RuBBeR

Lưu biến học cao su và ứng dụng trong công nghệ cao su

Rating: 2 votes, 4.50 average.
Trần Minh Khải
Cty CP Cao Su Thái Dương

LƯU BIẾN HỌC LÀ GÌ?
Lưu biến học là bộ môn nghiên cứu sự biến dạng và dòng chảy của vật chất. Đây cũng là 2 tính chất quan trọng của vật liệu cao phân tử hoặc cao su. Lưu biến học cũng là công cụ kiểm soát chất lượng rất hiệu quả trong công nghệ cao su.

Có một thông số cơ bản của dòng chảy mà môn lưu biến học khảo sát, đó là độ nhớt. Độ nhớt của dòng chảy biểu thị trở lực của dòng chảy. Dòng chảy của vật liệu thực ra phân thành nhiều lớp có vận tốc khác nhau tạo ra lực cắt biến dạng giữa các lớp, tạo ra trở lực của dòng chảy.

Tính chất lưu biến học của cao su rất quan trọng. Thực tế là nếu cao su không thể biến dạng để tạo ra dòng chảy thì ta không thể chế biến được cao su (cán luyện, đùn…)

Người ta dùng máy Rheometer để khảo sát tính lưu biến của vật liệu.
Có 3 loại Rheometer cơ bản:
- Rheometer mao quản.
- Rheometer có rotor (ODR: Oscillating Disc Rheometer).
- Rheometer không rotor (MDR: Moving Die Rheometer).
Trong công nghệ cao su, thường chỉ sử dụng Rheometer ODR, MDR để đo dòng chảy của cao su.

Nguyên tắc đo của máy ODR như sau:
Mẫu cao su được đóng kín trong một khuôn được gia nhiệt ở nhiệt độ nhất định, trong đó có 1 rotor lắc qua lại ở một góc nhất định (thông thường là ±1o) ở tần số 1.67Hz (100 chu kỳ/phút). Lực cắt tác động lên rotor sẽ được đo và ghi trên một biểu đồ hoặc dữ liệu được truyền đến một máy vi tính để xử lý.


Loại MDR nguyên tắc hoạt động giống như ODR, chỉ khác là mặt khuôn dưới được kết hợp luôn với mặt rotor, vì vậy thể tích buồng mẫu nhỏ hơn nhiều, tốc độ gia nhiệt nhanh hơn nên kết quả đo chính xác hơn.


Rheometer được sử dụng rộng rãi trong việc khảo sát tính chất của hỗn hợp cao su sau cán luyện.

Đường cong lưu hóa
Thông thường người ta dùng Rheometer để khảo sát đường cong lưu hóa của hỗn hợp cao su ở một nhiệt độ nhất định, thường là nhiệt độ gia công của hỗn hợp.



Hình 3. Đường cong lưu hóa của hỗn hợp cao su

Từ đường cong lưu hóa, ta xác định được các thông số sau đây:

ML: moment xoắn cực tiểu
Trên biểu đồ là điểm Qmin. ML đặc trưng cho độ nhớt của hỗn hợp ở nhiệt độ khảo sát. ML đặc trưng cho khả năng chế biến của hỗn hợp, tương tự như độ nhớt Mooney. ML càng thấp thì độ dẽo của hỗn hợp càng thấp.
MH: moment xoắn cực đại (module của hỗn hợp sau khi đã lưu hóa). MH đặc trưng cho tính năng cao su đã lưu hóa. MH càng cao -> cao su càng cứng/ cường lực càng cao.

Ts1: thời gian chảy.
Ts1 là thời gian để moment xoắn của hỗn hợp tăng lên được 1 đơn vị kể từ ML. Ts1 là khoảng thời gian hỗn hợp cao su duy trì trạng thái chảy trước khi đi vào trạng thái đóng rắn. Ts1 càng dài, hỗn hợp cao su càng dễ điền đầy khuôn, đặc biệt là các loại khuôn có hoa văn phức tạp. Ts1 càng dài làm hỗn hợp cao su an toàn hơn khi chế biến, giảm hiện tượng tự lưu. Tuy nhiên nếu Ts1 quá dài sẽ làm tăng thời gian lưu hóa, giảm năng suất sản xuất và có thể gây khuyết tật bọt khí trong sản phẩm.

Đối với các hỗn hợp cao su kết dính với vải mành, sợi thép, kim loại, thời gian chảy của hỗn hợp cao su càng dài càng tăng lực kết dính.
Đối với các sản phẩm có nhiều thành phần hỗn hợp cao su, nhiều loại vật liệu kết hợp với nhau (ví dụ: vỏ xe các loại), TS1/TC10 của các hỗn hợp nếu khác nhau quá nhiều sẽ làm các thành phần không kết dính được với nhau tốt.

TC10: thời gian chảy
TC10 là thời gian để moment xoắn tăng được 10% của (MH-ML). TC10 về bản chất tương tự như Ts1, chỉ khác nhau về công thức tính.

TC50
TC50 là thời gian để moment xoắn tăng được 50% (MH-ML).

TC90: thời gian lưu hóa
TC90 là thời gian để moment xoắn tăng được 90% (MH-ML). Đây được xem là thời gian lưu hóa tối ưu của hỗn hợp cao su. Thời gian này giúp ta xác định được thời gian lưu hóa của sản phẩm.
Để xác định thời gian lưu hóa của sản phẩm dùng công thức kinh nghiệm sau:

T lưu hóa (phút)= (bề dầy lớn nhất của sản phẩm(mm))/2 + TC90.
Trong đó: TC90 được đo bằng máy MDR. Nếu TC90 được đo bằng máy ODR thì thời gian lưu hóa tính được sẽ được trừ đi 3 đến 5 phút.
Tuy nhiên cần kết hợp với phương pháp trên với phương pháp xác định điểm lưu hóa blow point để xác định được thời gian lưu hóa thích hợp cho sản phẩm. Để xác định blow point, người ta lưu hóa sản phẩm ở nhiều khoảng thời gian khác nhau và giảm dần khoảng thời gian này. Ở mỗi khoảng thời gian, sản phẩm được cắt ra để quan sát mặt cắt bên trong. Điểm blow point là khoảng thời gian mà mặt cắt bắt đầu xuất hiện các bọt khí nhỏ li ti. Thời gian lưu hóa được xác định là điểm blow point cộng thêm khoảng 20%.

RHEOMETER VÀ QUÁ TRÌNH CÁN LUYỆN

Ngoài việc xác định các thông số cơ bản của hỗn hợp giúp ta thiết kế các đơn pha chế phù hợp, rheometer còn giúp kiểm soát chất lượng quá trình cán luyện, ví dụ: xác định các mẻ cán có đạt các tiêu chuẩn đã xác định, xác định độ đồng đều giữa các mẻ cán.
Hiện nay, các máy Rheometer thường trang bị thêm cả phần mềm phân tích các số liệu đo của các mẻ cán, xác định được năng lực quá trình Cp, Cpk theo phương pháp SPC (Statistical Process Control, Kiểm soát quá trình bằng phương pháp thống kê). Từ kết quả Cp, Cpk, ta xác định được quá trình có năng lực hay không để có các hành động cải tiến.

ĐỘ NHỚT MOONEY
Độ nhớt Mooney được đo bằng máy đo độ nhớt Mooney. Thông số này cũng là một trong các thông số quan trọng của hỗn hợp cao su. Về cơ bản, máy đo độ nhớt Mooney có nguyên tắc hoạt động gần giống như máy Rheometer. Máy dùng để xác định độ nhớt Mooney của hỗn hợp cao su, thang đo từ 0-100.
ML1+4(100oC): độ nhớt Mooney đo ở 100oC, 1 phút dự nhiệt, đo giá trị độ nhớt ở phút thứ 5, đo bằng rotor lớn (L).

MS1+4(100oC): độ nhớt Mooney đo ở 100oC, 1 phút dự nhiệt, đo giá trị độ nhớt ở phút thứ 5, đo bằng rotor nhỏ (S).

Người ta thường đo độ nhớt Mooney của hỗn hợp cao su sau khi cán luyện. Độ nhớt Mooney của hỗn hợp ảnh hưởng đến các quá trình chế biến sau cán luyện: ví dụ ép xuất, cán tráng, ép tiêm. Độ nhớt Mooney càng cao thì hỗn hợp cao su càng cứng, càng khó chế biến. Tuy nhiên độ nhớt Mooney quá thấp cũng dễ gây phế phẩm. Xác định độ nhớt Mooney phù hợp tùy thuộc vào quy trình chế biến, công nghệ sản xuất riêng của từng nhà máy.

T5 (125oC): thời gian mà độ nhớt Mooney tăng lên 5 đơn vị so với giá trị min, ở 125oC. Đây là thời gian tự lưu của hỗn hợp (scorch time). T5 này càng dài, hỗn hợp càng an toàn khi chế biến.

T35 (125oC): thời gian mà độ nhớt Mooney tăng lên 35 đơn vị so với giá trị min, ở 125oC. Đây là thời gian lưu hóa của hỗn hợp.

Tóm lại, hỗn hợp sau cán luyện là đầu vào của các công đoạn chế biến sau này: ép xuất, cán tráng, lưu hóa… để tạo ra sản phẩm cuối cùng. Đầu vào nếu được kiểm soát tốt sẽ tránh được các phế phẩm ở công đoạn sau. Và để kiểm soát được, ta cần hiểu rõ các tính chất lưu biến của hỗn hợp và có các thiết bị đo phù hợp.

Trần Minh Khải
( Viết cho www.caosu.org 24/3/2011 )
Ảnh thu nhỏ đính kèm Ảnh thu nhỏ đính kèm Click image for larger version. 

Name:	Hinh3.jpg‎ 
Views:	11489 
Size:	14.7 KB 
ID:	95   Click image for larger version. 

Name:	NguyenTacHoatDongMDR.jpg‎ 
Views:	10987 
Size:	10.2 KB 
ID:	96   Click image for larger version. 

Name:	NguyenTacHoatDongODR.jpg‎ 
Views:	11179 
Size:	13.3 KB 
ID:	97  

Submit "Lưu biến học cao su và ứng dụng trong công nghệ cao su" to facebook Submit "Lưu biến học cao su và ứng dụng trong công nghệ cao su" to Digg Submit "Lưu biến học cao su và ứng dụng trong công nghệ cao su" to del.icio.us Submit "Lưu biến học cao su và ứng dụng trong công nghệ cao su" to StumbleUpon Submit "Lưu biến học cao su và ứng dụng trong công nghệ cao su" to Google

Updated 26/03/2011 at 23:02 by nguyentuonglinh

Thể loại
Lý thuyết cơ bản

Comments

  1. NGUYỄN BÁ TÒNG's Avatar
    Chào Anh !
    Tôi rất thích bài viết của Anh. Tôi học được nhiều điều ở bài viết này.
    Xin Anh xem lại phần này :
    ML1+4'(100oC): độ nhớt Mooney đo ở 100oC, 1 phút dự nhiệt, đo giá trị độ nhớt ở phút thứ 5, đo bằng rotor nhỏ (S) - Có phải là MS1+4'(100oC) ? Tôi xin hỏi Anh giúp dùm nhé: Mẫu đo nhớt mooney trong cao su so chế là 100% cao su khô, còn mẫu đo độ nhớt như Anh trình bày mẫu là hổn hợp. Vậy độ nhớt nào của cao su sơ chế là thích hợp nhất, cần thiết đối với độ nhớt hổn hợp sẽ cho được sản phẩm hoàn thiện. Nếu độ nhớt mooney của cao su sơ chế nằm ngoài yêu cầu của thang đo độ nhớt hổn hợp, thì có cách gì khắc phục để tạo được sản phẩm vừa ý không?
    Chào thân ái.
    Tòng
    Updated 27/03/2011 at 06:22 by nguyentuonglinh
  2. khaitm's Avatar
    Chào anh Tòng

    Cám ơn nhận xét của anh. Đúng là MS1+4 không phải ML. Tôi sẽ nhờ ban quản trị sửa lại lỗi này giùm.

    Về cao su sơ chế, theo tôi biết, chỉ đo độ nhớt đối với các loại CV. Đối với mỗi loại CV thường có tiêu chuẩn độ nhớt Mooney tương ứng. Thang đo của độ nhớt Mooney của cao su nguyên liệu thường là ML, ít khi nào dùng thang MS vì độ nhớt cao su nguyên liệu thường không quá cao. Nói chung về cách xác định độ nhớt của cao su nguyên liệu và cao su hỗn hợp là tương tự nhau. Chỉ khác là hỗn hợp cao su có nhiều loại có độ cứng rất cao, độn nhiều nên độ nhớt cũng rất cao; đối với các loại hỗn hợp này thường dùng thang MS để đo.

    Cao su nguyên liệu CV thường được các nhà sản xuất sản phẩm dùng với mục đích 1.Ổn định độ dẻo đầu ra của hỗn hợp sau cán luyện, 2. Giảm chi phí sơ luyện cao su. Tôi không có kinh nghiệm nhiều về sơ chế, chỉ biết là để tạo CV người ta đưa chất cắt mạch và chất ổn định vào latex khi chế biến. Đối với mẻ CV không đạt được tiêu chuẩn Mooney thì quả là khó để xử lý lại để có độ nhớt phù hợp. Các nhà sản xuất cao su nguyên liệu có thể có cách xử lý. Còn theo tôi, có thể xử lý bằng cách trộn với các mẻ CV khác hoặc sơ luyện cao su để điều chỉnh lại độ nhớt cho phù hợp.

    Kính chào anh.

    Khải



    Trích dẫn Gửi bởi NGUYỄN BÁ TÒNG
    Chào Anh !
    Tôi rất thích bài viết của Anh. Tôi học được nhiều điều ở bài viết này.
    Xin Anh xem lại phần này :
    ML1+4'(100oC): độ nhớt Mooney đo ở 100oC, 1 phút dự nhiệt, đo giá trị độ nhớt ở phút thứ 5, đo bằng rotor nhỏ (S) - Có phải là MS1+4'(100oC) ?
    Tôi xin hỏi Anh giúp dùm nhé: Mẫu đo nhớt mooney trong cao su so chế là 100% cao su khô, còn mẫu đo độ nhớt như Anh trình bày mẫu là hổn hợp. Vậy độ nhớt nào của cao su sơ chế là thích hợp nhất, cần thiết đối với độ nhớt hổn hợp sẽ cho được sản phẩm hoàn thiện. Nếu độ nhớt mooney của cao su sơ chế nằm ngoài yêu cầu của thang đo độ nhớt hổn hợp, thì có cách gì khắc phục để tạo được sản phẩm vừa ý không?
    Chào thân ái.
    Tòng
    Updated 27/03/2011 at 06:21 by nguyentuonglinh
  3. nguyentuonglinh's Avatar
    Ban Quản trị đã chỉnh lại theo thông báo của tác giả.
    Cảm ơn Tác giả Trần minh Khải và Anh Nguyễn bá Tòng. ( 23:04 26/3/2011)
    Updated 27/03/2011 at 06:13 by nguyentuonglinh
  4. Phan Văn Cao's Avatar
    Chào ban quản trị cùng anh Khải và anh Tòng. Tôi mới bắt đầu tìm hiểu về CSTN có câu hỏi nhờ mọi người giúp. Vì sao chúng ta lại phân ra là cao su SVR L, 3L , CV10,20,50,60. khi đo độ nhớt của cao su chúng ta đo sau khi đánh đông hay đo từ Latex. Xin trân thành cảm ơn.
  5. khaitm's Avatar
    Chào anh Cao
    _Phân loại CSTN chủ yếu dựa trên hàm lượng bẩn, màu sắc và một số tính chất khác. Các ký hiệu có ký tự "L" nghĩa là cao su có màu sáng. Các ký tự số đi sau SVR cho biết hàm lượng chất bẩn trong cao su. Số càng cao thì hàm lượng chất bẩn càng cao. Ký tự "CV" dùng cho các loại CSTN có độ nhớt ổn định. Chi tiết tiêu chuẩn của các loại cao su này anh có thể dễ dàng tìm được trên mạng.
    _Độ nhớt Mooney thường được dùng để đo độ nhớt của cao su khô, hoặc hỗn hợp cao su khô. Đối với latex là chất lỏng, người ta dùng máy đo độ nhớt động lực (centiPoinse) hoặc độ nhớt động học (centiStokes).
  6. Phan Văn Cao's Avatar
    Trích dẫn Gửi bởi khaitm
    Chào anh Cao
    _Phân loại CSTN chủ yếu dựa trên hàm lượng bẩn, màu sắc và một số tính chất khác. Các ký hiệu có ký tự "L" nghĩa là cao su có màu sáng. Các ký tự số đi sau SVR cho biết hàm lượng chất bẩn trong cao su. Số càng cao thì hàm lượng chất bẩn càng cao. Ký tự "CV" dùng cho các loại CSTN có độ nhớt ổn định. Chi tiết tiêu chuẩn của các loại cao su này anh có thể dễ dàng tìm được trên mạng.
    _Độ nhớt Mooney thường được dùng để đo độ nhớt của cao su khô, hoặc hỗn hợp cao su khô. Đối với latex là chất lỏng, người ta dùng máy đo độ nhớt động lực (centiPoinse) hoặc độ nhớt động học (centiStokes).
  7. Phan Văn Cao's Avatar
    Cảm ơn anh Khải nhiều.
  8. Phan Văn Cao's Avatar
    Anh Khải và anh Tòng có thể giúp tôi câu hỏi này được không. Như tôi đọc trên sitegoogle của anh Tòng thấy viết rằng trong cao sản xuất cao su sơ chế CV60 và CV50 thì trong CV60 chúng ta tuyệt đối không sử dụng peptizer, nhưng trong CV 50 chúng ta lại được sử dụng chất dẻo hóa này. Có phải là ảnh hưởng đến cao su thành phẩm không và nếu có thì ảnh hưởng như thế nào. Tôi xin chân thành cảm ơn.
  9. RuBBeR's Avatar
    Reported Blog Comment by Khanh Le

    Khanh Le has reported a blog comment.

    Reason:
    Chào chú!
    Cháu là người mới vào nghề, nên cháu có nhiều thắc mắc, nếu có câu hỏi nào ngô nghê, mong chú vui lòng bỏ quá cho cháu
    Cháu xin hỏi chú là, MH càng cao chứng tỏ cao su có cường lực càng cao. Như vậy là tốt hay xấu. Nếu cháu muốn tăng MH của hỗn hợp cao su nhưng không làm ảnh hưởng đến độ cứng là phải làm như thế nào.
    Cám ơn chú
    Comment: Lưu biến học cao su và ứng dụng trong công nghệ cao su
    Blog: RuBBeR
    Assigned Moderators: N/A



    Trích từ bài viết của Khánh Lê
  10. khaitm's Avatar
    Chào Khanh Le
    _MH phụ thuộc vào cả độ cứng và cường lực của cao su. Thông thường độ cứng, cường lực càng cao thì MH càng cao.
    _MH=50 là cao hay thấp chưa thể biết được do: (1) Đơn vị tính của MH là gì? (2) Trị số MH thường rất khác nhau giữa các máy đo nên khó có thể so sánh được.
    _Trường hợp của cháu, chú nghĩ nên đo cường lực để xác định cao su có đạt tiêu chuẩn thiết kế hay không? Không có loại cao su tốt hay xấu mà vấn đề là hỗn hợp cao su đó có đạt tiêu chuẩn mình cần thiết kế hay không. Nếu cao su có cường lực thấp nhưng vẫn đạt tiêu chuẩn yêu cầu thì vẫn là tốt.
    _Muốn tăng MH (hoặc cường lực) mà vẫn giữ được độ cứng: giải pháp còn phụ thuộc nhiều yếu tố như sử dụng loại cao su nào, loại độn nào , hệ lưu hóa... trong đơn pha chế. Vì vậy đề nghị cháu trình bày đơn pha chế hoặc yêu cầu chi tiết hơn để chú có thể đề nghị một giải pháp thích hợp.

    Chào cháu.

    Khải.
  11. khaitm's Avatar
    Chào Khanh Le
    _Như chú đã giải thích, MH<50 không thể kết luận được là cao hay thấp.
    _Thông thường, compound sau khi cán xong thì nên để khoảng từ 2 đến 8 giờ trước khi đo để cao su ổn định trở lại. Trước khi đo cũng nên lưu mẫu trong điều kiện phòng thí nghiệm khoảng 2 giờ.
    _Về vấn đề trị số MH dao động, điều đầu tiên cháu cần kiểm tra là xác định xem máy đo có cho kết quả lập lại tốt không. Bằng cách cán một mẫu compound, để lưu 8 giờ cho ổn định, sau đó lưu trong phòng thí nghiệm 2 giờ. Sau đó cắt 5 mẫu đo cùng một điều kiện, các đường cong của 5 mẫu này phải gần như trùng nhau. (Ở đây chú giả định là mẫu của cháu cán là đều).
    _Theo kinh nghiệm chú, máy Hungta cũng có độ lặp lại khá tốt. Chú ý các thông số sau để có được kết quả đo chính xác: (1) Nhiệt độ đo phải kiểm soát tốt (+/-2oC), khi mở/đóng máy thì nhiệt độ nhanh chóng đạt được nhiệt độ cài đặt. (2) Áp suất khí nén: kiểm tra áp suất khí nén đúng theo yêu cầu của nhà sản xuất. (3) Thể tích mẫu: theo đúng yêu cầu của nhà sản xuất. Thể tích mẫu lớn quá hoặc nhỏ quá đều ảnh hưởng đến kết quả đo.
    _Có thể dùng máy rheometer đánh giá mẻ luyện: (1) Dùng chỉ số T10, T90 (phổ biến) (2) Vẽ đường cong chuẩn bằng cách chọn các mẻ luyện mà mình đánh giá là có chất lượng tốt. Vẽ các đường cong lưu hóa, sau đó vẽ một đường cong trung bình và 2 đường cong min, max. 2 đường cong min, max là khoảng dung sai chất lượng mình chấp nhận. Khi đã có đường cong chuẩn thì mẻ luyện nào có đường cong nằm giữa 2 đường min, max xem như đạt chất lượng.
    _Chú ý là phải hiệu chuẩn máy thường xuyên (khoảng 1 lần/6 tháng) theo hướng dẫn của nhà sản xuất để có được trị số MH, ML chính xác.