Ảnh hưởng của chất trợ tương hợp polypropylen - ghép anhydrit maleic đến tính chất cơ học của vật liệu polypropylen compozit gia cường bằng mat tre

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

133
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

The effect of maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) on mechanical properties of bamboo fiber mat reinforced polypropylene composites (BMRPC) was studied. The results showed that mechanical properties of the composite depend on the amount of MAPP and those attained maximum values at 6 % MAPP. The effects of bamboo fiber mat contents on mechanical properties were also investigated. Maximum values for the tensile, flexural and impact strengths of BMRPC were obtained at a bamboo fiber mat content 45% (by weight).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Ảnh hưởng của chất trợ tương hợp polypropylen - ghép anhydrit maleic đến tính chất cơ học của vật liệu polypropylen compozit gia cường bằng mat tre

T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (5A), Tr. 77 - 84, 2007 ¶NH H¦ëNG CñA CHÊT TRî T¦¥NG HîP POLYPROPYLEN - GHÐP ANHYDRIT MALEIC §ÕN TÝNH CHÊT C¥ HäC CñA VËT LIÖU POLYPROPYLEN COMPOZIT GIA C¦êNG B»NG MAT TRE §Õn Tßa so¹n 16-8-2007 PHAN THÞ MINH NGäC, TRÇN VÜNH DIÖU, NGUYÔN THUý H»NG Trung t©m Nghiªn cøu VËt liÖu Polyme, Tr1êng §¹i häc B¸ch khoa H6 Néi SUMMARY The effect of maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) on mechanical properties of bamboo fiber mat reinforced polypropylene composites (BMRPC) was studied. The results showed that mechanical properties of the composite depend on the amount of MAPP and those attained maximum values at 6 % MAPP. The effects of bamboo fiber mat contents on mechanical properties were also investigated. Maximum values for the tensile, flexural and impact strengths of BMRPC were obtained at a bamboo fiber mat content 45% (by weight). I - Më §ÇU II - THùC NGHIÖM Tre l vËt liÖu thùc vËt ® îc sö dông trong 1. Nguyªn liÖu v ho¸ chÊt nhiÒu lÜnh vùc ®# tõ rÊt l©u [1] do tre l mét - Nhùa PP Hopelen Y 130 cña h#ng Honam trong nh÷ng lo i phæ biÕn v sinh tr ëng nhanh Petrochemical Corporation - H n Quèc cã chØ sè kh«ng chØ ë c¸c n íc nhiÖt ®íi m cßn ë mét sè ch¶y 4 g/10 phót ë nhiÖt ®é 230oC víi tû träng n íc «n ®íi. H¬n n÷a, sîi tre l¹i nhÑ v ®é bÒn 2,16 kg. riªng cao [2]. - MAPP cña h#ng Aldrich chemical Co - Mü Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, vËt liÖu polyme víi h m l îng MA l 0,6%, nhiÖt ®é nãng ch¶y compozit (PC) gia c êng sîi tre ® îc chó träng 152oC, tû träng 0,950 g/cm3. nghiªn cøu v ® a ra øng dông [3 - 7]. Tuy - Tre t ¬i ® îc lÊy tõ tØnh Ho B×nh; nhiªn, liªn kÕt gi÷a sîi tre v nhùa nÒn yÕu dÉn - Mat thuû tinh lo¹i 450 g/m2 (Trung Quèc); tíi vËt liÖu PC nhËn ® îc cã tÝnh n¨ng c¬ lý kh«ng cao ®# h¹n chÕ lÜnh vùc sö dông cña - NaOH 96% (Trung Quèc); chóng. §Ó t¨ng c êng kh¶ n¨ng liªn kÕt nãi - Toluen 99% (Trung Quèc). trªn, trong c«ng tr×nh n y ®# tiÕn h nh xö lý ho¸ 2. Ph ¬ng ph¸p chÕ t¹o mÉu häc sîi tre b»ng ph ¬ng ph¸p kiÒm v b»ng dung dÞch 1% MAPP trong toluen. Ngo i ra, a) Ph1¬ng ph¸p chÕ t¹o mat tre cßn nghiªn cøu ¶nh h ëng cña ph ¬ng ph¸p xö C©y tre ® îc c a th nh tõng ®o¹n 25 - 30 lý sîi tre v h m l îng MAPP trong nhùa nÒn cm, sau ®ã chÎ th nh c¸c thanh tre v ® îc c¸n ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu PC trªn c¬ së dËp råi ®em xö lý b»ng dung dÞch kiÒm (1,5 N) nhùa polypropylen gia c êng b»ng sîi tre. ë 70oC trong vßng 10 giê. C¸c sîi tre ® îc t¸ch ra b»ng c o thÐp cã ® êng kÝnh trung b×nh 77 kho¶ng 200 µm. C¸c tÊm mat cã khèi l îng a) §é bÒn kÐo riªng 220 - 250 g/m2 ® îc t¹o th nh b»ng c¸ch §é bÒn kÐo ® îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ®Ó l¾ng sîi tre ngÉu nhiªn trong n íc. ISO 178-1993 trªn m¸y INSTRON (Mü) víi tèc b) Ph1¬ng ph¸p xö lý mat tre b»ng dung dÞch ®é víi tèc ®é kÐo 5 mm/phót, nhiÖt ®é 20oC v kiÒm ®é Èm 75%. Mat tre ® îc xö lý b»ng dung dÞch NaOH b) §é bÒn uèn 0,1 N trong vßng 72 giê ë nhiÖt ®é phßng. Sau §é bÒn uèn ® îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ®ã mat tre ® îc ®Ó kh« tù nhiªn råi sÊy ë 70oC ISO 178-1993 trªn m¸y INSTRON (Mü) víi tèc trong kho¶ng 6 giê. ®é uèn 5 mm/phót. c) Xö lý mat tre b»ng dung dÞch MAPP trong c) §é bÒn va ®Ëp toluen §é bÒn va ®Ëp ® îc x¸c ®Þnh theo tiªu Mat tre ® îc xö lý b»ng dung dÞch 1% chuÈn ISO 179-1993 trªn m¸y Radmana ITR- MAPP trong toluen trong vßng 4 giê. Sau ®ã mat tre ® îc ®Ó kh« tù nhiªn råi sÊy ë 70oC víi 2000 (óc) víi tèc ®é 3,5 m/s. thêi gian 6 giê. III - KÕT QU¶ V" TH¶O LUËN d) Ph1¬ng ph¸p chÕ t¹o m6ng PP - MAPP 1. Kh¶o s¸t ¶nh h ëng cña c¸c ph ¬ng ph¸p Trén hîp PP víi l îng MAPP cÇn thiÕt råi xö lý sîi tre ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt cho t¹o h¹t qua m¸y ®ïn. M ng PP - MAPP ® îc chÕ t¹o qua m¸y thæi m ng LABTECH. liÖu PC e) Ph1¬ng ph¸p chÕ t¹o vËt liÖu polyme §Ó t¨ng c êng kh¶ n¨ng liªn kÕt gi÷a sîi tre compozit v nhùa nÒn PP ®# tiÕn h nh xö lý sîi theo ph ¬ng ph¸p kiÒm v dung dÞch MAPP 1 % VËt liÖu BMRPC v BGMRPC ® îc chÕ t¹o trong toluen. C¸c mÉu vËt liÖu PC gia c êng 45 b»ng ph ¬ng ph¸p Ðp nãng trong khu«n trªn % mat tre ch a xö lý (M0), xö lý kiÒm (Mk), xö m¸y Ðp Shinto 30 tÊn (NhËt B¶n) ë nhiÖt ®é lý b»ng dung dÞch MAPP (MMAPP) ® îc chÕ t¹o 190oC trong thêi gian 30 phót d íi ¸p lùc 40 ë nhiÖt ®é 190oC, ¸p lùc Ðp 40 KG/cm2 víi thêi KG/cm3. gian 30 phót. KÕt qu¶ ®o ®¹c tÝnh chÊt c¬ häc 3. C¸c ph ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tÝnh chÊt c¬ cña vËt liÖu ® îc tr×nh b y trªn h×nh 1, 2 v 3. häc cña vËt liÖu 46,86 36,50 29,34 §é bÒn kÐo, MPa H×nh 1: ¶nh h ëng qu¸ tr×nh xö lý sîi tre ®Õn ®é bÒn kÐo cña vËt liÖu BMRPC 78 46,86 55,45 41,35 35,80 29,34 §é bÒn uèn, MPa H×nh 2: ¶nh h ëng qu¸ tr×nh xö lý sîi tre ®Õn ®é bÒn uèn cña vËt liÖu BMRPC 9,01 7,15 6,48 §é bÒn va ®ËpKJ/m2 H×nh 3: ¶nh h ëng qu¸ tr×nh xö lý sîi tre ®Õn ®é bÒn va ®Ëp cña vËt liÖu BMRPC C¸c sè liÖu trªn h×nh 1, 2 v 3 cho thÊy vËt cña vËt liÖu Mk t¨ng kho¶ng 120% so víi vËt liÖu PC víi sîi tre qua xö lý cã tÝnh chÊt c¬ häc liÖu gia c êng sîi ch a xö lý (M0). cao h¬n so víi vËt liÖu gia c êng b»ng sîi ch a Khi sîi tre ® îc xö lý b»ng dung dÞch xö lý. Tuy nhiªn, møc ®é t¨ng tÝnh chÊt c¬ lý MAPP 1% trong toluen, vËt liÖu PC nhËn ® îc cña vËt liÖu víi sîi xö lý b»ng ph ¬ng ph¸p cã ®é bÒn c¬ häc t¨ng ®¸ng kÓ so víi PC sîi tre kiÒm v MAPP rÊt kh¸c nhau. ch a xö lý. Cô thÓ l ®é bÒn kÐo, ®é bÒn uèn, ®é Trong tr êng hîp xö lý kiÒm, theo ¶nh chôp bÒn va ®Ëp cña mÉu MMAPP so víi mÉu M0 t¨ng kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (SEM) bÒ mÆt sîi tr íc t ¬ng øng l 160, 155 v 132%. §iÒu n y cã thÓ v sau xö lý (h×nh 4 v 5), bÒ mÆt sîi sau xö lý l do líp m ng MAPP (chiÕm 1,65% so víi khèi xuÊt hiÖn nhiÒu r#nh l m t¨ng diÖn tÝch tiÕp xóc l îng sîi tre) bao phñ sîi tre (quan s¸t ® îc qua gi÷a sîi - nhùa dÉn tíi ®é bÒn kÐo v ®é bÒn uèn ¶nh chôp kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt sîi tre xö lý 79 b»ng MAPP (h×nh 6) l m t¨ng c êng liªn kÕt gi÷a sîi v nhùa nÒn. H×nh 4: ¶nh SEM cña sîi tre ch a xö lý kiÒm H×nh 5: ¶nh SEM cña sîi tre sau khi xö lý kiÒm H×nh 6: ¶nh SEM cña sîi tre sau khi tÈm dung dÞch toluen 1% MAPP 2. Kh¶o s¸t ¶nh h ëng cña h m l îng chÊt trî t ¬ng hîp MAPP ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu PC VÒ b¶n chÊt, sîi thùc vËt a n íc v× chøa nhiÒu nhãm OH trong th nh phÇn ho¸ häc. Trong khi ®ã, nhùa nÒn PP kÞ n íc. §Ó liªn kÕt 2 lo¹i vËt liÖu rÊt kh¸c nhau vÒ b¶n chÊt nªu trªn, th êng sö dông chÊt trî t ¬ng hîp polypropylen ghÐp anhydrit maleic (MAPP) v ® îc trén hîp cïng víi nhùa nÒn PP. §Ó kh¶o s¸t ¶nh h ëng cña h m l îng chÊt trî t ¬ng hîp MAPP ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu PC ®# chÕ t¹o vËt liÖu PC trªn c¬ së mat tre víi h m l îng 45% v nhùa nÒn PP víi h m l îng MAPP l 0, 4, 6, 8% ë ¸p lùc Ðp 40 kG/cm2, nhiÖt ®é 1900C v thêi gian Ðp 30 phót. KÕt qu¶ kh¶o s¸t ® îc tr×nh b y trªn h×nh 7, 8 v 9. 80 50,95 46,86 45,39 §é bÒn kÐo, MPa 29,34 H m l îng MAPP, % H×nh 7: ¶nh h ëng cña h m l îng MAPP ®Õn ®é bÒn kÐo cña vËt liÖu PC 68,57 67,45 55,45 §é bÒn uèn, MPa 35,80 H m l îng MAPP, % H×nh 8: ¶nh h ëng cña h m l îng MAPP ®Õn ®é bÒn uèn cña vËt liÖu PC 81 11,06 9,01 7,58 6,48 §é bÒn va ®Ëp, KJ/m2 H m l îng MAPP, % H×nh 9: ¶nh h ëng cña h m l îng MAPP ®Õn ®é bÒn va ®Ëp cña vËt liÖu PC C¸c sè liÖu trªn cho thÊy khi t¨ng h m l îng h nh chÕ t¹o vËt liÖu PC trªn c¬ së nhùa nÒn PP MAPP tõ 0 ®Õn 6% tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu trén hîp víi 6% chÊt trî t ¬ng hîp MAPP víi t¨ng v ®¹t cao nhÊt ë h m l îng 6% nh ng nªu h m l îng mat tre thay ®æi tõ 35% ®Õn 55% ë tiÕp tôc t¨ng h m l îng MAPP tÝnh n¨ng c¬ häc ¸p lùc 40 KG/cm2, nhiÖt ®é 190oC trong vßng 30 cña vËt liÖu l¹i gi¶m. phót. Khi t¨ng h m l îng MAPP, t ¬ng t¸c gi÷a ¶nh h ëng cña h m l îng mat tre ®Õn tÝnh sîi v nhùa nÒn t¨ng dÉn ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc chÊt c¬ häc cña vËt liÖu PC trªn c¬ së nhùa PP t¨ng. Nh ng khi ® a mét l îng lín MAPP (8%) gia c êng b»ng mat tre ® îc tr×nh b y ë h×nh tøc l ® a thªm v o vËt liÖu mét l îng nh vËy 10, 11 v 12. c¸c m¹ch MAPP cã khèi l îng ph©n tö thÊp, dÉn tíi gi¶m tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu PC. Tõ kÕt qu¶ trªn c¸c h×nh 10, 11 v 12 nhËn thÊy khi h m l îng mat tre t¨ng ®é bÒn Nh vËy, víi h m l îng MAPP 6% trong nhùa nÒn PP cho vËt liÖu BMRPC cã tÝnh chÊt kÐo ( k) ®é bÒn uèn ( u) v ®é bÒn va ®Ëp ( v®) c¬ häc tèt nhÊt. ®Òu t¨ng v ®¹t c¸c gi¸ trÞ lín nhÊt ë h m l îng mat tre 45 % cô thÓ l k = 68,57 MPa; u = 3. Kh¶o s¸t ¶nh h ëng cña h m l îng mat 50,95 MPa v v® = 11,06 KJ/m2. tre ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu PC Tuy nhiªn, khi h m l îng mat tre lín h¬n Trong vËt liÖu PC, nhùa nÒn cã vai trß liªn 45 %, lóc ®ã l îng m¸t tre qu¸ nhiÒu dÉn ®Õn kÕt c¸c sîi gia c êng l¹i víi nhau, d íi t¸c dông viÖc nhùa nÒn kh«ng ®ñ bao phñ, do vËy mét cña lùc ph¸ huû nhùa nÒn ®ãng vai trß tiÕp nhËn mét phÇn sîi kh«ng ® îc thÊm nhùa t¹o nªn c¸c øng suÊt sau ®ã truyÒn øng suÊt lªn sîi gia khuyÕt tËt trong vËt liÖu l m cho ®é bÒn cña vËt c êng. Tuy nhiªn, tÝnh n¨ng gia c êng cña sîi ®¹t hiÖu qu¶ cao nhÊt khi tû lÖ gi÷a sîi v nhùa liÖu gi¶m xuèng. nÒn ®¹t gi¸ trÞ tèi u. Nh vËy, tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu §Ó kh¶o s¸t ¶nh h ëng cña h m l îng mat BMRPC ®¹t gi¸ trÞ cao nhÊt ë h m l îng mat tre tre ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu PC ®# tiÕn l 45%. 82 50,95 47,48 46,21 §é bÒn kÐo, MPa 43,43 42,93 H m l îng mat tre, % H×nh 10: ¶nh h ëng cña h m l îng mat tre ®Õn ®é bÒn kÐo cña vËt liÖu PC 68,57 60,20 62,45 58,40 51,10 §é bÒn uèn, MPa H m l îng mat tre, % H×nh 11: ¶nh h ëng cña h m l îng mat tre ®Õn ®é bÒn uèn cña vËt liÖu PC IV - KÕT LUËN trî t ¬ng hîp MAPP ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu BMRPC v nhËn thÊy víi h m l îng 1. §# tiÕn h nh xö lý sîi tre b»ng ph ¬ng ph¸p 6% MAPP so víi PP cho vËt liÖu PC cã tÝnh kiÒm v dung dÞch 1% MAPP v nhËn thÊy chÊt c¬ häc cao nhÊt. khi xö lý b»ng kiÒm cho vËt liÖu PC ®é bÒn kÐo v uèn chØ t¨ng 120% trong khi ®ã xö lý 3. §# kh¶o s¸t ¶nh h ëng cña h m l îng mat b»ng dung dÞch MAPP vËt liÖu PC cã ®é bÒn tre ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu BMRPC kÐo, ®é bÒn uèn v ®é bÒn va ®Ëp t¨ng t ¬ng v nhËn ® îc vËt liÖu tèi u víi 45 % mat tre øng l 160, 155 v 132%. cã ®é bÒn kÐo 50,95 MPa, ®é bÒn uèn 68,57 MPa v ®é bÒn va ®Ëp 11,06 KJ/m2. 2. §# kh¶o s¸t ¶nh h ëng cña h m l îng chÊt 83 11,06 9,76 8,24 7,80 §é bÒn va ®Ëp, KJ/m2 5,34 H m l îng mat tre, % H×nh 12: ¶nh h ëng cña h m l îng mat tre ®Õn ®é bÒn va ®Ëp cña vËt liÖu PC. Vietnam - Japan Workshop on Green T"I LIÖU THAM KH¶O Composite, P. 75 Hanoi (2007). 1. G. Chapman, The bamboo, Academic Press, 5. T. Toda, K. Okubo, T. Fujii, H. Hurutati, Y. London (1997). Yamanaka, H. Yamamura. Proceeding of the Second Joint Vietnam - Japan Workshop 2. K. Okubo, T. Fujii, Y, Yamamoto. on Green Composite, P. 73, Hanoi (2007). Development of bamboo-based polymer composites and their mechanical properties 6. H. Kubota, K. Okubo, T. Fujii. Proceeding Composites, Part A. 35, P. 377 - 383 (2004). of the Second Joint Vietnam - Japan Workshop on Green Composite, P. 67, 3. Tran Vinh Dieu, Phan Thi Tuyet Mai, Tran Hanoi (2007). Hai Ninh. Proceeding of the Second Joint Vietnam - Japan Workshop on Green 7. Dieu Tran Vinh, Linh Nguyen Pham Duy, Composite, P. 33, Hanoi (2007). Anh Tran Tuan, Tung Nguyen Huy. Proceeding of the Second Joint Vietnam - 4. R. Tanaka, K. Okubo, T. Fujji, M Ono, A. Japan Workshop on Green Composite, P. Sakurai. Proceeding of the Second Joint 45, Hanoi (2007). 84