Người dùng sản phẩm cao su vẫn xem nó là sự ghi nhận chung cho chất lượng của sản phẩm. Vì vậy, người phối trộn cao su luôn tìm cách để tăng giá trị này. Dưới đây là những ý tưởng tăng độ bền kéo của sản phẩm cao su dựa trên cơ sở thí nghiệm được viết trong các tài liệu. Những ý tưởng này có thể không hiệu quả trong một số trường hợp riêng biệt hoặc có ảnh hưởng nhất định lên các tính chất khác, cần xem xét cẩn thận.
1. Ảnh hưởng của cao su nền
Để đạt được độ bền kéo cao nhất, nhìn chung nên sử dụng các loại cao su nền có độ bền kéo tốt, kết tinh khi kéo giãn như cao su thiên nhiên (NR), polychloroprene (CR), cao su isoprene (IR)(cấu trúc phân tử giống cao su thiên nhiên), cao su hydrogenated nitrile (HNBR), hoặc polyurethane (PU). Nhìn chung, cao su thiên nhiên (NR) có độ bền kéo tốt nhất, đặc biệt là các loại tờ xông khói(cao su thiên nhiên RSS). Đối với NR, tránh dùng chất cắt mạch (peptizer) như dibenzamido-diphenyl disulfide hoặc pentachlorothiophenol (PCTP) vì nó có thể giảm độ bền kéo cuối cùng của cao su.
Đối với cao su chloroprene (CR), tăng độ bền kéo được thực hiện bằng cách chọn loại CR có khối lượng phân tử cao và sử dụng chất độn gia cường. SBR nhũ tương nhìn chung tạo nên độ bền kéo cao hơn SBR dung dịch, đặc biệt là SBR polymer hóa nhũ tương ở nhiệt độ thấp +5 oC (41 °F). Các loại cao su nitrile (NBR) với hàm lượng acrylonitrile (ACN) cao, hoặc độ nhớt Mooney (khối lượng phân tử) cao tạo độ bền kéo tốt hơn. Xem xét sử dụng HNBR (hydrogenated nitrile butadiene rubber), XNBR (carboxylated nitrile butadiene rubber).
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.
2. Ảnh hưởng của hệ kết mạng (hệ lưu hóa – lưu huỳnh, chất xúc tiến)
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 sẽ tốt hơn để tránh lưu huỳnh kết mạng cục bộ, đạt được mật độ kết mạng đều hơn, độ bền kéo cuối cùng cao hơn
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(NBR), 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.
3. Ảnh hưởng của chất độn gia cường
Để tăng độ bền kéo của cao su lưu hóa, ngoài loại cao su sử dụng thì việc lựa chọn chất độn gia cường cũng đóng một vai trò quan trọng. Những quy tắc chung sau đây giúp lựa chọn được loại chất độn phù hợp.
Nhìn chung, tăng diện tích bề mặt chất độn gia cường (than đen hoặc silica) – dùng chất độn có kích thước hạt nhỏ - sẽ làm tăng độ bền kéo của sản phẩm cao su. Ngoài ra, lượng chất độn cũng ảnh hưởng đến độ bền kéo của cao su. Ví dụ, khi tăng lượng độn than đen, độ bền kéo cuối của cao su sẽ tăng tới một mức tối ưu, sau đó sẽ giảm xuống. Mức độn tối ưu này thấp hơn khi dùng than đen có kích thước hạt nhỏ hơn. Cải thiện sự phân tán của than đen bằng cách cán luyện lâu hơn cũng sẽ cải thiện độ bền kéo cuối của cao su. Đối với chất độn silica, sử dụng silica hun khói hoặc silica kết tủa (chi phí phù hợp) có diện tích bề mặt cao để tăng độ bền kéo cuối của cao su, ngoài ra xem xét sử dụng silica kết tủa với chất kết hợp silane để giảm các nhóm silanol trên bề mặt hạt silica.
Để đạt được độ bền kéo cuối cao, nên tránh dùng các chất độn không gia cường hoặc “chất độn bổ sung” như đất sét, calcium, carbonate, whiting, đá tan, cát nghiền. Chất độn
hóa chất ngành cao su nghiền giúp giảm lượng cao su thải ra môi trường nhưng ảnh hưởng xấu lên độ bền kéo. Nếu cao su nghiền được dùng để độn vào cao su, chọn loại có kích thước hạt mịn để tránh giảm sút nhiều độ bền kéo.
Tham khảo từ tài liệu Rubber Technologist’s Handbook, Sadhan K. De và Jim R. White, Smithers Rapra Technology, 2001.
Thông tin liên hệ:
Ban Biên tập Hóa chất Mega
Phòng 703 - Nhà OCT3A - Khu ĐTM Resco - Đường Phạm Văn Đồng
Phường Xuân Đỉnh - Quận Bắc Từ Liêm - Thành phố Hà Nội
Tel: (+84) 24 375 89089; Fax: (+84) 24 375 89098
Email: contact@megavietnam.vn; Website: http://megavietnam.vn
