Nghiên Cứu Chế Tạo Cao Su Chống Rung Trên Cơ Sở Cao Su Thiên Nhiên

• Tác giả: Trần Viết Tiệp
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Việt Hưng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Cao Su Chống Rung Từ Cao Su Thiên Nhiên
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Cao su tự nhiên (CSTN)
• 1.2. Lịch sử phát triển
• 1.3. Thành phần và cấu tạo của cao su tự nhiên
• 1.4. Tính chất cơ lý của CSTN
• 1.5. Tính chất hóa học CSTN
• 1.6. Tính công nghệ CSTN
• 1.7. Ứng dụng CSTN
• 1.8. Kết cấu chống rung
• 1.9. Các vật liệu chống rung
• 1.10. So sánh giữa các vật liệu
• 1.11. Vật liệu chống rung trên cơ sở cao su
• 1.12. Ảnh hưởng của loại cao su
• 1.13. Ảnh hưởng của hệ xúc tiến
• 1.14. Ảnh hưởng của chất độn
• 1.15. Ảnh hưởng của chất hóa dẻo
• 1.16. Một số đặc điểm về tính chất cơ học của cao su trong KCCR
• 1.17. Modun đàn hồi (E), modun trượt (G)
• 1.18. Modun đàn hồi động (Ed), độ cứng động (Td)
• 1.19. Kết cấu chống rung cao su trong phương tiện đường sắt
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất và thiết bị
• 2.2. Phương pháp chế tạo mẫu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc trưng lưu hóa của cao su
• 3.2. Ảnh hưởng silica và silica biến tính silan
• 3.3. Ảnh hưởng của oxit sắt từ
• 3.4. Ảnh hưởng Blend NR/CR
• 3.5. Các thông số ảnh hưởng đến tính chất cơ lý cao su
• 3.6. Ảnh hưởng của độ nhớt mooney
• 3.7. Ảnh hưởng của loại than
• 3.8. Ảnh hưởng của nhựa đường
• 3.9. Ảnh hưởng của loại silica
• 3.10. Ảnh hưởng đến độ trương nở trong dung môi
• 3.11. Ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật liệu
• 3.12. Ảnh hưởng lên biến dạng nén dư
• 3.13. Ảnh hưởng của thời gian hỗn luyện
• 3.14. Ảnh hưởng của bari ferit
• 3.15. Ảnh hưởng của loại xúc tiến
• 3.16. Tính chất lão hóa nhiệt và tải trọng động
• 3.17. Tính chất cơ lý và hiệu ứng mullin
• 3.18. Sự hình thành và phát triển vết nứt
• 3.19. Hình thành và phát triển vết nứt của mẫu cao su chứa than đen
• 3.20. Hình thành và phát triển vết nứt của cao su chứa silica
• 3.21. Hình thành và phát triển vết nứt của cao su chứa bari ferit
• 3.22. Các tính chất tổng hợp
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Chế Tạo Cao Su Chống Rung NR

Bài viết này trình bày tổng quan về nghiên cứu chế tạo cao su chống rung từ cao su thiên nhiên (NR). Cao su thiên nhiên, với những ưu điểm vượt trội về độ bền kéo và độ đàn hồi, là vật liệu nền tiềm năng cho các ứng dụng cao su kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực chống rung. Tuy nhiên, cao su thiên nhiên cũng tồn tại một số nhược điểm như khả năng chống mài mòn và lão hóa kém. Do đó, các nghiên cứu hiện nay tập trung vào việc cải thiện các tính chất này thông qua các phương pháp biến tính và pha trộn, nhằm tạo ra vật liệu chống rung hiệu quả hơn. Các hệ thống cách ly cơ sở sử dụng cao su ngày càng được ứng dụng rộng rãi để bảo vệ các công trình xây dựng khỏi động đất, đặc biệt ở các quốc gia như Nhật Bản, Hoa Kỳ và Trung Quốc, cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu cao su. Theo nghiên cứu của Abdulhadi, Irbid, mô hình toán học của cao su có độ tin cậy cao trong việc phân tích và kiểm soát rung động.

1.1. Lịch Sử Phát Triển và Ứng Dụng Cao Su Thiên Nhiên

Từ lâu, cao su thiên nhiên đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Lịch sử phát triển của nó gắn liền với việc khám phá ra các tính chất độc đáo, đặc biệt là khả năng đàn hồi. Các nền văn hóa cổ đại ở Mesoamerica đã biết sử dụng mủ cao su để tạo ra các sản phẩm như bóng ném. Sau này, với phát minh ra quá trình lưu hóa của Charles Goodyear, cao su thiên nhiên trở thành một vật liệu công nghiệp quan trọng. Hiện nay, mặc dù cao su tổng hợp đã ra đời, cao su thiên nhiên vẫn giữ vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là những ứng dụng đòi hỏi độ bền và khả năng đàn hồi cao. Việc chế tạo cao su không ngừng được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

1.2. Thành Phần và Cấu Trúc Cao Su Tự Nhiên NR

Cao su thiên nhiên (NR) có thành phần phức tạp, bao gồm các polyme isopren, protein, lipid, carbohydrate và muối vô cơ. Thành phần này có thể thay đổi tùy thuộc vào giống cây, điều kiện sinh trưởng và quy trình chế biến. Axit béo trong cao su đóng vai trò là trợ xúc tiến cho quá trình lưu hóa. Cấu trúc của cao su thiên nhiên là chuỗi polyme dài, tạo nên tính đàn hồi đặc trưng. Các nghiên cứu về thành phần và cấu trúc giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về tính chất cao su và từ đó, tìm ra các phương pháp biến tính hiệu quả hơn.

II. Thách Thức Yêu Cầu Chế Tạo Cao Su Chống Rung Hiệu Quả

Mặc dù cao su thiên nhiên có nhiều ưu điểm, việc chế tạo cao su chống rung hiệu quả vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Khả năng chống mài mòn, chịu nhiệt và kháng dầu của cao su thiên nhiên còn hạn chế. Ngoài ra, sự suy giảm tính chất theo thời gian do lão hóa cũng là một vấn đề cần giải quyết. Do đó, cần có các phương pháp biến tính và pha trộn thích hợp để cải thiện những nhược điểm này. Bên cạnh đó, yêu cầu về độ bền cao su chống rung, khả năng giảm chấn tốt và ổn định trong điều kiện làm việc khắc nghiệt cũng đặt ra những bài toán khó cho các nhà nghiên cứu cao su. Theo Phạm Như Hoàn, nghiên cứu thành công đệm chống rung trên cơ sở cao su butadiene nitril (NBR) làm việc trong điều kiện chịu nén liên tục.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Tới Khả Năng Chống Rung Cao Su NR

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống rung của cao su thiên nhiên. Thành phần hóa học, cấu trúc phân tử, độ cứng, hệ số tắt rung và nhiệt độ là những yếu tố quan trọng. Việc lựa chọn và điều chỉnh các yếu tố này có thể giúp tối ưu hóa tính chất cao su cho ứng dụng chống rung. Hệ số hình dạng cũng có vai trò quan trọng do cao su không bị nén, theo tác giả David Frankovich.

2.2. Bài Toán Về Độ Bền và Tuổi Thọ Cao Su Chống Rung

Độ bền cao su chống rung và tuổi thọ là những yếu tố quan trọng cần được xem xét trong quá trình chế tạo cao su. Cao su phải chịu được tải trọng lớn, biến dạng liên tục và các tác động từ môi trường. Lão hóa, mài mòn và suy giảm tính chất cơ học là những vấn đề thường gặp. Do đó, cần có các biện pháp bảo vệ và tăng cường độ bền cao su chống rung để đảm bảo tuổi thọ của sản phẩm.

III. Phương Pháp Chế Tạo Cao Su Chống Rung Từ Cao Su NR

Việc chế tạo cao su chống rung từ cao su thiên nhiên thường bao gồm các công đoạn chính: pha trộn, lưu hóa và gia công. Quá trình pha trộn nhằm mục đích kết hợp cao su thiên nhiên với các phụ gia như chất độn, chất hóa dẻo, chất ổn định và hệ lưu hóa. Lưu hóa là quá trình tạo liên kết ngang giữa các mạch polyme, tạo nên cấu trúc mạng không gian ba chiều, tăng độ bền cao su chống rung và đàn hồi. Gia công bao gồm các công đoạn tạo hình sản phẩm theo yêu cầu. Điều quan trọng là phải kiểm soát chặt chẽ các thông số kỹ thuật trong từng công đoạn để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu của Bùi Chương, Đặng Việt Hưng sử dụng qui hoạch thực nghiệm và phần mềm phân tích phương sai để nghiên cứu ảnh hưởng của hệ lưu hóa.

3.1. Biến Tính Cao Su Thiên Nhiên NR Bằng Phụ Gia

Biến tính cao su thiên nhiên bằng phụ gia là một phương pháp quan trọng để cải thiện tính chất cao su. Các loại phụ gia thường được sử dụng bao gồm chất độn (silica, than đen), chất hóa dẻo (dầu khoáng, este), chất ổn định (chất chống oxy hóa, chất chống ozon) và hệ lưu hóa (lưu huỳnh, chất xúc tiến). Việc lựa chọn loại phụ gia và hàm lượng phù hợp có thể giúp tăng cường độ bền cao su chống rung, khả năng chịu nhiệt, kháng dầu và chống lão hóa. Nghiên cứu cho thấy chất độn ảnh hưởng lớn đến mô đun tổn hao của NBR nhưng lại ảnh hưởng đến tan  trong pha NR.

3.2. Quy Trình Lưu Hóa Cao Su Để Tối Ưu Độ Bền

Lưu hóa là quá trình quan trọng nhất trong quy trình chế tạo cao su. Quá trình này tạo ra các liên kết ngang giữa các mạch polyme, biến đổi cao su từ trạng thái dẻo sang trạng thái đàn hồi. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lưu hóa bao gồm: loại chất lưu hóa, hàm lượng chất lưu hóa, nhiệt độ lưu hóa và thời gian lưu hóa. Việc tối ưu hóa các thông số này giúp đạt được độ bền cao su chống rung và các tính chất cơ học mong muốn. Theo Goodyear, lưu hóa bao gồm một liên kết chéo của các phân tử cao su với lưu huỳnh để tạo ra cấu trúc mạng không gian ba chiều và ổn định.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Cao Su Chống Rung Từ Cao Su NR

Ứng dụng cao su chống rung từ cao su thiên nhiên rất đa dạng. Chúng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như ô tô, đường sắt, xây dựng, điện tử và công nghiệp. Trong ô tô, cao su chống rung được sử dụng để giảm tiếng ồn và rung động từ động cơ, hệ thống treo và hệ thống phanh. Trong đường sắt, chúng được sử dụng để giảm rung động từ tàu và đường ray. Trong xây dựng, chúng được sử dụng để cách ly rung động từ các công trình xung quanh. Sự hình thành và phát triển của vết nứt được quan sát trong các mẫu cao su khác nhau cho thấy đặc tính của vật liệu có thể được điều chỉnh cho phù hợp với từng ứng dụng.

4.1. Cao Su Chống Rung Trong Ngành Công Nghiệp Ô Tô

Trong ngành công nghiệp ô tô, cao su chống rung đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện sự thoải mái và an toàn cho người sử dụng. Chúng được sử dụng trong hệ thống treo để giảm xóc và rung động, trong hệ thống phanh để giảm tiếng ồn và rung động, và trong động cơ để giảm tiếng ồn và rung động. Việc sử dụng cao su chống rung giúp tăng tuổi thọ của các bộ phận và giảm thiểu sự mệt mỏi cho người lái xe. Các nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm các vật liệu cao su có hiệu suất cao hơn để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành công nghiệp ô tô.

4.2. Sử Dụng Cao Su Chống Rung Trong Xây Dựng và Giao Thông

Cao su chống rung được sử dụng rộng rãi trong xây dựng và giao thông để giảm thiểu tác động của rung động lên các công trình và cơ sở hạ tầng. Chúng được sử dụng trong các hệ thống cách ly cơ sở để bảo vệ các tòa nhà khỏi động đất, trong các cầu và đường ray để giảm rung động từ xe cộ, và trong các máy móc và thiết bị công nghiệp để giảm tiếng ồn và rung động. Việc sử dụng cao su chống rung giúp tăng tuổi thọ của các công trình và cơ sở hạ tầng, giảm thiểu chi phí bảo trì và sửa chữa, và cải thiện chất lượng cuộc sống cho cộng đồng.

V. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Cao Su Chống Rung

Nghiên cứu chế tạo cao su chống rung từ cao su thiên nhiên là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Với những ưu điểm vượt trội về độ bền và độ đàn hồi, cao su thiên nhiên là một vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng chống rung. Tuy nhiên, cần có các phương pháp biến tính và pha trộn thích hợp để cải thiện các nhược điểm của cao su thiên nhiên. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc phát triển các vật liệu cao su có hiệu suất cao hơn, tuổi thọ dài hơn và thân thiện với môi trường hơn.

5.1. Tối Ưu Hóa Công Nghệ Chế Tạo Cao Su Chống Rung NR

Tối ưu hóa công nghệ chế tạo cao su chống rung là một hướng đi quan trọng. Điều này bao gồm việc cải tiến quy trình pha trộn, lưu hóa và gia công để đạt được hiệu suất cao nhất. Nghiên cứu về các phương pháp mới để biến tính cao su thiên nhiên và phát triển các loại phụ gia mới cũng là rất cần thiết. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến như mô phỏng máy tính và in 3D có thể giúp đẩy nhanh quá trình nghiên cứu và phát triển. Kết quả của các nghiên cứu cho thấy sự cải thiện độ bền kéo và từ tính bão hòa so với cao su tự nhiên.

5.2. Nghiên Cứu Vật Liệu Mới Cho Ứng Dụng Cao Su Kỹ Thuật

Nghiên cứu các vật liệu mới cho ứng dụng cao su kỹ thuật là một hướng đi đầy hứa hẹn. Điều này bao gồm việc khám phá các loại cao su tổng hợp mới có tính chất vượt trội, cũng như việc phát triển các vật liệu composite kết hợp cao su với các vật liệu khác như kim loại, gốm sứ và polyme. Các vật liệu mới này có thể giúp tạo ra các sản phẩm cao su chống rung có độ bền cao su chống rung, khả năng giảm chấn tốt hơn và khả năng chịu được các điều kiện làm việc khắc nghiệt.

Tổng quan nghiên cứu

Cao su thiên nhiên (CSTN) là nguồn tài nguyên tái tạo quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp cao su nhờ tính chất vật lý ưu việt như độ co dãn cao và độ bền kéo lớn. Tuy nhiên, CSTN cũng tồn tại những hạn chế như khả năng chống mài mòn thấp, tính chất lão hóa kém và độ chịu dầu hạn chế. Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu chế tạo cao su chống rung trên cơ sở CSTN nhằm nâng cao khả năng tắt rung dưới tải trọng lớn là một vấn đề cấp thiết. Mục tiêu nghiên cứu là phát triển vật liệu cao su có khả năng giảm chấn hiệu quả, phù hợp với các ứng dụng kỹ thuật như đệm chống rung trong phương tiện giao thông và thiết bị công nghiệp.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát ảnh hưởng của các thành phần trong đơn pha chế như chất độn, chất hóa dẻo, hệ xúc tiến lưu hóa đến tính chất cơ lý và khả năng chống rung của cao su thiên nhiên. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2016-2018 tại Trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao giá trị sử dụng của cao su thiên nhiên Việt Nam, giảm sự phụ thuộc vào cao su tổng hợp nhập khẩu, đồng thời mở rộng ứng dụng cao su chống rung trong các lĩnh vực kỹ thuật và công nghiệp.

Theo số liệu thống kê, cao su butyl và cao su nitril có hệ số tắt rung (tan δ) cao nhất, trong khi cao su tự nhiên có giá trị tan δ dao động từ 0,05 đến 0,15. Việc phối trộn cao su thiên nhiên với các loại cao su tổng hợp và các chất phụ gia nhằm tối ưu hóa tính chất chống rung và độ bền cơ học là hướng đi quan trọng. Nghiên cứu này góp phần làm rõ cơ chế ảnh hưởng của các thành phần trong đơn pha chế đến đặc tính lưu hóa và tính chất cơ học của cao su chống rung, từ đó đề xuất công thức chế tạo phù hợp cho các ứng dụng thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết đàn hồi nhớt của cao su: Cao su được xem là vật liệu đàn hồi nhớt, trong đó hiện tượng trễ pha giữa ứng suất và biến dạng tạo ra khả năng tiêu tán năng lượng cơ học, thể hiện qua hệ số tắt rung tan δ. Mô đun đàn hồi (E) và mô đun trượt (G) là các đại lượng cơ bản mô tả tính chất cơ học của cao su, với quan hệ E = 3G khi coi cao su là vật liệu không nén.

• Mô hình động học lưu hóa: Quá trình lưu hóa cao su được mô tả bằng các phương trình động học thực nghiệm, trong đó tốc độ phản ứng lưu hóa phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình Arrhenius. Các tham số như năng lượng hoạt hóa, hằng số tốc độ và bậc phản ứng được xác định thông qua phân tích số liệu lưu hóa bằng phần mềm Matlab.

• Khái niệm về vật liệu chống rung: Khả năng chống rung của vật liệu được đánh giá qua hệ số tắt rung tan δ và mô đun tổn hao. Vật liệu có tan δ cao và mô đun tổn hao lớn có khả năng hấp thụ và phân tán năng lượng dao động hiệu quả. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất này bao gồm loại cao su, chất độn, chất hóa dẻo và hệ xúc tiến lưu hóa.

Các khái niệm chính bao gồm: tan δ (hệ số tắt rung), modun đàn hồi động (E_d), độ cứng Shore A, động học lưu hóa, và ảnh hưởng của các chất phụ gia đến tính chất cơ học và chống rung.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các mẫu cao su thiên nhiên và blend cao su thiên nhiên - clopren được chế tạo tại phòng thí nghiệm. Các mẫu được chuẩn bị theo đơn pha chế khác nhau, với các thành phần như silica biến tính, oxit sắt từ, bari ferit, than đen, nhựa đường và các loại xúc tiến lưu hóa.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích lưu hóa: Sử dụng máy đo lưu hóa MDR 2020 theo tiêu chuẩn ASTM D5289 để xác định các thông số lưu hóa như mô men xoắn tối thiểu (ML), mô men xoắn tối đa (MH), thời gian cảm ứng (ts1), thời gian lưu hóa (tc90) ở các nhiệt độ từ 130°C đến 150°C.

• Đo tính chất cơ lý: Đo độ bền kéo, độ dãn dài, độ cứng Shore A bằng máy INSTRON 5582 và đồng hồ đo độ cứng Shore A TFCLOCKGS 709N.

• Đo tính chất chống rung: Thiết bị đo mỏi động ZL3006A được sử dụng để khảo sát khả năng chịu mỏi và tính chất đàn hồi nhớt của cao su dưới tải trọng động.

• Phân tích động học lưu hóa: Áp dụng mô hình động học thực nghiệm và phần mềm Matlab để tính toán năng lượng hoạt hóa và bậc phản ứng dựa trên dữ liệu lưu hóa.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài từ năm 2016 đến 2018, bao gồm giai đoạn chuẩn bị mẫu, thử nghiệm lưu hóa và tính chất cơ lý, phân tích dữ liệu và hoàn thiện luận văn.

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm nhiều mẫu cao su với các biến thể thành phần khác nhau, được chọn mẫu ngẫu nhiên nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả. Phương pháp phân tích số liệu kết hợp giữa phân tích thống kê mô tả và mô hình hồi quy phi tuyến để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến tính chất cao su.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của silica và silica biến tính đến lưu hóa: Mẫu cao su thiên nhiên chứa silica biến tính có thời gian lưu hóa ngắn hơn và mô men xoắn tối đa (MH) cao hơn so với mẫu không chứa silica hoặc chứa silica không biến tính. Cụ thể, ở 135°C, MH của mẫu chứa silica biến tính đạt 31,31 lb-in, cao hơn so với 30,54 lb-in của mẫu chứa silica không biến tính và 31,59 lb-in của mẫu không chứa silica. Điều này cho thấy silan biến tính giúp tăng cường phản ứng lưu hóa và cải thiện độ cứng của cao su.

2. Ảnh hưởng của chất độn và chất hóa dẻo đến tính chất cơ lý và chống rung: Tăng hàm lượng than đen và silica làm tăng độ cứng và hệ số tắt rung tan δ. Ví dụ, hàm lượng mica tăng từ 0% đến 50% làm hệ số tắt rung tăng từ 0,89 đến 1,03, đồng thời nhiệt độ cực đại tắt rung cũng tăng từ -1°C lên 14°C. Tuy nhiên, hàm lượng chất hóa dẻo quá cao có thể làm giảm độ cứng và ảnh hưởng đến độ bền mỏi của cao su.

3. Ảnh hưởng của hệ xúc tiến lưu hóa: Hệ xúc tiến lưu hóa ảnh hưởng đến độ cứng, khả năng chịu nhiệt và hệ số tắt rung. Hệ xúc tiến phenolic và quinon cho giá trị tan δ cao hơn và độ dãn dài nhỏ hơn so với hệ lưu hóa bằng lưu huỳnh truyền thống. Sử dụng xúc tiến DZ làm tăng năng lượng tiêu tán và giảm độ đàn hồi nảy, cải thiện tính chất tắt rung.

4. Tính chất lão hóa nhiệt và tải trọng động: Cao su lưu hóa với hệ xúc tiến phù hợp có khả năng duy trì độ bền kéo và độ dãn dài sau khi chịu tải trọng chu kỳ ở nhiệt độ 70°C trong thời gian lên đến 216 giờ. Mô hình động học lưu hóa cho thấy năng lượng hoạt hóa của quá trình lưu hóa nằm trong khoảng phù hợp với các phản ứng hóa học của cao su thiên nhiên và các chất phụ gia.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc sử dụng silica biến tính silan không chỉ rút ngắn thời gian lưu hóa mà còn nâng cao mô men xoắn tối đa, từ đó cải thiện độ cứng và khả năng chống rung của cao su. Điều này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về vai trò của silan trong việc tăng cường liên kết giữa cao su và chất độn silica, giúp tăng cường tính chất cơ học và độ bền của vật liệu.

Ảnh hưởng tích cực của chất độn như than đen và mica đến hệ số tắt rung được giải thích bởi sự gia tăng ma sát nội và diện tích tiếp xúc giữa các hạt độn và phân tử cao su, làm tăng khả năng tiêu tán năng lượng dao động. Tuy nhiên, sự gia tăng hàm lượng chất hóa dẻo cần được kiểm soát để tránh làm giảm độ cứng và khả năng chịu mỏi của cao su.

Hệ xúc tiến lưu hóa đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng giữa độ cứng, khả năng chịu nhiệt và hệ số tắt rung. Việc lựa chọn hệ xúc tiến phù hợp giúp tối ưu hóa các tính chất này, đồng thời kéo dài tuổi thọ sản phẩm khi làm việc trong điều kiện tải trọng động và nhiệt độ cao.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đường cong lưu hóa, biểu đồ dãn dài - ứng suất và bảng thống kê các thông số lưu hóa, giúp minh họa rõ ràng sự khác biệt giữa các mẫu cao su với thành phần khác nhau. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế cho thấy kết quả nghiên cứu phù hợp và có tính ứng dụng cao trong việc phát triển cao su chống rung trên cơ sở cao su thiên nhiên.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa đơn pha chế cao su chống rung: Khuyến nghị sử dụng silica biến tính silan với hàm lượng phù hợp để tăng cường liên kết giữa cao su và chất độn, nâng cao độ cứng và khả năng tắt rung. Thời gian và nhiệt độ lưu hóa cần được điều chỉnh dựa trên kết quả động học lưu hóa nhằm đạt hiệu quả tối ưu trong vòng 6 tháng tới. Chủ thể thực hiện: các nhà sản xuất cao su kỹ thuật.

2. Kiểm soát hàm lượng chất hóa dẻo: Đề xuất giới hạn hàm lượng chất hóa dẻo trong khoảng 5-10% để mở rộng vùng chuyển tiếp tắt rung mà không làm giảm độ bền mỏi và độ cứng của cao su. Thời gian áp dụng trong 3-6 tháng. Chủ thể thực hiện: phòng nghiên cứu và phát triển sản phẩm.

3. Lựa chọn hệ xúc tiến lưu hóa phù hợp: Sử dụng hệ xúc tiến phenolic hoặc quinon để tăng khả năng chịu nhiệt và duy trì hệ số tắt rung cao trong điều kiện làm việc khắc nghiệt. Thời gian triển khai trong 6 tháng. Chủ thể thực hiện: kỹ sư công nghệ và nhà máy sản xuất.

4. Ứng dụng công nghệ mô phỏng động học lưu hóa: Áp dụng phần mềm mô phỏng để dự đoán và điều chỉnh quá trình lưu hóa, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí thử nghiệm thực tế. Khuyến nghị triển khai trong 12 tháng. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất cao su.

5. Phát triển sản phẩm cao su chống rung cho ngành giao thông và công nghiệp: Tập trung nghiên cứu và sản xuất các loại đệm chống rung có độ bền cao, khả năng chịu tải trọng lớn, phù hợp với điều kiện làm việc tại Việt Nam. Thời gian phát triển sản phẩm mới dự kiến 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: doanh nghiệp công nghiệp và các trung tâm nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật hóa học, vật liệu: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về cơ chế lưu hóa, ảnh hưởng của các thành phần đến tính chất cao su, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển vật liệu mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất cao su kỹ thuật: Thông tin về công thức pha chế, quy trình lưu hóa và các yếu tố ảnh hưởng giúp cải tiến sản phẩm, nâng cao chất lượng và giảm chi phí sản xuất.

3. Kỹ sư thiết kế và ứng dụng trong ngành giao thông, cơ khí: Hiểu rõ tính chất chống rung của cao su giúp lựa chọn vật liệu phù hợp cho các chi tiết giảm chấn, đệm chống rung trong thiết bị và phương tiện.

4. Cơ quan quản lý và phát triển công nghiệp cao su: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách phát triển ngành cao su kỹ thuật, thúc đẩy ứng dụng cao su thiên nhiên trong công nghiệp, giảm nhập khẩu cao su tổng hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Cao su thiên nhiên có ưu điểm gì trong ứng dụng chống rung?
   Cao su thiên nhiên có độ co dãn cao, độ bền kéo tốt và khả năng đàn hồi nhớt giúp tiêu tán năng lượng dao động hiệu quả. Ngoài ra, nó là nguồn tài nguyên tái tạo, thân thiện môi trường, phù hợp cho các sản phẩm giảm chấn bền vững.

2. Tại sao cần sử dụng silica biến tính trong cao su chống rung?
   Silica biến tính giúp tăng cường liên kết giữa cao su và chất độn, rút ngắn thời gian lưu hóa và nâng cao mô đun đàn hồi, từ đó cải thiện độ cứng và khả năng tắt rung của vật liệu.

3. Hệ xúc tiến lưu hóa ảnh hưởng thế nào đến tính chất cao su?
   Hệ xúc tiến quyết định mật độ liên kết chéo trong cao su, ảnh hưởng đến độ cứng, khả năng chịu nhiệt và hệ số tắt rung. Lựa chọn hệ xúc tiến phù hợp giúp cân bằng các tính chất này để đạt hiệu quả sử dụng tối ưu.

4. Làm thế nào để đánh giá khả năng chống rung của cao su?
   Khả năng chống rung được đánh giá qua hệ số tắt rung tan δ và mô đun tổn hao, thường đo bằng thiết bị đo mỏi động hoặc phân tích cơ học động. Giá trị tan δ cao và mô đun tổn hao lớn biểu thị khả năng hấp thụ năng lượng dao động tốt.

5. Quá trình lưu hóa ảnh hưởng ra sao đến chất lượng cao su chống rung?
   Lưu hóa tạo liên kết chéo giữa các phân tử cao su, quyết định tính đồng nhất và tính chất cơ học của vật liệu. Quá trình lưu hóa tối ưu giúp đạt được độ cứng, độ bền và khả năng chống rung mong muốn, đồng thời kéo dài tuổi thọ sản phẩm.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định được ảnh hưởng tích cực của silica biến tính silan và hệ xúc tiến lưu hóa đến tính chất lưu hóa và cơ lý của cao su thiên nhiên chống rung.
• Các thành phần như than đen, chất hóa dẻo và bari ferit có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh độ cứng và hệ số tắt rung của cao su.
• Mô hình động học lưu hóa được áp dụng thành công để dự đoán quá trình lưu hóa, hỗ trợ tối ưu hóa quy trình sản xuất.
• Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị sử dụng cao su thiên nhiên Việt Nam trong lĩnh vực vật liệu chống rung kỹ thuật.
• Đề xuất các giải pháp cải tiến đơn pha chế và quy trình lưu hóa nhằm phát triển sản phẩm cao su chống rung chất lượng cao, phù hợp với điều kiện thực tế và yêu cầu kỹ thuật.

Tiếp theo, cần triển khai thử nghiệm sản xuất quy mô lớn và ứng dụng thực tế trong các ngành công nghiệp để đánh giá hiệu quả và hoàn thiện sản phẩm. Mời các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm hợp tác phát triển, ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành cao su kỹ thuật Việt Nam.