intTypePromotion=1
ADSENSE

Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở hỗn hợp nhựa nhiệt rắn kết hợp điều khiển cấu trúc pha

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

113
lượt xem
7
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu compozit trên cơ sở hỗn hợp nhựa nhiệt rắn - tạo cơ sở cho việc nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit kết hợp với điều khiển cấu trúc pha và lựa chọn pha độn.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở hỗn hợp nhựa nhiệt rắn kết hợp điều khiển cấu trúc pha

T¹p chÝ Hãa häc, T. 44 (3), Tr. 290 - 294, 2006<br /> <br /> <br /> <br /> NGHI£N CøU CHÕ T¹O VËT LIÖU COMPOZIT TR£N C¥ Së HçN<br /> HîP NhùA NHIÖT R¾N kÕt hîp §IÒU khiÓn CÊU TRóC PHA<br /> §Õn Tßa so¹n 12-5-2005<br /> Ho ng Anh S¬n<br /> ViÖn Khoa häc vËt liÖu, ViÖn KH&CN ViÖt Nam<br /> <br /> <br /> summary<br /> Composite materials are based on biphase mixes thermosetting resins with adjustable phase<br /> structure have been studied. At change of the contents of components in a mix (during 40 - 60%<br /> vol.) the inverse of phase occours. Filling the selective filler only to the one phase without<br /> changing of filler content followed by the total volume of mixture. The research on the<br /> dependence of composite material charateristics on the component of mixture which is shown<br /> that, increasing filler content leads to increase the elastic modul of filled phase and that mean<br /> increase total mixture modul and as well as other characterisics.<br /> <br /> <br /> I - ®Æt vÊn ®Ò Ph¸p) v nhùa PN-1 (PN-1; Nga).<br /> *Hçn hîp cña Viapal vup 4777 v nhùa<br /> C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cÊu tróc v tÝnh chÊt Cristics 196 (C-196; Anh).<br /> cña vËt liÖu compozit trªn c¬ së hçn hîp nhùa<br /> ChÊt kh¬i m o metyletyl xeton peroxit.<br /> nhiÖt r¾n ®+ chØ ra r»ng khi ®ãng r¾n mét dung<br /> dÞch polyme hai cÊu tö cã thÓ nhËn ®6îc hçn 2. Hçn hîp nhùa epoxy: nhùa E§-20 (Nga)<br /> hîp kh©u m¹ch cã cÊu tróc pha kh¸c nhau bao v nhùa EIS-1 (Estonhia).<br /> gåm mét hoÆc hai pha. C¸c cÊu tróc kh¸c nhau ChÊt ®ãng r¾n trietylen tetramin - TETA.<br /> cña vËt liÖu compozit ®én phô thuéc v o ph6¬ng<br /> 3. ChÊt ®én<br /> ph¸p ®én v ®©y chÝnh l c¬ së cña viÖc nghiªn<br /> cøu chÕ t¹o vËt liÖu compozit kÕt hîp ®iÒu khiÓn *Bét th¹ch anh SiO2, h m l6îng 20% theo<br /> cÊu tróc pha v lùa chän pha ®én. Trªn c¬ së thÓ tÝch chung cña hçn hîp.<br /> ph6¬ng ph¸p n y, lÇn ®Çu tiªn ®+ thiÕt lËp ®6îc *Bét graphit, h m l6îng 8% ®èi víi hçn hîp<br /> sù phô thuéc cña c¸c tÝnh chÊt cña vËt liÖu c¸c polyeste kh«ng no v 16% - hçn hîp epoxy.<br /> compozit v o th nh phÇn, b¶n chÊt cña hçn hîp<br /> c¸c nhùa (hçn hîp mét pha hay hçn hîp hai 2. Ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu<br /> pha) v o sù ph©n bè chÊt ®én trong hçn hîp §é nhít cña c¸c hçn hîp ch6a ®ãng r¾n<br /> (ph©n bè ®Òu theo c¸c pha hay ph©n bè chän läc ®6îc nghiªn cøu bëi nhít kÕ Brookfield, c¸c<br /> v o chØ mét pha). tÝnh chÊt c¬ häc cña hçn hîp ®+ ®ãng r¾n nh6<br /> ®é bÒn kÐo ®øt, bÒn nÐn v bÒn va ®Ëp ®6îc ®o<br /> II - thùc nghiÖm trªn c¸c thiÕt bÞ ®o Instron-1122 (Mü). Vi cÊu<br /> tróc cña hçn hîp ®6îc nghiªn cøu b»ng kÝnh<br /> 1. Nguyªn liÖu, hãa chÊt hiÓn vi quang häc MBY-6. TÝnh dÉn ®iÖn riªng<br /> 1. Hçn hîp nhùa polyeste kh«ng no: cña hçn hîp ®6îc nghiªn cøu b»ng ph6¬ng ph¸p<br /> tæng trë.<br /> *Hçn hîp cña Viapal vup 4777 (V-47;<br /> 290<br /> III - KÕt qu¶ v th¶o luËn Nghiªn cøu tÝnh chÊt l6u biÕn cña hçn hîp<br /> ch6a ®ãng r¾n c¸c nhùa polyeste V-47 & PN-1<br /> Sù h×nh th nh cÊu tróc trong c¸c hçn hîp (h×nh 1) – ®6êng biÓu diÔn sù phô thuéc cña ®é<br /> polyme ph©n tö l6îng cao b¾t ®Çu tõ sù tËp hîp nhít v o th nh phÇn hçn hîp nh6 l mét ®6êng<br /> c¸c ®¹i ph©n tö riªng biÖt, c¸c th¨ng gi¸ng dÞ tuyÕn tÝnh. Nghiªn cøu c¸c tÝnh chÊt c¬ häc cña<br /> pha v sù ph©n líp tiÕp theo do hiÖn t6îng ®Èy hçn hîp ®+ ®6îc ®ãng r¾n n y (h×nh 2) cho<br /> c¸c ph©n tö ngo¹i lai lªn ranh giíi cña cÊu tróc nh÷ng nhËn xÐt t6¬ng tù. Tõ c¸c kÕt qu¶ n y nãi<br /> ®ang ®6îc h×nh th nh. Khi h m l6îng polyme lªn hçn hîp c¸c nhùa V-47 & C-196 ch6a v ®+<br /> thø hai t6¬ng ®èi thÊp nã sÏ xuÊt hiÖn d6íi d¹ng ®ãng r¾n l hçn hîp mét pha. VËt liÖu compozit<br /> pha ph©n t¸n trong pha nÒn (matrix) chÝnh l trªn c¬ së hçn hîp mét pha n y víi chÊt ®én<br /> polyme thø nhÊt cã h m l6îng lín h¬n trong d¹ng bét ph©n t¸n (SiO2) cã chØ sè modul ® n<br /> hçn hîp. Thay ®æi h m l6îng cña c¸c polyme håi, ®é cøng t¨ng, ng6îc l¹i c¸c chØ sè ®é bÒn<br /> trong hçn hîp cã thÓ dÉn ®Õn sù ®¶o pha. PhÇn (kÐo ®øt, va ®Ëp v bÒn nÐn) gi¶m. ChÊt ®én<br /> ph©n bè ®Òu theo c¸c pha v ®én chän läc v o<br /> lín c¸c nhùa nhiÖt r¾n kh¸c biÖt nhau bëi kÝch<br /> chØ mét pha cña hçn hîp ®6îc tiÕn h nh theo<br /> th6íc ph©n tö, v× vËy, sù nhanh chãng ph©n t¸n<br /> c¸c ph6¬ng ph¸p sau: (1) chÊt ®én ®6îc ®én v o<br /> lÉn nhau cã thÓ bÞ mÊt ®i khi cã sù t¨ng ®é d i<br /> mçi pha víi h m l6îng thÓ tÝch tÝnh theo thÓ<br /> m¹ch khi ®ãng r¾n. Qu¸ tr×nh ph©n chia pha tÝch cña pha ®ã, b»ng h m l6îng tÝnh theo thÓ<br /> trong c¸c tr6êng hîp n y cã thÓ ®6îc x¸c ®Þnh tÝch chung cña c¶ hçn hîp, trén ®Òu, sau ®ã<br /> bëi ®éng nhiÖt häc, bëi h m l6îng thÓ tÝch, bëi khuÊy trén c¸c pha víi nhau. ChÊt ®én khi ®ã sÏ<br /> ®é nhít… v c¸c mèi t6¬ng quan lÉn nhau trong ®6îc ph©n bè ®Òu theo c¸c pha cña hçn hîp; (2)<br /> qu¸ tr×nh ®ãng r¾n. Tãm l¹i, ®Ó dù ®o¸n cÊu tróc chÊt ®én ®6îc ®én chän läc v o chØ pha thø nhÊt<br /> mét pha hoÆc hai pha cho mét hçn hîp nhùa cña hçn hîp; v (3) ®én chän läc chÊt ®én v o<br /> nhiÖt r¾n bÊt kú l rÊt khã. chØ pha thø hai cña hçn hîp.<br /> <br /> <br /> 6 8<br /> <br /> 5<br /> 1 6<br /> 4 1<br /> 2<br /> 2<br /> Ek®,GPa<br /> Ek®,GPa<br /> , .<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 3<br /> , Pa.s<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> ,<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 3 4<br /> 3<br /> 2 4 4<br /> 1 2<br /> <br /> 0<br /> 0 20 40 60 80 100 0<br /> 0 20 40 60 80 100<br /> 100 80 60 40 20 0 100 80 60 40 20 0<br /> <br /> V-47 C-196 V-47 C-196<br /> H×nh 1: Sù phô thuéc cña ®é nhít v o th nh H×nh 2: Sù phô thuéc cña modul ® n håi khi kÐo<br /> phÇn cña hçn hîp ®øt v o th nh phÇn hçn hîp<br /> 1. hçn hîp kh«ng ®én; 2. hçn hîp ®én víi sù ph©n bè ®Òu cña chÊt ®én theo c¸c pha<br /> 2. hçn hîp víi sù ®én chän läc v o chØ pha V-47; 4. ®én chän läc v o chØ pha C-196<br /> <br /> §èi víi hçn hîp mét pha, mÆc dï víi c¸c Nghiªn cøu sù phô thuéc cña ®é nhít còng nh6<br /> ph6¬ng ph¸p ®én kh¸c nhau nh6ng sù thay ®æi c¸c tÝnh chÊt c¬ häc v o th nh phÇn cña hçn hîp<br /> c¸c tÝnh chÊt cña vËt liÖu gÇn nh6 nhau (quan s¸t polyeste kh«ng no V-47 & PN-1 cho thÊy nh÷ng<br /> c¸c ®6êng phô thuéc 2, 3 v 4 trªn h×nh 1 v 2). kÕt qu¶ kh¸c h¼n, nh÷ng ®6êng biÓu diÔn l<br /> 291<br /> nh÷ng ®6êng kh«ng tuyÕn tÝnh thÓ hiÖn tÝnh cho d¹ng ®å thÞ tÝnh chÊt lo¹i n y l c¸c dung<br /> chÊt hai pha cña hçn hîp (h×nh 4a). §Æc tr6ng dÞch huyÒn phï cã cÊu tróc “giät” (h×nh 3).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a b<br /> H×nh 3: CÊu tróc hçn hîp V-47&PN-1 kh«ng ®én qua ¶nh chôp tõ kÝnh hiÓn vi.<br /> a. Hçn hîp d6 V-47; b. Hçn hîp d6 PN-1<br /> <br /> XuÊt ph¸t tõ tÝnh chÊt hai pha cña hçn hîp v tiÕp tôc t¨ng (tèi ®a 45% theo tÝnh to¸n)<br /> cho phÐp trªn c¬ së c¸c hçn hîp n y cã thÓ chÕ khi cã sù thay ®æi th nh phÇn cña hçn hîp, h m<br /> t¹o vËt liÖu compozit kÕt hîp ®iÒu khiÓn cÊu tróc l6îng cña pha ®6îc ®én trong hçn hîp gi¶m ®i.<br /> pha. Gi¸ trÞ modul ® n håi cña vËt liÖu t¨ng khi Møc ®é t¨ng thùc cña h m l6îng chÊt ®én dÉn<br /> ®én ph©n bè ®Òu chÊt ®én theo thÓ tÝch hçn hîp ®Õn sù t¨ng modul ® n håi pha ®én, cã nghÜa l<br /> hai pha V-47 & PN-1, tuy vËy sù thay ®æi cña t¨ng modul ® n håi cña c¶ hçn hîp. DÔ d ng<br /> c¸c ®6êng biÓu diÔn tÝnh chÊt cña vËt liÖu trong nhËn thÊy modul ® n håi cã gi¸ trÞ lªn ®Õn 10<br /> tr6êng hîp n y gièng nh6 mét sù tÞnh tiÕn lªn GPa khi ®én chän läc v o pha V-47 (®6êng<br /> trªn, ®iÒu n y ho n to n dÔ hiÓu v kh«ng cã g× cong trªn 3 h×nh 4b) so víi 6,5 GPa nÕu chÊt<br /> míi mÎ (®6êng cong 1 v 2 h×nh 4a, 4b). ®én ph©n bè ®Òu trong c¶ hai pha (®6êng cong 2<br /> §én chän läc v o chØ mét pha cña hçn hîp trªn h×nh 4b). Nghiªn cøu cÊu tróc vËt liÖu<br /> cho thÊy sù thay ®æi bÊt th6êng ë c¸c tÝnh chÊt kh¼ng ®Þnh: chÊt ®én ph©n bè chØ trong pha m<br /> c¬ häc cña vËt liÖu. H m l6îng chÊt ®én theo chóng ®+ ®6îc ®én v o v hçn hîp cã cÊu tróc<br /> thÓ tÝch chung hçn hîp l kh«ng ®æi (20%) “giät ®én trong pha nÒn kh«ng ®én” hoÆc “giät<br /> nh6ng khi chÊt ®én ®6îc ®én v o chØ mét pha, kh«ng ®én trong pha nÒn ®én” (h×nh 5).<br /> h m l6îng thùc cña chÊt ®én trong pha t¨ng lªn<br /> <br /> 6 12<br /> <br /> 5 10<br /> <br /> 4 1 8 1<br /> Ek®,GPa<br /> ,, Pa.s<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 2 2<br /> ,<br /> .<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 3 6<br /> 3 3<br /> 2 4 4 4<br /> <br /> 1 2<br /> <br /> 0 0<br /> 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100<br /> <br /> 100 80 60 40 20 0 100 80 60 40 20 0<br /> PN-1 V-47 PN-1 V-47<br /> H×nh 4a: Sù phô thuéc cña ®é nhít v o th nh H×nh 4b: Sù phô thuéc cña modul ® n håi khi<br /> phÇn hçn hîp kÐo ®øt v o th nh phÇn hçn hîp<br /> 292<br /> a. V-47/PN-1 (1:1), ®én v o pha V-47 b - V-47/PN-1 (1:1) ®én v o pha PN-1<br /> H×nh 5: ¶nh chôp qua kÝnh hiÓn vi cña hçn hîp hai pha c¸c nhùa V-47& PN-1 víi<br /> sù ph©n bè chän läc cña chÊt ®én trong chØ mét pha cña hçn hîp<br /> <br /> Nghiªn cøu t6¬ng tù hçn hîp c¸c nhùa nhau cña c¸c nhùa gi¶m ®i, hçn hîp trë lªn<br /> epoxy E§-20 & EIS-1 cho thÊy ë tr¹ng th¸i kh«ng t6¬ng thÝch dÉn ®Õn h×nh th nh hçn hîp<br /> kh«ng ®ãng r¾n sù phô thuéc cña ®é nhít l6u hai pha. Sù phô thuéc cña modul ® n håi khi kÐo<br /> biÕn v o th nh phÇn cña hçn hîp l nh÷ng ®6êng ®øt v o th nh phÇn cña hçn hîp EIS-1 & E§-20<br /> tuyÕn tÝnh (h×nh 6a), hçn hîp nhùa cã cÊu tróc (h×nh 6b) biÓu thÞ l mét d¹ng ®6êng cong S ®Æc<br /> mét pha. Sau khi ®ãng r¾n hçn hîp cã cÊu tróc tr6ng ®iÓn h×nh cho tÝnh chÊt hai pha cña hçn<br /> hai pha. Cã thÓ gi¶i thÝch nh6 sau: Do ®é nhít hîp. ViÖc ®iÒu khiÓn cÊu tróc pha cã ¶nh h6ëng<br /> cña nhùa EIS-1 rÊt cao (> 3500 Pa.c) cho nªn râ rÖt ®Õn tÝnh chÊt cña vËt liÖu compozit ®én.<br /> nhùa n y rÊt chËm ho tan v o hçn hîp, qu¸ Modul ® n håi cña vËt liÖu khi ®én chän läc v o<br /> tr×nh ®ãng r¾n tiÕp theo diÔn ra rÊt nhanh (15 - chØ mét pha t¨ng ®Õn 50% so víi còng th nh<br /> 30 phót ë nhiÖt ®é phßng) v khi ®ãng r¾n khèi phÇn hçn hîp n y nh6ng chÊt ®én ph©n bè ®Òu<br /> l6îng ph©n tö t¨ng lªn, kh¶ n¨ng ph©n t¸n lÉn theo c¸c pha (9 GPa so víi 6 GPa, h×nh 6b).<br /> <br /> <br /> <br /> 9 10<br /> 8<br /> <br /> 7<br /> 8<br /> <br /> 6 1 1<br /> 6<br /> 2<br /> 5 2<br /> Ek®,GPa,<br /> , Pa.s<br /> , .<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 3<br /> 4 3 4<br /> 4<br /> 3 4<br /> 2<br /> 2<br /> <br /> 1<br /> 0<br /> 0 0 20 40 60 80 100<br /> 0 20 40 60 80 100<br /> <br /> 100 80 60 40 20 0 100 80 60 40 20 0<br /> <br /> <br /> E§-20 EIS-1 E§-20 EIS-1<br /> H×nh 6a: Sù phô thuéc cña ®é nhít v o th nh H×nh 6b: Sù phô thuéc cña modul ® n håi v o<br /> phÇn cña hçn hîp th nh phÇn cña hçn hîp<br /> <br /> 293<br /> Nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ tÝnh dÉn ®iÖn v o chØ pha PN-1 còng cho hiÖu øng trªn tuy<br /> cña c¸c hçn hîp hai pha sau ®©y ®+ bæ sung v kh«ng cao b»ng lý do bëi tÝnh dÉn ®iÖn cña nhùa<br /> l m râ nÐt h¬n hiÖu qu¶ cña viÖc ®iÒu khiÓn cÊu n y khi cã mÆt bét graphit ®+ t6¬ng ®èi cao<br /> tróc pha trong nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu (h×nh 7a).<br /> compozit. TÝnh dÉn ®iÖn cña hçn hîp hai pha c¸c nhùa<br /> Hçn hîp c¸c polyeste V-47 & PN-1 kh«ng epoxy kh«ng t¨ng m¹nh nh6 cña hçn hîp<br /> ®én cã tÝnh dÉn ®iÖn rÊt kÐm. TiÕn h nh ®én polyeste PN-1&V-47 khi ®én chän läc bét<br /> chän läc v o chØ pha V-47 (h m l6îng garaphit graphit v o chØ mét pha cña hçn hîp, tuy vËy nã<br /> 8%) tÝnh dÉn ®iÖn cña hçn hîp t¨ng mét c¸ch còng t¨ng mét c¸ch ®¸ng kÓ ~ 104 lÇn (h×nh 7b).<br /> bÊt th6êng (~ 108 lÇn), t6¬ng tù ®én chän läc<br /> <br /> <br /> 0 0<br /> 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100<br /> -2 -2<br /> <br /> -4 1<br /> <br /> lgK[ [Om. m]<br /> 1<br /> lgK [Om.m]<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -4<br /> ]<br /> . ]<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 2 2<br /> -6<br /> 3 3<br /> lg [<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -6<br /> lg<br /> <br /> <br /> 4 4<br /> -8<br /> <br /> -8<br /> -10<br /> <br /> <br /> -12 -10<br /> 100 80 60 40 20 0 100 80 60 40 20 0<br /> <br /> <br /> PN-1 V-47 E§-20 EIS-1<br /> H×nh 7a: Sù phô thuéc cña tÝnh dÉn ®iÖn v o tØ H×nh 7b: Sù phô thuéc cña tÝnh dÉn ®iÖn v o tØ<br /> lÖ th nh phÇn cña hçn hîp V-47 v PN-1 lÖ th nh phÇn cña hçn hîp E§-20 v EIS-1<br /> <br /> IV - kÕt luËn 1. . . !"#$ , Hoang Anh Son, . .<br /> %&'()* , +. ,. '(&- &*. .&-$/"<br /> §iÒu khiÓn cÊu tróc pha víi ph6¬ng ph¸p !)0( !)* XXII 1$23)-$'2 3) #&)()4$$.<br /> ®én chän läc chÊt ®én v o chØ mét pha cña hçn + (! 5-2004. 6. 7,81 9:,, /. 64.<br /> hîp hai pha c¸c nhùa nhiÖt r¾n l ý t6ëng míi 2. . . !"#$ , +. ,. '(&- &*, . .<br /> trong c«ng nghÖ chÕ t¹o vËt liÖu compozit. %&'()* , Hoang Anh Son. .&-$/"<br /> Nghiªn cøu ®+ chØ ra r»ng khi chÊt ®én ph©n bè !)0( !)* IX 6&;!' #)! )5<br /> chän läc chØ trong pha nÒn (matrix) mÆc dï víi<br /> 0) $2$$ $
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD


intNumView=113

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2