Luận án Nghiên cứu vật liệu và kết cấu sản phẩm trên cơ sở cao su tự nhiên để làm gối đỡ giảm chấn cho động cơ xe

và gối đỡ cụm động lực. Các dao động trong hệ gồm có: dao động dọc, dao động góc của cụm động lực và thân xe, dao động dọc của cầu trước, cầu sau và hộp số phân phối. Mô hình tính toán xét đến ngoại lực ảnh hưởng từ biên dạng mặt đường và sự làm việc của động cơ lên dao động của ôtô [86]. Ngoài 51 ra, hệ thống treo cầu sau xe ZIL131 là hệ treo cân bằng. Ở đây, do xét với mô hình rút gọn nên lực tác dụng được quy dẫn tới trục cân bằng của cầu sau. Hình 1.24 Mô hình tính toán dao đông cụm động cơ. Hệ phương trình vi phân xây dựng theo mô hình động học có thể được viết rút gọn như sau [85]: 𝑴�̈�𝒊 + 𝑲�̇�𝒊 + 𝑪𝝋𝒊 = 𝑸(𝑡) (1.13) Trong đó: iφ – véc tơ cột chuyển vị và góc của các khối lượng dao động; М – ma trận khối lượng; С – ma trận hệ số độ cứng; K – ma trận hệ số cản; Q(t) – véc tơ cột các ngoại lực và mô men. Theo tài liệu [89] đầu ra phổ mật độ trong hệ dao động (Sout(ω)) được tính theo công thức: 𝑺out(𝜔) = |𝑾(𝑗𝜔)| 2𝑺in(𝜔) (1.14) Trong đó: 𝑺in(𝜔) – thành phần phổ mật độ tác động lên hệ thống; 𝑾(𝑗𝜔) – hàm truyền tần số ( 𝑗 = √−1; W = D-1G; D = -ω2M + jωC + K); G – véc tơ xác định đặc tính tác động lên hệ thống. 52 Hình 1.25 Sơ đồ tính toán dao động b) Xác định các thông số tính toán Xây dựng sơ đồ tính toán (hình 1.25) cho phần mềm MATLAB thực hiện các bước tính toán, các tham số bao gồm: 1) 𝑅𝑞(𝑥𝑠) – hàm tương quan biên dạng đường; 2) 𝑆𝑞(𝜃), 𝑆𝑞(𝜔) – phổ mật độ biên dạng đường [84]; 𝑆𝑞(𝜔) = 𝜎2𝐴1𝛼1 𝜋(𝜔2 + 𝛼2) + 𝜎2𝐴2𝛼2(𝜔 2 + 𝛼2 2 + 𝛽2 2) 𝜋[(𝜔2 + 𝛼2 − 𝛽2 2)2 + 4𝛼2𝛽2] (1.15) Bảng 1.5. Thông số biên dạng các loại mặt đường [90] Thông số σ, m A1 A2 α01, 1/m α02, 1/m Β02, 1/m Đường át phan 0,008 0,85 0,15 0,2 0,05 0,6 Đường rải sỏi 0,0249 0,668 0,336 1,1 10,60 19,71 Đường đất 0,0135 1 0 0,45 0 0 3) 𝑃𝑗(𝑡), 𝑀𝑑(𝜔)– lực quán tính tổng hợp và mô men xoắn của động cơ; Theo tài liệu [90] và [91] ta có công thức tính lực quán tính và mô men xoắn khi động cơ làm việc như sau: 53 - Lực quán tính 𝑃𝑗(𝑡): Lực quán tính của một cặp pít tông-thanh truyền được tính theo công thức: 𝑃𝑗(𝑡) = 𝑃1 + 𝑃2 = 𝑚𝑗𝑟𝜔 2 𝑐𝑜𝑠 𝛼 + 𝑚𝑗𝑟𝜔 2𝜆 𝑐𝑜𝑠 2 𝛼 (1.16) - Mô men kích động từ động cơ được xác định theo phương pháp như sau: Mô men xoắn tại một xy lanh động cơ được tính theo công thức [87]: 𝑀𝜔(𝑡) = −(𝑃𝑟 + 𝑃𝑗). 𝑟. (𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑡 + 0,5. 𝜆. 𝑠𝑖𝑛 2 𝜔𝑡) (1.17) Giá trị mô men tại một xy lanh động cơ được phân tích thành chuỗi Furie, đối với động cơ 4 kỳ được tính theo công thức như sau: 𝑀𝑟 𝑘(𝑡) = −𝑃𝑟 . 𝑟. (𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑡 + 0,5. 𝜆. 𝑠𝑖𝑛 2 𝜔𝑡) = ∑ 𝐴𝑘 2 𝑐𝑜𝑠 𝑘 2 ∞ 𝑘=0 𝜔𝑡 + 𝐵𝑘 2 𝑠𝑖𝑛 𝑘 2 (1.18) Trong đó: Ak/2, Bk/2 các hệ số Furie, k: 1, 2..n 4) |𝑊𝑧(𝑗𝜔)| 2– bình phương hàm truyền tần số; 5) 𝑆𝑧(𝜔) – phổ mật độ dao động; 𝑆𝑧(𝜔) = |𝑊𝑧(𝑗𝜔)| 2 𝑆𝑞(𝜔) ⇒ 𝑆�̈�(𝜔) = |𝑊�̈�(𝑗𝜔)| 2 𝑆𝑞(𝜔) = 𝜔 4|𝑊𝑧(𝑗𝜔)| 2 𝑆𝑞(𝜔) (1.19) 6) �̈�tb – giá trị gia tốc bình phương trung bình: �̈�ск = √∫ 𝑆�̈�(𝜔)𝑑𝜔 ∞ −∞ (1.20) Từ các công thức xác định các giá trị này, sử dụng phần mềm MATLAB để tối ưu hoá, tìm ra được độ cứng phù hợp cho gối đỡ động cơ diesel, lắp trên xe ZIL131. Kết quả tính toán được trình bày ở chương 2, là yếu tố để để xây dựng yêu cầu kỹ thuật cho gối đỡ động cơ diesel trên xe ZIL131. Nhận xét chung về phần tổng quan: Qua nghiên cứu tổng quan về vật liệu chống rung và nhu cầu chế tạo gối đỡ cao su chống rung cho động cơ diesel cho thấy: 54 - Việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo gối đỡ cao su chống rung cho động cơ diesel để sử dụng động cơ diesel này thay thế cho động cơ xăng nguyên bản của xe ô tô ZIL131 là nhu cầu thực sự cần thiết nhằm đảm bảo cho xe hoạt động được an toàn, đảm bảo sức khỏe cho người lái đồng thời góp phần quan trọng cho khả năng thành công của Chương trình diesel hóa các xe ô tô sử dụng động cơ xăng trong quân đội. - Ứng dụng cao su nói chung và cao su tự nhiên nói riêng để chế tạo các loại vật liệu chống rung là một trong những hướng nghiên cứu đã được các nước trên thế giới áp dụng có hiệu quả cả về mặt lý thuyết cũng như thực tiễn từ hàng trăm năm nay. Trên thế giới và trong nước, hệ vật liệu cao su chống rung vẫn tiếp tục được nghiên cứu để ngày càng hoàn thiện, tạo ra các sản phẩm chống rung ngày càng hiệu quả hơn với nhiều đặc tính mới hơn. Hệ vật liệu trên cơ sở cao su tự nhiên có khả năng ứng dụng để chế tạo gối đỡ cao su chống rung cho động cơ diesel dùng để thay thế cho động cơ xăng nguyên bản của xe ô tô ZIL131 với điều kiện xây dựng được một hợp phần của các cấu tử cùng với chế độ công nghệ thích hợp. Đây cũng chính là nhiệm vụ cần nghiên cứu của bản luận án này. 55 Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu, hóa chất - Cao su tự nhiên (NR) RSS1 được cung cấp bởi Công ty cao su Đồng Nai (Việt Nam), với các chỉ tiêu kỹ thuật như bảng 2.1. Bảng 2.1. Chỉ tiêu kỹ thuật của cao su tự nhiên RSS1 TT Chỉ tiêu kỹ thuật Giá trị 1 Khối lượng riêng, g/cm3 0,90 2 Hàm lượng tạp chất, % 0,30 3 Hàm lượng tro, % 0,30 4 Hàm lượng chất bay hơi, % 0,60 5 Độ nhớt Mooney ML(1+4) tại 100oC 92,0 - Cao su styren-butadien 1502 (SBR1502) được cung cấp bởi hãng Kumho (Hàn Quốc), có các chỉ tiêu kỹ thuật trình bày trong bảng 2.2. Bảng 2.2. Chỉ tiêu kỹ thuật của cao su SBR1502, Kumho TT Chỉ tiêu kỹ thuật Giá trị 1 Khối lượng riêng, g/cm3 0,93 2 Hàm lượng tạp chất, % 0,50 3 Hàm lượng tro, % 0,30 4 Axit hữu cơ, % 5,68 5 Hàm lượng chất bay hơi, % 0,24 6 Độ nhớt Mooney ML(1+4) tại 100oC 51,5 - Lưu huỳnh (độ tinh khiết 90% ), Oxit kẽm (ZnO), 99,7 % (Sae Kwang Chemical IND, Hàn Quốc). - Axit stearic, 98% (PT. Orindo Fine Chemical, Indonesia). - Xúc tiến M (2-Mercaptobenzothiazol), xúc tiến D (Diphenylguanidin), phòng lão RD (2,2,4-trimetyl-1-2-dihydroquinon), phòng lão 4020 (N-1,3- Dimetylbutyl-N’- phenyl-p-phenylendiamin), dầu gia công Flexon (Linhai Xinhua Chemicals, Trung Quốc). 56 - Than kỹ thuật N220 có độ tinh khiết 98%, kích thước hạt than từ 24 đến 33 nm, diện tích bề mặt riêng 116 m2/g. Than kỹ thuật N330 có độ tinh khiết 98%, kích thước hạt than từ 28 đến 36 nm, diện tích bề mặt riêng 75-85 m2/g. Than kỹ thuật N660 có độ tinh khiết 98%, kích thước hạt than từ 49 đến 73 nm, diện tích bề mặt riêng 46-48 m2/g (Shanxi Linxin Chemicals, Trung Quốc). - Keo dán Thixon p-21 và Thixon-256 (Dow, Pháp) dùng để dán cao su chống rung vào gối đỡ có các chỉ tiêu kỹ thuật như bảng 2.3. Bảng 2.3. Chỉ tiêu kỹ thuật của keo dán STT Đặc trưng Đơn vị Thixon p-21 Thixon-256 1 Thành phần khô % 23,0-26,0 24,0-28,0 2 Độ nhớt mPa.s(cP) 70-160 120-300 3 Khối lượng riêng (20oC) g/cm3 0,93-0,97 0,99-1,00 4 Khối lượng riêng phần khô g/cm3 1,74 1,70 5 Thể tích chất rắn % 13,60 15,20 - Nano silica mã QS-10 được cung cấp bởi công ty hóa chất Akpa (Thổ Nhĩ Kỳ) có các thông số kỹ thuật như trình bày trong bảng 2.4. Bảng 2.4. Đặc trưng của hạt nano silica QS-10 STT Đặc trưng Đơn vị Giá trị 1 Kích thước hạt nm 15±5 2 Độ tinh khiết % > 99,9 3 Bề mặt riêng m2/g 200 ± 5 4 pH 6 - 7 5 Khối lượng riêng đổ đống g/l 50 6 Độ thấm dầu ml/100g 260 - Tác nhân ghép silane: Bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulfide (TESPT) là chất lỏng trong suốt màu vàng sáng, có độ nhớt thấp (cPa.s ≤ 14), tổng lưu huỳnh (21,7% -23,3%), khối lượng riêng (ở 200C) 1,08 g/cm3 là sản phẩm thương mại của công ty Giang Tây Chenguang New Materials, Trung Quốc. - Etylen glycol độ tinh khiết > 95 %, hãng Linhai Xinhua Chemicals, Trung Quốc. - Etylenglycol dimetacrylat (EGDM) tổng hợp để làm phụ gia tăng độ bền cho cao su chống rung. 57 - Butanol, axeton, etanol, axit axetic, polyetylen glycol (PEG), PEG4000, axit metacrylic, hydroquynon, axit sulfuric... là các sản phẩm thương mại của hãng Dongnam, Trung Quốc. - Mẫu cao su gối đỡ động cơ xăng xe Zil131, gối đỡ động cơ diesel D245.9E2. 2.2. Tổng hợp và biến tính phụ gia cho cao su chống rung 2.2.1. Biến tính nanosilica bằng phản ứng ghép với Bis-(3- trietoxysilylpropyl) tetrasulfide (TESPT) Quá trình biến tính nanosilica bằng TESPT được thực hiện theo quy trình như sau: 30 gam nanosilica được thêm vào bình cầu ba cổ 500ml có chứa 300 ml hỗn hợp butanol và axeton (tỷ lệ butanol/axeton = 1/1), khuấy hỗn hợp ở nhiệt độ phòng bằng máy khuấy siêu tốc với tốc độ 20.000 vòng/phút trong thời gian 10 phút trong môi trường khí nitơ. Tiếp theo, dung dịch được khuấy hồi lưu trên máy khuấy từ ở nhiệt độ 50oC trong 1 giờ, sau đó, tháo ống hồi lưu, khuấy để bay hơi khoảng 2/3 dung môi. Tiếp theo, nhỏ từ từ 20 ml dung dịch butanol có chứa 6g tác nhân ghép silane TESPT vào dung dịch hỗn hợp trên (tỷ lệ TESPT/nanosilica là 12%) . Sau khi nhỏ xong, hỗn hợp được khuấy bằng máy khuấy tốc độ cao với tốc độ 20.000 vòng/phút trong thời gian 10 phút và tiếp tục được khuấy hồi lưu trong 2 giờ, sau đó để tĩnh trong 1 giờ. Lọc thu chất rắn và rửa với axeton hai lần, sau đó sấy trong tủ sấy chân không ở 600C trong 6 giờ, nanosilica trước và sau khi biến tính được kiểm tra, đánh giá hiệu quả biến tính bằng các phương pháp phân tích phổ hồng ngoại, phổ EDX, kỹ thuật FE-SEM. 2.2.2. Tổng hợp Etylenglycol dimetacrylat (EGDM) Quy trình tổng hợp được tóm tắt như sau: Trong bình cầu 3 cổ nhám dung tích 250ml, nạp axit metacrylic, etylenglycol và xúc tác H2SO4 với các tỷ lệ mol khác nhau. Nâng nhiệt độ phản ứng đến nhiệt độ cần khảo sát và duy trì phản ứng theo những khoảng thời gian khác nhau. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệmol các cấu tử, nhiệt độ, thời gian phản ứng để xác định được chế độ 58 phản ứng thích hợp .Sản phẩm sau khi tổng hợp được rửa 3 lần bằng dung dịch Na2CO3 5% để trung hòa axit dư và xúc tác, sau đó rửa lại 2 lần bằng dung dịch NaCl 5% và cuối cùng là nước cất 2 lần. Làm khô dung dịch bằng 100g MgSO4 khan, lọc bỏ phần cặn và tiếp tục hút chân không sản phẩm tại 500C trong 2 giờ. 2.3. Xây dựng quy trình chế tạo vật liệu cao su chống rung 2.3.1. Khảo sát xây dựng đơn vật liệu cao su chống rung Thành phần và tỷ lệ các chất tham gia đơn vật liệu cao su chống rung được trình bày trong bảng 2.5. Nguyên tắc khảo sát để xác định được đơn vật liệu cao su chống rung thích hợp là chỉ thay đổi tỷ lệ của 1 cấu tử đồng thời phải giữ nguyên tỷ lệ của tất cả các thành phần khác để kiểm tra các chỉ tiêu chất lượng của vật liệu tạo thành, từ đó rút ra được đơn vật liệu thích hợp nhất. Theo nguyên tắc này, các thí nghiệm sẽ được tiến hành theo các bước dưới đây: Bảng 2.5. Đơn thành phần vật liệu cao su chống rung tổng quát TT Hóa chất Tỷ lệ (pkl) 1 Cao su tự nhiên NR (RSS1) Thay đổi từ 100 đến 60 2 Cao su SBR1502 Thay đổi từ 0 đến 40 3 ZnO 5,0 4 Axit stearic 3,0 5 Phòng lão RD 1,0 6 Phòng lão 4020 0,4 7 Parafin 0,3 8 Dầu Flexon 6,0 9 S 2,2 10 Xúc tiến M 0,5 11 Xúc tiến D 0,5 12 Than N220 thay đổi 13 Than N330 thay đổi 14 Than N660 thay đổi 15 Nano silica biến tính thay đổi 16 EGDM thay đổi 59 - Bước 1: Tìm được tỷ lệ thích hợp giữa NR và cao su SBR1502 dùng để chế tạo vật liệu cao su chống rung. Trong đơn N1 sẽ không có các cấu tử số 12,14,15,16 trong thành phần; cao su tự nhiên và SBR1502 được thay đổi như trong bảng 2.6. Từ các kết quả khảo sát này sẽ rút ra được đơn với tỷ lệ NR/SBR thích hợp là đơn N1-X. Bảng 2.6. Thành phần vật liệu của đơn N1 Nguyên liệu Mẫu vật liệu N1 N1-1 N1-2 N1-3 N1-4 N1-5 NR (RSS1), pkl 100 90 80 70 60 SBR1502, pkl 0 10 20 30 40 Các phụ gia khác bao gồm: ZnO (5pkl), axit stearic (3pkl), phòng lão RD (1pkl), phòng lão 4020 (0,4pkl), parafin (0,3pkl), dầu Flexon (6pkl), S (2,2pkl), xúc tiến M,D (mỗi loại 0,5pkl), N330 (30pkl) có trong hợp phần. - Bước 2: Thực hiện trên cơ sở đơn N1-X, mục tiêu tìm được loại than kỹ thuật phù hợp nhất dùng cho hệ cao su blend giữa NR và SBR dùng để chế tạo vật liệu cao su chống rung. Đơn N2 có thành phần các cấu tử trên cơ sở đơn N1-X nhưng thay than N330 bằng than kỹ thuật N220 hoặc N660. Từ các kết quả khảo sát sẽ rút ra được đơn với loại than kỹ thuật phù hợp nhất ký hiệu là đơn N2-Y. - Bước 3: Thực hiện trên cơ sở đơn N2-Y. Mục tiêu của đơn N3 là tìm được tỷ lệ phần khối lượng phù hợp nhất của loại than kỹ thuật trong đơn N2- Y để chế tạo vật liệu cao su chống rung. Đơn N3 có thành phần các cấu tử như bảng 2.7. Từ các kết quả khảo sát sẽ rút ra được đơn với tỷ lệ than phù hợp nhất, là đơn N3-Z. Bảng 2.7. Thành phần vật liệu của đơn N3 Mẫu vật liệu N3 N3-5 N3-10 N3-15 N3-20 N3-30 N3-43,5 N3-49 N3-54 Hàm lượng N330 (pkl) 5 10 15 20 30 43,5 49 54 60 Các cấu tử khác bao gồm: cao su NR/SBR, ZnO (5pkl), axit stearic (3pkl), phòng lão RD (1pkl), phòng lão 4020 (0,4pkl), parafin (0,3pkl), dầu Flexon (6pkl), S (2,2pkl), xúc tiến M,D (mỗi loại 0,5pkl). - Bước 4: Trên cơ sở đơn N3-Z, nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica không biến tính và có biến tính đến các chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu cao su chống rung. Đơn N4 có thành phần các cấu tử trên cơ sở đơn N3-Z nhưng có bổ sung thêm nanosilica biến tính (N4-1-) với tỷ lệ của chúng từ 1,2,3 và 4pkl so với 100 phần cao su, khảo sát thêm đơn vật liệu sử dụng 2pkl nanosilica không biến tính (N4-0-2) để so sánh hiệu quả. Từ các kết quả khảo sát sẽ rút ra được đơn với loại silica và tỷ lệ phù hợp nhất, ký hiệu là đơn N4-T. Bảng 2.8. Thành phần vật liệu của đơn N4 Mẫu vật liệu N4 N3-Z N4-1-1 N4-1-2 N4-1-3 N4-1-4 Hàm lượng m-nanosilica, pkl 0 1 2 3 4 Các cấu tử khác bao gồm: cao su NR/SBR, N330, ZnO (5pkl), axit stearic (3pkl), Phòng lão RD (1pkl), Phòng lão 4020 (0,4pkl), parafin (0,3pkl), dầu Flexon (6pkl), S (2,2pkl), xúc tiến M,D (mỗi loại 0,5pkl). - Bước 5: Trên cơ sở đơn N4-T nghiên cứu ảnh hưởng của Etylenglycol dimetacrylat đến các chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu cao su chống rung. Đơn N5 có thành phần các cấu tử trên cơ sở đơn N4-T nhưng có bổ sung thêm cấu tử số 16 với tỷ lệ phần khối lượng của chúng từ 1,2,3 và 4pkl so với 100 phần cao su. Từ các kết quả khảo sát sẽ rút ra được đơn với EGDM và tỷ lệ phù hợp nhất, ký hiệu là đơn N5-U. Bảng 2.9. Thành phần vật liệu của đơn N5 Mẫu vật liệu N5 N4-T N5-1 N5-2 N5-3 N5-4 Hàm lượng EGDM, pkl 0 1 2 3 4 Các cấu tử khác bao gồm: cao su NR/SBR, N330, m-nanosilica, ZnO (5pkl), axit stearic (3pkl), phòng lão RD (1pkl), phòng lão 4020 (0,4pkl), parafin (0,3pkl), dầu Flexon (6pkl), S (2,2pkl), xúc tiến M,D (mỗi loại 0,5pkl). 61 2.3.2. Quy trình chế tạo vật liệu cao su chống rung Chế tạo vật liệu cao su chống rung với các thành phần và tỷ lệ đã trình bày ở mục 2.3.1 nói trên được thực hiện theo các bước công nghệ như sau: - Bước 1: Cân các hợp phần theo đơn. Tổng khối lượng khoảng 1,0-1,5 kg/mẻ. - Bước 2: Cán sơ luyện thành phần cao su (NR và SBR1502) trên máy cán 2 trục đến khi đạt độ dẻo. Để cao su sơ luyện ổn định 48 giờ trước khi thực hiện công đoạn tiếp theo. - Bước 3: Hỗn luyện các thành phần cao su theo trình tự sau + Cán luyện hỗn hợp cao su sơ luyện ở bước 2 trong khoảng thời gian 15-20 phút trên máy cán 2 trục có tỷ tốc 1,15 ở nhiệt độ 50-550C. + Bổ sung toàn bộ hỗn hợp dầu gia công, bột độn, phụ gia gia cường, chất chống lão hoá vào hỗn hợp cao su sơ luyện sau đó tiếp tục cán trộn, đảo chéo thành phần cao su hỗn luyện này trong thời gian 15-20 phút, ở nhiệt độ 50-550C để tạo được hỗn hợp đồng nhất và có độ dẻo cần thiết. Cao su hỗn luyện xong phải được để ổn định ít nhất 24 giờ ở nhiệt độ phòng trước khi thực hiện công đoạn tiếp theo. - Bước 4: Nhiệt luyện. Cao su hỗn luyện ở bước 3 được đưa vào máy cán 2 trục có tỷ tốc 1,15 ở nhiệt độ 50-550C trong khoảng thời gian từ 5 đến 10 phút. Khi cao su hỗn luyện đã đạt được độ dẻo cần thiết thì bổ sung toàn bộ lượng lưu huỳnh vào hỗn hợp cao su này và tiếp tục cán luyện, đảo chéo trong thời gian từ 5 đến 10 phút để lưu huỳnh phân bố đồng đều trong toàn bộ khối cao su. - Bước 5: Xuất tấm. Hỗn hợp cao su nhiệt luyện ở bước 4 được xuất thành tấm có kích thước phù hợp theo yêu cầu ở 50-550C trên máy cán 2 trục không có tỷ tốc (tốc độ quay của 2 trục cán bằng nhau). Các tấm cao su đã được xuất tấm phải được bảo quản ở nhiệt độ phòng. - Bước 6: Ép và lưu hóa 62 Tấm vật liệu cao su sau bước 5 được định hình có kích thước theo yêu cầu kỹ thuật được đưa vào khuôn ép trên máy ép có gia nhiệt. Tấm vật liệu có chiều dày nhỏ hơn 5 mm sẽ được lưu hóa ở nhiệt độ từ 1420C tới 1450C, lực ép 18 đến 20 kG/cm2 và thời gian lưu hóa từ 25 đến 30 phút. Tấm vật liệu cao su sau khi được ép lưu hóa phải để ổn định ít nhất 48 giờ trước khi đo đạc các chỉ tiêu kỹ thuật. 2.3.3. Quy trình chế tạo gối đỡ cao su chống rung Gối đỡ cao su chống rung cho động cơ của xe ô tô là chi tiết có kết cấu, hình dạng, kích thước khá phức tạp và đòi hỏi phải đáp ứng đồng thời nhiều chỉ tiêu kỹ thuật khắt khe. Quá trình thiết kế hình dạng, kích thước khuôn cao su được tính toán, mô phỏng và tối ưu hóa. Sau nhiều thí nghiệm thăm dò, đã lựa chọn được quy trình chế tạo gối đỡ cao su chống rung đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đề ra như sau: - Vật liệu dùng để chế tạo gối đỡ: Chọn đơn cao su có thành phần và tỷ lệ phù hợp đáp ứng các yêu cầu của vật liệu cao su chống rung nhất trong các đơn cao su đã khảo sát để làm vật liệu chế tạo gối đỡ cao su. - Quá trình cán luyện để tạo phôi nguyên liệu (hỗn hợp cao su nhiệt luyện) được thực hiện theo quy trình chế tạo vật liệu cao su chống rung từ bước 1 đến bước 4 của mục 2.3.2. - Riêng công đoạn xuất tấm và công đoạn ép lưu hóa (bước 5 và bước 6) có sự điều chỉnh như sau: + Công đoạn xuất tấm: Hỗn hợp cao su nhiệt luyện được xuất thành tấm cao su có chiều dài và chiều rộng đều phải lớn hơn chiều dài và chiều rộng của khuôn ép gối đỡ cao su ít nhất 2 cm. Chiều dày của tấm cao su được xuất với độ dày tối đa có thể được. Trong điều kiện cụ thể trang thiết bị máy móc hiện có, xuất tấm cao su có chiều dày từ 0,9 đến 1,0 cm. Các tấm cao su sau khi xuất tấm được trải phẳng đều trên mặt bàn đá đã được vệ sinh sạch sẽ (không có bụi bẩn, dầu, mỡ và bất kỳ hóa chất nào khác) và nhanh chóng làm nguội các tấm cao su này về nhiệt độ phòng. Sau khi các tấm cao su đã nguội 63 hẳn về nhiệt độ phòng, dùng tấm polyetylen mỏng bao kín toàn bộ các tấm cao su này để bảo quản và chỉ tháo bỏ các tấm polyetylen trước khi đưa chúng vào công đoạn ép lưu hóa. + Chuẩn bị cốt thép: Thép tấm (mác 40X), có chiều dày 4mm, được làm sạch, quét lớp keo dán Thixon p-21, để khô rồi quét tiếp lớp Thixon-256 đảm bảo kết dính tốt với cao su [6]. + Công đoạn ép lưu hóa: Các tấm cao su được cắt ghép, định hình vào khuôn ép theo công nghệ gia công cao su thông thường nhưng tuyệt đối không dùng bất kỳ loại dung môi nào để hoạt hóa các bề mặt cao su cần được ghép nối với nhau. Quá trình ghép định hình cao su vào khuôn ép được thực hiện khi khuôn ép ở nhiệt độ thường. Sau khi định hình xong mới tiến hành tăng lực ép của máy ép lên khuôn ép cao su đến 12 kG/cm2 đồng thời bắt đầu gia nhiệt cho khuôn ép với tốc độ gia nhiệt 20C/phút. Khi khuôn ép đạt nhiệt độ 750C đến 800C thì tiến hành nhả tải lực ép của máy ép. Động tác tăng tải lực ép đến 12 kG/cm2 và nhả tải lực ép của máy ép được thực hiện 3 lần liên tục, mỗi lần cách nhau khoảng 1 phút. Tiếp đó, tăng tải lực ép đến 18 kG/cm2 và duy trì lực ép này cho đến khi kết thúc quá trình lưu hóa đồng thời tiếp tục gia nhiệt cho khuôn ép lên 1420C với tốc độ gia nhiệt 20C/phút. Khi nhiệt độ của khuôn ép đạt nhiệt độ 1420C thì dừng quá trình gia nhiệt nhưng vẫn phải duy trì nhiệt độ của khuôn ép ở 1420C đến 1450C trong thời gian 45 phút. 2.4. Phương pháp nghiên cứu thành phần hóa học của cao su chống rung do nước ngoài chế tạo cho gối đỡ động cơ xăng và động cơ diesel Mẫu cao su chống rung do nước ngoài chế tạo cho gối đỡ của động cơ xăng xe ZIL131 và động cơ diesel D245.9E2 được phân tích theo các phương pháp sau: 2.4.1. Phương pháp trực tiếp Ghi phổ hồng ngoại và chụp EDX trực tiếp trên bề mặt của mẫu sản phẩm. Thực hiện tại phòng Trang bị dụng cụ/ Viện Kỹ thuật Nhiệt đới. 64 2.4.2. Phương pháp nhiệt phân Nguyên lý của phương pháp: Sử dụng năng lượng nhiệt để bẻ gãy hoặc phân hủy hoàn toàn mạch phân tử của các hợp chất hữu cơ và các hợp chất cao phân tử trong môi trường khí trơ. Tùy thuộc mức độ bị bẻ gãy mạch, các hợp chất cao phân tử sẽ có khả năng hòa tan trong một vài dung môi hoặc hỗn hợp dung môi. Đây chính là cơ sở để có thể áp dụng các phương pháp phân tích phổ nhằm xác định được cấu trúc mạch phân tử của cao su gốc ban đầu. Khi các hợp chất hữu cơ và các hợp chất cao phân tử bị phân hủy hoàn toàn, lượng tro còn lại sẽ cung cấp nhiều thông tin về các loại bột độn đã được sử dụng trong hợp phần của mẫu cao su thông qua các phương pháp phân tích EDX, nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại v.v... Phương pháp thực nghiệm: - Bước 1: Cân chính xác 15 đến 20 gam bột cao su mẫu với độ chính xác đến đến 10-3 gam . Toàn bộ lượng bột mẫu cao su được chuyển vào hệ thiết bị phân hủy nhiệt (ký hiệu là M4). - Bước 2: hút chân không hệ thiết bị phân hủy nhiệt đã chứa mẫu bột cao su M4 đến áp suất 0,01 atm thì dừng bơm hút chân không. Nạp khí nitơ vào thiết bị phân hủy nhiệt đã chứa mẫu bột cao su M4 đến áp suất thường. - Bước 3: Tiến hành gia nhiệt cho thiết bị phân hủy nhiệt đã chứa mẫu bột cao su M4 với tốc độ gia nhiệt từ 30C đến 50C/phút. Theo dõi trạng thái của mẫu cao su bột trong suốt quá trình gia nhiệt để kiểm soát và lựa chọn thời điểm lấy mẫu phục vụ phân tích: + Khi mẫu bột cao su M4 chuyển sang trạng thái chảy nhớt hoàn toàn chính là thời điểm lấy mẫu phục vụ các bước phân tích tiếp theo (ký hiệu là mẫu M5). + Khi mẫu bột cao su M4 bị tro hóa hoàn toàn chính là thời điểm dừng thí nghiệm. Mẫu cao su bột đã bị tro hóa (M6) được tiếp tục sử dụng cho các bước phân tích tiếp theo. 65 2.5. Phương pháp phân tích, đo đạc bản chất hóa học, chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu - Đo phổ hồng ngoại trên thiết bị Shimadzu Prestige - 21 (Nhật Bản) ở dải sóng 400 - 4000 cm-1. Thực hiện tại phòng Trang bị dụng cụ/ Viện Kỹ thuật Nhiệt đới. - Đo sắc ký khối phổ (GC-MS) trên thiết bị Thermo Scientific ISQTM Series (Mỹ). Thực hiện tại Trung tâm phát triển công nghệ cao/ Viện Hàm lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam. - Khảo sát hình thái cấu trúc của mẫu vật liệu theo phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) trên thiết bị hiệu JSM-6490 của hãng JEOL (Nhật Bản) và phương pháp kính hiển vi trường phát xạ (FE-SEM) trên thiết bị hiệu S-4800 của hãng HITACHI (Nhật Bản). Thực hiện tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới. - Tính chất cơ động học của cao su được đo trên thiết bị phân tích cơ động học (Dynamic Mechanical Analyzer - Modular Compact Rheometer MCR 302, Anton Paar GmbH). Mô-đun động học (mô-đun tích luỹ và mô- đun tổn hao) và độ giảm rung của mẫu được đo với biến dạng động 1% trong khoảng tần số từ 0,1 - 100 Hz. Hệ số tổn hao cơ học (hệ số tắt rung) tanδ và mô-đun động học (G’ và G’’) được tính toán bằng phần mềm trong máy tính. Mẫu hình trụ có đường kính 12mm, dày 1-2mm được chuẩn bị cho phép đo. Thực hiện tại Viện Hoá học – Vật liệu/ Viện KHCNQS. - Xác định độ bền nhiệt của mẫu vật liệu theo phương pháp nhiệt trọng lượng (TGA) trên thiết bị hiệu TG 209F1 của hãng NETZSCH (Anh) và phương pháp phân tích nhiệt lượng quét vi sai (DSC) trên thiết bị hiệu DSC TA50 của hãng Shimadzu (Nhật Bản). Thực hiện tại Viện Hoá học – Vật liệu/ Viện KHCNQS. - Độ bền cơ lý bao gồm độ bền kéo đứt, độ dãn dài và độ dãn dư của các mẫu cao su được đo trên máy Zwick Z2.5 (Đức) theo tiêu chuẩn TCVN 4509:2013 với tốc độ kéo 200 mm/phút ở nhiệt độ phòng. Thực hiện tại Viện 66 Hoá học – Vật liệu/ Viện KHCNQS. - Độ cứng của vật liệu cao su được đo bằng thiết bị LX-A (Trung Quốc) theo tiêu chuẩn TCVN 1595-1:2013. Thực hiện tại Viện Hoá học – Vật liệu/ Viện KHCNQS. - Độ cứng của gối đỡ được xác định bằng phương pháp: Đặt tải trọng (P) lên mẫu có ứng suất tĩnh (tải trọng/diện tích bề mặt tiếp xúc) tương đương với ứng suất của gối đỡ khi đặt động cơ lên. Đo khoảng nén xuống (∆𝑙) của gối cao su đến thời điểm cân bằng. Giá trị độ cứng của gối được tính theo công thức: 𝑘 = 𝑃 ∆𝑙 - Độ biến dạng nén dư của vật liệu cao su chống rung được đánh giá theo tiêu chuẩn TCVN 5320-1: 2008. Mẫu có dạng hình trụ tròn, đường kính 13,0 mm; cao 6,0 mm. Mẫu được nén đến độ biến dạng 25% so với chiều cao ban đầu và giữ nguyên ở trạng thái này trong 24 giờ ở 700C. Sau đó mẫu được tháo tải, được giữ nguyên ở nhiệt độ thường và sau 30 phút phải tiến hành đo lại chiều cao, đường kính của mẫu. Thực hiện tại Viện Hoá học – Vật liệu/ Viện KHCNQS. 2.6. Tính toán và thiết kế gối đỡ cho động cơ diesel Căn cứ vào các yêu cầu đối với gối đỡ: Tần số cộng hưởng càng thấp hơn 47H