Luận án: Vật liệu và kết cấu cao su tự nhiên làm gối đỡ giảm chấn động cơ xe

BỘ QUỐC PHÒNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ LÊ NGỌC TÚ 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2022 BỘ QUỐC PHÒNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ LÊ NGỌC TÚ 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 Ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 9440114 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: 1.TS Chu Chiến Hữu 2.TS Nguyễn Huy Trưởng Hà Nội – 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung, số liệu và kết quả trình bày trong luận án này là trung thực, tin cậy và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Tác giả luận án Lê Ngọc Tú ii LỜI CẢM ƠN Với tấm lòng trân trọng và biết ơn sâu sắc nghiên cứu sinh (NCS) xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Chu Chiến Hữu và PGS.TS Nguyễn Huy Trưởng đã dành nhiều thời gian, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ NCS trong suốt quá trình thực hiện luận án.

NCS chân thành cảm ơn Thủ trưởng Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Thủ trưởng, các thầy cô giáo, các nhà khoa học và các cán bộ nhân viên Phòng Đào tạo, Viện Hóa học -Vật liệu/ Viện KH &CNQS, Viện Kỹ thuật cơ giới quân sự/ TCKT, Bộ môn Cơ học máy/ Học viện Kỹ thuật quân sự, Phòng thí nghiệm trọng điểm Polyme và Compozit/ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã truyền đạt, giảng dạy kiến thức, đưa ra những góp ý quý báu, cũng như tạo mọi điều kiện, hỗ trợ, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu. Cuối cùng, NCS xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và những người thân đã động viên, hỗ trợ cho em rất nhiều trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành bản luận án tiến sĩ này. Tác giả luận án Lê Ngọc Tú iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.vi DANH MỤC CÁC BẢNG.viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. x Chương 1 TỔNG QUAN.

Rung động và các biện pháp chống rung động. Vật liệu chống rung: Yêu cầu cơ bản và phân loại. Yêu cầu cơ bản của vật liệu chống rung. Phân loại vật liệu chống rung.

Khả năng chống rung của vật liệu cao su. Cơ sở khoa học chống rung của vật liệu cao su. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống rung của vật liệu cao su. Các phương pháp nâng cao khả năng chống rung cho vật liệu cao su.

Cao su tự nhiên và ứng dụng của nó trong chế tạo vật liệu chống rung. Cao su tự nhiên. Cao su styren butadiene (SBR) và blend NR/SBR. Lưu hóa các sản phẩm từ cao su tự nhiên.

Chống rung cho động cơ diesel trên xe ô tô ZIL131. Xác định tần số dao động của gối đỡ động cơ xăng trên xe ZIL131 và gối đỡ động cơ D245. Tính toán thiết kế gối đỡ động cơ diesel D245.9E2 trên xe ZIL131.49 Chương 2 THỰC NGHIỆM. Nguyên liệu, hóa chất.

Tổng hợp và biến tính phụ gia cho cao su chống rung. Biến tính nanosilica bằng phản ứng ghép với Bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulfide (TESPT). Tổng hợp Etylenglycol dimetacrylat (EGDM). Xây dựng quy trình chế tạo vật liệu cao su chống rung.

Khảo sát xây dựng đơn vật liệu cao su chống rung. Quy trình chế tạo vật liệu cao su chống rung. 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. Phương pháp trực tiếp.

Phương pháp nhiệt phân. Phương pháp phân tích, đo đạc bản chất hóa học, chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu. Tính toán và thiết kế gối đỡ cho động cơ diesel. Tính toán tối ưu hoá độ cứng gối đỡ cho động cơ diesel.

Thiết kế gối đỡ cho động cơ diesel. Các phương pháp đánh giá khả năng chống rung của vật liệu cao su và gối đỡ chống rung. Đo rung bằng phương pháp gõ búa. Đo rung bằng bàn rung.

Đo rung trên giá thử.74 Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Nghiên cứu về hệ thống gối đỡ của động cơ xăng trên xe ô tô ZIL131 và hệ thống gối đỡ của động cơ diesel dùng để thay thế. Nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật. Nghiên cứu bản chất vật liệu chế tạo gối đỡ động cơ.

Nghiên cứu tổng hợp nguyên liệu phục vụ chế tạo gối đỡ động cơ. Nghiên cứu biến tính nanosilica bằng tác nhân TESPT. Nghiên cứu tổng hợp chất phụ gia etylenglycol dimetacrylat. Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su chống rung để làm gối đỡ cho động cơ diesel…………………………………………………………………….

Xây dựng yêu cầu kỹ thuật cho vật liệu cao su chống rung. Nghiên cứu xây dựng đơn vật liệu để chế tạo cao su chống rung. Chế tạo và thử nghiệm gối đỡ cho động cơ diesel. Chế tạo gối đỡ cho động cơ diesel.

Kiểm tra các tính chất cơ lý và khả năng chống rung của gối đỡ động cơ diesel……………………………………………………………………. Thử nghiệm gối đỡ trên giá thử động cơ.141 Những đóng góp mới của luận án.142 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.143 TÀI LIỆU THAM KHẢO.144 vi DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu δ Góc lệch pha giữa biến dạng và ứng suất  Ứng suất  Độ biến dạng đàn hồi 𝑓đ𝑐 Tần số dao động của động cơ  Thời gian phục hồi  Độ nhớt động học của phân đoạn chuỗi E Mô-đun đàn hồi 𝐸′ Mô-đun lưu trữ 𝐸′′ Mô-đun tổn hao Tanδ Tổn hao cơ học Tg [K] Nhiệt độ thủy tinh hóa Chữ viết tắt ASTM Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (American Society for Testing and Materials) CB Than đen (Carbon Black) CR Cao su neopren (Chloroprene Rubber) ĐCD-Z131 Động cơ Diesel xe ZIL131 ĐCX-Z131 Động cơ xăng xe ZIL131 EG Etylenglycol EGDA Ethylene glycol diacrylat EGDM Ethylene glycol dimethacrylat EPDM Cao su ethylen propylen dien monomer FRF Hàm số đáp ứng tần số (Frequency Ratio Function) GĐT Gối đỡ trước vii GĐS Gối đỡ sau HAF Mài mòn cao (High abrasm furme) HVPBd Vinyl poly(butadien) HVSBR Vinyl styren-butadien copolyme IPN Cấu trúc mạng đan xen (Interpenetrating Polymer Network) ISAF Siêu mài mòn trung gian (Intermediate super abrasm furme) IIR Cao su butyl (Isobutylen-isoprene Rubber) MA Axit metacrylic m-nanosilica Nano silica biến tính MWCNT Chất độn ống nano carbon đa lớp NBR Cao su nitril-butadien (nitrile-butadiene rubber) NR Cao su tự nhiên (Natural rubber) NSE Chất đàn hồi nano silica (Nanosillica elastomer) PDM N,N’-m-phenylen dimaleinid PF Nhựa phenolic PKL Phần khối lượng SBR Cao su butadien-styren (Styren-butadien Rubber) TAC Triallyl cyanurat TAIC Triallyl isocyanurat TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TESPT Bis-(3-trietoxysilylpropyl) tetrasulfide TMPTA Trimethylolpropan triacrylat TMPTMA Trimethylolpropan trimethacrylat TPE Chất đàn hồi nhiệt dẻo (Thermoplastic Elastomer) ZDA Kẽm diacrylate (Zine diacrylate) ZDMA Kẽm dimethacrylat (Zine dimethacrylate) viii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1. Hiệu suất chống rung của vật liệu. Vật liệu đàn hồi bằng cao su thường được sử dụng.

Giá trị tổn hao cơ học tanδ của các loại cao su khác nhau. Chỉ tiêu kỹ thuật của cao su tự nhiên RSS1. Chỉ tiêu kỹ thuật của cao su SBR1502, Kumho. Chỉ tiêu kỹ thuật của keo dán.

Đặc trưng của hạt nano silica QS-10. Đơn thành phần vật liệu cao su chống rung tổng quát. Thành phần vật liệu của đơn N1. Thành phần vật liệu của đơn N3.

Thành phần vật liệu của đơn N4. Thành phần vật liệu của đơn N5. Chỉ tiêu kỹ thuật của gối đỡ ĐCX-Z131 và ĐCD-Z131. Chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu chế tạo gối đỡ ĐCX-Z131 và ĐCD-Z131.

Dao động đặc trưng phổ hồng ngoại của các mẫu cao su dùng để chế tạo gối đỡ động cơ xăng và của mẫu cao su tự nhiên. Mảnh khối lượng phân tử. Tổng hợp kết quả phân tích nhiệt mẫu cao su làm gối đỡ ĐCX-Z131. Tỷ lệ thành phần các nguyên tố tại các vị trí số 8 và số 9.

Dao động đặc trưng phổ hồng ngoại của các mẫu cao su dùng để chế tạo gối đỡ động cơ diesel và của mẫu cao su tự nhiên. Mảnh khối lượng phân tử. Tổng hợp kết quả phân tích nhiệt mẫu cao su. Tỷ lệ thành phần các nguyên tố tại các vị trí số 2 và số 3 của gối trước.

Tỷ lệ thành phần các nguyên tố của gối sau tại các vị trí số 5 và số 6. Số sóng đặc trưng các nhóm nguyên tử trên phổ hồng ngoại của các hạt nanosilica và m-nanosilica. Thành phần nguyên tố trong hạt nanosilica trước và sau biến tính. Ảnh hưởng của lượng xúc tác đến hiệu suất phản ứng.

Ảnh hưởng của tỷ lệ mol EG: MAA đến hiệu suất phản ứng. Tín hiệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR. Tín hiệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C-NMR. Một số đặc trưng của sản phẩm EGDM.

Chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu cao su và của gối đỡ dùng để chế tạo gối đỡ của động cơ diesel lắp cho xe ZIL131. Thành phần vật liệu của đơn vật liệu N1. Tính chất cơ học và khả năng chống rung của các mẫu tổ hợp chế tạo ở các tỷ lệ NR/SBR khác nhau. Tính chất cơ học và khả năng chống rung của các mẫu tổ hợp chế tạo với các loại than khác nhau.

Chỉ tiêu kỹ thuật của cao su chống rung với các tỷ lệ than N330 khác nhau 121 Bảng 3. Tính chất cơ học và khả năng chống rung của vật liệu cao su chế tạo theo đơn N4-1-Y. Tổng hợp kết quả phân tích nhiệt của các mẫu vật liệu cao su. Thành phần vật liệu của đơn N1-E.

Tính chất cơ lý và độ trương của blend NR/SBR khi thay đổi tỷ lệ EGDM 129 Bảng 3. Tính chất cơ học và khả năng chống rung của các mẫu vật liệu N4-1-2 có bổ sung EGDM. Các đặc tính cơ học và chống rung của gối đỡ khi so sánh với các chỉ tiêu kỹ thuật đặt ra đối với gối đỡ động cơ diesel trên xe ZIL131. Tổng hợp so sánh các giá trị quy ước.139 x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Sơ đồ mô tả hệ cách ly rung động.2 Giải pháp kết cấu chống rung.3 Sơ đồ phạm vi ứng dụng của các loại kết cấu vật liệu chống rung khác nhau 11 Hình 1.4 Phân loại vật liệu chống rung theo tính chất vật liệu.5 Biểu đồ ứng suất - biến dạng của polyme.6 Đường cong ứng suất - biến dạng của polyme.7 Quá trình lưu hóa của cis-polyisopren.8 Mối quan hệ giữa tổn hao cơ học, nhiệt độ và sự tương thích khi pha trộn hỗn hợp vật liệu cao su.9 Tính năng chống rung của vật liệu composite NR/ENR/SiO2.10 Một số hạt nanosilica khác nhau.11 Cơ chế phản ứng silanol hóa giữa TESPT và silica.12 Cơ chế thủy phân của tác nhân silan với xúc tác axit.