BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Đoàn Văn Điệp
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT
CHẬM CHÁY TRÊN CƠ SỞ CAO SU NITRIL
Ngành: Kỹ thuật Hóa học
Mã số: 9520301
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC
Hà Nội - 2025
Ghi chú :
Công trình được hoàn thành tại:
Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Nguyễn Thanh Liêm
2. TS. Nguyễn Đức Long
Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Vũ Giang
Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Mạnh Tường
Phản biện 3: PGS.TS. Phạm Thế Trinh
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại
học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi 08 giờ 30, ngày 19 tháng 8 năm 2025
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Trong bối cảnh phát triển công nghiệp hiện đại, vật liệu polyme
compozit đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác
nhau như kỹ thuật, công nghiệp, dân dụng, bao gồm các ngành hóa
chất, cơ khí, giao thông vận tải, dệt may, xây dựng, điện tử, hàng
không vũ trụ và các sản phẩm tiêu dùng hàng ngày. Tuy nhiên, một
trong những hạn chế lớn nhất của vật liệu polyme là tính dễ cháy, điều
này gây trở ngại nghiêm trọng cho việc triển khai chúng trong các môi
trường đòi hỏi tính an toàn cao về cháy nổ. Sự phân hủy nhiệt và quá
trình cháy của polyme thường tạo ra các sản phẩm độc hại, không chỉ
ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn gây tác động tiêu cực đến
môi trường.
Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, hiện tượng cháy nổ có
xu hướng gia tăng cả về quy mô lẫn mức độ thiệt hại. Theo số liệu
thống kê của Cục Cảnh sát PCCC và CHCN (Bộ Công an), mỗi năm
trên toàn quốc ghi nhận hàng nghìn vụ cháy xảy ra tại nhà ở dân cư,
cơ sở sản xuất kinh doanh, phương tiện giao thông cơ giới…, gây
thương vong cho hàng trăm người và tổn thất tài sản lên tới hàng trăm,
thậm chí hàng nghìn tỷ đồng. Đáng chú ý, nhiều vụ cháy xuất phát từ
các vật liệu dễ cháy như dung môi hữu cơ, hóa chất công nghiệp, sản
phẩm polyme, cao su và nhựa tổng hợp tại các nhà máy, xí nghiệp và
khu dân cư tập trung.
Trước thực trạng nêu trên, việc nghiên cứu các giải pháp nhằm
nâng cao khả năng kháng cháy cho vật liệu polyme nói riêng và vật
liệu compozit nói chung đang trở thành một hướng đi cấp thiết và thu
hút sự quan tâm mạnh mẽ từ cộng đồng khoa học trong và ngoài nước.
Những nghiên cứu theo hướng này không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa
học vật liệu, mà còn mang giá trị thực tiễn cao trong việc cải thiện độ
an toàn và tính bền vững của các sản phẩm sử dụng vật liệu polyme
trong điều kiện ứng dụng thực tế.
Cao su butadien acrylonitril (NBR) là một trong những loại
polyme đàn hồi quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực công nghiệp nhờ các đặc tính ưu việt như khả năng kháng dầu, độ
bền cơ học cao và khả năng chịu nhiệt tốt. Tuy nhiên, tương tự như
nhiều loại cao su tổng hợp khác, NBR có đặc điểm dễ bắt cháy, điều
này làm hạn chế việc sử dụng vật liệu này trong các môi trường yêu
2
cầu nghiêm ngặt về tính năng kháng cháy, đặc biệt là trong các ngành
công nghiệp hóa chất, ô tô, hàng không và thiết bị điện.
Trước yêu cầu ngày càng cao về tính an toàn vật liệu trong ứng
dụng thực tế, việc nghiên cứu cải tiến tính năng chậm cháy cho cao su
NBR thông qua tạo compozit với các chất độn hoặc phụ gia chức năng
đã trở thành một hướng tiếp cận tiềm năng. Việc phát triển các hệ vật
liệu compozit trên cơ sở cao su NBR có khả năng chậm cháy không
chỉ có ý nghĩa trong việc mở rộng phạm vi ứng dụng của loại vật liệu
này, mà còn góp phần đảm bảo yêu cầu an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi
trường trong quá trình sử dụng.
Xuất phát từ những lý do trên, việc “Nghiên cứu chế tạo vật liệu
compozit chậm cháy trên cơ sở cao su nitril” đã được lựa chọn làm nội
dung thực hiện luận án với mục tiêu chế tạo được hệ vật liệu mới trên
cơ sở cao su NBR có khả năng kháng cháy được cải thiện, từ đó đánh
giá mối liên hệ giữa cấu trúc – thành phần – tính chất nhằm định hướng
ứng dụng thực tiễn hiệu quả và bền vững.
2. Mục tiêu của luận án:
Xây dựng được đơn phối liệu phù hợp để chế tạo vật liệu
compozit chậm cháy trên cơ sở cao su nitril nhưng vẫn đảm bảo các
tính chất cơ lý cần thiết, đáp ứng được yêu cầu sử dụng chế tạo vỏ bọc
chậm cháy cho thỏi nhiên liệu động cơ thiết bị phóng dây.
3. Nội dung nghiên cứu của luận án:
Luận án tập trung nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm nhằm
đánh giá ảnh hưởng của các phụ gia đã lựa chọn đến tính chất chậm
cháy và các đặc tính cơ lý của hệ vật liệu compozit trên nền cao su
NBR. Các thí nghiệm được triển khai nhằm khảo sát khả năng kìm
hãm quá trình cháy, cải thiện hiệu suất cơ học, cũng như ổn định nhiệt
của vật liệu. Bên cạnh đó, luận án tiến hành thử nghiệm ứng dụng vật
liệu compozit đã tối ưu để chế tạo vỏ bọc chậm cháy cho thỏi nhiên
liệu sử dụng trong động cơ thiết bị phóng dây – một ứng dụng đặc thù
yêu cầu cao về tính năng chậm cháy.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
Luận án đã xây dựng thành công đơn phối liệu phù hợp để chế
tạo vật liệu compozit chậm cháy trên nền cao su nitril, thông qua việc
sử dụng tổ hợp phụ gia chống cháy không chứa halogen. Trên cơ sở
các thí nghiệm thực nghiệm và phân tích đánh giá tính chất, kết quả
nghiên cứu cho thấy rằng việc phối hợp hợp lý giữa các phụ gia như
3
APP, ATH, MH, EG và CNT cho phép đồng thời nâng cao tính chậm
cháy của vật liệu và duy trì được các đặc tính cơ lý ở mức đáp ứng yêu
cầu kỹ thuật. Đây là một hướng tiếp cận bền vững, thân thiện với môi
trường, phù hợp với xu thế phát triển vật liệu mới không chứa halogen.
Kết quả nghiên cứu của luận án cũng đã được ứng dụng để chế
tạo vỏ bọc chậm cháy cho thỏi nhiên liệu sử dụng trong động cơ thiết
bị phóng dây – một ứng dụng đòi hỏi vật liệu có khả năng chịu nhiệt
và khả năng kháng cháy tốt. Ngoài ra, những kết quả này còn góp phần
cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển các hệ vật liệu cao su
chậm cháy khác phục vụ trong các lĩnh vực công nghiệp, dân dụng và
quốc phòng, nơi mà yêu cầu về an toàn cháy ngày càng trở nên cấp
thiết.
5. Những đóng góp mới của luận án
- Luận án đã xây dựng được đơn phối liệu chế tạo vật liệu
compozit chậm cháy trên cơ sở cao su nitril bằng việc sử dụng các phụ
gia không chứa halogen. Đã chứng minh được tính hiệu quả kết hợp
giữa các phụ gia khác nhau, như sự kết hợp D-EG/APP ở tỉ lệ tối ưu
2:1 đã đạt được mức độ chống cháy V1. Ngoài ra với hệ đa thành phần
như D-EG/APP/CNT và D-EG/ATH/MH đã đạt mức độ chống cháy
V0. Đây không chỉ là một đóng góp mới mà còn mở ra những hướng
đi đầy hứa hẹn cho việc phát triển vật liệu compozit NBR với hiệu suất
chậm cháy cao hơn.
- Chế thử thành công vỏ bọc chậm cháy cho thỏi nhiên liệu động
cơ thiết bị phóng dây sử dụng vật liệu chậm cháy trên cơ sở cao su
NBR kết hợp với phụ gia D-EG/APP/CNT (gồm 20 pkl D-EG, 10 pkl
APP và 2,5 pkl CNT). Kết quả thử nghiệm cho thấy vật liệu đáp ứng
yêu cầu sử dụng, đồng thời cho thấy tiềm năng tiếp tục phát triển hệ
NBR chậm cháy cho các ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực quân sự,
quốc phòng.
6. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 146 trang, bao gồm: Mở đầu (3 trang); Chương 1
– Tổng quan (41 trang); Chương 2 – Nguyên vật liệu và phương pháp
nghiên cứu (1121 trang); Chương 3 – Kết quả và thảo luận (70 trang);
Kết luận và kiến nghị (02 trang); Những đóng góp mới của luận án (01
trang); Danh mục các công trình công bố của tác giả, với 02 công trình
đã công bố (01 trang); Tài liệu tham khảo, với 192 tài liệu tham khảo
(17 trang); với 54 bảng và 76 hình vẽ.
