View
12
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
ปญหาของยางผสมและเทคนิคการแกไข
ดร.กฤษฎา สุชวีะ
ปญหาในทางปฏิบัติของการใชยางผสม
ยางที่นํามาผสมกัน สวนใหญผสมเขากันไมได ทําใหโครงสรางแยกเปนวัฏภาค
ปญหาที่สําคัญที่ตามมาคือ
1. ปญหาเรื่องการวัลคาไนซยางผสม
2. ปญหาเรื่องการกระจายตัวของสารตัวเดิม/สารเคมี ในยางแตละวัฏภาค
1. ปญหาเรื่องการวัลคาไนซยางผสม(เนนการวัลคาไนซโดยใชกํามะถันแบบเรง)
1.1 พื้นฐานของการวัลคาไนซยางโดยใชกํามะถันแบบเรง
1.1.1 อัตราเรงของการเกิดปฏิกิริยาขึ้นกับ• ชนิดของยาง
ยางที่มีพันธะคูสูง จะวัลคาไนซไดเร็วกวาและมากกวายางที่มีพันธะคูต่ํา
• ชนิดของตัวเรงตอ NR- ยาง NR จะวัลคาไนซไดเร็วกวาและมากกวายาง EPDM
1.1.2 ปริมาณการเกิดการวัลคาไนซ (Crosslink density) ขึ้นกับ• ปริมาณกํามะถันที่ใช• ชนิดและปริมาณของตัวเรงที่ใช
1.1.3 โครงสรางของยางที่วัลคาไนซขึ้นกับ• อัตราสวนของกํามะถัน/ตัวเรง• อุณหภูมิที่วัลคาไนซ• เวลาที่วัลคาไนซ
S Sx
Sy SSSz
Ac.
แผนภาพแสดงโครงสรางของยางที่วัลคาไนซดวยกํามะถัน
ฉะนั้นการวัลคาไนซยางโดยใชกํามะถันแบบเรง เพื่อใหไดยางที่มีสมบัติที่ดี
ตามตองการ แมเพียงยางชนิดเดียวก็ไมใชของงาย มีความยุงยากพอควร
1.2 การวัลคาไนซยางผสม (โครงสรางแยกสวน)
ปญหาเกิดจาก
• สารวัลคาไนซ (กํามะถัน, ตัวเรง) ชอบยางตางชนิดไมเทากัน
• ยางตางชนิดในวัฏภาคยางมีความไวตอปฏิกิริยาไมเทากัน ทําให
เกิดความไมสมดุลในการวัลคาไนซ
1.2.1 เมื่อผสมสารวัลคาไนซเขาไปในยางผสม สารวัลคาไนซจะกระจายตัวในวัฏภาคยางตางชนิดไมเทากัน
S SS SS S
S SS
S SS
S SS
SS
SS
S
S SS
SS
เกิดความไมสมดุลของชนิดและปริมาณของพันธะเชื่อมโยง (crosslinks)
สมบตัขิองยางดอยลง
Effect of Crosslink Distribution on Tensile Strength of NR/NBR Gum 50 : 50 (41% Acrylonitrile) Blends
Accelerator (s)a, phr
Tensile strength, MPa
Crosslink distributionηNR : ηNBR
phys phys
TBBS, 1.17
TBBS, 1.17/TMTM, 0.1
TBBS, 1.17/ODIP, 0.37a With 1.3 phr sulphur
1.01
0.67
1.75
26.8
17.8
19.8
1.2.2 สารเคมียางสามารถเคลื่อนยายขามวัฏภาคยางที่ตางกันได โดยเฉพาะอยางยิ่งเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป
Diffusion of sulphur from NR to SBR (150 °C, 9 sec).(J.B.Gardiner, Rubber Chem.Technol. 42, 1058 (1969))
Diffusion of sulphur from NR to butyl (150 °C, 9 sec).(J.B.Gardiner, Rubber Chem.Technol. 42, 1058 (1969))
ฉะนั้นอาจเกิดการเคลื่อนยายของสารวัลคาไนซเพิ่มขึ้นในระหวางการวัลคาไนซยางผสม
- เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เชนที่อุณหภูมิที่วัลคาไนซ- การเคลื่อนยายจากวัฏภาคยางที่วัลคาไนซชาไปยังวัฏภาคยางที่วัลคาไนซเร็ว
ทําใหการควบคุมสมดุลของสารวัลคาไนซในยางผสมยากขึ้น
1.3 แนวทางแกไข
1. ควบคุมไมใหสารวัลคาไนซในยางวัฏภาคตางๆ ตางกันมาก- ปรับวิธีการผสมยางกับสารเคมียาง เชน เปลี่ยนลําดับการเติมสารเคมียาง- ผสมสารวัลคาไนซในยางแตละตัวกอน แลวจึงผสมยางภายหลัง
2. ปรับอัตราเร็วของการวัลคาไนซยางในวัฏภาคตางๆ โดย- ปรับชนิดของตัวเรง- ใชตัวเรงมากกวา 1 ชนิดรวมกัน- ใชสารหนวงปฏิกิริยา (retarder)- ดัดแปรยางเชิงเคมีเพื่อเพิ่มความไวปฏิกิริยาของยาง
การปรับชนิดของตัวเรง
0
10
20
30
40
50
60
70
1.3 CBS 1.24 MBS 1.17 TBBS 1.3 CBS + 0.1TMTM
1.17 TBBS +0.37 O DIP
Accelerator(s), phr
Phys
ical
cro
sslin
k de
nsity
, mol
/m3
NR NBR
Crosslink distribution in gum vulcanisates of 50 : 50 NR : NBR (41% acrylonitrile) blends, all contain 1.3 phr sulphur.
การดัดแปรยางเชิงเคมีเพื่อเพิ่มความไวปฏิกิริยาของยาง
ความไวปฏิกิริยาเปลี่ยนไป
S
BT
EPDM + L – S – S – L
Sulphurdonor
S
L
Modified EPDM
+
Accelerator
MBT
+ L - H
Vulcanisation precursor
BAPD = Bis-alkylphenoldisulphideDTDC = DithiodicaprolactamDTDM = Dithiodimorpholine
ความไวปฏิกิริยาของ EPDM เปลี่ยนไป
0
0.5
1
1.5
2
Control BAPD DTDC DTDM0
0.05
0.1
0.15
0.2
Bound rubberVolume swelling
Bound rubber, g/g black
Volume swelling (Vr toluene)
Interaction between EPDM and carbon black (50 phr N660)
มีผลตอสมบัติของยางผสม (NR/EPDM)
0
1
2
3
4
5
Control BAPD DTDC DTDM0
5
10
15
20
25M100 TS
Modulus, MPa
Tensile strength, MPa
Tensile properties of black-filled (50 phr N660) NR/EPDMblends (2.0 phr S/0.6 phr CBS, tmax / 150 °C)
3. หาวิธีติดตามการวัลคาไนซในยางแตละวัฏภาคอยางนอยจะชวยใหทราบปญหาและหาทางแกไขตอไป
3.1 วัดสมบัติทางกลเชิงพลวัตร (dynamicmechanical property)- วัดสมบัติการวัลคาไนซยางแบบ
ปกติ (MDR,ODR) ใชไมได- วัดสมบัติทางกลเชิงพลวัตร
สามารถใชได (RPA)
3.2 ใช Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR)วัด NMR ของตัวอยางที่บวมดวยตัวทําละลาย
วัดความแตกตางของความกวางของสญัญาณ
Comparison of swollen-state 1H NMR spectra of gum vulcanisates cured with S/CBSto have high (3.0/0.8 phr) and low (1.0/0.2 phr) crosslink densities.
2. ปญหาการกระจายของสารตัวเติม (เสริมแรง) ในยางผสม
การกระจายตัวของสารตัวเติม (เสริมแรง) ในยางแตละวัฏภาคอาจไมเทากัน หรือไมเปนไปตามที่ตองการ เนื่องจากยางแตละชนิดชอบสารตัวเติม (เขมาดํา,ซิลิกา) ไมเทากัน
การกระจายตัวของสารตัวเติมในยางผสม (50/50) ของ NR
ยางผสม
NR / CIIR
NR / BR
% สารตัวเติมใน NR
เขมาดํา ซิลิกา
88
28
90
70
ใชสารตัวเติม 20 phr
ซึ่งมีผลเสียตอสมบัติของยางผสม
Effect of carbon black distribution on vulcanisateproperties (40 parts per hundred rubber ISAF black; 50 NR/50 BR).(W.M.Hess et.al., Rubber Chem.Technol., 40, 371 (1967))
Effect of carbon black distribution on hysteresis(40 parts per hundred rubber ISAF black; 50 NR/50 BR).(W.M.Hess et.al., Rubber Chem.Technol., 40, 371 (1967))
แนวทางแกไข
ปรับวิธีการผสมสารตัวเติม
ยางผสม (50/50) ของ NR/BR ใชเขมาดํา (CB) 20 phr
วิธีการผสม %CB ใน BR
ผสมยางกอนแลวใส CBผสม CB ใน masterbatch ของ NR และ BRผสม CB ใน NR masterbatchผสม CB ใน NR masterbatch แลวใหความรอนที่ 155 ° C 10 นาที
75594018
ผลตอสมบัติของยางผสมที่ไดยางผสม (50/50) ของ NR/BR ใชเขมาดํา (CB) 40 phr
100% NR CB ทัง้หมดใน NR
Tensile strength (kg/cm2)
300% Modulus
Elongation at break (%)
Tear resistance (kg/tp)
Resilience at 50 °C (%)
Hardness (BS Degree)
50% CBใน BR
CB ทัง้หมดใน BR
ผสมปกติ
250
124
511
19.1
87.5
59
179
110
435
15.1
86
57
171
104
438
15.6
84.5
59
161
95
439
11.5
84
56
156
102
415
11.3
86
60
สรุป
1. การใชยางผสมมีปญหาเนื่องจากยางสวนใหญผสมเขากันไมได ทําใหมีโครงสรางแยกเปนวัฏภาค
2. โครงสรางของยางผสมดังกลาวทําใหมีปญหาในดาน- การวัลคาไนซยางในแตละวัฏภาคใหไดสมดุล- การกระจายตัวของสารตัวเติมในยางแตละวัฏภาคไมสมดุล
3. ฉะนั้นควรตองทําความเขาใจกับปญหาดังกลาว และทราบแนวทางในการแกไขเพื่อนําไปปรับทําจริงใหไดในการผลิตภัณฑในอุตสาหกรรม
Recommended