Luận án Tiến sĩ Hóa học: Chế tạo, khảo sát tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh E và nanosilica

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:154

Thêm vào BST

Báo xấu

52
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là chế tạo được vật liệu compozit trên cơ sở epoxy gia cường vải thủy tinh kết hợp nanosilica biến tính hữu cơ sử dụng chất đóng rắn cơ titan có độ bền cơ học cao, bền nhiệt, có khả năng kìm hãm cháy; cải thiện được độ dai của nhựa epoxy bằng cách kết hợp các chất gia cường như nanosilica biến tính hữu cơ và vải thủy tinh với điều kiện chế tạo và tỷ lệ thành phần hợp lý.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Hóa học: Chế tạo, khảo sát tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh E và nanosilica

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- HỒ NGỌC MINH CHẾ TẠO, KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VÀ HÌNH THÁI CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA EPOXY GIA CƯỜNG SỢI THỦY TINH E VÀ NANOSILICA LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI – 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Hồ Ngọc Minh CHẾ TẠO, KHẢO SÁT TÍNH CHẤT VÀ HÌNH THÁI CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA EPOXY GIA CƯỜNG SỢI THỦY TINH E VÀ NANOSILICA Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 62.44.01.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS TS, Trần Thị Thanh Vân 2. GS TS, Thái Hoàng Hà Nội – 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự hướng dẫn của PGS TS Trần Thị Thanh Vân và GS TS Thái Hoàng. Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Hồ Ngọc Minh
LỜI CÁM ƠN Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Thái Hoàng và PGS TS Trần Thị Thanh Vân đã tận tình hướng dẫn, động viên và khích lệ trong suốt thời gian, học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh xin trân trọng cám ơn cơ sở đào tạo Học viện Khoa học Công nghệ/ Viện Hàn lâm Khoa học-Công nghệ Việt Nam và Viện Kỹ thuật nhiệt đới/ Viện Hàn lâm Khoa học-Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho nghiên cứu sinh trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Viện. Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Đảng ủy, Thủ trưởng Viện Hóa học-Vật liệu/ Viện Khoa học và Công nghệ quân sự đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôt trong suốt quá trình đào tạo. Nghiên cứu sinh xin gửi tới các thầy, cô, cơ quan, gia đình, bạn bè lòng biết ơn sâu nặng về sự động viên, giúp đỡ, chia sẻ khó khăn giúp nghiên cứu sinh hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập và nghiên cứu.
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CÁM ƠN .................................................................................................. iv MỤC LỤC ......................................................................................................... v DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................. ix DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... xi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT .................................. xiv MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHỰA EPOXY, NANOCOMPOZIT VÀ VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ EPOXY/NANOSILICA/ SỢI THỦY TINH ................................................................................................................. 3 1.1 Nhựa epoxy ................................................................................................. 3 1.2. Phân loại nhựa epoxy ................................................................................. 4 1.2.1. Nhựa epoxy bisphenol A ........................................................................ 4 1.2.2. Nhựa epoxy mạch thẳng......................................................................... 6 1.2.3. Nhựa epoxy chứa mạch vòng no ............................................................. 6 1.2.4. Nhựa nhiều nhóm epoxy ........................................................................ 7 1.2.4.1. Nhựa polyglyxydylphenol-formandehyt .............................................. 7 1.2.4.2. Nhựa polyglycydylxianurat ................................................................. 7 1.3. Chất đóng rắn cho nhựa epoxy .................................................................. 8 1.3.1. Đóng rắn nhựa epoxy bằng amin ............................................................ 8 1.3.2. Đóng rắn nhựa epoxy bằng axit cacboxylic ............................................ 9 1.3.3 Đóng rắn nhựa epoxy bằng các anhydrit .............................................. 10 1.3.4. Đóng rắn bằng hợp chất cơ titan ........................................................... 10 1.4. Một số lĩnh vực ứng dụng chính của nhựa epoxy .................................... 13 1.5. Nano silica và nano silica hữu cơ hóa ...................................................... 14 1.5.1. Nano silica ............................................................................................. 14 1.5.2. Biến tính hạt nanosilica ......................................................................... 16
1.6. Vật liệu epoxy nanocompozit .................................................................. 22 1.6.1 Giới thiệu về vật liệu polyme nanocompozit ......................................... 22 1.6.2. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy...................................... 23 1.6.2.1 Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và ống nano cacbon .. 23 1.6.2.2. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy và nano graphen ............... 26 1.6.2.3 Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và nanoclay ............... 28 1.6.2.4. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa epoxy và nanosilica ............ 30 1.7. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh.......... 33 1.8. Vật liệu polyme compozit trên cơ sở nền nhựa epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh E và hạt nanosilica ........................................................................... 35 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM, CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 40 2.1. Nguyên liệu và hóa chất ........................................................................... 40 2.2. Các phương pháp và thiết bị nghiên cứu ................................................. 40 2.2.1. Xác định hiệu suất ghép của KR-12 lên nanosilica K200 .................... 40 2.2.2. Xác định kích thước hạt và thế zeta của nanosilica trước và sau biến tính ... 40 2.2.3. Xác định hàm lượng phần gel của các mẫu nhựa ................................. 41 2.2.4. Phương pháp xác định độ nhớt ............................................................. 41 2.2.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ........................... 41 2.2.6. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét tán xạ trường (FE-SEM)......... 41 2.2.7. Phương pháp phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X ............................ 42 2.2.8. Phương pháp phổ hồng ngoại ............................................................... 42 2.2.9. Phương pháp phân tích nhiệt................................................................. 42 2.2.10. Phương pháp xác định tính chất cơ học động ..................................... 42 2.2.11. Phương pháp xác định độ bền dai và năng lượng phá hủy của vật liệu .. 43 2.2.12. Phương pháp xác định độ bền uốn ...................................................... 44 2.2.13. Phương pháp xác định độ bền kéo đứt ................................................ 44 2.2.14. Phương pháp xác định độ bền va đập ................................................. 44
2.2.15. Phương pháp xác định độ bền điện ..................................................... 44 2.2.16. Phương pháp xác định độ cứng Brinell và độ bền mài mòn ............... 44 2.2.17. Phương pháp xác định độ bền liên kết sợi-nhựa ................................. 45 2.2.18. Phương pháp xác định độ bền dai phá hủy tách lớp của compozit .... 46 2.2.19. Phương pháp xác định góc tiếp xúc .................................................... 46 2.3. Phương pháp chế tạo mẫu ........................................................................ 46 2.3.1. Biến tính nanosilica ............................................................................... 46 2.3.2. Chế tạo vật liệu nanocompozit trên cơ sở epoxy và m-nanosilica ....... 47 2.3.3. Chế tạo mẫu nhựa epoxy và vật liệu nanocompozit đóng rắn bằng các chất đóng rắn khác nhau .................................................................................. 47 2.3.3.1. Chế tạo mẫu epoxy YD-128 đóng rắn bằng TBuT ở điều kiện khác nhau .. 47 2.3.3.2. Chế tạo các tấm mẫu nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau . 48 2.3.4. Chế tạo compozit epoxy/m-nanosilica/TBuT/sợi thủy tinh .................. 48 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 50 3.1. Biến tính nanosilica .................................................................................. 50 3.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ chất phản ứng ...................................................... 50 3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng .................................... 51 3.1.3. Độ bền nhiệt của nanosilica có và không biến tính .............................. 52 3.1.4. Phổ hồng ngoại của nanosilca và m-nanosilica .................................... 53 3.1.5. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) ...................................................... 54 3.1.6. Phân bố kích thước hạt và thế zeta........................................................ 55 3.1.7 . Hình thái cấu trúc của nanosilica trước và sau biến tính ..................... 57 3.2. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến hệ m-nanosilica/epoxy chưa đóng rắn58 3.2.1. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến sự thay đổi trạng thái vật lý và độ nhớt của hệ epoxy/m-nanosilica...................................................................... 58 3.2.2. Ảnh hưởng của nanosilica đến nhiệt độ thủy tinh hóa và nhiệt chuyển pha (ΔCp) của nhựa epoxy............................................................................... 60 3.3. Khảo sát phản ứng đóng rắn nhựa epoxy bằng tetrabutyl titanat (TBuT) 62
3.3.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của quá trình đóng rắn nhựa epoxy YD-128 bằng TBuT ........................................................................................ 63 3.3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đóng rắn ...................................................... 63 3.3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian đóng rắn..................................................... 64 3.3.1.3. Ảnh hưởng hàm lượng chất đóng rắn TBuT ...................................... 65 3.3.2. Độ bền cơ học của nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau ........ 66 3.3.3. Độ bền nhiệt của nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau ........... 67 3.3.4. Độ bền điện của nhựa epoxy-YD128 đóng rắn bằng các hợp chất khác nhau .. 69 3.4. Ảnh hưởng của nanosilica đến động học và tính chất của hệ nhựa epoxy đóng rắn bằng TBuT ....................................................................................... 69 3.4.1. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến nhiệt độ đóng rắn của hệ epoxy-TBuT...... 69 3.4.2. Phổ hồng ngoại của nhựa epoxy, epoxy/TBuT và nanocompozit epoxy/m-silica/TBuT ...................................................................................... 71 3.4.3. Năng lượng hoạt hóa và động học quá trình đóng rắn epoxy và epoxy/m-silica bằng TBuT.............................................................................. 72 3.4.4. Hình thái cấu trúc của vật liệu nanocompozit ....................................... 78 3.4.5. Độ bền nhiệt và độ bền oxy hóa nhiệt của vật liệu nanocompozit epoxy/m-nanosilica ......................................................................................... 79 3.4.6. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến cấu trúc tinh thể của hệ epoxy/m- nanosilica ......................................................... Error! Bookmark not defined. 3.4.6.1. Độ bền kéo đứt, độ bền uốn của vật liệu nanocompozit epoxy/m- silica/TBuT:..................................................................................................... 82 3.4.6.2. Độ bền va đập của nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT:......... 84 3.4.6.3. Ảnh hưởng của hàm lượng nanosilica đến độ bền dai phá hủy của vật liệu nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT ................................................ 85 3.4.6.4. Độ bền rão (Creep resitance)của vật liệu nanocompozit ................... 87 3.4.7. Ảnh hưởng của hàm lượng m-nanosilica đến tính chất cơ học của nanocompozit epoxy/m-silica/TBuT............................................................... 82 3.4.8. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến độ bền mài mòn và độ cứng bề mặt của vật liệu nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT ................................. 888
3.4.9. Nghiên cứu cơ chế dai hóa nhựa epoxy bằng m-nanosilica ................. 89 3.4.9.1. Sự chuyển hướng vết nứt .................................................................. 90 3.4.9.2. Cơ chế ghim giữ vết nứt ..................................................................... 91 3.4.9.3. Cơ chế biến dạng dẻo ......................................................................... 93 3.4.9.4. Cơ chế mở rộng của lỗ trống ............................................................. 94 3.4.10. Ảnh hưởng của nanosilica đến tính chất cơ động lực của nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT ....................................................... 95 3.4.10.1. Sự biến đổi mô đun tích trữ phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica ......................................................................................................................... 95 3.4.10.2. Sự biến đổi mô đun tổn hao của nhựa epoxy và vật liệu nanocompozit phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica .................................. 97 3.4.10.3. Sự biến đổi tanδ phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica ................ 98 3.4.10.4. Ảnh hưởng của tần số....................................................................... 99 3.4.11. Ảnh hưởng của nanosilica lên khả năng chống cháy và cơ chế chống cháy của nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT...................................... 100 3.5. Chế tạo và khảo sát ảnh hưởng đặc trưng tính chất, hình thái cấu trúc của compozit epoxy/m-nanosilia/TBuT/sợi thủy tinh ......................................... 104 3.5.1. Ảnh hưởng của nanosilica đến khả năng thấm ướt với sợi thủy tinh . 104 3.5.2. Ảnh hưởng của nanosilica lên khả năng bám dính của nhựa epoy với sợi thủy tinh ................................................................................................... 105 3.5.3. Ảnh hưởng của nanosilica đến độ bền cơ học của vật liệu compozit . 107 3.5.4. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi gia cường đến độ bền cơ học của vật liệu compozit ........................................................................................................ 108 3.5.4.1. Độ bền kéo đứt, bền uốn của vật liệu compozit epoxy/m- nanosilica/TBuT/ sợi thủy tinh.................................................................... 1088 3.5.4.2. Độ bền va đập của vật liệu compozit epoxy/m-nanosilica/TBuT/ sơi thủy tinh......................................................................................................... 109 3.5.4.3. Độ bền dai tách lớp của vật liệu compozit ....................................... 110 3.5.4.4. Vi cấu trúc bề mặt phá hủy compozit .............................................. 111 3.5.5. Sự phân bố của các hạt m-nanosilica trên bề mặt sợi thủy tinh .......... 112
3.5.6. Ảnh hưởng của m-nanosilica đến tính chất cơ động lực của vật liệu compozit epoxy/TBu/ vải thủy tinh .............................................................. 114 KẾT LUẬN ................................................................................................... 118 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................................. 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 121
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Đặctrưng của một số loại nhựa Epoxy-dian ..................................... 5 Bảng 1.2. Hệ chất đóng rắn titanium alkoxit-amin cho nhựa epoxy .............. 12 Bảng 1.3. Một số hợp chất ghép TCA thông dụng hiện nay ......................... 40 Bảng 1.4. Khả năng gia cường của hạt độn biến tính TCA trong nền polyme ......................................................................................................................... 48 Bảng 1.5. Tính chất vật lí của các loại sợi thủy tinh khác nhau ..................... 39 Bảng 1.6. Các tính chất cơ học của các sợi thủy tinh khác nhau .......................... 39 Bảng 2.1. Chỉ tiêu kỹ thuật của nhựa epoxy YD-128 ..................................... 40 Bảng 2.2. Các thông số kĩ thuật của tetrabutyltitanat ..................................... 40 Bảng 2.3. Chỉ tiêu kĩ thuật nanosilica K200 ................................................... 40 Bảng 2.4. Thành phần nhựa epoxy và chất đóng rắn ..................................... 48 Bảng 3.1. Thành phần nguyên tố trong nanosilica biến tính và không biến tính ......................................................................................................................... 55 Bảng 3.2. Độ nhớt của nhựa epoxy với hàm lượng nanosilica khác nhau ..... 59 Bảng 3.3. Nhiệt độ phân hủy cực đại, hàm lượng cốc hóa và điện áp đánh thủng của nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau ................................ 68 Bảng 3.4. Các thông số nhiệt của phản ứng đóng rắn epoxy/TBuT ............... 73 Bảng 3.5. Các thông số Ti ; Tp ; Tf phản ứng đóng rắn của hệ epoxy/ TBuT/ nanosilica biến tính và không biến tính ở các tốc độ gia nhiệt khác nhau...... 76 Bảng 3.6. Các giá trị Td10, Tmax1, Tmax2 và lượng tro còn lại của epoxy và nanocompozit trong các môi trường khác nhau .............................................. 80 Bảng 3.7. Độ bền dai và năng lượng phá hủy của nhựa epoxy và nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT ....................................................... 86 Bảng 3.8. Thành phần nguyên tố lớp cốc hóa của nhựa epoxy và nanocompozit ................................................................................................ 102 Bảng 3.9. Độ nhớt động học và góc tiếp xúc của nhựa epoxy với hàm lượng m-nanosilica khác nhau trên nền thủy tinh ................................................... 104 Bảng 3.10. Ảnh hưởng m-của nanosilica đến độ bền cơ học của compozit . 107
Bảng 3.11. Sự phụ thuộc độ bền cơ học của compozit epoxy/m- nanosilica/TBuT/ vải thủy tinh vào hàm lượng vải thủy tinh ....................... 107 Bảng 3.12. Hằng số ảnh hưởng C của vật liệu compozit epoxy-nanosilica/vải thủy tinh......................................................................................................... 115
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất của nhựa epoxy .................. 43 Hình 1.2. Phản ứng đóng rắn nhựa epoxy bằng tetrabutyl titanat .................. 12 Hình 1.3. Vật liệu polyme compozit sử dụng trong thân, vỏ máy bay ........... 14 Hình 1.4. Các liên kết bề mặt và sự kết tụ của silica. ..................................... 15 Hình 1.5. Hạt nanosilica và các dạng kết tụ của chúng. ................................. 16 Hình 1.6. Sự phân tán các hạt nano silica sau khi biến tính bề mặt................ 17 Hình 1.7. Phản ứng biến tính bề mặt hạt nano bằng hợp chất silan................ 17 Hình 1.8. Tương tác của hợp chất ghép cơ titan với bề mặt hạt vô cơ ........... 19 Hình 1.9. Công thức của chất ghép silan và TCA với số nhóm chức khác nhau ......................................................................................................................... 20 Hình 1.10. Ảnh SEM phân tán của nanobarititanat với các chất ghép khác nhau và mô hình tương tác của hạt với nền polyme ....................................... 21 Hình 1.11. Tương tác của polyme và nền thủy tinh được hữu cơ hóa với các chất ghép khác nhau ........................................................................................ 22 Hình 1.12. Sơ đồ minh họa cách thức các tấm graphen có cấu trúc lục giác cuộn tròn lại để hình thành các ống nano cacbon với các hình dạng khác nhau (A: dạng ghế bàng – armchair, B: zigzac; C: dạng chiral). ............................ 24 Hình 1.13. Độ bền dai của nhựa epoxy compozit gia cường bằng CNT không hoạt hóa (a) và hoạt hóa (b)............................................................................. 26 Hình 1.14. Các dạng khác nhau của graphen; nó có thể được gói lại thành quả bóng bucky(0D), cuộn lại thành ống nano (1D) và chồng lại thành các mảng graphit (3D) ..................................................................................................... 27 Hình 1.15. Độ bền dai và năng lượng phá hủy của nhựa epoxy nguyên chất, nhựa epoxy compozit với GPL và với m-GPL ............................................... 28 Hình 1.16. Sự thay đổi của mô đun đàn hồi (a) và (b) độ bền kéo đứt của nhựa nanocay/epoxy nanocompozit khi thay đổi hàm lượng clay........................... 30
Hình 1.17. Mô đun Young (a), độ bền kéo đứt (b) của nhựa epoxy phụ thuộc vào hàm lượng nanosilica ............................................................................... 31 Hình 1.18. Bản đồ biểu diễn độ bền dai của nanocompozit theo hàm lượng hạt nano ................................................................................................................. 33 Hình 1.19. Bản đồ biểu diễn độ bền uốn của vật liệu nanocompozit theo hàm lượng hạt nano. ................................................................................................ 33 Hình 1.20. Bản đồ biểu diễn độ bền kéo đứt của vật liệu nanocompozit theo hàm lượng hạt nano ......................................................................................... 34 Hình 1.21. Sợi thủy tinh E dạng không dệt (a), tấm dệt (b) Sợi thủy tinh ...... 35 Hình 1.22 Ảnh TEM của mẫu epoxy gia cường sợi thủy tinh, 4% hạt nanosilica (a) và 15% hạt nanosilica ............................................................... 36 Hình 2.1. Mẫu xác định độ bền dai phá hủy của nhựa nền ............................. 42 Hình 2.2. Mô hình xác định độ bền liên kết nhựa-sợi .................................... 46 Hình 2.3. Mẫu xác định độ bền dai tách lớp GIC............................................. 44 Hình 3.1. Phản ứng ghép KR-12 lên bề mặt hạt nanosilica ............................ 50 Hình 3.2. Sự phụ thuộc hiệu suất ghép vào hàm lượng KR-12. ..................... 51 Hình 3.3. Sự phụ thuộc của hiệu suất ghép vào nhiệt độ phản ứng ................ 51 Hình 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất ghép vào thời gian phản ứng............... 52 Hình 3.5. Giản đồ phân tích nhiệt khối lượng của nanosilica biến tính và không biến tính với KR-12.............................................................................. 53 Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của nanosilica không biến tính (a), KR-12 (b), nanosilica biến tính KR-12 (c) ........................................................................ 54 Hình 3.7. Phổ tán xạ năng lượng tia X của mẫu nano silica chưa biến tính (a) và biến tính (b) ................................................................................................ 55 Hình 3.8. Phân bố kích thước hạt của nanosilica trước khi biến tính (a) phân bố theo số (b) phân bố theo cường độ tán xạ laze........................................... 56 Hình 3.9. Phân bố kích thước hạt của nanosilica sau biến tính (a) phân bố theo số (b) phân bố theo cường độ tán xạ laze........................................................ 56 Hình 3.10. Thế zeta của hệ nanosilica biến tính và không biến tính .............. 57
Hình 3.11. Ảnh TEM nanosilica chưa biến tính ............................................. 57 Hình 3.12. Ảnh TEM của nanosilica sau khi biến tính ................................... 58 Hình 3.13. Mô hình sự phân tán của nanosilica biến tính và không biến tính trong nhựa epoxy ............................................................................................. 60 Hình 3.14. Giản đồ DSC của nhựa epoxy và vật liệu compozit epoxy/m- nanosilica ......................................................................................................... 61 Hình 3.15. Sự phụ thuộc nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) và nhiệt chuyển pha (ΔCp) của nhựa epoxy YD-128 vào hàm lượng m-nanosilica .................................. 62 Hình 3.16 Ảnh hưởng của nhiệt độ đóng rắn đến nhiệt độ thủy tinh hóa, độ bền và đập, độ bền uốn của hệ epoxy-TBuT .................................................. 63 Hình 3.17. Ảnh hưởng thời gian đóng rắn đến độ bền cơ học, nhiệt độ thủy tinh hóa của hệ epoxy-TBuT ......................................................................... 645 Hình 3.18. Ảnh hưởng của hàm lượng chất đóng rắn đến độ bền cơ học và nhiệt độ thủy tinh hóa của hệ epoxy-TBuT..................................................... 46 Hình 3.19. Độ bền cơ học của nhựa epoxy YD-128 đóng rắn bằng TETA, PEPA, mPDA, TbuT ....................................................................................... 67 Hình 3.20. Sự phụ thuộc tanδ và tổn hao khối lượng theo nhiệt độ của nhựa epoxy YD-128 với các chất đóng rắn TETA,PEPA, mPDA, TBuT .............. 68 Hình 3.21. Hàm lượng phần gel và độ bền cơ học của nhựa epoxy và vật liệu compozit với 5% m-nanosilica........................................................................ 70 Hình 3.22. Phổ hồng ngoại của nhựa epoxy, epoxy/TBuT và nanocompozit epoxy/5% m-nanosilica (EP-N5) .................................................................... 71 Hình 3.23. Phản ứng của TBuT với các nhóm chức trong nhựa epoxy.......... 72 Hình 3.24. Giản đồ DSC của hệ epoxy/TBuT phụ thuộc vào tốc độ gia nhiệt ......................................................................................................................... 73 Hình 3.25. Giản đồ lgβ phụ thuộc vào 1/Tp trong quá trình đóng rắn hệ epoxy/TBuT. ................................................................................................... 74 Hình 3.26. Giản đồ phân tích nhiệt DSC của hệ epoxy/TBuT với nanosilica biến tính (a) và không biến tính (b) với các tốc độ gia nhiệt khác nhau......... 75
Hình 3.27. Đồ thị ln(β) phụ thuộc 1/Tp khi đóng rắn epoxy có và không có nanosilica ......................................................................................................... 77 Hình 3.28. Đồ thị ln(β/𝑇𝑝2) phụ thuộc 1/Tp khi đóng rắn epoxy sử dụng nanosilica có và không biến tính ..................................................................... 77 Hình 3.29. Ảnh TEM mẫu nanocompozit epoxy/m-nanoslica với hàm lượng m-nanosilic khác nhau..................................................................................... 79 Hình 3.30. Giản đồ TG của nhựa epoxy và nanocompozit epoxy/m-nanosilica trong môi trường nitơ và không khí. ............................................................... 81 Hình 3.31. Độ bền kéo đứt (a) và độ bền uốn (b) của mẫu nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT với hàm lượng m-nanosilica khác nhau ............... 82 Hình 3.32. Ảnh SEM bề mặt mẫu nhựa epoxy và nanocompozit (EP-N5) sau khi phá hủy kéo ............................................................................................... 83 Hình 3.33. Ảnh hưởng hàm lượng m-nanosilica đến độ bền va đập của nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT ....................................................... 84 Hình 3.34. KIC và GIC của nhựa epoxy phụ thuộc vào hàm lượng m-nanosilica ......................................................................................................................... 85 Hình 3.35. Ảnh SEM bề mặt phá hủy nhựa epoxy (a), vật liệu nanocompozit với 3% (b), 5% (c) m-nanosilica sau thử nghiệm xác định độ bền dai ........... 87 Hình 3.36. Độ rão và khả năng hồi phục tại 30 oC của nhựa epoxy và vật liệu nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TBuT với các mức ứng suất khác nhau .. 87 Hình 3.37. Độ cứng bề mặt (a) và độ bền mài mòn của nhựa epoxy và nanocompzit epoxy/m-nanosilica/TbuT. ........................................................ 89 Hình 3.38. Giá trị CTE trung bình (a) và Tg (b) của nhựa epoxy và nanocompzit .................................................................................................... 89 Hình 3.39. Chênh lệch năng lượng phá hủy của nanocompozit epoxy/m- nanosilica/TBuT so với nhựa epoxy ............................................................... 91 Hình 3.40. Sự phụ thuộc giữa độ mở vết nứt của nhựa epoxy vào hàm lượng m-nanosilica. ................................................................................................... 92
Hình 3.41. Sự phụ thuộc vùng biến dạng dẻo của nanocompozit epoxy/m- nanosilica/TBuT vào hàm lượng m-nanosilica (a) và tỷ số (KIC/σc)2 ............. 94 Hình 3.42. Ảnh SEM bề mặt phá hủy mẫu và mô hình mở rộng lỗ trống theo chiều tăng ứng suất của vật liệu nanocompozit .............................................. 95 Hình 3.43. Sự biến đổi mô đun tích trữ theo nhiệt độ của nhựa epoxy và nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TbuT ....................................................... 96 Hình 3.44. Sự biến đổi mô đun tổn hao theo nhiệt độ của nhựa epoxy và nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TbuT. ...................................................... 97 Hình 3.45. Sự biến đổi tanδ theo nhiệt độ của nhựa epoxy và nanocompozit epoxy/m-nanosilica/TbuT ............................................................................... 98 Hình 3.46. Ảnh hưởng của tần số đến mẫu nhựa epoxy EP-N0 đóng rắn bằng TBuT ............................................................................................................... 99 Hình 3.47. Ảnh hưởng của tần số đến mẫu nhựa epoxy EP-N5 đóng rắn bằng TBuT ............................................................................................................. 100 Hình 3.48. Giá trị LOI của nhựa epoxy và nanocompozit epoxy/m- nanosilica/TBuT ............................................................................................ 101 Hình 3.49. Ảnh SEM và giản đồ EDX bề mặt nhựa epoxy và nanocompozit ....................................................................................................................... 102 Hình 3.50. Cơ chế cháy của vât liệu nanocompozit...................................... 102 Hình 3.51. Ảnh SEM bề mặt nhựa epoxy và nanocompozit sau khi phân hủy nhiệt ............................................................................................................... 103 Hình 3.52. Ảnh SEM giọt nhựa epoxy và phổ EDX bề mặt sợi thủy tinh sau thử nghiệm kéo vi giọt .................................................................................. 106 Hình 3.53. Đường cong ứng suất-biến dạng kéo của compozit epoxy/m- nanosilica/vải thủy tinh ................................................................................. 109 Hình 3.54. Ảnh hưởng của tỷ lệ vải thủy tinh đến độ bền dai tách lớp của compozit ........................................................................................................ 111 Hình 3.55. Bề mặt phá hủy mẫu compozit sau thử nghiệm độ bền dai tách lớp (a-c) và độ bền kéo đứt (d,e). ........................................................................ 112
Hình 3.56. Ảnh SEM bề mặt sợi thủy tinh và compozit sau khi phân hủy nhiệt: (a) sợi thủy tinh; (b), (c), (d), (e) (f) compozit có m-nanosilica với 70%, 60%, 50%, 40%, 30% sợi thủy tinh; (g) compozit có 60% sợi thủy tinh. ............. 114 Hình 3.57. Sự phụ thuộc của mô đun tích trữ của mẫu compozit với hàm lượng vải thủy tinh khác nhau vào nhiệt độ .................................................. 115 Hình 3.58. Sự phụ thuộc mô-đun tổn hao của mẫu compozit vào nhiệt độ.. 116 Hình 3.59. Sự phụ thuộc tanδ của mẫu compozit với hàm lượng sợi thủy tinh khác nhau vào nhiệt độ .................................................................................. 117
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT 1. Các ký hiệu n Bậc phản ứng β Bề rộng nửa pic, nm λ Bước sóng tia X, nm GIP Độ bền dai tách lớp, kJ/m2 KIC Độ bền dai phá hủy, MPa.m1/2 δc Giới hạn đàn hồi kéo, MPa θ Góc nhiễu xạ, o µ Hệ số Poisson H Hiệu suất ghép, % R Hằng số khí lý tưởng d Khoảng cách mặt phẳng cơ sở trong nhựa, nm L Kích thước vùng tinh thể, nm E’ Mô đun tích trữ, MPa E’’ Mô đun tổn hao, MPa Ea Năng lượng hoạt hóa, kJ/mol GIC Năng lượng phá hủy, kJ/m2 Td10 Nhiệt độ phân hủy tại đó mẫu mất 10% khối lượng, oC Tg Nhiệt độ thủy tinh hóa, oC Ti Nhiệt độ bắt đầu xảy ra phản ứng, oC Ti Nhiệt độ kết thúc phản ứng, oC Tmax Nhiệt độ phân hủy cực đại, oC Tp Nhiệt độ phản ứng mạnh nhất, oC ΔCp Nhiệt chuyển pha, J/g.K Tanδ Tan tổn hao cơ học ry Vùng biến dạng dẻo trước đỉnh vết nứt, µm 2. Các chữ viết tắt APTS Aminopropyl trimethoxysilan APTS-GO Graphen oxit hoạt hóa bằng aminopropyl trimethoxysilan BDA Benzyl dimetylamin
CTBN Cao su butadien acrylonitril có hai nhóm cacboxyl cuối mạch CTE Hệ số dãn nở nhiệt CNTs Ống nano cacbon DDS Diaminodiphenylsufon DGBE A Nhựa epoxy bisphenol A DGBE F Nhựa epoxy bisphenol F DSC Nhiệt lượng vi sai quét DWCNT Ống nano cacbon hai vách DMA Phân tích cơ động lực EP Epoxy YD128 EDX Phổ tán xạ năng lượng tia X GPTS-GO Graphen oxit hoạt hóa bằng glycidoxypropyl trimethoxysilan GO Graphen oxit GPN Tấm nano graphen IFFS Độ bền liên kết nhựa sợi IR Phổ hồng ngoại KR-12 3-(diphosphorus palmitoyloxyphenyl) titanat isopropyl LOI Chỉ số oxy giới hạn MPD Diaminodiphenylmetan m-PDA metaphenylendiamin MWCNT Ống nano cacbon đa vách PEPA Polyetylen polyamine pkl Phần khối lượng SMC Clay đã silan hóa SEM Hiển vi điện tử quét SWCNT Ống nano cacbon đơn vách TCA Hợp chất ghép cơ titan TCE Hệ số dãn nở nhiệt TEM Hiển vi điện tử truyền qua TGA Phân tích nhiệt khối lượng TMA Phân tích cơ nhiệt