc có ít nối đôi.
1.1.6. Chất xúc tiến
Cao su lƣu hóa chỉ sử dụng chất lƣu hóa (lƣu huỳnh) sẽ có rất nhiều khuyết điểm
nhƣ nhiệt độ lƣu hóa cao, thời gian lƣu hóa kéo dài, cao su lƣu 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 đƣợc xem là cuộc cách mạng thứ hai trong công nghiệp cao su, vì nó góp
phần trong việc cải thiện chất lƣợng 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 lƣu hoá tối ƣu, độ an toàn gia công, độ bền ôxy hóa, tính biến màu sản phẩm và
độc tố.
Các loại xúc tiến thƣờng đƣợc sử dụng và phân loại theo chiều tăng dần tốc độ lƣu
hóa nhƣ 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 ngƣời ta thƣờng sử dụng loại xúc tiến có hoạt tính tiêu chuẩn nhƣ CZ, DZ, NOBS
vì loại xúc tiến này có dãi lƣu hóa tối ƣu rộng và độ an toàn gia công cao.
1.1.7. Chất trợ xúc tiến lƣu 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 lƣu hóa và tạo ra sản phẩm cao su có
tính năng kỹ thuật cao hơn [2]. Các loại trợ xúc tiến thƣờng đƣợc 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 lƣu
Trong quá trình gia công cao su thƣờng hay xảy ra hiện tƣợng lƣu hóa sớm (tự lƣu)
làm giảm tính năng gia công và chất cơ lý của cao su. Để khắc phục tình trạng này
thƣờng thêm vào hỗn hợp cao su chất phòng tự lƣu để kéo dài thời gian vật liệu ở trạng
thái chảy nhớt ở nhiệt độ gia công nhƣng không làm chậm tốc độ lƣu hóa và giảm tính
năng cơ lý của sản phẩm. Chất phòng tự lƣu sử dụng phổ biến nhất là Vulkalent G (Ncyclohexylthiophtalimid).
9
1.1.9. Chất phòng lão
Trong quá trình bảo quản, sử dụng cũng nhƣ 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 đƣợc hình thành bởi tác động của các tác nhân ôxy hóa lên
mạch đại phân tử cao su nhƣ 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 nhƣ nhiệt độ, ánh
sáng, môi trƣờng, lực cơ học, độ ẩm, thời tiết… Tốc độ lão hóa phụ thuộc vào các yếu tố
nhƣ cấu tạo mạch đại phân tử cao su, hàm lƣợng 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 đƣợc 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 đƣợc sự phát triển của quá trình lão hóa
nên các chất chống lão hóa bằng phƣơng pháp hóa học đƣợc dùng rộng rãi hơn. Các chất
phòng lão hóa học thƣờng dùng nhƣ 6PPD, TMQ…
1.1.10. Chất kết dính
Chất kết dính là chất khi cho vào hỗn hợp cao su, trong quá trình lƣu 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 nhƣ sợi mành nilon, sợi mành kim loại, sợi tanh,… Loại chất kết dính thƣờng
đƣợc 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 cƣờng để tăng cƣờng độ bền
của sản phẩm, ví dụ nhƣ các loại lốp xe, ống cao su, băng tải...
Vật liệu gia cƣờng có thể là vải mành, vải bạt đƣợc 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 đƣợc các tác động khi sản phẩm làm việc, bám dính tốt với cao su, chịu đƣợc nhiệt
độ lƣu hóa...
10
Đối với lốp xe, vật liệu gia cƣờng 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 cƣờng đƣợc ứng dụng phổ biến nhất.
Sự phân bố các vật liệu sợi trên lốp xe đƣợc
mô tả trên Hình 1.2.
Sợi mành bông: sức dính tốt nhƣng
cƣờng lực sợi thấp, chịu nhiệt kém, dễ hút ẩm
làm giảm cƣờng 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
nhƣng giá thành cao hơn.
Hình 1.2- Phân bố vật liệu sợi trên lốp xe
Sợi mành polyester: Cƣờng lực cao, chịu nhiệt tốt nhƣng 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 đƣợc 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 cƣờng 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 đƣợc cấu tạo từ 3 sợi có đƣờng kính 0.22mm
xoắn lại với nhau ở vòng trong, tiếp đến là 9 sợi có đƣờng kính 0,22 mm xoắn với nhau ở
vòng bên ngoài và cuối cùng là 1 sợi có đƣờng 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 đƣợc phủ một lớp hỗn hợp Cu-Zn để
tăng độ bám dính với cao su. Sợi thép tanh có nhiều loại với đƣờng kính khác nhau nhƣ
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.
- Xem thêm -
.PDF 
125 
3 
101 
