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.
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
& 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.
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 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.
(Nguồn:
Trần Minh Khải – Cty CP Cao Su Thái Dương)
Bạn đang là một
nhà sản xuất hoặc đang công tác tại một công ty kiểm định độc lập, và muốn được
tư vấn giải pháp đo Mooney cho cao su, xin hãy liên hệ ngay về:
Mr. Lê Tuấn Thi – Sales Manager
Hotline 1: 0935.41.06.47