Đây là một nghiên cứu, so sánh về sự kết dính của các loại cao su với kim loại được trình bày tại Hội nghị Quốc tế về Kết dính cao su, tại Dusseldorf, Đức từ ngày 21 – 22 tháng 6 năm 2006. Tên đề tài nghiên cứu là “Comparisons and contrasts in rubber – metal bonding using eight polymer types” (“Những so sánh và tương phản trong kết dính cao su với kim loại dùng 8 loại polyme”) của tác giả R. J. Del Vecchio, Dịch vụ tư vấn kỹ thuật và Ernest Ferro Jr, Công ty cao su Corry, Mỹ.
Những nghiên cứu trước đây về kết dính cao su với kim loại chỉ tập trung vào một hợp chất hoặc một vài hợp chất cao su liên quan. Với mong muốn so sánh độ bền kết dính của nhiều hợp chất cao su khác nhau, 8 loại cao su thông dụng đã được dùng trong thí nghiệm: cao su thiên nhiên (NR), cao su styren – butadien (SBR), cao su polycloropren (PR), cao su etylen – propylen dien (EPDM), cao su nitril (NBR), cao su silicon (Si), cao su florocacbon (FKM), cao su urethane cán được (AU). Vì độ bền kết dính phụ thuộc rất nhiều vào độ cứng và mô-đun của hợp chất cao su nên các công thức cao su được điều chỉnh lượng chất độn và chất hóa dẻo để độ cứng 8 của chúng xấp xỉ nhau (khoảng 65 ShoreA) với độ sai lệch chấp nhận được. Thành phần của 8 hợp chất cao su như sau:
Trong nghiên cứu, các hợp chất cao su được đo các tính chất cơ lý, độ bền kết dính ban đầu và sau lão hóa, cũng như độ bền kết dính chống lại các yếu tố tác động của môi trường. Ở đây ta chỉ chú ý đến kết quả độ bền kết dính (được đo theo ASTM D-429, phương pháp F).
Từ kết quả thí nghiệm ta thấy được tác động của quá trình lão hóa nhiệt lên độ bền kết dính của các hợp chất cao su khác nhau có kết quả khác nhau, thậm chí trái ngược nhau. Ví dụ, trong trường hợp cao su styren – butadien (SBR), độ bền kết dính giảm nhiều nhất (4.3%), còn trong trường hợp của cao su silicon (Si), độ bền kết dính gần như không đổi; tuy nhiên trong trường hợp của cao su florocacbon, độ bền kết dính tăng 86.3% (gần gấp đôi). Điều này có thể được giải thích như sau: do sự lão hóa nhiệt đã trở thành sự lưu hóa lại hợp chất cao su FKM, nên tác động có lợi lên hợp chất cao su này.
Quan sát bề mặt kim loại hỏng kết dính, ta cũng có thể thấy được sự khác biệt trong độ bền kết dính của các loại cao su khác nhau với kim loại.
Đối với các loại cao su NR, SBR, CR, NBR, và Si, phần cao su còn lại trên bề mặt kim loại là đáng kể. Điều này chứng tỏ, cao su bị xé rách và độ bền liên kết của cao su nhỏ hơn độ bền kết dính của cao su và kim loại. Trong khi đó, các loại cao su FKM và AU cho thấy vật liệu cao su bị xé ít hơn; còn đối với cao su EPDM, độ bền kết dính rất thấp vì phần cao su còn lại trên bề mặt kim loại là rất ít.
Trong các thí nghiệm ở điều kiện môi trường khắc nghiệt tăng nhanh, độ bền liên kết giữa cao su và kim loại rơi vào 4 nhóm: hỏng kết dính trong thời gian rất ngắn (NR & EPDM), hỏng kết dính trong thời gian ngắn (Si & AU), hỏng kết dính trong thời gian trung bình (CR & NBR), và sự kết dính tồn tại trong một thời gian dài (SBR & FKM). Kết quả này cho thấy không có mối liên hệ nào với những kết quả thí nghiệm kết dính ở trên.
Ngoài ra, những thí nghiệm khác cố gắng tìm mối quan hệ giữa độ bền kết dính giữa cao su với kim loại với một tính chất cơ bản nào đó của hợp chất cao su như sự chống lại quá trình lão hóa nhiệt, độ bền kéo, mô-đun kéo (M-100), độ dãn dài, v.v… đều không thành công. Một ví dụ tiêu biểu là tìm mối tương quan giữa độ bền kết dính giữa cao su với kim loại và độ bền kéo của hợp chất cao su có kết quả như sau:
Từ đồ thị, ta thấy được không có mối tương quan nào giữa hai đại lượng này.
Kết luận được rút ra từ nghiên cứu này là nguyên lý kết dính cao su với kim loại rất phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần hóa học của hợp chất cao su, hệ chất kết dính, đặc tính các chất nền, điều kiện môi trường, v.v…; vì thế không thể dự đoán được độ bền liên kết của cao su với kim loại khi các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết dính không tương tự nhau.
(hết)
Tham khảo từ tài liệu Rubber Bonding 2006 – International Conference on Rubber Bonding, iSmithers Rapra Publishing, 2006, trang 1 - 8
(vtp-vlab-caosuviet)
Tag: kết dính, cao su, kim loại
