chuong 2

Ch ươ ng 2: Đơ n pha chế và nguyện liệu

CHƯƠNG 2 :ĐƠN PHA CHẾ VÀ NGUYÊN LIỆU

6


2.1.Nguyên liệu :

2.1.1.NBR:

Tg = -90 ÷ -450C

-Phương pháp sản xuất: trùng hợp gốc tự do trong nhủ tương.

-Dạng thương phẩm khác nhau chủ yếu ở:

• Hàm lượng acrylonitril: 18 ÷ 50%

• Độ nhớt Mooney: ML(1+4)1000C từ 35 đến 140

-Tính chất sử dụng:

• Dễ dàng

• Trộn ở nhiệt độ thấp sau khi cán dẽo nhanh

• Khó phân tán lưu huỳnh

• Bắt dính kém. Cường lực cao su sống thấp.

-Hệ lưu hóa:

• Chủ yếu là hệ lưu huỳnh

• Có thể dung hệ peroxid

-Là polime vô định hình.

-Khi có độ tăng cường tính chất cơ học tốt và phụ thuộc vào hàm lượng CAN trong copolime.

-Kháng dầu, kháng dung môi tốt thay đổi theo hàm lượng CAN.

-Kháng ozon và UV kém.

-Khoảng nhiệt độ sử dụng: từ -400 đến +1300C

-Sử dụng nhiều cho các chi tiết tếp xúc với dầu như trong CN xe hơi,CN dầu hỏa, xây dựng, tàu biển ….

-Các nhà sản xuất: Polysar, Bayer, Goodyear, Goodrich, Nipol ….

7


-Ở đây chúng ta sử dụng NBR 40 nghĩa là chúng có hàm lượng acrylonitryl là 40%.NBR có các đặc điểm là:

+Hàm lượng Acrylonytril 40%

+Độ nhớt Mooney là:ML(1+4)1000C 61±5

+Khối lượng riêng là 0,99g/cm3

2.1.2.Neopren

Tg = -43 ÷ -45 0 C

-Phương pháp sản xuất: trùng hợp gốc tự do trong nhủ tương.

-Dạng thương phẩm:

• Loại biến tính bằng lưu huỳnh hay mercaptan.

• Độ nhớt MOONEY ML(4+1)100 từ 30 đến 130.

• Tốc độ lưu hóa từ rất chậm đến nhanh.

-Tính chất gia công:

• Bắt dính tốt, cường lực cao su sống cao (thua NR).

• Trộn ở nhiệt độ thấp sau khi cán dẻo nhanh.

• Sử dụng chất hấp thu acid (MgO).

• Nhạy lưu hóa.

-Hệ lưu hóa:

• Chủ yếu bằng oxid kim loại (ZnO), xúc tiến thioure

• Một số trường hợp có thể dùng hệ lưu huỳnh

-Polime bán kết tinh.

-Tính chất cao su toàn gôm rất tốt.

-Khi có độ tăng cường tính chất cơ học rất tốt (thua NR).

-Tính chất bắt cháy: tự tắt

-Kháng dấu và dung môi tốt, trừ hợp chất thơm

8


-Kháng ozon tốt

-Khoảng nhiệt độ sử dụng: từ -40 đến 1000C

-Phạm vi sử dụng: CN xe hơi, kết cấu xây dựng, cáp, keo dán,bao bì

-Nhà sản xuất: Du Pont, Distugil, Bayer, Denka …

Chủng loại Du Pont

(neoprene)

Distugil

(Butaclor)

Bayer

(Baypren)

Denkikagaru

(denka)

Biến tính lưu huỳnh

Biến tính mercaptan

Đúc tính chất cao

Tiền lưu hóa

Keo dán

G(N,S,RT..)

W(HV,RT ...)

T(W, RT …)

WB

AD

SC(10,22…

M(C, H …)

DE

ME

MA

610, 710

210, 230 ...

215

214

320,321 …

PM

M

MT

EM

A

-Ở đây chúng ta sử dụng Neopren W

+Có khối lượng riêng là :1,23 g/cm3

+Độ nhớt Mooney là:ML(1+4)1000C: 40÷49

2.1.3. Cao su thiên nhiên :

Tg = -700C ÷ 750C

-Cấu trúc phân tử của cao su thiên nhiên là isoprene ở dạng cis 1,4.Dạng isoprene Cis1,4 này chiếm 100% trong dây phân tử của giống Hevea .Chính nhờ cấu trúc đều đặn này làm cho cao su bị kết tinh khi bị kéo căng dẫn đến quy trình cán luyện cũng như tính năng của sản phẩm khi chưa có chất độn . Mỗi một đơn vị C5H8 của dây phân tử lại có 1 nối đôi làm cho cao su có thể lưu hoá dễ dàng bằng hệ lưu huỳnh .Tuy nhiên điều này cũng đã làm cho cao su thiên nhiên dễ bị oxy , ozon tác kích dân đến tình trạng lão hoá , do đó tính chịu nhiệt của cao su kém.

• Mn= (2,55 - 27,09) x 105

• Mw= (3,4 - 10,17) x 106

-Tính chất gia công:

9


• Dễ gia công, phải có giai đoạn sơ luyện (trừ chủng loại CV)

-Hệ lưu hóa thông dụng:

• Hệ lưu hóa lưu huỳnh. Có thể dủng hệ peroxid

-Độ bền và tính bắt dính của cao su sống cao.

-Tính chất cao su lưu hóa cao.

-Nhiệt sinh nội thấp.

-Cao su vẫn giữ tính mềm dẽo ở nhiệt độ thấp.

-Kết dính tốt với sợi.

-Chịu nước, acid và baz loãng.

• Kháng lão hóa kém đối với các tác nhân như nhiệt, oxi, ozon, UV.

• Không chịu dầu, các dung môi hidrocarbon

-Khoảng nhiệt độ sử dụng:

• Từ -60 0 C đến +700 C.

-Phạm vi ứng dụng:• Phần lớn sử dụng trong công nghiệp sản. xuất vỏ xe.• Các sản phẩm kỷ thuật chịu lực cao, thí dụ đệm giảm chấn, khớp nối

mềm

10


-Cao su daïng Creâpe: (goàm 1x, 2x,3x, 4x vaø creâpe soá 5, 6).

-Creâpe maøu nhaït:

+Saûn xuaát töø muû ñoâng laáy töø muû nöôùc, söû duïng ñeå laøm saûn phaåm maøu nhaït nhö hoâng traéng loáp xe, duïng cuï y teá… Veà phöông phaùp saûn xuaát cuûa Creâpe töông töï nhö RSS, ñeå laøm saûn phaåm saïch ngöôøi ta cho vaøo muû nöôùc caùc chaát choáng Enzimes laøm ñen muû caùc hoaù chaát taåy traéng vaø saáy chuùng baèng khí noùng. Vì vaäy Creâpe maøu nhaït laø loaïi cao su cao caáp nhaát.

-Creâpe naâu:

+Ñi töø pheá lieäu cuûa cao su neân coù nhieàu taïp chaát. Ngöôøi ta phaûi caùn xeù lôùn treân maùy caùn coù vaân, neân maïch bò caét maïnh. Chaát löôïng cao su naøy raát xaáu.

-Caùc loaïi cao su treân laø cao su daïng raén, coøn loaïi cao su muû nöôùc coâ ñaëc coù haøm löôïng cao su khoâ 60 – 62% DRX laø loaïi latex. Loaïi naøy ñöôïc saûn xuaát baèng phöông phaùp ly taâm, kem hoaù hoaëc boác hôi.

Mủ vườn cây

Latex Mủ đông

Cô đặc: Li tâm

Bốc hõi

Đông tụ Ngâm

Cán rửa Cán xé - Cán rửa

Tạo crếp, tờ Tạo cốm, bún Tạo crếp

Sấykhí nóng – xông khói Sấy khí nóng Sấy khí nóng

Đóng bành

Latex cô đặc

RSSADS

Crếp trắng

Cao su khối3, 5, CV, L

Cao su khối10, 20 Crếp nâu

11


2.1.4. Sợi polyester :

Chúng ta sử dụng các loại sợi polyester được dệt với các mật độ : 100, 300, 400, 500 sợi/m , khổ vải

Loại ống 1 2 3 4

Mật độ (số sợi/m)

100 400 300 500

Khổ vải (m) 1 0.74 1 0.74

TÍNH CHẤT CỦA SỢI POLYESTER (PEs)

a) Độ bền của sợi:

+ Độ kháng đứt của sợi dệt: 40-50 km đứt.

+ Độ kháng đứt của sợi kỹ thuật: 60-65 km đứt.

+Độ kháng đứt của sợi trong điều kiện khô và ướt xấp xỉ nhau.

b) Độ dãn đứt:

+ đứt của sợi dệt: 20-25%

+đứt của sợi kỹ thuật: 10-15%

c) Đàn hồi:

+Tính đàn hồi của sợi cao.

+ Phạm vi còn giữ tính đàn hồi: 5-6% sợi có độ biến dạng khá thấp.

+Khả năng chống nhàu ( giữ hình dạng dưới tac dụng biến dạng) khá tốt, chống vò tốt, giữ nếp vải tốt ngang sợi len.

d) Modun ban đầu:

+M0PEs = 4-5 lần M0

Poly amid = 2 lần M0visco .

Khả năng sử dụng trong kỹ thuật cao, chất tăng cường cho cơ tính.

+ Khả năng kháng uốn cao nhưng kháng mài mòn thấp.

e) Khối lượng riêng của PEs:

+ Khoảng 1,33-1,47 tùy theo hàm lượng tinh thể của PEs.

f) Sợi PEs hầu như không hút nước nên có khả năng cách điện nhưng lại khó nhuộm màu.

g) Độ bền của sợi PEs cao hơn các loại sợi khác.

12


+ Ở 1500C các loại sợi khác chỉ có khả năng chịu đựng từ 200-300h, nhưng sợi PEs có khả năng chịu đựng trong 1000h mà độ bền chỉ giảm 50%.

h) Độ bền mài mòn:

+Thua xa sợi Polyamid.

+ Ở trạng thái khô độ bền mài mòn của sợi polyester bằng 1/4÷1/5 sợi polyamid.

+ Ở trạng thái ướt độ bền mài mòn của sợi polyester bằng 1/2÷1/3 sợi polyamid.

+ Tuy nhiên độ mài mòn của PEs vẫn tốt hơn sợi visco và sợi cacbon.

i) Bền ánh sáng:

+Chỉ thua sợi PAN.

j) Độ bền môi trường: khá tốt.

+Sợi PEs bị phân hủy dưới tác dụng của môi trường kiềm đặc ở nhiệt độ thường và môi trường kiềm loãng ở nhiệt độ cao.

2.2.CÁC CHẤT PHỤ GIA :

2.2.1.Stearic acid

-Có dạng rắn , kết tinh có màu vàng hoặc trắng ,có dạng hạt , dạng miếng , dạng vảy , và dạng cục bộ.Ngoài nhiệm vụ làm chất trợ xúc tiến nó còn làm chất mềm, chất phân tán than đen tạo điều kiện cho thao tác hỗn luyện , cán tráng , ép xuất .

+Công thức phân tử : C18H36O2

+Khối lượng phân tử : 284.48

+Nhiệt độ nóng chảy : 67-69oC

+Nhiệt độ sôi : 355.2oC

+Tỷ trọng : 1.02 g/cm3

2.2.2.Kẽm oxít

ZnO là dạng bột mịn , màu trắng , tan trong acid , kiềm, muối amin , lưu trữ trong không khí nó hút CO2 và nước chuyển thành ZnCO3 có tính kiềm .

Là chất trợ xúc tiến để hoạt hoá ,tăng tốc độ phản ứng từ đó rút ngắn được thời gian lưu hoá, hạ thấp nhiệt độ lưu hoá , giảm tỉ lệ sử dụng chất lưu hoá , cải thiện chất lượng và hạ giá thành sản phẩm.

Ngoài mục đích tăng hoạt nó còn đóng vai trò là chất độn và chất nhuộm màu trắng cho sản phẩm .Hỗn hợp chứa nhiều ZnO có khả năng truyền nhiệt

13


tốt .Do khối lượng riêng lớn , giá thành cao nên ZnO ít được sử dụng làm độn hay tạo nền trắng .

Công thức phân tử : ZnO

Khối lượng phân tử : 81

Tỷ trọng : 5.6 g/cm3

2.2.3.DOP (dioctyl phthalate )

Giúp cải thiện độ bền va đập , tăng độ dẻo dai , cải thiện tính kháng mài mòn , kháng xé , giảm nhiệt nội .Ngoài ra còn giúp làm giảm năng lượng khi cán , tạo điều kiện dễ dàng cho sự trộn lẫn và khuếch tán độn trong cao su , do đó tác dụng của nó là thúc đẩy sự cắt đứt mạch cao su làm giảm năng lượng liên kết giữa cái dây phân tử , việc giảm khối lượng phân tử cao su khiến cho chúng trở nên mềm mại hơn dễ trượt lên nhau hơn.DOP làm giảm nhiệt độ khi cán tránh quá trình tự lưu , giúp cho việc tạo hình dễ dàng với hỗn hợp có độn và tăng tính bám dính của bán thành phẩm .


2.2.4.Nonox EX (n-phenyl-2-naphthyamine)

Giúp sản phẩm cao su duy trì tính năng trong quá trình sử dụng , tồn trữ dưới ảnh hưởng của các tác nhân : oxy , ozon , nhiệt , ánh sáng …Đây chính là quá trình oxy hoá hay ozon hoá vào các nối đôi , dẫn đến sự cắt mạch hay tăng thêm liên kết mạng không gian 3 chiều . Biểu hiện của quá trình này là sự thay đổi màu của sản phẩm , xuất hiện các vết nứt , biến cứng , chảy nhão , làm cho tính năng cơ lý sản phẩm giảm .

Vai trò của chất phòng lão trong hỗn hợp cao su là sinh ra các chất tự do , dập tắt các gốc tự do nhằm duy trì tính năng của sản phẩm càng lâu càng tốt hoặc bù trừ các nối đôi đã bị phá huỷ .

Công thức phân tử : C10H7NHC6H5



2.2.5.Than N990

Hạt độn đưa vào hỗn hợp cao su với độ hấp thụ bề mặt lên các dây phân tử cao su lớn sẽ làm cho day phân tử này trượt dẫn dưới tác dụng của lực kéo bên ngoài .Chính điều đó làm dây phân tử cao su căng đều hơn và định hướng dần theo phương tác dụng lực .Khi đó dẫn đến việc cải thiện một số lý tính của thành phẩm như : tăng độ cứng, kháng đứt , module , kháng mòn .

Ngoài ra về mặt công nghệ nó cải thiện quy trình chế tạo sản phẩm : dễ đúc khuôn , cán tráng , đùn , làm giảm tính co rút của bán thành phẩm , làm cho ngoại quan của sản phẩm đẹp

14


Về mặt kinh tế : lượng độn dùng trong cao su với tỷ lệ lớn từ 30-70% và thường có giá thành rẻ hơn là cao su nên sẽ làm hạ giá thành sản phẩm.

2.2.6.CBS ( N-cyclohexyl-2-benzothiazyl sulfenamide)

Xúc tiến nhanh, an toàn.

Đặc trưng lưu hóa:

• Thời gian tiền lưu hóa dài

• Tốc độ lưu hóa nhanh.

• Mâm lưu hóa cao.

Sản phẩm lưu hóa có cơ tính cao, nhưng kháng lão hóa nhiệt thua xúc tiến mercapto.


Nhiệt độ bắt đầu nóng chảy : 98 oC

2.2.7.Magie oxít

Công thức phân tử : MgO

Có vai trò là chất lưu hóa cao su Neoprene .



2.2.8.Process oil

Chất hoá dẻo có nguồn gốc từ dầu hoả , giúp hỗ trợ quá trình phân tán và trộn hợp dễ dàng hơn .

Các loại dầu : paraffinic , naphthenic , aromatic.

Ở đây ta dùng dầu parafin clo hoá.Vì cao su của ta phân cực nên chúng pha phải dùng dầu có tính phân cực

2.2.9.Ethylene thyoure Na 22( NHCH 2CH2NHCS )

Có tác dụng xúc tiến quá trình lưu hoá Neoprene .Tồn tại ở dạng tinh thể có màu trắng hay màu xám trắng

Công thức phân tử là : C3H6N2S

Khối lượng phân tử : 102.17

Nhiệt độ nóng chảy : 199oC -204oC

Khối lượng riêng là: 2g/cm3

15


2.2.10.Xúc tiến nhanh DM (MBTS-disunfua benzothiazyl)

Có dạng bột trắng hơi vàng , không mùi , không vị , không tan trong nước , rượu , aceton , xăng , ít tan trong benzen ,rất ít bị biến tính khi tồn trữ .

Là chất xúc tiến có tốc độ lưu hoá nhanh ở nhiệt độ cao trên 140oC do đó rất an toàn khi luyện

Đặc tính của cao su đã lưu hoá : kháng lão hoá rất tốt , không làm biến màu sản phẩm.

Nhiệt độ nóng chảy : 170oC

Tỉ trọng là : 1,5 g/cm3

Công thức phân tử :

2.2.11.Siêu xúc tiến TMTD (Disunfur Tetramethyl Thiuram)

Có dạng bột hay hạt màu trắng hoặc hơi ngà , không mùi ,không tan trong nước , rượu ,tan ít trong aceton , tan tốt trong dung môi hữu cơ thông dụng , ít bị biến tính khi tồn trữ.

Là chất xúc tiến cực nhanh, rất hoạt động ở nhiệt độ 100-130oC , có thể lưu hoá với lưu huỳnh hoặc không dùng lưu huỳnh .Hỗn hợp ít hoặc không lưu huỳnh cho sản phẩm chịu nhiệt và kháng lão hoá tốt .Mâm lưu hoá hẹp nên sử dụng ít lưu huỳnh và tránh quá lưu

TMTD phân tán rất tốt trong nguyên liệu cao su , nhiệt độ tới hạn thấp dễ tự lưu khi tồn trữ

Công thức phân tử :

Chất xúc tiến : ZnO và acid stearic

Nhiệt độ nóng chảy : lớn hơn 150oC

Khối lượng riêng : 1.39 g/cm3

16


2.2.12.Dầu tùng tiêu

Là sản phẩm phụ khi chưng cất để lấy nhựa thông , có trạng thái lỏng sệt , màu nâu đen , thành phần chủ yếu là acid abietic .Trong nguyên liệu cao su , dầu tùng tiêu là chất làm mềm , chất tạo phân tán than đen ,tuy nhiên không nên dùng nhiều vì nó kéo dài sự lưu hoá và làm cho sản phẩm biến mềm ở nhiệt độ cao , ngoài ra nó cũng xúc tiến quá trình lão hoá

Công thức phân tử : C19H29COOH

Khối lượng riêng : 1.03 g/cm3

2.2.13.Than đen

Dùng trong công nghiệp cao su, có nhiều loại phụ thuộc vào phương pháp điều chế , có 3 loại chính :

Phương pháp lò (HAF , ISAF , FEF) : kháng mài mòn cao

Phương pháp máng (EPC , MPC , CC) :khả năng hỗn luyện rất cao , kháng kéo đứt , kháng mài mòn , mềm dẻo , và độ nẩy cao.

Phương pháp nhiệt (MT , PT) : loại này ít bổ trợ cường lực nhưng lượng dùng có thể cho nhiều vào hỗn hợp.

2.2.14.Lưu huỳnh

Chất tạo mạng dùng phổ biến nhất là lưu huỳnh , nó là tác nhân khâu mạch phân tử chưa bão hoà .Các dạng lưu huỳnh được sử dụng gồm : dạng thoi , dạng vô định hình , dạng kết tủa , dạng hoa , thể keo , … trong đó dạng thoi được sử dụng nhiều nhất .Nó có cấu trúc kết tinh gồm 8 nguyên tử lưu huỳnh (S 8) và được sản xuất từ lưu huỳnh hình cầu qua nghiền và sàng .

Các loại cùng nhóm với lưu huỳnh là : selenium và tellurium nhưng ít được sử dụng vì giá đắt

2.2.15. Bột Talc

Dùng để chống dính giữa lớp cao su và lõi thép .

2.3 Đơ n pha chế

2.3.1.Nguyên tắc thành lập :

Đơn pha chế được xây dựng trên cơ sở tính năng và yêu cầu sản phẩm . Ngoài ra việc xây dựng đơn pha chế còn được xét đến tính hiệu quả kinh tế của sản phẩm . Ta còn cần phải lưu ý đến điều kiện khí hậu môi trường sản xuất và sử dụng cũng tác động đến tính chất sản phẩm làm thay đổi thành phần và tỷ lệ của đơn pha chế .

17


2.3.2.Các bước thiết lập đơn pha chế :

Trong thực tế sản xuất mỗi người , mỗi nhà máy đều có một phương pháp pha chế riêng để đạt được yêu cầu sử dụng . Tuy nhiên vẫn có những quy tắc chung nhất làm cơ sở , sau đây là các bước phải tuân theo của một người thiết lập đơn pha chế :

_Nghiên cứu tính năng sử dụng của sản phẩm sẽ sản xuất.

_Chọn lựa nguyên vật liệu sẽ sử dụng .

_Khảo sát thiết bị hiện có của cơ sở hoặc các thiết bị sẽ sử dụng.

_Nghiên cứu và đề xuất quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm.

_Sản xuất thử và kiểm nghiệm các chỉ tiêu chất lượng các sản phẩm.

_Điều chỉnh đơn pha chế , sản xuất thử , kiểm nghiệm và đưa vào sản xuất .

2.3.3.Chọn lựa nguyên liệu :

Đây là bước quan trọng quyết định phần lớn tính chất sản phẩm . Chọn đúng loại cao su và phụ gia sẽ cho sản phẩm có chất lượng tốt .Các nguyên liệu và thành phần của chúng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau , nếu thay đổi 1 loại nguyên liệu hay thành phần nào đó thì có thể dẫn đến việc thay đổi toàn bộ đơn pha chế .Do đó việc lựa chọn nguyên liệu và tỉ lệ thích hợp không những đòi hỏi người thiết lập đơn pha chế phải tường tận trên lý thuyết các tính chất của các loại nguyên liệu mà còn có kinh nghiệm thành lập đơn pha chế rút ra đươc từ quá trình sản xuất , thí nghiệm , sử dụng sản phẩm …

Trước khi sử dụng nguyên liệu của một hãng nào mới phải qua thí nghiệm và sản xuất thử để khảo sát khả năng thay thế của chúng có đạt yêu cầu của sản phẩm hay không.

2.3.4. Đơn pha chế :

Đơ n pha chế lớp trong

(g/cm3) Khoái löôïng NBR 40 0.99 100Staeric acid 1.02 1ZnO 5.7 5DOP 0.985 10Than N990 1.79 30Nonox EX 1.24 1CBS 1.3 2S 2.07 1.25toång t=1.33 149.25

Ñôn pha cheá lôùp ngoaøi

18


(g/cm3) Khoái löôïng Neopren W 1.23 100Staeric acid 1.02 1ZnO 5.7 5MgO 3.58 4Process oil 0.9 30Than N990 1.79 45Nonox D 1.24 1Ethilen thioure Na 22 2 0.5toång n=1.48 149.25

Ñôn pha cheá caùn traùng(g/cm3) Khoái löôïng

Cao su crep 0.92 100Xuùc tieán DM 1.5 3Xuùc tieán TMTD 1.39 0.2ZnO 5.7 5Stearic acid 1.02 2Phoønglaõo 1.18 2Parafin 0.9 1Daàu tuøng tieâu 1.03 6DOP 0.985 5Than N550 1,79 25S 2,07. 2,5Toång t=1,263 151,7

19

chuong 2

Documents