Blend Cao Su NR/BR Chế Tạo Đế Giày Vải - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Cao su tự nhiên

1.1.1. Lịch sử phát triển

1.1.2. Tính chất của cao su tự nhiên

1.1.2.1. Cấu tạo hóa học

1.1.2.2. Tính chất vật lý

1.1.2.3. Tính chất công nghệ

1.2. Cao su butadien

1.2.1. Lịch sử phát triển

1.2.2. Tính chất của cao su butadien

1.2.2.1. Cấu tạo hóa học

1.2.2.2. Tính chất vật lý

1.2.2.3. Tính chất công nghệ

1.3. Giới thiệu chung

1.3.1. Các phương pháp chế tạo polyme blend

1.4. Chế tạo polyme blend bằng phương pháp trộn hợp trực tiếp

1.5. Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme

1.6. Chế tạo polyme blend từ hỗn hợp các latex polyme

1.7. Phương pháp xác định độ tương hợp của polyme blend

1.7.1. Phương pháp dựa vào nhiệt độ thuỷ tinh hoá

1.7.2. Phương pháp dựa vào ảnh hiển vi

1.7.2.1. Hòa tan vật liệu trong dung môi

1.7.2.2. Tạo màng polyme blend

1.7.2.3. Quan sát bề mặt vật liệu

1.7.3. Phương pháp cơ nhiệt động

1.8. Một số phương pháp tăng độ tương hợp cho polyme blend

1.8.1. Sử dụng các chất tương hợp

1.8.2. Sử dụng các peroxit

1.8.3. Sử dụng các tác nhân gồm peroxit và hợp chất đa chức

1.8.4. Chế tạo các blend trên cơ sở các polyme có khả năng tham gia

1.8.5. Sử dụng các chất hoạt động bề mặt

1.8.6. Sử dụng các chất độn hoạt tính

1.8.7. Sử dụng phương pháp cơ nhiệt

1.8.8. Sử dụng phương pháp lưu hóa động

1.9. Lý do nghiên cứu và chế tạo blend cao su tư nhiên và cao su butadien

1.10. Giới thiệu về đế giày

1.10.1. Tác dụng của đế giày

1.10.2. Phân loại đế giày

1.11. Tình hình nghiên cứu chế tạo cao su blend trong và ngoài nước

1.11.1. Tình hình nghiên cứu cao su blend ngoài nước

1.11.2. Tình hình nghiên cứu cao su blend trong nước

2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1. Quá trình chế tạo mẫu cao su bán thành phẩm

2.2. Các phương pháp xác định tính chất của vật liệu

2.2.1. Phương pháp xác định độ bền kéo

2.2.2. Phương pháp xác định độ bền xé

2.2.3. Phương pháp xác định độ cứng

2.2.4. Phương pháp xác định độ mài mòn

2.2.5. Phương pháp xác định mức độ lão hóa nhiệt

2.2.6. Phương pháp xác định độ dãn dư

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Khảo sát nguyên liệu đầu

3.2. Khảo sát quá trình lưu hóa của cao su tự nhiên và cao su butadien

3.3. Khảo sát tính chất cơ lý của cao su thành phần

3.4. Nghiên cứu chế tạo blend cao su NR/BRB

3.5. Khảo sát quá trình lưu hóa của blend

3.6. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ NR/BR đến tính chất cơ lý của cao su

3.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ NR/BR đến mức độ lão hóa nhiệt của cao su

3.8. Hình thái bề mặt của cao su blend

3.9. Khảo sát mức độ tương hợp của cao su blend

3.10. Khảo sát ảnh hưởng của chất độn đến tính chất của blend

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

I. Tổng Quan Về Blend Cao Su NR BR Cho Đế Giày Vải

Vật liệu cao su đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là sản xuất đế giày. Cao su tự nhiên (NR) và cao su butadien (BR) là hai loại phổ biến. NR chiếm một phần ba sản lượng cao su thế giới. Cao su tổng hợp như BR có độ bền và khả năng chịu mài mòn cao. Tuy nhiên, Việt Nam nhập khẩu cao su tổng hợp với giá thành cao. Để tận dụng NR sẵn có và giảm giá thành, việc sử dụng blend NR/BR hiệu quả là cần thiết. Blend cao su kết hợp ưu điểm của các loại cao su thành phần. Blend cao su không thể thiếu trong ngành sản xuất cao su. Chế tạo blend cao su rất quan trọng để tận dụng ưu điểm của các loại cao su mà không làm mất đi đặc trưng riêng. BR là cao su tổng hợp, có tính chất cơ lý tốt đặc biệt là tính chịu mài mòn. Ứng dụng trong đế giày vải của nhà máy giày Thụy Khê. Do giá thành nhập khẩu cao, nhà máy muốn tăng lượng NR để giảm giá thành. Nghiên cứu này trình bày về “Nghiên cứu chế tạo blend từ cao su tự nhiên và cao su butadien ứng dụng trong chế tạo đế giày vải” để hiểu rõ hơn về các loại cao su và blend của chúng.

1.1. Giới Thiệu Chung Về Cao Su Tự Nhiên NR

Cao su tự nhiên (NR) là một polyme của isopren, được hình thành từ các mắt xích isopren đồng phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4. Ngoài đồng phân cis 1,4, trong cao su thiên nhiên còn có khoảng 2% mắt xích liên kết với nhau ở vị trí 3,4. Cao su tự nhiên có nhiều ưu điểm như khả năng đàn hồi cao, tính chất cơ lý tốt, khả năng hấp thụ lực tốt và khả năng kết dính cao. Tuy nhiên, độ bền dung môi, độ bền môi trường, chịu nhiệt và độ chống thấm khí của NR không cao. Trong quá trình bảo quản, cao su thiên nhiên thường chuyển sang trạng thái tinh thể, làm giảm tính mềm dẻo. Độ nhớt phụ thuộc vào chất lượng và là đại lượng đặc trưng cho tính công nghệ. Cao su thiên nhiên có khả năng phối trộn tốt với các chất độn và chất phụ gia trên máy luyện kín hoặc máy luyện hở. Ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đời sống, kinh tế và kỹ thuật. Trong đời sống, cao su thiên nhiên có thể sử dụng làm đế giày, dép, nệm cao su xốp… Trong kỹ thuật, cao su thiên nhiên có thể sử dụng chế tạo các sản phẩm cao su kỹ thuật có yêu cầu tính năng cơ học cao.

1.2. Giới Thiệu Chung Về Cao Su Butadien BR

Cao su butadien (BR) hay polybutadien được tạo thành từ 1,3-butadien, loại dien liên hợp. Khi các dien được trùng hợp, một polyme bao gồm các liên kết đôi trong mạch chính sẽ được tạo ra. Các dạng cấu hình của phân tử cao su butadien là cis-1,4, trans-1,4 và vinyl (hay sự kết hợp 1,2). Cao su butadien có nhiều tính chất vật lý quan trọng như điểm sôi, điểm kết tinh, nhiệt độ tới hạn, áp suất tới hạn và tỷ trọng. Butadien hòa tan kém trong nước nhưng hòa tan tốt trong các dung môi phân cực điểm sôi cao. Cao su butadien có hàm lượng nối đôi lớn trong mạch đại phân tử nên thường được lưu hóa bằng lưu huỳnh và các chất xúc tiến lưu hóa. Cao su butadien có khả năng phối trộn tốt với hầu hết các loại cao su không phân cực khác. Ưu điểm nổi bật của cao su butadien là tính đàn hồi và chịu mài mòn rất tốt. Cao su butadien được sử dụng làm lốp xe, giày dép, băng tải, dây đai, và cải thiện các tính chất cơ học của nhựa, đặc biệt là tác động cao polystyren và acrylonitrin butadien styren (ABS).

II. Vấn Đề Và Thách Thức Khi Sử Dụng Cao Su NR BR

Việc sử dụng riêng lẻ cao su NR và BR đều có những hạn chế. Cao su NR có độ bền dung môi, độ bền môi trường, chịu nhiệt và độ chống thấm khí không cao. Cao su BR có giá thành nhập khẩu cao. Do đó, việc nghiên cứu và chế tạo blend cao su NR/BR là cần thiết để khắc phục những hạn chế này. Các vấn đề chính bao gồm: làm thế nào để tối ưu hóa tỷ lệ NR/BR để đạt được các tính chất mong muốn, làm thế nào để tăng cường độ tương hợp giữa NR và BR, làm thế nào để giảm giá thành sản phẩm mà vẫn đảm bảo chất lượng và tính năng.

2.1. Hạn Chế Về Tính Chất Cơ Lý Của Cao Su NR Thuần Túy

Mặc dù có nhiều ưu điểm, cao su tự nhiên (NR) cũng tồn tại một số nhược điểm về tính chất cơ lý. Cụ thể, NR có độ bền dung môi thấp, dễ bị ảnh hưởng bởi các loại hóa chất, xăng dầu. NR cũng có độ bền môi trường không cao, dễ bị lão hóa bởi tác động của nhiệt độ, ánh sáng và ozone. Khả năng chịu nhiệt của NR cũng hạn chế, không phù hợp cho các ứng dụng trong môi trường nhiệt độ cao. Độ chống thấm khí của NR cũng không cao, gây ra các vấn đề trong một số ứng dụng đặc biệt. Do đó, cần phải cải thiện các tính năng này của NR để mở rộng khả năng ứng dụng.

2.2. Chi Phí Nhập Khẩu Cao Su BR Và Tính Khả Thi Kinh Tế

Cao su butadien (BR) là một loại cao su tổng hợp có nhiều ưu điểm về tính chất cơ lý, đặc biệt là độ bền mài mòn. Tuy nhiên, Việt Nam phải nhập khẩu hoàn toàn cao su BR, dẫn đến giá thành cao. Điều này gây khó khăn cho các doanh nghiệp sản xuất các sản phẩm từ cao su, đặc biệt là các sản phẩm yêu cầu tính chịu mài mòn cao như đế giày. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp thay thế hoặc giảm thiểu việc sử dụng BR là cần thiết để giảm giá thành sản phẩm và tăng tính cạnh tranh.

2.3. Vấn đề tương hợp giữa cao su NR và BR

NR và BR là những loại polyme không phân cực nên chúng chỉ có thể tương hợp một phần với nhau. Để tạo ra blend cao su NR/BR có tính chất đồng đều và ổn định, cần phải sử dụng các biện pháp để tăng cường độ tương hợp giữa hai loại cao su này. Một số phương pháp phổ biến bao gồm sử dụng các chất tương hợp, biến đổi hóa học bề mặt của cao su, hoặc sử dụng các phương pháp trộn hợp đặc biệt.

III. Phương Pháp Chế Tạo Blend Cao Su NR BR Tối Ưu

Vật liệu polyme blend là vật liệu được chế tạo từ hai hay nhiều loại polyme với nhau để tạo thành vật liệu có tính chất cơ lý tốt hơn. Trong vật liệu blend, các polyme thành phần có thể tương tác hoặc không tương tác vật lý, hóa học với nhau. Sự tạo thành hệ đồng thể hay dị thể của polyme blend phụ thuộc vào khả năng tương hợp của các polyme thành phần. Khả năng tương hợp của polyme blend phụ thuộc nhiều yếu tố như bản chất hóa học, cấu trúc phân tử, khối lượng phân tử, tỷ lệ các cấu tử trong blend và nhiệt độ. Trong những trường hợp các polyme không có khả năng tự tương hợp với nhau, người ta thường dùng các chất tương hợp để làm cầu nối liên kết giữa các pha polyme với nhau. Vật liệu polyme blend hiện nay được chế tạo bằng các phương pháp như trộn trực tiếp các polyme, trộn từ dung dịch polyme, hoặc từ hỗn hợp các latex polyme.

3.1. Trộn Hợp Trực Tiếp Cao Su NR và BR

Phương pháp chế tạo blend ở trạng thái nóng chảy (trộn hợp nóng chảy) là phương pháp kết hợp đồng thời các yếu tố cơ nhiệt, cơ hóa và tác động cưỡng bức lên các polyme thành phần, phụ gia trên các máy gia công nhựa nhiệt dẻo (máy trộn kín, máy cán, máy đùn). Việc chế tạo vật liệu polyme blend hoặc cao su blend trên máy đùn trục vít được đánh giá cao vì quá trình cắt xé diễn ra mạnh mẽ và thời gian chế tạo sản phẩm ngắn. Cần chọn quy trình gia công phù hợp để đảm bảo độ đồng nhất cao và tránh nguy cơ vật liệu bị phân hủy hoặc lưu hóa cục bộ. Các yếu tố công nghệ như phương pháp, thời gian, nhiệt độ và tốc độ phối trộn ảnh hưởng quyết định đến cấu trúc và tính chất của vật liệu. Điều quan trọng là chọn các polyme phối hợp được với nhau và đưa lại hiệu quả cao, dựa trên yêu cầu kỹ thuật, bản chất hóa học và giá thành.

3.2. Sử Dụng Dung Môi Để Hòa Trộn Cao Su NR BR

Phương pháp chế tạo blend từ dung dịch polyme phù hợp với các polyme có khả năng hòa tan tốt trong dung môi hoặc tan tốt trong các dung môi có khả năng trộn lẫn vào nhau. Để các polyme trong dung dịch phân tán tốt vào nhau cần phải khuấy chúng ở tốc độ cao và kèm theo quá trình gia nhiệt trong thời gian khá dài. Sau khi thu được màng polyme blend, cần phải đuổi hết dung môi bằng phương pháp sấy ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp để tránh rạn nứt bề mặt màng và tránh hiện tượng màng bị phân hủy nhiệt hay phân hủy oxy hóa nhiệt.

IV. Tối Ưu Hóa Tỷ Lệ NR BR Ảnh Hưởng Đến Độ Bền Đế Giày

Nghiên cứu đã thực hiện khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ NR/BR đến tính chất cơ lý của cao su blend. Mẫu được ép ở nhiệt độ 150OC, lực ép 100 kgf/cm2, lưu hóa trong 6 phút 22 giây với hàm lượng NR tăng dần. Kết quả cho thấy khi tăng hàm lượng NR thì độ bền kéo, độ bền xé và độ mài mòn của blend NR/BR thay đổi. Khi cao su blend ở tỷ lệ 70/30 thì tính chất cơ lý của blend đạt tiêu chuẩn cho phép. Từ đường cong ứng suất biến dạng cho thấy rằng đường cong ứng suất biến dạng của cao su blend nằm khoảng giữa hai cao su thành phần.

4.1. Tỷ Lệ NR BR Ảnh Hưởng Độ Bền Kéo

Khi tăng hàm lượng NR từ 0 đến 100 phần, độ bền kéo của blend NR/BR tăng dần. Khi hàm lượng NR tăng từ 0 lên 20 phần khối lượng, độ bền kéo tuy có tăng nhưng nhỏ. Khi hàm lượng NR tăng từ 20 đến 40 phần khối lượng thì độ bền kéo tăng mạnh hơn và rõ rệt. Khi hàm lượng NR tăng từ 40 phần khối lượng lên 100 phần khối lượng thì độ bền kéo tăng ít hơn so với độ bền kéo của hỗn hợp khi NR tăng từ 20 đến 40 phần khối lượng.

4.2. Tỷ Lệ NR BR Ảnh Hưởng Độ Bền Xé

Khi tăng hàm lượng NR từ 20 đến 100 phần khối lượng thì độ bền xé của blend NR/BR tăng lên. Khi tăng hàm lượng NR từ 20 phần khối lượng lên 50 phần khối lượng thì độ bền xé tuy có tăng nhưng mà nhỏ và gần như không thay đổi. Khi tăng hàm lượng NR từ 50 phần khối lượng lên 60 phần khối lượng thì độ bền xé tăng lên. Khi hàm lượng NR tăng lên 70 phần khối lượng thì độ bền xé tăng gần như không thay đổi. Khi hàm lượng NR tăng lên 80 và 100 phần khối lượng thì độ bền xé tăng mạnh.

4.3. Tỷ lệ NR BR Ảnh Hưởng đến độ mài mòn

Khi tăng hàm lượng NR từ 0 cho đến 100 phần khối lượng thì độ mài mòn của blend NR/BR tăng dần. Khi không blend 2 loại cao su, độ mài mòn sau lão hóa tăng rất lớn, nhưng khi blend 2 loại cao su vào, độ mài mòn sau lão hóa đã được cải thiện đáng kể. Ở tỷ lệ 70/30, độ mài mòn sau lão hóa tuy có tăng lên nhưng ở mức cho phép.

V. Ứng dụng và nghiên cứu blend cao su NR BR trong và ngoài nước

Ứng dụng của cao su tự nhiên NR và cao su butadien BR trong và ngoài nước hiện nay, khá được nhiều người quan tâm, khá nhiều công trình nghiên cứu phát triển blend hai loại cao su này. Một số công trình nghiên cứu như Supat Moolsin đã cải thiện tính chất cơ học của blend NR/BR (50/50) với 5 phần khối lượng ENR-25 và giảm thời gian lưu hóa xuống 20÷50 %[8]; Hsien-Tang Chiu, Wei-Che Li và Peir-An Tsai chỉ ra độ nhớt Mooney có xu hướng giảm khi tăng hàm lượng BR trong blend NR/BR, thời gian lưu hóa được cải thiện khi tăng lượng NR. Sau đó, trong một nghiên cứu khác của Hsien-Tang Chiu với cộng sự là Peir-An Tsai cho thấy rằng cả độ bền kéo và độ bền xé tăng khi tăng hàm lượng NR trong blend NR/BR.

5.1. Nghiên cứu ngoài nước

Một số công trình nghiên cứu ngoài nước như Supat Moolsin đã cải thiện tính chất cơ học của blend NR/BR (50/50) với 5 phần khối lượng ENR-25 và giảm thời gian lưu hóa xuống 20÷50 %[8]; Hsien-Tang Chiu, Wei-Che Li và Peir-An Tsai chỉ ra độ nhớt Mooney có xu hướng giảm khi tăng hàm lượng BR trong blend NR/BR, thời gian lưu hóa được cải thiện khi tăng lượng NR. Sau đó, trong một nghiên cứu khác của Hsien-Tang Chiu với cộng sự là Peir-An Tsai cho thấy rằng cả độ bền kéo và độ bền xé tăng khi tăng hàm lượng NR trong blend NR/BR

5.2. Nghiên cứu trong nước

Ở nước ta, vấn đề nghiên cứu cao su blend mới chỉ được quan tâm từ đầu năm 90 của thế kỷ trước, nhưng lĩnh vực này đang có cơ hội phát triển. Theo các chuyên gia trong ngành, việc phát triển nghiên cứu chế tạo và ứng dụng cao su blend là nhằm vào mục tiêu sản xuất các sản phẩm cao su kỹ thuật từ loại vật liệu này trên cơ sở sử dụng cao su tự nhiên theo hướng cải thiện các tính năng cơ lý, kỹ thuật của vật liệu và áp dụng công nghệ chế tạo các sản phẩm cao su kỹ thuật với giá thành hợp lý để mở rộng phạm vi ứng dụng nguồn cao su tự nhiên sẵn có trong nước

VI. Tổng kết và đưa ra kết luận

Tóm lại, việc nghiên cứu và sử dụng blend cao su NR/BR trong sản xuất đế giày vải là một hướng đi đầy tiềm năng. Bằng cách tối ưu hóa tỷ lệ pha trộn và quy trình chế tạo, chúng ta có thể tạo ra các sản phẩm đế giày vừa có độ bền cao, vừa có tính thẩm mỹ, đồng thời giảm chi phí sản xuất và tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước.

6.1. Ưu điểm

Ưu điểm Blend cao su NR/BR trong sản xuất đế giày vải là một hướng đi đầy tiềm năng. Bằng cách tối ưu hóa tỷ lệ pha trộn và quy trình chế tạo, chúng ta có thể tạo ra các sản phẩm đế giày vừa có độ bền cao, vừa có tính thẩm mỹ, đồng thời giảm chi phí sản xuất và tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước.

6.2. Hạn chế và khắc phục

Hạn chế và khắc phục Blend cao su NR/BR trong sản xuất đế giày vải là một hướng đi đầy tiềm năng. Bằng cách tối ưu hóa tỷ lệ pha trộn và quy trình chế tạo, chúng ta có thể tạo ra các sản phẩm đế giày vừa có độ bền cao, vừa có tính thẩm mỹ, đồng thời giảm chi phí sản xuất và tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước.

Tóm tắt và mô tả trên trang này được tạo với sự hỗ trợ của AI. Nếu bạn thấy nội dung không chính xác hoặc có vấn đề, vui lòng Báo lỗi nội dung.

Nghiên Cứu Blend Cao Su Tự Nhiên/Butadien Cho Đế Giày Vải