Tác động của chất độn lên độ bền kéo

Thử nghiệm độ bền kéo là phương pháp thông dụng nhất để đánh giá vật liệu được độn. Điều này có thể thấy từ rất nhiều xuất bản phân tích về vấn đề này. Phương trình tổng quát nhất là:

trong đó: σ_c độ bền kéo của vật liệu tổng hợp; σ_p độ bền kéo của polymer; f_f phần chất độn; a, b, c, d là các hệ số.

Vietrubber - Phễu hút cao su silicone

Những hệ số này quyết định độ bền kéo của vật liệu tổng hợp tăng hay giảm khi thêm chất độn. Các hằng số này được lựa chọn để mô tả các đặc trưng trạng thái của chất độn. Ví dụ, hằng số “a” liên quan tới sự tập trung ứng suất. Hằng số “b” là trị ngẫu nhiên 0.67. Hằng số “c” và “d” liên quan tới kích thước hạt. Kích thước hạt càng nhỏ, giá trị của những hằng số này càng lớn. Khi giá trị của 4 hằng số này được biết chính xác hoặc xấp xỉ gần đúng, có thể dự đoán độ bền kéo của các vật liệu tổng hợp khác nhau. Vì số hạng cuối cùng trong phương trình là dương nên sự giảm kích thước hạt của chất độn dẫn đến tăng độ bền kéo. Nhiều biến thể của phương trình trên hoặc các thông số của nó được dùng để giải thích các dữ liệu thử nghiệm.

Từ thực nghiệm, các yếu tố sau được cho là cải thiện độ bền kéo của vật liệu được độn:

1. Kích thước hạt: hạt nano, than đen và silica hun khói là các ví dụ của kích thước hạt nhỏ đóng góp cho việc tăng độ bền kéo.

2. Hình dạng hạt: các chất độn dạng sợi tăng độ bền kéo rất nhiều, ví dụ như sợi aramid trong fluoroelastomer, sợi carbon trong PP, sợi thủy tinh trong hầu hết các polymer.

3. Tương tác giữa chất độn với mạng lưới polymer: calcium carbonate chưa xử lý trong PE làm giảm độ bền kéo nhưng sau khi biến tính phosphate thì độ bền kéo tăng; các hạt thủy tinh có thể giảm hoặc tăng độ bền kéo phụ thuộc vào sự kết dính ở bề mặt phân cách; sợi polyamide không gia cường cao su thiên nhiên vì thiếu tác động qua lại giữa chất độn và cao su.

4. Nồng độ chất độn: độ bền kéo không tuyến tính với nồng độ chất độn; có một giá trị nồng độ tới hạn xác định mà trên giá trị này nồng độ chất độn tăng hơn nữa làm giảm độ bền kéo.

5. Lựa chọn đúng cặp chất độn-polymer: nên có tương tác giữa chất độn và polymer; tuy nhiên, một số trường hợp tương tác quá mạnh làm giảm độ bền kéo do tăng độ cứng của vật liệu (như alumino-silicate với PVAc).

Độ giãn dài luôn tỷ lệ nghịch với độ bền kéo nên tăng độ bền kéo của vật liệu nhìn chung làm giảm độ giãn dài của nó.

Tham khảo từ tài liệu Handbook of Fillers, George Wypych, ChemTec, 1999, trang 395 - 402

(vtp-vlab-caosuviet)