Nguyên tắc chung khi sử dụng vật liệu đàn hồi PU

So với các loại vật liệu đàn hồi khác, điểm nổi bật của vật liệu PU là sự kết hợp của mô-đun Young cao (độ cứng IRHD trên 85-95) với độ giãn dài rất cao tại điểm gãy (> 500%). Sự kết hợp tính chất này cùng với độ bền kéo và tính kháng mài mòn cao, vật liệu đàn hồi PU được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng.

Tuy nhiên, đôi khi rất khó để quyết định loại vật liệu đàn hồi PU nào, loại đổ khuôn, loại nhiệt dẻo hoặc loại cán được, là phù hợp nhất cho một ứng dụng riêng biệt. Một vài nguyên tắc chung có thể giúp ích khi lựa chọn loại vật liệu PU để sử dụng. Khi các tính chất cơ lý được yêu cầu cao nhất, loại đổ khuôn tốt hơn hai loại cán được và nhiệt dẻo. Đối với tính biến dạng dư sau nén, loại đổ khuôn tốt hơn loại nhiệt dẻo ở cả nhiệt độ cao và thấp; nhưng loại cán được, liên kết mạng cộng hóa trị, có sự biến dạng dư sau nén thấp nhất. Về tính kháng hóa chất, polyurethane đổ khuôn và nhiệt dẻo tốt hơn một ít so với loại cán được. Tất cả loại polyurethane đều có tính chất cơ lý cao, mặc dù sự khác biệt giữa các loại là nhận thấy được nhưng điều này là không đáng kể khi so sánh polyurethane với những vật liệu đàn hồi khác.

Dãy nhiệt độ sử dụng tốt nhất cho vật liệu PU là từ -30 tới +80^oC, sự tiếp xúc gián đoạn tới nhiệt độ 100^oC là chấp nhận được. Tính bền thủy phân thấp của vật liệu PU cần được xem xét đến trong các ứng dụng tiếp xúc với nước, đặc biệt khi nhiệt độ trên 50^oC.

Tham khảo từ tài liệu Polyurethane Elastomers, C. Hepburn, Elsevier Science Publisher, 1992, trang 390 – 391

(vtp-vlab-caosuviet)

Tác động của sự lưu hóa lên tính chất của cao su

Sự lưu hóa gây nên những thay đổi đáng kể ở cấp độ phân tử polymer. Phân tử cao su dài (khối lượng phân tử thường từ 100,000 tới 500,000 dalton) được nối với nhau bằng các liên kết mạng dọc theo chuỗi polymer, với khối lượng phân tử trung bình giữa các liên kết mạng từ 4000 tới 10,000 dalton. Vì sự hình thành liên kết mạng, cao su không tan trong bất kỳ dung môi nào, không thể gia công bằng các phương pháp yêu cầu cao su phải chảy như trộn, ép đùn, cán, cán tráng.

Sự hình thành liên kết mạng làm giảm đáng kể sự trễ. Sự trễ là thước đo của năng lượng biến dạng không được trữ trong vật liệu đàn hồi mà nó được chuyển thành nhiệt. Độ bền xé, độ bền mỏi và độ dai cũng liên quan tới mật độ liên kết mạng. Những tính chất này tăng theo lượng liên kết mạng khi mật độ liên kết mạng ít, nhưng giá trị của chúng giảm khi liên kết mạng được hình thành nhiều hơn.

Trong quá trình lưu hóa, còn xảy ra sự chuyển hóa ngược (reversion). Trong đó, cấu trúc mạng lưới bị giảm bởi sự lão hóa nhiệt, là kết quả của quá trình lưu hóa quá dài ở nhiệt độ cao của những sản phẩm có mặt cắt ngang dày. Sự chuyển hóa ngược xảy ra nhiều nhất trong cao su lưu hóa bằng lưu huỳnh, chứa một lượng lớn liên kết mạng polysulfide. Hiện tượng này làm giảm tính chất cơ lý của sản phẩm.

Tham khảo từ tài liệu The Science and Technology of Rubber, 4th Edition, James E. Mark, Burak Erman và C. Michael Roland, Academic Press, 2013, trang 339 – 340

(vtp-vlab-caosuviet)

Kết mạng cao su EPDM bằng lưu huỳnh

Khi sử dụng một hệ kết mạng giống nhau, hai loại cao su EPDM có thể có vận tốc kết mạng và tính chất vật lý khác nhau đáng kể, phụ thuộc nhiều vào khối lượng phân tử polymer, thành phần polymer, đặc biệt là monomer thứ ba. Ví dụ, các loại EPDM với 1,4 hexadiene (1,4 HD) và dicyclopentadiene (DCPD) yêu cầu dùng các chất xúc tiến hoạt tính hơn, lượng nhiều hơn để đạt được vận tốc kết mạng nhanh.

Phân tử cao su EPDM có sự không bão hòa nên cho phép kết mạng bằng lưu huỳnh, các chất xúc tiến thông thường có thể sử dụng. Tuy hệ kết mạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như phương pháp xử lý, tính chất mong muốn, chi phí và tính tương thích, một hệ kết mạng thông thường sẽ chứa một chất xúc tiến thiazole (MBT, MBTS) kết hợp với một thiuram và/hoặc một dithiocarbamate. Ngoài ra, các hệ kết mạng cho lưu huỳnh hoặc lưu huỳnh thấp được sử dụng để tạo nên tính kháng nhiệt tốt và cải thiện sự biến dạng dư sau nén. Ví dụ, hệ kết mạng gồm 3 tới 4 phr của một thiazole (MBT, MBTS, hoặc CBS) kết hợp với một thiuram, một dithiocarbamate và mức lưu huỳnh dưới 1 phr. Khi nhiệt độ tiếp xúc trên 150^oC, nên thêm vào chất chống oxy hóa để nâng cao tính kháng nhiệt của hệ.

Trong một số sản phẩm cao su EPDM đúc khuôn, yêu cầu không có sự di trú của chất xúc tiến, lưu huỳnh ra bề mặt sản phẩm. Để đảm bảo điều này, cần phải duy trì mức sử dụng các hóa chất khác nhau trong giới hạn tan của chúng trong cao su.

Tham khảo từ tài liệu Rubber Technology – Third Edition, Maurice Morton, Springer, 1999, trang 271 – 272

(vtp-vlab-caosuviet)

Phối trộn cao su EPDM

Quá trình trộn EPDM thường được thực hiện với máy trộn kín, như máy trộn Banbury, có thể dùng quá trình cán luyện trong một số trường hợp. Đối với quá trình cán luyện, loại EPDM có độ nhớt thấp hoặc hàm lượng propylene cao được ưa dùng hơn. Các loại polymer có độ nhớt cao hoặc hàm lượng ethylene cao thường khó cán luyện. Hơn nữa, hỗn hợp polymer này thường chứa một lượng lớn chất độn và dầu gia công nên quá trình cán luyện càng khó hơn.

Quy trình trộn phổ biến nhất là thêm các thành phần cùng một lúc. Phụ thuộc vào loại máy cụ thể, thời gian cho chu kỳ trộn có thể thay đổi từ 3 tới 7 phút. Tuy nhiên, khi sử dụng quy trình trộn này, nhiệt độ hỗn hợp cao su tăng rất cao, đạt 115^oC tới 130^oC. Do đó, quy trình này chỉ dùng cho những hỗn hợp EPDM có hàm lượng ethylene trung bình hoặc thấp, dùng các chất độn khoáng hoặc các loại than đen bán gia cường.

Đối với các hỗn hợp EPDM có hàm lượng ethylene cao hoặc khối lượng phân tử rất cao hoặc chứa than đen gia cường (HAF, ISAF), sự phân tán tốt đạt được bằng quy trình thêm nguyên liệu nhiều lần. Trong đó, cao su và một phần than đen được thêm vào máy trộn với rất ít hoặc không sử dụng dầu. Phần than đen và dầu còn lại được thêm vào các lần tiếp theo. Ngoài ra, loại than đen mềm hơn dễ phân tán hoặc loại than đen cấu trúc cao nên được sử dụng kết hợp với loại than đen gia cường cao, khó phân tán hơn.

Tham khảo từ tài liệu Rubber Technology – Third Edition, Maurice Morton, Springer, 1999, trang 268 – 270

(vtp-vlab-caosuviet)

Cải thiện sự an toàn của vật liệu cao su tiếp xúc với thực phẩm (phần 2)

Xem phần 1 tại đây

Ngoài nitrosamine, trong sản phẩm cao su còn xuất hiện các loại amine. Mặc dù không độc như nitrosamine, nhưng chúng cũng ảnh hưởng đến sức khỏe con người, đặc biệt là amine thơm. So với nitrosamine, chúng cũng bắt nguồn từ chất xúc tiến, ngoài ra còn từ chất kết mạng, chất chống lão hóa loại amine. Giải pháp giảm nồng độ amine hiệu quả là dùng các phụ gia không tạo amine. Ví dụ, chất xúc tiến xanthate phân hủy trong quá trình kết mạng chỉ tạo ra isopropanol và các sản phẩm chứa lưu huỳnh.

Trong thời gian gần đây polyaromatic hydrocarbon cũng được cho là nguy hiểm, có khả năng gây ung thư. Trong đó, dầu gia công aromatic và chất độn than đen được xem là chứa nhiều hóa chất này. Điều này thúc đẩy các nhà sản xuất dầu gia công hydrocarbon thay đổi phương pháp sản xuất sao cho dầu gia công aromatic có hàm lượng polyaromatic hydrocarbon ít hơn đáng kể. Ngoài ra, than đen cũng được thay thế bằng các chất độn gia cường khác để đảm bảo hàm lượng polyaromatic hydrocarbon thấp.

Một khuynh hướng khác trong sản xuất các sản phẩm cao su tiếp xúc thực phẩm là sử dụng các công thức cao su đơn giản, ít phụ gia để hạn chế tối thiểu các chất trong sản phẩm cao su di trú vào thực phẩm. Các loại cao su truyền thống (nitrile, EPDM) được thay thế bằng các loại cao su cao cấp hơn, có tính kháng nhiệt và tính kháng hóa chất nổi bật, để không yêu cầu sử dụng thêm phụ gia cải thiện tính chất của cao su. Ví dụ, ống cao su butyl được dùng để vận chuyển rượu. Ngoài ra, các loại cao su nhiệt dẻo cũng được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng tiếp xúc thực phẩm. Những loại cao su này có ưu điểm là không sử dụng hệ kết mạng so với cao su diene truyền thống.

Tham khảo từ tài liệu Food Contact Materials – Rubbers, Silicones, Coatings and Inks, Martin Forrest, iSmithers Rapra Publishing, 2009, trang 116 - 117

(vtp-vlab-caosuviet)

Phòng thử nghiệm cao su vLAB của Cao Su Việt đạt 21 chỉ tiêu hợp chuẩn

Bản tin từ báo Doanh nhân Sài gòn online:

Phòng thử nghiệm vLAB cao su hợp chuẩn của Công ty Cao su Việt ra đời từ năm 2010 với mục tiêu nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu khách hàng.

Bà Hoàng Thanh Dương,Trưởng phòng Công nhận phòng thí nghiệm (giữa) trao đổi với nhân viên phòng vLAB của Công ty Cao Su Việt

Phòng thử nghiệm vLAB của Cao Su Việt đã được công nhận hợp chuẩn ISO/IEC 17025:2005 trên nền tảng thừa hưởng kết quả của ISO 9001:2008 và ISO 14001:2004 mà Công ty Cao Su Việt đã được công nhận vào năm 2008 và 2009.

Ngay từ khi đi vào hoạt động, phòng vLAB của Công ty Cao Su Việt đã được Văn phòng Công nhận Chất lượng (BoA) trực thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ công nhận 12 chỉ tiêu và trong 3 năm qua, phòng đã được công nhận thêm 9 chỉ tiêu nữa.

Với 21 chỉ tiêu hợp chuẩn quốc tế, vLAB đã giúp Công ty Cao Cu Việt tiếp tục nghiên cứu, sản xuất ra những sản phẩm cao su kỹ thuật có chất lượng cao.

Một trong những đề tài thành công từ phòng thử nghiệm là nghiên cứu hoàn thiện sản phẩm "Da cao su tách xương cá" - một sản phẩm cao su gắn liền với việc sản xuất chả cá SURIMI. Sản lượng gấp đôi so với trước đó, giảm công lao động một nửa do nhiều công đoạn được tự động, sản phẩm có hình thức như mong đợi, giá bán không tăng. Da cao su tách xương cá được chế tạo từ loại cao su phù hợp tiêu chuẩn an toàn thực phẩm nên không chỉ được ưa chuộng tại Việt Nam mà còn được nhiều nước lân cận tin dùng.

Bà Hoàng Thanh Dương, Trưởng phòng Công nhận phòng thí nghiệm, chuyên gia đánh giá trưởng của Văn phòng Công nhận chất lượng (BoA) đánh giá: “Phòng thử nghiệm vLAB của Công ty TNHH Cao Su Việt đã được công nhận từ năm 2010, và theo quy định thì cứ 3 năm phải đánh giá lại một lần. Trong đợt đánh giá này, đoàn đã ghi nhận được các kết quả rất khả quan, phòng đã tuân thủ hoàn toàn các quy định của cơ quan công nhận Việt Nam. Cho đến nay, vLAB của Cao Su Việt là phòng thử nghiệm đầu tiên và duy nhất thuộc lĩnh vực cao su công nghiệp được BoA công nhận đạt chuẩn".

BoA được thành lập ngày 10/11/1995 theo Quyết định của Bộ trưởng Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường nay là Bộ Khoa học và Công nghệ, với chức năng tiến hành hoạt động công nhận cho Phòng thí nghiệm, Tổ chức giám định, Tổ chức chứng nhận.

Văn phòng Công nhận Chất lượng hiện đang là thành viên của Tổ chức Công nhận Phòng thí nghiệm Quốc tế (ILAC), Diễn đàn Công nhận Quốc tế ( IAF), Tổ chức Công nhận Phòng thí nghiệm Châu Á - Thái Bình Dương (APLAC), Tổ chức Công nhận Châu Á - Thái Bình Dương (PAC) và là thành viên ký Thoả ước thừa nhận lẫn nhau MRAs của ILAC, IAF, APLAC và PAC.

PHÚC AN
http://www.doanhnhansaigon.vn/online/tin-tuc/kinh-te/2013/10/1077111/phong-vlab-cua-cao-su-viet-dat-21-chi-tieu-hop-chuan/

Cải thiện sự an toàn của vật liệu cao su tiếp xúc với thực phẩm (phần 1)

Các chất nitrosamine bị nghi ngờ là chất gây ung thư cho con người. Vì vậy, khi sử dụng vật liệu cao su tiếp xúc với thực phẩm cần hạn chế mức nitrosamine trong sản phẩm cao su thấp nhất có thể.

Các chất nitrosamine được hình thành do phản ứng của các chất nitro hóa (các nitrogen oxide trong khí quyển) với các amine bậc hai trong cao su. Nguồn tạo nhiều amine bậc hai nhất là các chất xúc tiến trong các hệ kết mạng lưu huỳnh do các amine chính là sản phẩm phân hủy của chất xúc tiến, chủ yếu trong quá trình lưu hóa. Các chất xúc tiến thường dùng tạo ra các amine bậc hai là TMTD, TMTM, ZDMC, TETD,  ZDEC, MBS.

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để tìm hiểu ảnh hưởng của quy trình cán luyện cao su, nhiệt độ lưu hóa, quy trình chiết tách đến quá trình hình thành nitrosamine. Kết quả nghiên cứu cho thấy có một sự khác biệt lớn của mức nitrosamine trong các hỗn hợp cao su cơ bản giống nhau. Một số phương pháp hiệu quả được đề nghị để giảm lượng nitrosamine tạo thành trong sản phẩm cao su. Đầu tiên là phối trộn lại cao su để thay thế toàn bộ hoặc một phần các chất xúc tiến tạo các amine bậc hai bằng các chất xúc tiến không tạo ra amine, ví dụ như CBS, MBT, MBTS và các dithiophosphate. Chất độn than đen nên được thay thế bằng các chất độn gia cường white (như silica) vì than đen cũng được cho là hỗ trợ quá trình tạo nitrosamie. Ngoài ra, hệ kết mạng peroxide nên được sử dụng thay cho hệ kết mạng lưu huỳnh. Khi sử dụng những phương pháp trên phải đảm bảo tính gia công và tính chất cơ lý của cao su được duy trì tốt. Cuối cùng, nếu không thể giảm được mức nitrosamine hình thành thì phải giảm nguy cơ di trú của chúng bằng cách dùng các chất xúc tiến tạo ra các amine bậc hai có khối lượng phân tử cao như TBzTD.

Tham khảo từ tài liệu Food Contact Materials – Rubbers, Silicones, Coatings and Inks, Martin Forrest, iSmithers Rapra Publishing, 2009, trang 114 - 116

(vtp-vlab-caosuviet)

Cải thiện tính kháng nhiệt độ thấp cho cao su (phần 1)

Để tạo các sản phẩm cao su có tính chất tốt ở nhiệt độ thấp, quan trọng là phải sử dụng cao su nền có nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp (Tg). Dĩ nhiên các thành phần phối trộn khác cũng ảnh hưởng đến Tg của hỗn hợp và tính năng ở nhiệt độ thấp của nó, nhưng ảnh hưởng của cao su nền là quan trọng hơn. Một số loại cao su có Tg thấp như cao su silicone (VMQ) (Tg = -120 ^oC), cis-1,4-polybutadiene (Tg = -112 ^oC).

Tuy nhiên, cần chú ý tránh dùng các loại cao su có cấu trúc đều đặn, vì chúng có khả năng kết tinh cao. Cao su silicone (VMQ) có cấu trúc đều đặn sẽ kết tinh ở nhiệt độ khoảng -45 ^oC. Tuy nhiên, khi thêm nhóm phenyl (khoảng 5-7% mol) thay thế cho nhóm methyl (tạo thành cao su silicone PVMQ), sự đều đặn mất đi, sự kết tinh bị ức chế và mở rộng nhiệt độ ứng dụng tới -90 ^oC.

Để cải thiện tính chất ở nhiệt độ thấp của sản phẩm cao su trong từng trường hợp cụ thể, có những gợi ý sau. Đối với cao su thiên nhiên, xem xét trộn polybutadiene với NR vì trong nhiều trường hợp, sự cải thiện tính chất ở nhiệt độ thấp tỷ lệ trực tiếp với lượng BR được thêm vào hỗn hợp. Đối với cao su EPDM, dùng các loại vô định hình (hàm lượng ethylene thấp) để cải thiện tính chất ở nhiệt độ thấp. Tương tự, chọn các loại cao su NBR với mức ACN thấp hơn và các loại SBR với mức styrene thấp hơn để cải thiện tính uốn dẻo ở nhiệt độ thấp. Đối với vật liệu đàn hồi polyurethane, thông thường, lựa chọn polyurethane loại ether từ prepolymer MDI sẽ tạo nên tính chất ở nhiệt độ thấp tốt hơn so với PU loại ester.

Tham khảo từ tài liệu How to Improve Rubber Compounds: 1500 Experimental Ideas for Problem Solving, John S. Dick, Hanser Publications, 2004, trang 92 – 95

(vtp-vlab-caosuviet)

Tăng độ bền xé cho cao su lưu hóa (phần 2)

Xem phần 1 tại đây

Lựa chọn loại chất độn cũng ảnh hưởng đến độ bền xé của sản phẩm cao su. Nhìn chung, tăng diện tích và hoạt tính bề mặt chất độn sẽ làm tăng độ bền xé. Đối với than đen, giảm kích thước hạt (tăng diện tích bề mặt) để tăng tính kháng xé. Chú ý, dùng lượng chất độn than đen tới một mức tối ưu, nếu vượt qua mức này, tính kháng xé sẽ giảm. Đối với chất độn silica, xem xét sử dụng silica kết tủa để cải thiện tính kháng xé, có thể dùng organosilane xử lý silica kết tủa để cải thiện hơn nữa tính kháng xé. Khi sử dụng silica kết tủa, mức độn silica cần thiết khoảng 30 phr hoặc cao hơn. Silica có thể cải thiện tính kháng xé của cao su so với chỉ dùng một mình than đen.

Ngoài ra, việc sử dụng các loại sợi gia cường cũng cải thiện độ bền xé của cao su. Nhìn chung, dùng khoảng 5 phr sợi cotton (hoặc nylon-6, polyester) sẽ tăng đáng kể độ bền xé. Xử lý sợi với polybutadiene maleat hóa (PBDMA) có khối lượng phân tử thấp,  sẽ tăng hơn nữa độ bền xé. Bên cạnh đó, xem xét dùng mức độn thấp sợi aramid ngắn để cải thiện tính kháng xé, như trong một số tài liệu dùng 3-5 phr sợi Kevlar trong hỗn hợp FKM.

Tham khảo từ tài liệu How to Improve Rubber Compounds: 1500 Experimental Ideas for Problem Solving, John S. Dick, Hanser Publications, 2004, trang 84 – 87

(vtp-vlab-caosuviet)

Tính chất hóa lý của neoprene (CR) (phần 2)

Xem phần 1 tại đây

Cao su neoprene có độ bền kéo từ 1000 tới 2500psi, độ giãn dài tại điểm gãy từ 200 tới 600% và độ cứng từ 40-95 Shore A nên phù hợp để sản xuất hầu hết các sản phẩm cao su kỹ thuật như vòng đệm cao su, trục cao su.

Tính chất cơ học nổi bật của cao su neoprene là có thể chịu mài mòn, uốn và xoắn liên tục, chịu va đập cực tốt. Mức tích trữ nhiệt thấp của nó trong quá trình uốn dẻo liên tục đảm bảo chống lại sự mỏi từ các ứng dụng động học, bảo vệ khỏi sự xuất hiện vết nứt do uốn dẻo và phát triển vết cắt. Tính kháng với sự va đập, mài mòn, xé có thể được cải thiện bằng cách phối trộn thêm các hóa chất phù hợp. Ngoài ra, mức biến dạng vĩnh viễn (biến dạng dư sau nén hoặc biến dạng giãn dài) của cao su neoprene là tương đối thấp.

Neoprene có thể hình thành liên kết cơ học rất tốt với vải cotton. Nếu dùng phụ gia phù hợp, nó có thể bám dính tốt với các sợi nhân tạo như sợi thủy tinh, nylon, rayon, acrylic và polyester. Cao su neoprene bám dính tốt với kim loại, như thép carbon, thép không gỉ, nhôm và hợp kim nhôm, đồng thau và đồng khi sử dụng các chất kết dính thương mại.

Tham khảo từ tài liệu Mechanical and Corrosion-Resistant Properties of Plastics and Elastomers, Philip A. Schweitzer, CRC Press, 2000, trang 283 - 284

(vtp-vlab-caosuviet)

Tăng độ bền xé cho cao su lưu hóa (phần 1)

Tính kháng xé là một trong những đặc tính quan trọng của sản phẩm cao su kỹ thuật. Việc lựa chọn cao su nền sử dụng có ảnh hưởng quyết định đến tính chất này.

Đối với các loại cao su tổng hợp như cao su isoprene (IR) và butadiene (BR), chọn loại có hàm lượng cis cao sẽ cải thiện tính kháng xé của hỗn hợp, tạo nên đặc trưng xé có nhiều mắc cản. Điều này là do sự kết tinh khi kéo căng do hàm lượng cis cao. Dùng cao su carboxylated nitrile (XNBR) với lượng zinc oxide thích hợp thay thế cho cao su nitrile truyền thống (NBR) để đạt được tính kháng xé cao hơn. Đối với cao su styrene-butadiene (SBR), lượng styrene thấp hơn sẽ cải thiện tính mỏi do uốn dẻo và tính kháng xé cho hỗn hợp. Để có tính kháng xé tốt, tránh dùng cao su silicone hoặc fluorosilicone.

Vật liệu đàn hồi polyurethane có thể tạo nên tính kháng cắt và xé vượt trội so với cao su diene truyền thống. Tính kháng xé của hệ polyurethane đổ khuôn hai thành phần có thể tăng bằng cách điều chỉnh tỷ lệ chất kết mạng. Lượng chất kết mạng [như methylene-bis-orthochloroaniline (MBCA)] dùng nhiều hơn mức tính toán lý thuyết (như 105% mức lý thuyết) có thể tăng độ bền xé. Ngoài ra, chọn polyurethane loại ester sẽ tạo nên độ bền xé cao hơn, phù hợp cho các ứng dụng khắc nghiệt.

Tham khảo từ tài liệu How to Improve Rubber Compounds: 1500 Experimental Ideas for Problem Solving, John S. Dick, Hanser Publications, 2004, trang 81 – 83

(vtp-vlab-caosuviet)

Tăng tính tưng nảy, giảm trễ đàn hồi cho cao su lưu hóa (phần 2)

Xem phần 1 tại đây

Mặc dù cao su nền có ảnh hưởng quyết định đến tính tưng nảy và sự trễ đàn hồi của sản phẩm cao su, việc lựa chọn chất độn gia cường sử dụng (than đen) cũng ảnh hưởng nhiều đến những tính chất này.

Thông thường, sử dụng loại than đen có hoạt tính bề mặt cao để giảm sự trễ đàn hồi và cải thiện tính tưng nảy cho cao su. Hoạt tính bề mặt của than đen càng cao, liên kết giữa bề mặt hạt than đen và vật liệu đàn hồi càng bền chặt. Vì vậy, ít có sự trượt giữa bề mặt than đen và chuỗi cao su. Khi dùng than đen hoạt tính cao, lượng than đen sử dụng giảm đáng kể, làm giảm sự mất năng lượng do ma sát nội hoặc hình thành lại các điểm tiếp xúc chất độn/polymer, do đó góp phần giảm sự trễ đàn hồi, tăng tính tưng nảy. Trong trường hợp này, cần điều chỉnh lại lượng dầu gia công thích hợp để duy trì độ cứng của sản phẩm cao su.

Ngoài ra, sử dụng than đen có cấu trúc phức tạp, diện tích bề mặt lớn cũng cải thiện tính tưng nảy. Tuy nhiên, nên dùng loại than đen có tính kháng nghiền do than đen cấu trúc cao thường bị nghiền trong quá trình cán luyện và chuyển thành dạng than đen thường. Sử dụng loại than đen nano với độ nhám và diện tích bề mặt cao cũng giảm đáng kể sự trễ đàn hồi trong một khoảng biến dạng rộng.

Tham khảo từ tài liệu How to Improve Rubber Compounds: 1500 Experimental Ideas for Problem Solving, John S. Dick, Hanser Publications, 2004, trang 64 – 67

(vtp-vlab-caosuviet)

An toàn cháy nổ và hóa chất trong công nghiệp cao su

Trong công nghiệp cao su, nguy cơ cháy nổ rất cao, không chỉ từ các dung môi, mà còn từ nguyên liệu thô, thành phẩm và chất thải dễ cháy. Các dung môi có thể tạo nên một thể tích lớn hơi dễ cháy ở nhiệt độ phòng. Khi hơi này được trộn lẫn với không khí, hỗn hợp có thể bắt cháy và cháy dữ dội. Do đó, các dung môi dễ cháy phải được trữ trong khu vực riêng biệt, được phân phối và sử dụng ở nơi an toàn, thông khí tốt và không có tia lửa. Nguyên liệu, sản phẩm cao su và chất thải cũng dễ cháy. Khi bắt lửa, chúng tạo nên đám khói màu đen dày rất độc. Để đảm bảo an toàn, giữ những vật liệu này tránh xa các thiết bị gia nhiệt hoặc thiết bị điện, giữ lối ra vào các khu vực tồn trữ và sản xuất sạch sẽ, không có các vật liệu dễ bắt cháy.

Không chỉ gây nguy cơ cháy nổ, dung môi còn ảnh hưởng đến sức khỏe của công nhân. Thực tế, nhiều loại dung môi được sử dụng trong ngành công nghiệp cao su như hydrocarbon no và hydrocarbon thơm (benzene, toluene, xylene) được sử dụng để làm sạch bề mặt cao su, dụng cụ, máy móc, thiết bị; carbon disulfide được sử dụng trong quá trình kết mạng nguội; và chlorinated hydrocarbon (như methylene chloride) trong các chất kết dính không cháy. Tác động chính của dung môi là gây kích ứng da, mắt, phổi, đau đầu, buồn nôn, choáng váng, giảm khả năng định hướng và dễ bị té ngã. Công nhân có thể mất tập trung hoặc giảm phản xạ, ảnh hưởng đến việc thực hiện những nhiệm vụ khó khăn hoặc quan trọng. Tiếp xúc với nồng độ rất cao, trong các khoảng không giới hạn, không thông khí, có thể gây nên sự mất nhận thức hoặc chết.

Tham khảo từ tài liệu Health and Safety in the Rubber Industry, Naesinee Chaiear, Smithers Rapra Press, 2001, trang 15 – 16

(vtp-vlab-caosuviet)

Lựa chọn chất chống oxy hóa

Lựa chọn hệ chất chống oxy hóa cho cao su lưu hóa là một công việc không dễ dàng do có nhiều loại chất chống oxy hóa khác nhau, sự kết hợp và nồng độ của chúng cũng phải được xem xét. Ngoài tính năng, tính tương thích, chi phí của chất chống oxy hóa, một số yếu tố khác hỗ trợ thu hẹp sự lựa chọn như màu sắc, tính độc hại, khả năng tách ra, khả năng bay hơi.

Nếu chất chống oxy hóa có màu tự nhiên, nó gần như sẽ làm mất màu polymer nền mà nó được thêm vào. Nhiều chất chống oxy hóa ban đầu không làm mất màu polymer khi được thêm vào, sau đó vẫn có thể làm mất màu polymer vì các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình gia công, kết mạng hoặc khi sử dụng trong thực tế. Sự mất màu cũng có thể là do sự phân hủy ở bề mặt do tia cực tím.

Các chất chống oxy hóa có thể bị mất đi do bay hơi hoặc bị tách bởi dung môi của môi trường làm việc. Nếu ứng dụng nhiệt độ cao, tránh dùng chất chống oxy hóa dễ bay hơi vì chúng dễ dàng bay hơi khỏi polymer nền. Tương tự, trong ứng dụng mà chi tiết đàn hồi được ngâm trong lưu chất, chất chống oxy hóa có thể bị tách ra. Khi sử dụng các chất chống oxy hóa ít tan, chúng hầu như vẫn còn trong chi tiết cao su, sẽ tạo nên sự bảo vệ lâu hơn. Ví dụ, Naugard 445, Naugard J, và Naugard Q được sử dụng trong các chi tiết đàn hồi được ngâm trong hydrocarbon.

Tham khảo từ tài liệu Handbook of Specialty Elastomers, Robert C. Klingender, CRC Press, 2008, trang 444 - 445

(vtp-vlab-caosuviet)

Tính chất hóa lý của cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên lưu hóa có tính chất cơ học tốt, đặc biệt bền kéo xé tốt. Tính chất nổi bật của cao su thiên nhiên so với cao su tổng hợp là tính tưng nảy và tính phục hồi tốt của nó. Cao su thiên nhiên sau khi bị kéo giãn, phục hồi gần như hoàn toàn kích thước ban đầu của chúng khi được thả ra và sau đó từ từ phục hồi một phần biến dạng dư.

Tính kháng của cao su thiên nhiên với thời tiết và lão hóa tương đối kém. Không giống như vật liệu đàn hồi tổng hợp, cao su thiên nhiên mềm khi bị lão hóa bởi ánh sáng mặt trời do chuỗi polymer bị cắt đứt. Nó chỉ có tính kháng trung bình với ozone.

Cao su thiên nhiên có tính kháng rất tốt với hầu hết các dung dịch muối vô cơ, kiềm, và các acid không oxy hóa (ngoại trừ hydrochloric acid vì nó sẽ phản ứng với cao su để hình thành rubber hydrochloride). Các môi trường oxy hóa mạnh như nitric acid, sulfuric acid đậm đặc, permanganates, dichromates, chlorine dioxide và sodium hypochlorite tấn công mạnh cao su. Các dầu khoáng và dầu thực vật, gasoline, benzene, toluene và chlorinated hydrocarbons gây trương nở cao su. Trong khi đó, nước lạnh có khuynh hướng bảo quản cao su thiên nhiên.

Cao su thiên nhiên được ứng dụng sản xuất các lốp và ruột xe khí nén, dây đai truyền năng lượng, dây đai băng tải, gaskets, phớt, ống, lớp lót bể chứa hóa chất (dung dịch muối vô cơ, kiềm và các acid không oxy hóa), đệm giảm xóc hấp thu âm thanh và rung động và đệm làm kín chống không khí, ẩm, âm thanh và chất bẩn.

Tham khảo từ tài liệu Mechanical and Corrosion-Resistant Properties of Plastics and Elastomers, Philip A. Schweitzer, CRC Press, 2000, trang 277 - 281

(vtp-vlab-caosuviet)

Vấn đề an toàn khi sử dụng máy cán

Máy cán được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cao su. Khi vận hành, sửa chữa và bảo trì, tai nạn thường diễn ra nhất là bị cuốn vào trục cán đang quay. Vấn đề an toàn máy cán liên quan đến nhiều yếu tố như chiều cao máy cán, người vận hành, thiết bị phụ trợ, cách máy cán hoạt động, tính dính của nguyên liệu, thiết bị an toàn.

Chiều cao máy cán nên khác biệt và phù hợp với chiều cao người vận hành máy cán. Tuy nhiên trong thực tế, người vận hành có chiều cao khác nhau thường phải vận hành các máy cán giống nhau. Đối với các máy cán có chiều cao thấp trong khi người vận hành cao, người vận hành có khuynh hướng làm việc quá gần với khe cán. Điều này tạo ra sự nguy hiểm cao hơn vì chỉ có một khoảng thời gian phản ứng rất ngắn để bộ phận an toàn dừng máy cán. Vì vậy, cần điều chỉnh lại thiết bị an toàn tự động cho từng người vận hành.

Nguyên liệu cao su quá dính cũng tăng mối nguy khi vận hành. Nếu cao su dính vào trục máy cán, người vận hành phải dùng dao cắt và kéo nó khỏi trục. Ngoài ra, khi cán luyện một số loại cao su, nhiệt độ tăng cao, người vận hành phải đeo găng tay để thao tác. Trong các trường hợp trên phải đặc biệt cẩn thận vì nguyên liệu có thể cuốn lấy dao, găng tay hoặc tay và kéo vào khe cán của máy cán.

Để tránh các tai nạn liên quan đến máy cán, ngoài việc thao tác sử dụng máy cán đúng cách, vận hành cẩn thận, sử dụng các thiết bị an toàn được xem là phương pháp hiệu quả để tránh các tai nạn. Trong đó, hiệu quả nhất là thanh chắn an toàn tự động không yêu cầu tác động của người vận hành để kích hoạt nó. Khoảng cách dừng phải phù hợp với người vận hành và được kiểm tra hàng tuần, thiết bị hãm phải được kiểm tra lúc bắt đầu mỗi ca làm việc để đảm bảo thiết bị an toàn luôn hoạt động tốt.

Tham khảo từ tài liệu Health and Safety in the Rubber Industry, Naesinee Chaiear, Smithers Rapra Press, 2001, trang 11 – 13

(vtp-vlab-caosuviet)

Giảm sự biến dạng dư của sản phẩm cao su (phần 2)

Xem phần 1 tại đây

Lựa chọn hệ kết mạng sử dụng sẽ ảnh hưởng đến loại liên kết mạng hình thành, mật độ liên kết mạng, từ đó ảnh hưởng đến sự biến dạng dư của sản phẩm cao su.

Nhìn chung, đối với các vật liệu đàn hồi diene, sử dụng các chất cho lưu huỳnh (như TMTD hoặc DTDM) để thay thế một phần hoặc thay thế toàn bộ lưu huỳnh tự do hoặc tăng tỷ lệ của chất xúc tiến trên lưu huỳnh để giảm biến dạng dư sau nén. Các hệ kết mạng dùng các chất xúc tiến cực mạnh như thiurams và dithiocarbamates có khuynh hướng tạo các liên kết mạng monosulfide nhiều hơn so với các chất xúc tiến thiazole hoặc amine, do đó sẽ tạo nên tính kháng biến dạng dư sau nén cho cao su lưu hóa tốt hơn. Xem xét dùng chất kết mạng peroxide để tạo các liên kết mạng carbon-carbon giúp tránh sự biến dạng dư. Ví dụ, sử dụng peroxide kết mạng EPDM sẽ cải thiện tính kháng biến dạng dư sau nén.

Trạng thái kết mạng chặt hơn cũng làm giảm sự biến dạng dư sau nén của sản phẩm cao su. Trạng thái này đạt được bằng cách kéo dài thời gian kết mạng, tăng nhiệt độ kết mạng và thay đổi hệ kết mạng.

Đối với kết mạng peroxide, sử dụng chất kết hợp để thêm vào sự không bão hòa cho hệ, dẫn đến mật độ kết mạng cao hơn so với trường hợp không dùng chất kết hợp. Điều này là do kết mạng một gốc tự do ở vị trí không bão hòa dễ dàng hơn việc tách hydrogen từ một mạch chính bão hòa. Việc sử dụng chất kết hợp dẫn đến phát triển nhiều loại mạng lưới kết mạng khác nhau, tính kháng biến dạng dư sau nén được cải thiện.

Tham khảo từ tài liệu How to Improve Rubber Compounds: 1500 Experimental Ideas for Problem Solving, John S. Dick, Hanser Publications, 2004, trang 55 – 58

(vtp-vlab-caosuviet)

Giảm sự biến dạng dư của sản phẩm cao su (phần 1)

Trong một số ứng dụng thực tế, các sản phẩm cao su được yêu cầu giữ nguyên hình dạng, kích thước ban đầu sau khi chịu nén hoặc kéo. Tuy nhiên, các sản phẩm cao su thường biến dạng dư sau khi chịu ngoại lực tác dụng. Những hướng dẫn chung sau đây sẽ giúp giảm sự biến dạng dư của sản phẩm cao su.

Đầu tiên, sử dụng cao su nền có khối lượng phân tử trung bình cao để giảm biến dạng dư sau nén, như chọn loại cao su nitrile có độ nhớt Mooney cao. Đối với cao su neoprene, loại W tạo nên tính biến dạng dư sau nén ít hơn loại G. Các hệ kết mạng thioureas, Vanax PML®, Vulcacit CRV® tạo nên biến dạng dư thấp khi dùng cho cao su CR. Đối với cao su EPDM, tránh chọn loại EPDM có khả năng kết tinh cao. Ngoài ra đối với cao su NBR, nên chọn loại NBR nhũ tương có nhiều chuỗi nhánh, có hàm lượng ACN thấp.

Đối với polyurethane đổ khuôn, sự biến dạng dư sau nén có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ lệ chất kết mạng/prepolymer. Lượng chất kết mạng cần để phản ứng với tất cả nhóm isocyanate trên prepolymer được xem như 100% lý thuyết. Khi lượng chất kết mạng được dùng ít hơn một ít, 95% lý thuyết, có thể giảm sự biến dạng dư sau nén. Ngoài ra, nên dùng polyurethane từ prepolymer TDI với chất kết mạng amine sẽ cải thiện tính kháng biến dạng dư sau nén so với polyurethane loại MDI được kết mạng diol. Một điều quan trọng khác là phải tuân thủ nghiêm ngặt những đề nghị từ nhà sản xuất liên quan đến thời gian và nhiệt độ cho quá trình kết mạng và post-cure, không được bỏ qua quá trình post-cure.

Tham khảo từ tài liệu How to Improve Rubber Compounds: 1500 Experimental Ideas for Problem Solving, John S. Dick, Hanser Publications, 2004, trang 58 – 62

(vtp-vlab-caosuviet)

Tăng độ bền kéo của cao su lưu hóa (phần 4)

Xem phần 1, 2, 3 tại đây

Việc sử dụng hệ kết mạng cũng ảnh hưởng đáng kể đến độ bền kéo của sản phẩm cao su. Dùng hệ kết mạng truyền thống (nhiều lưu huỳnh, hình thành nhiều liên kết mạng polysulfide) giúp đạt được độ bền kéo cao hơn so với dùng hệ kết mạng hiệu quả (dùng ít lưu huỳnh, nhiều chất xúc tiến, hình thành nhiều liên kết mạng mono- và disulfide).

Khi kết mạng cao su nitrile, loại lưu huỳnh thường đôi khi khó phân tán tốt trong cao su. Vì vậy, nên dùng loại lưu huỳnh xử lý magnesium carbonate để kết mạng cao su nitrile vì nó phân tán đều hơn trong vật liệu đàn hồi phân cực này, giúp tăng độ bền kéo.

Ngoài ra, đảm bảo rằng chất xúc tiến sử dụng phải có điểm nóng chảy cao hơn nhiệt độ của các máy cán luyện, phải đủ mịn để không ảnh hưởng bất lợi lên độ bền kéo. Nếu kích thước hạt không đủ mịn, liên kết mạng trong cao su không đều, giá trị độ bền kéo cuối sẽ giảm, ảnh hưởng đến tuổi thọ thực tế của sản phẩm cao su.

Đối với cao su phải kết mạng bằng peroxide, chú ý phân tán đều peroxide trong cao su trong quá trình cán luyện. Có thể biến tính chuỗi polymer, thêm vào các nhóm Cl, Br ở các vị trí nhất định trên chuỗi polymer, điều này làm cho liên kết mạng hình thành dễ dàng hơn, mật độ kết mạng cao và đồng đều hơn.

Tham khảo từ tài liệu How to Improve Rubber Compounds: 1500 Experimental Ideas for Problem Solving, John S. Dick, Hanser Publications, 2004, trang 32 – 34

(vtp-vlab-caosuviet)

Tăng độ bền kéo của cao su lưu hóa (phần 2)

Xem phần 1 tại đây

Khi kết mạng sản phẩm cao su, nên thực hiện giảm áp chậm tới cuối chu kỳ kết mạng để tránh sản phẩm có lỗ xốp hoặc độ bền kéo thấp. Ngoài ra, xem xét kết mạng ở nhiệt độ thấp hơn trong thời gian dài hơn để tránh lưu huỳnh kết mạng cục bộ, đạt được mật độ kết mạng đều hơn, độ bền kéo cuối cùng cao hơn.

Đối với vật liệu đàn hồi polyurethane, các loại polyester hoặc polyether có độ bền kéo cuối cùng cao. Nếu không tiếp xúc với môi trường thủy phân thì nên chọn polyurethane loại polyester, chúng có độ bền kéo cao hơn. Ngoài ra, độ bền kéo cuối cùng của vật liệu đàn hồi polyurethane đổ khuôn có thể được tăng thêm bằng cách điều chỉnh lượng chất kết mạng. Lượng chất kết mạng (như  methylene-bis-orthochloroaniline, MBCA) được dùng thấp hơn lượng chất kết mạng lý thuyết cần để phản ứng hết với các nhóm isocyanate trên prepolymer, như 95%, có thể cải thiện độ bền kéo cuối của vật liệu đàn hồi polyurethane.

Đối với cao su silicone, độ bền kéo nhìn chung thấp, chúng được dùng chủ yếu trong các ứng dụng nhiệt độ cao. Để tăng độ bền kéo của cao su silicone cần xem xét dùng hỗn hợp silicone-EPDM để thay thế silicone truyền thống.

Ngoài ra, dùng chất độn gia cường có kích thước nhỏ và tăng mức độ phân tán của chất độn thông qua các kỹ thuật cán luyện sẽ làm tăng độ bền kéo của cao su.

Tham khảo từ tài liệu How to Improve Rubber Compounds: 1500 Experimental Ideas for Problem Solving, John S. Dick, Hanser Publications, 2004, trang 27 – 29

(vtp-vlab-caosuviet)