Tính chất cơ học và hình thái cấu trúc polymer

Chia sẻ: đỗ Văn Chung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

646
lượt xem 247
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vật liệu polyme blend được chế tạo bằng việc trộn hai hoặc nhiều polyme khác nhau để kết hợp được những tính chất nổi trội của mỗi polyme thành phần. Polyamit (PA) và polypropylen (PP) là hai polyme kỹ thuật quan trọng. PA thường được sử dụng chế tạo các chi tiết: điện, cơ khí và chi tiết cho ô tô

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tính chất cơ học và hình thái cấu trúc polymer

T¹p chÝ Hãa häc, T. 44 (4), Tr. 465 - 470, 2006 tÝnh chÊt c¬ häc vµ h×nh th¸i cÊu tróc cña polyme blend polyamit/polypropylen §Õn Tßa so¹n 26-9-2005 § o ThÕ Minh, TrÞnh S¬n H ViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi, ViÖn Khoa häc v+ C«ng nghÖ ViÖt Nam SUMMARY The aims of this work were to prepare compatibilizers and polymer blends at a pilot scale served for the railway branch. Firstly, the grafting of maleic anhydride into polypropylene (PP-g- AM) was carried out by an industrial single extruder at the temperature zone 165 - 180oC and was qualitatively and quantitatively characterized by Infrared Spectroscopy. The grafted maleic anhydride contents were found to be 0.46 - 1%. Afterward, polymer blends of polyamide and polypropylene were prepared with a industrial injection molding machine in presence of the maleic anhydride grafted polypropylene as a compatibilizer. It clearly showed that the mechanical properties of the PA/PP-g-AM/PP blends in term of tensile strength and elongation at break were 6.43 and 1.34 times higher than those of the PA/PP mixiture without a compatibilizer. The creep testing results showed that the blend was deformed 1.4% by a load of 9.73 MPa and by a load of 12.16 MPa the blend was deformed 2.86%, but no break was observed. It proved that there were no phase separation due to good adhesion between polyamide and polypropylene thanks to PP-g-AM compatibilizer. The SEM images showed that the blend PA/PP-g-AM/PP had a fine structure and appeared only the little carckings by imposing a load of 208 MPa while the grand and long crackings appeared onto the mixture PA/PP only by a load of 56.99 MPa. I - Më ®Çu gi¸ th2nh thÊp. §¸ng tiÕc l2 PA v2 PP kh«ng trén hîp ® îc. Do vËy, cÇn ph¶i ® a thªm v2o VËt liÖu polyme blend ® îc chÕ t¹o b»ng tæ hîp vËt liÖu polyme blend nh÷ng chÊt t ¬ng viÖc trén hîp hai hoÆc nhiÒu polyme kh¸c nhau hîp cã kh¶ n¨ng kÕt dÝnh gi÷a hai pha nh»m t¹o ®Ó kÕt hîp ® îc nh÷ng tÝnh chÊt næi tréi cña mçi ra polyme blend cã tÝnh chÊt c¬ häc tèt. NhiÒu polyme th2nh phÇn. Polyamit (PA) v2 n¨m trë l¹i ®©y, polyme blend PA/PP ®U ® îc polypropylen (PP) l2 hai polyme kü thuËt quan nhiÒu t¸c gi¶ nghiªn cøu [1 - 6]. Trong c«ng träng. PA th êng ® îc sö dông chÕ t¹o c¸c chi tr×nh n2y chóng t«i tr×nh b2y kÕt qu¶ ghÐp tiÕt: ®iÖn, c¬ khÝ v2 c¸c chi tiÕt cho « t« do cã anhi®ric maleic (AM) lªn PP trªn thiÖt bÞ ®ïn tÝnh chÊt c¬ häc cao, chÞu nhiÖt, chÞu m2i mßn, c«ng nghiÖp, tÝnh chÊt c¬ häc v2 h×nh th¸i cÊu dÔ gia c«ng v2 s¶n xuÊt. Tuy vËy, kh¶ n¨ng chÞu tróc cña vËt liÖu polyme blend PA/PP ® îc chÕ va ®Ëp, ®é æn ®Þnh vÒ kÝch th íc v2 ®é bÒn ®èi t¹o trªn m¸y phun c«ng nghiÖp nh»m môc ®Ých víi m«i tr êng Èm kÐm, céng thªm gi¸ th2nh chÕ t¹o mét sè phô kiÖn ®2n håi phôc vô cho cña PA t ¬ng ®èi ®¾t, do vËy viÖc øng dông ng2nh ® êng s¾t ViÖt Nam. polyme n2y trong mét sè lÜnh vùc bÞ h¹n chÕ. Nh÷ng nh îc ®iÓm trªn cña PA cã thÕ kh¾c II - thùc nghiÖm phôc b»ng viÖc trén hîp víp PP. Nh ®U biÕt PP cã tÝnh chÊt c¬ häc t ¬ng ®èi cao, chÞu Èm v2 1. Nguyªn liÖu v hãa chÊt chÝnh 465
- PA6: S¶n phÈm th ¬ng m¹i cña hUng m¸y hång ngo¹i Perkin Elmmer, dùa v2o sù Toray (NhËt B¶n) ë d¹ng h¹t, tû träng 1,13 xuÊt hiÖn v2 c êng ®é pic dao ®éng cña nhãm g/cm3, chØ sè ch¶y 25 g/10 phót (230oC, t¶i cacbonyl CO thuéc vßng anhi®ric maleic ë d¶i träng 2,16 kg), kho¶ng nhiÖt ®é nãng ch¶y kho¶ng 1786 cm-1. H2m l îng AM ® îc ghÐp 224oC. lªn PP (% träng l îng) ® îc tÝnh dùa v2o tû lÖ PP: S¶n phÈm th ¬ng m¹i cña hUng diÖn tÝch A1786/A1166 (A1786: diÖn tÝch cña pic cña Samsung (H2n Quèc) ë d¹ng h¹t, tû träng 0,9 nhãm CO ë 1786 cm-1 t ¬ng øng víi l îng AM; g/cm3, chØ sè ch¶y 3,5 g/10 phót (190oC, t¶i A1166: diÖn tÝch cña pic cña nhãm CH3 ë 1166 träng 2,16 kg), kho¶ng nhiÖt ®é nãng ch¶y cm-1 t ¬ng øng víi nhãm CH3 cña PP) v2 ® êng 165oC. chuÈn A1786/A1166 - h2m l îng AM. AM: S¶n phÈm th ¬ng m¹i cña hUng Sigma - Ph©n tÝch nhiÖt DTA Aldrich (Mü), nhiÖt ®é nãng ch¶y 52,8oC, ®é TiÕn h2nh trªn thiÕt bÞ Shimadzu DSC-50, tinh khiÕt 97%. trong m«i tr êng kh«ng khÝ, ®èt nãng tõ nhiÖt DCP (dicumyl peoxit): S¶n phÈm th ¬ng ®é phßng ®Õn 400oC víi tèc ®é 10oC/phót. m¹i cña hUng Aldrich (Mü), ®é tinh khiÕt 97%. - Kh¶o s¸t h×nh th¸i cÊu tróc cña vËt liÖu ChÊt t ¬ng hîp so s¸nh (copolyme): §ã l2 polyme blend s¶n phÈm ®ång trïng hîp gi÷a propylen v2 AM cña hUng Exxellor (CHLB §øc), cã tªn th ¬ng B»ng kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (SEM). MÉu m¹i PO 1015, h2m l îng AM l2 0,4%, tû träng ® îc c¾t trªn microtone th2nh b¶n máng 50 µm, 0,9 g/cm3. phñ kim lo¹i v2 ® îc chôp b»ng thiÕt bÞ kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt Jeol-5300 (NhËt B¶n). 2. GhÐp AM lªn PP - §o tÝnh chÊt c¬ häc Qu¸ tr×nh ghÐp AM lªn PP chÕ ® îc tiÕn h2nh nh sau: C êng ®é kÐo ®øt b v2 ®é giUn d2i t ¬ng - Trén PP víi AM v2 DCP víi c¸c tû lÖ kh¸c ®èi khi ®øt b ® îc ®o trªn m¸y ®o tÝnh chÊt c¬ nhau; häc ZWICK (CHLB §øc). Mçi blend ®o 3 mÉu ®Ó lÊy gi¸ trÞ trung b×nh. - GhÐp trªn thiÕt bÞ ®ïn c¾t h¹t ë nhiÖt ®é tõ 165oC ®Õn 180oC; - §o ®é rWo theo kÐo - L2m l¹nh v2 c¾t h¹t ; Trªn m¸y STRAINVIS COD. 6800.000 cña - SÊy kh«. hUng CEAST (ý), t¹i Trung t©m nghiªn cøu vËt liÖu polyme, Tr êng §¹i häc B¸ch khoa H2 Néi. 3. ChÕ t¹o polyme blend PA/PP-g-AM/PP MÉu ® îc thö nghiÖm ë t¶i träng 40 kg (9,73 VËt liÖu PA, PP v2 chÊt t ¬ng hîp PP-g-AM MPa), 50 kg (12,16 MPa), ë nhiÖt ®é 40oC trong ® îc trén trong thiÕt bÞ trén ë c¸c tû lÖ kh¸c 72 giê. nhau, sau ®ã phun trªn thiÕt bÞ phun Woojin Selex E-150 cña H2n Quèc ë trong kho¶ng III - KÕt qu¶ v th¶o luËn nhiÖt ®é 230 - 255oC v2 ¸p suÊt 150 MPa. MÉu ® îc phun d¹ng h×nh ch2y theo tiªu chuÈn 1. GhÐp anhi®ric maleic lªn PP ASTM D 638-99. H×nh 1 tr×nh b2y phæ hång ngo¹i cña mÉu 4. C¸c ph*¬ng ph¸p ph©n tÝch PP v2 mÉu PP-g-AM. ë mÉu PP xuÊt hiÖn pic ë 1722 cm-1. Pic n2y theo Lion Xavier [7] øng víi a) X¸c ®Þnh h+m lKîng AM ghÐp v+o PP dao ®éng cña nhãm CO thuéc nhãm hi®ropeoxit MÉu PP sau khi ghÐp AM ® îc trÝch ly b»ng (COOH) t¹i nguyªn tö cacbon bËc ba, h×nh axeton trong 8 giê ®Ó lo¹i AM kh«ng ph¶n øng th2nh do PP bÞ oxi hãa trong qu¸ tr×nh l u tr÷ v2 sÊy 70oC trong 8 giê. H2m l îng AM ® îc trong kho. Ng îc l¹i, ë mÉu PP-g-AM, pic n2y x¸c ®Þnh ë d¹ng m2ng cã chiÒu d2y 50 µm trªn bÞ mÊt v2 xuÊt hiÖn pic mét pic míi ë 466
Transmission, % PP-g-AM PP PP-g-MA H×nh 1: Phæ hång ngo¹i cña PP v2 PP-g-AM 1786 cm-1, øng víi dao ®éng cña nhãm CO cña kh¬i m2o ph¶n øng ghÐp AM lªn PP. KÕt qu¶ vßng anhy®ric maleic. §iÒu n2y chøng tá khi x¸c ®Þnh ®Þnh l îng cho thÊy AM ghÐp v2p PP ghÐp AM v2o PP, nhãm hi®ropeoxit ®U bÞ ph©n l2 0,5 - 1%. PP sau khi ghÐp AM vÉn gi÷ ® îc hñy t¹o th2nh gèc v2 cïng víi c¸c chÊt kh¬i tÝnh chÊt c¬ häc kh¸ tèt. m2o ph¶n øng DCP ®U tham gia v2o qu¸ tr×nh 2. Ph©n tÝch nhiÖt DTA, uV 5,00 0,00 -5,00 164,8oC 224,4oC -10,00 0,00 100 200 300 400 o NhiÖt ®é, C H×nh 2: Gi¶n ®å DTA cña blend PA/PP-g-AM/PP KÕt qu¶ ph©n tÝch nhiªt cho thÊy polyme pha PA v2 PP chØ ®ãng vai trß chÊt kÕt nèi chø blend PA/PP-g-AM/PP cã hai pic thu nhiÖt ë kh«ng t¹o mét pha riªng biÖt. 164,8oC øng víi nhiÖt ®é ch¶y cña pha PP v2 ë §é bÒn kÐo ®øt cña hçn hîp PA/PP, cña 224,4oC øng víi nhiÖt ®é ch¶y cña pha PA. Gi÷a blend PA/PP-g-AM/PP còng nh cña blend hai pic trªn kh«ng tån t¹i pic thu nhiÖt cña pha PA/copolyme/PP ® îc tr×nh b2y ë h×nh 3. Qua hçn hîp PA/PP. §iÒu n2y cho thÊy blend h×nh 3 chóng ta cã thÓ dÔ d2ng nhËn thÊy khi chØ PA/PP-g-AM/PP chØ cã hai pha v2 chÊt t ¬ng trén hîp ®¬n thuÇn PA v2 PP v2 kh«ng cã mÆt hîp PP-g-AM tån t¹i ë mÆt ph©n c¸ch gi÷a c¸c cña chÊt t ¬ng hîp th× tÝnh chÊt c¬ häc cña hçn 467
hîp PA/PP rÊt kÐm, ®é dUn d2i t ¬ng ®èi chØ ®¹t dÝnh víi pha PA qua cÇu liªn kÕt hydro hoÆc 46% v2 ®é bÒn kÐo ®øt cña hçn hîp PA/PP còng ph¶n øng cña nhãm AM ghÐp trªn m¹ch PP víi chØ ®¹t 39,04 MPa, thÊp h¬n rÊt nhiÒu so víi PP c¸c nhãm amin v2 amit cña PA. v2 PA ban ®Çu. Khi cã mÆt cña PP-g-AM tÝnh Khi so s¸nh gi÷a blend PA/PP-g-AM/PP sö chÊt c¬ häc cña blend t¨ng lªn rÊt nhiÒu (h×nh dông chÊt t ¬ng hîp chÕ t¹o trªn m¸y ®ïn do 2b): ®é giUn d2i t ¬ng ®èi khi ®øt ®¹t tíi 296% chóng t«i tù chÕ t¹o v2 PA/copolyme/PP sö tøc l2 cao h¬n so víi PA ban ®Çu. Vai trß cña dông chÊt t ¬ng hîp nhËp ngo¹i chóng t«i nhËn chÊt t ¬ng hîp ë ®©y cã thÓ gi¶i thÝch qua viÖc thÊy kh«ng cã sù kh¸c biÖt lín vÒ tÝnh chÊt c¬ h×nh th2nh mét líp chuyÓn tiÕp gi÷a hai pha PP häc. C¸c chØ sè vÒ ®é bÒn ®øt, ®é giUn d2i khi v2 PA tõ PP-g-AM. Nh÷ng ®o¹n m¹ch cña PP- ®øt v2 ®é dÎo cña hai tæ hîp trªn ®Òu t ¬ng g-AM ®U kÕt dÝnh víi pha PP ®ång thêi còng kÕt ® ¬ng (xem b¶ng 1). øng suÊt, MPa øng suÊt, MPa 80 80 a b 60 60 40 40 20 20 0 0 0 20 40 60 0 20 40 60 BiÕn d¹ng, % BiÕn d¹ng, % H×nh 3: Gi¶n ®å phô thuéc cña ®é bÒn kÐo ®øt v2o ®é giUn d2i t ¬ng ®èi cña hçn hîp PA/PP kh«ng cã chÊt t ¬ng hîp (a) v2 blend PA/PP-g-AM/PP (b) 4. §é bÒn r·o cña vËt liÖu 1,5 1,4 §é biÕn d¹ng, mm 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Thêi gian chÞu t¶i, h H×nh 4: §é biÕn d¹ng rUo kÐo cña blend PA/PP-g-AM/PP 468
KÕt qu¶ ®o ®é rUo theo kÐo cña vËt liÖu ë MPa. Nh vËy, d íi t¸c ®éng cña t¶i träng theo øng suÊt 9,73 v2 12,16 MPa, ë nhiÖt ®é 40oC thêi gian vËt liÖu blend cã bÞ biÕn d¹ng, song trong thêi gian 55,42 giê ® îc tr×nh b2y ë h×nh kh«ng bÞ ph¸ huû do kh«ng bÞ t¸ch pha. §iÒu ®ã 4. ë øng suÊt 9,73 MPa mÉu bÞ biÕn d¹ng 1,4%, chøng tá PA v2 PP cã sù kÕt dÝnh tèt. m«®un rUo gi¶m tõ 4524,7 xuèng 555 MPa v2 ë øng suÊt 12,16 MPa mÉu bÞ biÕn d¹ng 2,86%, 5. H×nh th¸i cÊu tróc cña polyme blend m«®un rUo gi¶m tõ 1123,3 MPa xuèng 340,6 PA/PP-g-AM/PP (a) Hçn hîp PA/PP (b) Blend PA/PP-g-AM/PP H×nh 5: ¶nh SEM cña hçn hîp PA/PP v2 polyme blend PA/PP-g-AM/PP CÊu tróc cña cña hçn hîp PA/PP v2 vËt liÖu tróc rÊt mÞn, rÊt khã ph©n biÖt ® îc ranh giíi blend PA/PP-g-AM/PP ® îc thÓ hiÖn ë h×nh 5. cña c¸c pha v2 ho2n to2n kh«ng cã c¸c lç, c¸c Chóng ta dÔ d2ng nhËn thÊy, ë hçn hîp PA/PP hèc. Râ r2ng nhê cã chÊt t ¬ng hîp c¸c pha cña (h×nh 5a) cã cÊu tróc rÊt th« cã nhiÒu c¸c hèc, polyme blend ph©n t¸n ®Òu v2 liªn kÕt víi nhau cßn ë blend PA/PP-g-AM/PP (h×nh 5b) cã cÊu chÆt chÏ h¬n. (a) Hçn hîp PA/PP ë 56,99 MPa (b) Blend PA/PP-g-AM/PP ë 208 MPa H×nh 6: ¶nh SEM cña hçn hîp PA/PP v2 polyme blend PA/PP-g-AM/PP khi bÞ ph¸ hñy (chôp ph ¬ng song song víi lùc t¸c ®éng) H×nh 6 tr×nh b2y cÊu tróc cña hçn hîp dông lùc c¬ häc v2o vËt liÖu xuÊt hiÖn sù biÕn PA/PP v2 polyme blend PA/PP-g-AM/PP khi bÞ d¹ng cña c¸c pha còng nh sù t¸ch cña c¸c pha. ph¸ huû kÐo ®øt. DÔ d2ng nhËn thÊy khi t¸c Mét ®iÒu thó vÞ l2 ë hçn hîp PA/PP do kh«ng cã 469
chÊt t ¬ng hîp, c¸c pha kh«ng cã sù liªn kÕt T i liÖu tham kh¶o chÆt chÏ do ®ã chóng bÞ tr ît rÊt m¹nh v2 t¸ch khái nhau, t¹o ra c¸c vÖt nøt d2i lín ë c êng ®é 1. A. Gonzalez Montiel, H. Keskkula, D. R. kÐo ®øt 56,99 MPa. Trong khi ®ã ë polyme Paul. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys., blend PA/PP-g-AM/PP do cã chÊt t ¬ng hîp 33, 12, 1751 - 1767 (1995). PP-g-AM nªn c¸c pha kÕt dÝnh víi nhau tèt h¬n, 2. S. H. P. Bettini, J. A. M. Agnelli. J. Appl. qu¸ tr×nh tr ît cña c¸c pha còng x¶y ra Ýt h¬n, Polym. Sci., 74, 247 - 255 (1999). ngay c¶ ë c êng ®é kÐo ®øt 208 MPa (gÊp 4 lÇn c êng ®é kÐo ®øt cña hçn hîp PA/PP), song chØ 3. S. H. Jafari, A. K. Gupta. J. Appl. Polym. xuÊt hiÖn c¸c vÕt r¸ch rÊt nhá. Sci., 71, 11153 - 11161 (1999). 4. RaJ K. Datta, Malcolm B. Polk and Satish IV - KÕt luËn Kumar. J. Polym. Plast. Technol. Eng., 34, 4, 551 - 560 (1995). - §U chÕ t¹o ® îc chÊt t ¬ng hîp PP-g-AM 5. Martin van Duin, Marcel Aussems, Rein J. cã h2m l îng AM l2 0,5 - 1% trªn thiÕt bÞ ®ïn M. Borggreve. J. Polym. Sci., Part A: c«ng nghiÖp. Polym. Chem., 36, 179 - 188 (1998). - §U sö dông PP-g-AM ®Ó chÕ t¹o polyme 6. Bïi Ch ¬ng, NguyÔn V¨n Huynh. T¹p chÝ blend PA/PP-g-AM/PP trªn thiÕt bÞ phun c«ng Hãa häc, T. 40, sè §B, Tr. 165 - 167 nghiÖp. VËt liÖu polyme blend cã tÝnh chÊt c¬ (2002). häc cao ®¸p øng ® îc viÖc chÕ t¹o mét sè phô 7. Lion Xavier. Master thesis, UnivesitÐ Libre kiÖn ®2n håi cho ng2nh ® êng s¾t. de Bruxelles (1991). 470