Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu nâng cao tính chất cơ học và độ chậm cháy của compozit trên nền epoxy gia cường bằng vải thủy tinh

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

100
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án hướng tới nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở nhựa nền epoxy Epikote 240 với nanoclay I.30E, ống nano cacbon đa tường (MWCNTs); epoxy Epikote 240 với hỗn hợp nanoclay I.30E+MWCNTs; epoxy Epikote 240/dầu lanh epoxy hóa (ELO) với hỗn hợp nanoclay I.30E+MWCNTs các tổ hợp này phối hợp với các chất chống cháy oxit antimon và paraphin clo hóa; sử dụng vải thủy tinh và vải thủy tinh 3D gia cường cho các tổ hợp chất nền đó để nâng cao tính chất cơ học và độ chậm cháy.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu nâng cao tính chất cơ học và độ chậm cháy của compozit trên nền epoxy gia cường bằng vải thủy tinh

A.GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của luận án Ở Việt Nam, năm 2013 những vụ cháy liên quan đến nhà cao tầng, chợ, trung tâm thương mại, khu chung cư có chiều hướng gia tăng. Riêng vụ nổ nhà máy pháo hoa ở Phú Thọ đã làm chết 26 người và gần 100 người bị thương, toàn bộ nhà máy bị san phẳng, thiệt hại 53 tỉ đồng. Theo thống kê của Cục phòng cháy chữa cháy và cứu nạn cứu hộ, trong năm 2013, cả nước xảy ra gần 2.600 vụ cháy nổ, làm chết 124 người và bị thương 349 người. Riêng tại Hoa Kỳ từ năm 1996 đến năm 2005, trung bình 3932 người chết và 20.919 người khác bị thương (không bao gồm các sự kiện của ngày 11 tháng 9 năm 2001) đã được báo cáo hàng năm là kết quả của các vụ hỏa hoạn. Ngoài ra, tất cả những tai nạn cháy cũng liên quan đến mất mát tài sản đáng giá hàng triệu đô la. Vì vậy, việc cải thiện tính chậm cháy của vật liệu polyme tiếp tục vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu rất hấp dẫn cho các nhà Hóa học và Công nghệ Vật liệu polyme. Vì vậy chúng tôi đã lựa chọn đề tài của luận án: “Nghiên cứu nâng cao tính chất cơ học và độ chậm cháy của compozit trên nền epoxy gia cường bằng vải thủy tinh” và hy vọng kết quả của luận án sẽ có đóng góp vào phát triển vật liệu compozit chậm cháy ở nước ta. 2. Mục tiêu của luận án Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở nhựa nền epoxy Epikote 240 với nanoclay I.30E, ống nano cacbon đa tường (MWCNTs); epoxy Epikote 240 với hỗn hợp nanoclay I.30E+MWCNTs; epoxy Epikote 240/dầu lanh epoxy hóa (ELO) với hỗn hợp nanoclay I.30E+MWCNTs các tổ hợp này phối hợp với các chất chống cháy oxit antimon và paraphin clo hóa; sử dụng vải thủy tinh và vải thủy tinh 3D gia cường cho các tổ hợp chất nền đó để nâng cao tính chất cơ học và độ chậm cháy. 3. Những điểm mới của luận án - Đã nghiên cứu tìm được tỷ lệ thích hợp của dầu lanh epoxy hóa cũng như hàm lượng thích hợp các chất chống cháy oxit antimon và paraphin clo hóa trong nhựa nền epoxy Epikote 240. Các vật liệu thu được có độ bền cơ học được cải thiện và nâng cao độ chậm cháy so với vật liệu epoxy Epikote 240. - Đã nghiên cứu tìm ra kỹ thuật thích hợp (khuấy cơ học tốc độ cao và khuấy siêu âm, rung siêu âm) để phân tán đồng đều nanoclay I.30E và MWCNTs trong nhựa nền epoxy Epikote 240, tạo ra vật liệu nanocompozit có cấu trúc tách lớp. - Đã chế tạo thành công vật liệu nanocompozit trên cơ sở nhựa nền epoxy Epikote 240 với nanoclay I.30E, MWCNTs; epoxy Epikote 240 với hỗn hợp nanoclay I.30E+MWCNTs; các tổ hợp này phối hợp với các chất chống cháy oxit antimon và paraphin clo hóa. Vật liệu nanocompozit nhận được có các chỉ tiêu độ bền cơ học được cải thiện cũng như đảm bảo được tính chậm cháy. - Đã chế tạo vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy Epikote 240 có ELO, MWCNTs và nanoclay I.30E, chất chống cháy oxyt antimon và paraphin 1
clo hóa gia cường bằng vải thủy tinh thông thường và vải thủy tinh dệt 3D. Vật liệu nhận được có độ bền cơ học được cải thiện và nâng cao độ chậm cháy. 4. Cấu trúc của luận án Luận án có khối lượng 123 trang, gồm các phần chính sau: Mở đầu 2 trang, phần 1: tổng quan 28 trang, phần 2: phương pháp nghiên cứu 11 trang, phần 3: kết quả và thảo luận 79 trang, kết luận 2 trang và 99 tài liệu tham khảo. B. NỘI DUNG LUẬN ÁN CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN 1.1 Nhựa epoxy 1.2 Các giải pháp nâng cao tính chất cơ học và độ chậm cháy của compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng vải thủy tinh 1.2.1 Phối trộn dầu lanh epoxy hóa 1.2.2 Đưa nanoclay vào nhựa epoxy 1.2.3 Đưa MWCNTs vào nhựa epoxy 1.3 Các chất làm chậm cháy polyme 1.3.1 Cơ chế cháy vật liệu polyme 1.3.2 Cơ chế hoạt động của phụ gia chống cháy 1.2.3 Phụ gia chống cháy 1.4 Các loại vải thủy tinh thông thường và vải thủy tinh 3D CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu • Nhựa epoxy Epikote 240 của hãng Shell Chemicals (Hoa Kỳ), hàm lượng nhóm epoxy 24,6%, đương lượng của nhóm epoxy 185-196, độ nhớt ở 250C : 0,7 ÷ 1,1 Pa.s*. • Dietylen triamin (DETA), Dow Chemicals (Hoa Kỳ). • Vải thủy tinh thô loại E 600g/m2 (Trung Quốc). • Vải thủy tinh dệt 3D loại 600g/m2 (Trung Quốc). • Nanoclay I.30E của hãng Nanocor (Hoa Kỳ): bột trắng ngà, khối lượng riêng 1,7 g/cm3 được biến tính bằng octadecyl amin. • Ống nano cacbon đa tường (Multi Wall Carbon Nanotubes-MWCNTs), của hãng Showa Denko (Nhật Bản). Được tổng hợp bằng phương pháp lắng đọng hóa hơi chất xúc tác. MWCNTs có đường kính trung bình 40-45nm, chiều dài trung bình 3 μm và khối lượng riêng 0,08 g/cm3. • Paraphin clo hóa (S52) (Trung Quốc), có hàm lượng clo là 52%. • Oxyt antimon (Trung Quốc), độ tinh khiết > 99,0 %. • Dầu lanh epoxy hóa (Epoxidized Linseed Oil - ELO) có hàm lượng nhóm epoxy 22,89 %, độ nhớt ở 250C: 800 cSt, Akcros (Anh). 2.2 Phương pháp chế tạo mẫu 2.2.1 Phương pháp chế tạo mẫu nhựa nền 2
2.2.1.1 Phương pháp chế tạo mẫu epoxy Epikote 240 với các chất chống cháy - Chất chống cháy Sb2O3 và amino phosphat (AC-2) ở dạng bột trước khi trộn hợp được sấy khô trong tủ ở 800C trong 60 phút sau trộn hợp vào epoxy để 24h đảm bảo cho quá trình thấm ướt, sau đó tiến hành khuấy trộn cơ học với tốc độ 1500 vòng/phút ở 800C trong 3 giờ ở điều kiện cách thủy. Mẫu được để nguội sau đó bổ sung chất đóng rắn DETA, tiến hành khuấy ở 150 vòng/phút trong 10 phút sau đó tiến hành khử bọt trong 30 phút và đổ mẫu xác định tính chất cơ học, tính chất chống cháy trên khuôn inox, sau 24 giờ tiến hành sấy ở 800C trong 3 giờ, để ổn định 7 ngày đi thử tính chất cơ học và độ chậm cháy. - Hai chất chống cháy paraphin clo hóa và tris (1,3-dichloro-iso- propyl)phosphat ở dạng lỏng bỏ qua giai đoạn sấy, quy trình chế tạo mẫu tương tự như trên. - Trộn hợp hệ chất chống cháy oxyt antimon và paraphin clo hóa (với các tỷ lệ phần khối lượng khác nhau) vào epoxy E 240 theo quy trình tương tự như trên. 2.2.1.2 Phương pháp chế tạo mẫu epoxy Epikote 240/dầu lanh epoxy hóa (ELO) Epoxy Epikote 240 được trộn với ELO theo tỷ lệ khác nhau trong bình cầu đáy tròn 3 cổ dung tích 250 ml, hỗn hợp được khuấy ở 1500 vòng/phút trong 1 giờ và ổn định nhiệt ở 800C. Hỗn hợp đồng nhất được bổ sung chất đóng rắn DETA khuấy trộn ở 150 vòng/phút ở nhiệt độ phòng trong 10 phút, đóng rắn sau trong 24 giờ, sau đó mẫu được sấy ở 800 C trong 3 giờ. Sau 7 ngày, mẫu được phân tích và đo tính chất cơ học, độ chậm cháy. 2.2.1.3 Phương pháp phân tán nanoclay vào epoxy Epikote 240 Nanoclay-I.30E được sấy khô trong 1 giờ ở 800C trước khi được trộn hợp với nhựa epoxy E 240. Hàm lượng nanoclay được khảo sát là 1, 2, 3 và 4% khối lượng được phân tán vào trong epoxy E 240 ở 800C, bằng phương pháp khuấy cơ học ở tốc độ 3000 (vòng/phút) trong 8h. Sau đó khuấy siêu âm hỗn hợp trong 60 phút với 50% công suất máy, ở nhiệt độ phòng. Tiếp theo, hỗn hợp được khử bọt khí trong thiết bị hút chân không trong 15 phút, bổ sung chất đóng rắn DETA, khuấy cơ học ở 60-80 vòng/phút trong 10 phút. Chất đóng rắn trộn hợp đều vào hỗn hợp tiến hành đổ vào khuôn inox sau 24h đem gia nhiệt trong 3 h ở 800C (± 20C). Sau 7 ngày đem đi xác định tính chất cơ học và độ chậm cháy. 2.2.1.4 Phương pháp phân tán MWCNTs vào epoxy Epikote 240 Epoxy Epikote 240 được làm nóng trước ở 800C trong tủ sấy và trộn với MWNTs, với các hàm lượng 0,01, 0,02 và 0,03% khối lượng so với epoxy. Hỗn được rung siêu âm ở 650C trong thời gian 6 giờ. Sau khi rung siêu âm kết thúc, hỗn hợp được đem đi khử khí trong 15 phút sau đó được bổ sung chất đóng rắn DETA, tiến hành khuấy với tốc độ 60-80 vòng /phút ở nhiệt độ phòng trong 15 3
phút. Hỗn hợp được rót vào khuôn inox và sau 24h đem đi gia nhiệt trong 3h ở 800C, làm 5 mẫu cho một chỉ tiêu, để các mẫu ổn định trong 7 ngày sau đó đem đi xác định tính chất cơ học và khả năng chống cháy. 2.2.1.5 Phương pháp phân tán nanoclay/MWCNTs vào epoxy Epikote 240 Gia nhiệt nanoclay và nhựa epoxy E 240 ở 800C trong 1 giờ để giảm độ nhớt. Theo tỷ lệ về phần trăm khối lượng (bảng 2.3) nanoclay và MWCNTs trộn hợp vào nhựa epoxy E 240 bằng phương pháp khuấy cơ học ở tốc độ 3000 vòng/phút giữ nhiệt độ ổn định 800C trong 8h sau đó tiến hành rung siêu âm trong 6h ở 650C. Hỗn hợp đồng nhất được khử bọt khí trong 30 phút sau đó bổ sung chất đóng rắn DETA tương ứng, khuấy trộn cơ học cách thủy (có thể cho thêm đá vào nước để giảm nhiệt độ trong bình phản ứng tránh đóng rắn cục bộ) hỗn hợp sao cho chất đóng rắn trộn hợp đều ở tốc độ 60-80 vòng/phút trong 15 phút. Rót hỗn hợp vào khuôn inox và để đóng rắn ở nhiệt độ phòng trong 24h, sau đó để ổn định 7 ngày xác định các tính chất, mỗi tính chất tối thiểu 5 mẫu. 2.2.2 Chế tạo vật liệu polyme compozit nền epoxy Epikote 240 gia cường bằng vải thủy tinh Trước khi chế tạo vật liệu compozit, cắt vải theo kích thước đã tính toán, sấy ở 800C trong 30 phút kết hợp hút chân không để loại ẩm. Nhựa nền được chế tạo theo mô tả ở mục 2.2.1. Tỷ lệ nhựa/vải được chọn là: 60/40. Phủ chất chống dính khuôn Wax 8.0 (pha loãng với xylen), xoa đều lên bề mặt khuôn. Đầu tiên quét một lớp nhựa nền mỏng lên khuôn, sau đó xếp lớp sợi gia cường lên trên. Lớp đầu tiên là vải thủy tinh mịn (tissue) để che lớp tiếp theo. Dùng chổi có sợi cứng cụm hình tròn) dập đều đặn lên sợi cho thấm đều nhựa. Sau đó dùng con lăn bằng thép có khía để lăn cho sợi được lèn chặt và thấm đều nhựa, cho đến khi đạt được độ dày 4 mm. Vật liệu polyme compozit được hút chân không để loại bỏ bọt khí, để đóng rắn ở nhiệt độ phòng (25-300C) sau 24 h mang đi sấy trong 3h ở 800C. Sau 7 ngày cắt mẫu và xác định các tính chất, mỗi tính chất tối thiểu 5 mẫu. 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng phần gel 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA) 2.3.4 Phương pháp xác định hình thái cấu trúc của vật liệu 2.3.5 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua 2.3.6 Phương pháp xác định tính chất cơ học 2.3.7 Các phương pháp khảo sát khả năng chống cháy của vật liệu 2.3.7.1 Phương pháp đo chỉ số oxy giới hạn (Limiting Oxygen Index - LOI) 2.3.7.2 Phương pháp xác định tính dễ bốc cháy của vật liệu trên thiết bị UL 94 (UL 94HB và UL 94V) 2.3.7.3 Phương pháp đo chỉ số tốc độ cháy 4
Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu PC nền epoxy E 240 Ảnh hưởng của các Ảnh hưởng của các loại Ảnh hưởng của các Ảnh hưởng của hệ chất đóng rắn amin vải thủy tinh thô: 300 chất chống cháy: oxyt chất chống cháy oxyt mạch thẳng: DETA; g/m2; 600 g/m2, mát antimon, parafin clo antimon/paraphin clo TETA; XEDETA, 300 g/m2 và 3D loại hóa, amino phosphat, hóa, khảo sát ở các tỷ EDA 600 g/m2 flamstop 320 lệ phần khối lượng Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC nền epoxy E 240/ dầu lanh epoxy hóa (ELO) gia cường bằng vải thủy tinh có và không có chất chống cháy Khảo sát quá trình Nghiên cứu ảnh hưởng Tính chất cơ học và độ Tính chất cơ học và đóng rắn hỗn hợp của ELO đến tính chất chống cháy của vật liệu độ chống cháy của epoxy/ELO sử dụng cơ học và độ chậm epoxy/ELO có và vật liệu PC: epoxy chất đóng rắn DETA, cháy,epoxy/ELO (PKL): không có chất chậm /ELO/vải thủy tinh ở đ/k nhiệt độ phòng 95/5;90/10;85/25;80/20 cháy có và không có chất chậm cháy Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC nền epoxy E 240 có nanoclay I.30E gia cường bằng vải thủy tinh có và không có chất chống cháy Nghiên cứu ảnh hưởng Nghiên cứu ảnh hưởng Tính chất cơ học và Tính chất cơ học và độ của thời gian khuấy cơ, độ chậm cháy của vật chậm cháy của vật liệu của thời gian khuấy siêu PC nền epoxy gia nhiệt độ khuấy cơ,vận âm, giá trị công suất liệu compozit nền tốc khuấy cơ học,hàm cường bằng vải thủy khuấy siêu âm đến tính epoxy có: nanoclay; tinh có: nanoclay; lượng nanoclay đến chất cơ học và độ chậm ELO; có và không có ELO; có và không có tính chất cơ học và độ cháy chất chống cháy chất chống cháy. chậm cháy Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC nền epoxy E 240 có ống nano cacbon đa tường (MWCNTs) gia cường bằng vải thủy tinh có và không có chất chống cháy Nghiên cứu kỹ thuật Phân tán tổ hợp Tính chất cơ học và độ MWCNTs/nanoclay Tính chất cơ học và phân tán MWCNTs vào chậm cháy của độ chậm cháy của epoxy bằng kỹ thuật vào epoxy với các tỷ compozit nền epoxy lệ phần trăm khối PC nền epoxy gia rung siêu âm và khuấy có: ELO; nanoclay, cường bằng vải cơ học, khảo sát về: thời lượng khác nhau bằng MWCNTs; có và kỹ thuật rung siêu âm thủy tinh có: ELO; gian, nhiệt độ rung và không có chất chống nanoclay; hàm lượng MWCNTs và khuấy cơ học cháy MWCNTs; có và không có chất chống cháy Hình 2.4 Sơ đồ tóm tắt nội dung nghiên cứu 5
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu các điều kiện ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu polyme compozit nền nhựa epoxy Epikote 240 3.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất đóng rắn amin khác nhau đến mức độ đóng rắn, độ bền cơ học và độ chống cháy của vật liệu polyme epoxy E 240 Đã sử dụng các chất đóng rắn dietylentriamin (DETA), xyanetyldietylen- triamin (XEDETA), etylendiamin (EDA) và trietylentetraamin (TETA) và quá trình đóng rắn thực hiện ở nhiệt độ phòng. Khảo sát thời gian gel hóa, chỉ số oxy tới hạn, tốc độ cháy và tính chất cơ học khi sử dụng DETA đáp ứng được yêu cầu đối với nhựa nền epoxy E 240 cho việc nghiên cứu chế tạo vật liệu PC. 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại vải thủy tinh đến tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu polyme compozit nền nhựa epoxy E 240 đóng rắn bằng DETA Đã sử dụng các loại vải gia cường: mat thủy tinh loại 300 g/m2, vải thủy tinh thô loại E 300 g/m2, vải thủy tinh thô loại E 600 g/m2 và vải thủy tinh dệt 3D loại 600 g/m2 để chế tạo vật liệu PC. Vật liệu PC trên cơ sở nhựa epoxy E 240 gia cường bằng vải thủy tinh thông thường loại 600 g/m2 có độ bền cơ học và độ chậm cháy đạt ở mức quy định, lựa chọn cho các phần nghiên cứu tiếp theo. 3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất chống cháy đến tính chất của vật liệu nhựa epoxy E 240 đóng rắn bằng DETA 3.1.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất chống cháy đến độ chậm cháy, tính chất cơ học của nhựa epoxy E 240 3.1.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất chống cháy đến tính chất cơ học của nhựa epoxy E 240 3.1.3.3 Hình thái cấu trúc của nhựa epoxy E 240 có mặt các chất chống cháy khác nhau 3.1.3.4 Nghiên cưú ảnh hưởng của các chất chống cháy đến tính chất nhiệt của nhựa epoxy E 240 Trong công trình này đã sử dụng các chất chống cháy paraphin clo hóa, oxit antimon (Sb2O3), amino phosphat (AC2) và tris (1,3-dichloro-iso-propyl) phosphat với 7 phần khối lượng (PKL) epoxy E 240 cho vật liệu nhựa epoxy E 240 đóng rắn bằng DETA để nâng cao khả năng chậm cháy. Căn cứ theo các kết quả đánh giả khả năng chậm cháy và tính chất cơ học, tính chất nhiệt thì có thể rút ra nhận xét như sau oxyt antimon và paraphin clo hóa có tác dụng chống cháy ổn định và hiệu quả hơn những chất chậm cháy khác đồng thời tính chất cơ học giữ ở mức ổn định. Dựa trên cơ chế cháy của sự kết hợp giữa oxyt antimon với hợp chất dẫn xuất halogen đã lựa chọn hệ chất chống cháy oxyt antimon/paraphin clo hóa để nghiên cứu nâng cao độ chậm cháy cho vật liệu compozit. 6
3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ chất chống cháy oxyt antimon và paraphin clo hóa đến độ chậm cháy và tính chất cơ học của nhựa epoxy E 240 Bảng 3.4 Độ bền cơ học của vật liệu polyme epoxy E 240 có mặt và không có hệ chất chống cháy oxyt antimon/paraphin clo hóa với các phần khối lượng khác nhau Sb2O3 Paraphin Độ bền Độ bền Độ bền Độ bền va đập (PKL) clo hóa kéo uốn nén Izod (PKL) (MPa) (MPa) (MPa) (KJ/m2) 0 0 55,90 86,75 156,08 7,11 5 47,78 86,56 93.66 6,86 5 7 42,63 81,87 71,12 7,00 9 41,24 78,55 98,61 7,17 11 42,58 75,32 70,66 7,59 5 45,81 83,60 77,69 6,35 7 7 45,94 79,32 58,91 6,99 9 44,15 78,76 67,70 7,35 11 43,15 75,03 38,71 8,75 5 45,16 82,00 62,95 6,17 7 50,05 88,36 61,91 7,49 9 9 47,10 84,53 79,44 7,65 11 50,52 89,26 88,88 8,78 Từ bảng 3.4 nhận thấy khi kết hợp oxyt antimon và paraphin clo hóa với các tỷ lệ phần khối lượng khác nhau thì các độ bền cơ học có những thay đổi riêng. Nếu kết hợp oxyt antimon với paraphin clo hóa ở tỷ lệ (9/11 PKL) thì độ bền uốn tăng nhẹ, độ bền va đập Izod tăng mạnh và độ bền kéo giảm nhẹ, duy chỉ có độ bền nén là giảm. Sự có mặt của hệ chất chống cháy đã làm thay đổi tính chất cơ học của vật liệu epoxy E 240. Paraphin clo hóa kết hợp với oxyt antimon tạo thành một hệ chống bắt cháy đơn giản và có tác dụng làm chậm cháy hiệu quả tốt cho vật liệu polyme epoxy. Sb2O3 + 2RCl → 2SbOCl + H2O 5SbOCl → 2Sb4O5Cl2 + SbCl3 2Sb4O5Cl2 → 5Sb3O4Cl + SbCl3 3Sb3O4Cl → 4Sb2O3 + SbCl3 SbCl3 + H* → HCl + SbCl2* SbCl2*+ H* → HCl + SbCl* SbCl* + H* → HCl + Sb* Sb* + OH* → SbOH SbOH + H*→ SbO* + H2 SbO* + H* → SbOH 7
Paraphin clo hóa phân hủy sinh ra gốc Cl* sẽ phản ứng với các gốc H*, OH* số lượng gốc H*, OH* sẽ giảm đi dẫn đến khả năng chống cháy được cải thiện. Khi có mặt oxyt antimon, tham gia trong quá trình dập tắt ngọn lửa, thì số lượng gốc H*, OH* sẽ được giảm đi nhiều hơn nữa. Các oxyt antimon phản ứng với HCl (HCl được tạo ra do paraphin clo hóa phân hủy bởi nhiệt) tạo ra antimonyl clorit (SbOCl) và antimony triclorit (SbCl3) là những chất khí, có tỷ trọng nặng hơn HCl thời gian cư trú của chúng tồn tại lâu tại vùng cháy và chúng sẽ bao phủ lên vùng vật liệu cháy, do đó sẽ nhanh chóng dập tắt ngọn lửa. Và đặc biệt hơn nữa là SbCl3 sẽ phản ứng với H* và OH* là các gốc họat tính cao, trong vùng cháy các gốc tự do sẽ dần dần bị triệt tiêu làm cho làm quá trình lan truyền ngọn lửa giảm và dẫn đến tắt Kết quả đánh giá khả năng chậm cháy của nhựa epoxy E 240 có hệ chất chống cháy oxyt antimon/paraphin clo hóa với các tỷ lệ khác nhau, trình bày ở bảng 3.5. Từ bảng 3.5 nhận thấy, tỷ lệ phối trộn 9 PKL oxyt antimon kết hợp với 11 PKL paraphin clo hóa mẫu vật liệu chế tạo được có tính chất chậm cháy ổn định và tốt, tốc độ cháy đạt giá trị thấp nhất 13,22 mm/phút, chỉ số oxy giới hạn (22,8 %) và theo theo phương pháp xác định tính dễ bốc cháy trên thiết bị UL 94 tốc độ cháy đạt 20,55 mm/phút. Bảng 3.5 Đánh giá khả năng chậm cháy của nhựa epoxy E 240 có và không có mặt hệ chất chống cháy oxyt antimon/paraphin clo hóa với các tỷ lệ khác nhau Sb2O3 Paraphin Chỉ số oxy Tốc độ cháy UL94HB (PKL) clo hóa giới hạn (mm/phút) (mm/phút) (PKL) (%) 0 0 20,6 28,41 - 5 22,8 24,70 24,66 5 7 22,4 23,56 25,00 9 22,4 22,88 25,66 11 22,8 23,04 24,59 5 23,2 24,08 20,38 7 22,8 20,05 22,84 7 9 22,8 19,08 22,61 11 23,2 20,50 21,88 5 22,8 25,93 19,65 7 23,2 24,67 20,39 9 9 23,2 18,09 20,99 11 22,8 13,22 20,55 Như vậy khi phối trộn 9 PKL oxyt antimon với 11 PKL paraphin clo hóa, tính chất cơ học và tính chất chậm cháy của vật liệu đều đạt giá trị tối ưu, tính chất chậm cháy tăng và tính chất cơ học vẫn giữ ở mức cao, có bị suy giảm ở độ bền nén và kéo nhưng lại gia tăng ở các độ bền uốn và độ bền va đập. 8
3.1.5 Hình thái cấu trúc của nhựa epoxy E240 có mặt hệ chất chống cháy oxyt antimon và parafin clo hóa Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy của nhựa epoxy E 240/DETA có mặt các chất chống cháy trình bày ở hình 3.7. (a) (b) (c) (d) Hình 3.7 Ảnh FE-SEM của nhựa epoxy E 240/DETA có mặt các chất chống cháy: Sb2O3 7 PKL/paraphin clo hóa 9 PKL(A,a); Sb2O3 7 PKL/ paraphin clo hóa 11PKL (B.b); Sb2O3 9 PKL/ paraphin clo hóa 9 PKL (C,c); Sb2O3 9 PKL / paraphin clo hóa 11PKL (D,d). 9
Vật liệu epoxy E 240/DETA/Sb2O3 9 PKL/paraphin clo hóa 11PKL (hình 3.7), từ kết quả hình ảnh chụp FE-SEM ở độ phóng đại 50.000 lần nhận thấy các hạt oxyt antimon đã phân tán khá đều và thấm ướt tốt, không thấy xuất hiện các lỗ trống và các hạt Sb2O3 bám dính tốt với epoxy E 240, bề mặt gẫy của vật liệu mịn màng. Mặt khác ảnh chụp FE-SEM ở độ phóng đại 1000 lần (hình 3.7- A,B,C,D) cho thấy Sb2O3 và paraphin clo hóa phân bố khá đồng đều, paraphin clo hóa được phân bố với kích thước nhỏ hơn trong nền nhựa epoxy thể hiện rõ ở ảnh FE-SEM chụp ở độ phân giải 10.000 lần (hình 3.8-E,F) Hình 3.8 Ảnh FE-SEM của nhựa epoxy E 240/DETA có mặt hệ chất chống cháy: Sb2O3 7 PKL / paraphin clo hóa 11PKL (E); Sb2O3 9 PKL / paraphin clo hóa 11PKL (F) ở độ phân giải 10.000 lần. 3.1.6 Tính chất nhiệt của nhựa epoxy E240 có mặt hệ chất chống cháy oxyt antimon/parafin clo hóa Hình 3.9 Giản đồ TGA của mẫu vật Hình 3.10 Giản đồ TGA của mẫu vật liệu liệu epoxy E 240/Sb2O3 7PKL/ paraphin epoxy E 240/ Sb2O3 9 PKL/paraphin clo hóa clo hóa 11 PKL 11 PKL Đường cong phân hủy nhiệt mẫu vật liệu epoxy E 240/DETA/ Sb2O3 7 PKL/paraphin clo hóa 11 PKL có độ dốc nhiều hơn đường cong phân hủy nhiệt mẫu epoxy E 240/DETA/ Sb2O3 9 PKL/paraphin clo hóa 11 PKL tức là tốc độ phân hủy bởi nhiệt độ nhanh hơn, chứng tỏ khả năng duy trì nhiệt hay làm việc trong môi tường nhiệt của mẫu epoxy E 240/DETA/ Sb2O3 9 PKL/paraphin clo hóa 11 PKL bền hơn. 10
3.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC trên nền nhựa epoxy E 240 – dầu lanh epoxy hóa (ELO) gia cường bằng vải thủy tinh 3.2.1 Khảo sát quá trình đóng rắn của hỗn hợp epoxy E 240/ELO đóng rắn bằng DETA Tỷ lệ epoxy E240/ELO = 90/10 PKL cho thời gian đóng rắn và hàm lượng phần gel phù hợp để chế tạo vật liệu. 3.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng ELO hóa đến tính chất cơ học và độ chậm cháy của hỗn hợp epoxy E 240/ELO đóng rắn bằng DETA Bảng 3.7 Tính chất cơ học của hỗn hợp epoxy E 240/ELO có tỷ lệ khác nhau đóng rắn bằng DETA Tỷ lệ phối trộn Độ bền Độ bền Độ bền Độ bền va đập E 240/ELO kéo, uốn, nén, Izod, (PKL) MPa MPa MPa KJ/m2 100 0 55,9 86,75 156,08 7,11 95 5 44,90 88,06 117,18 7,13 90 10 52,80 88,70 121,36 8,65 85 15 42,29 82,13 91,52 6,70 80 20 36,64 77,40 124,82 6,49 Từ bảng 3.7 nhận thấy, độ bền uốn là tăng 2,24% và độ bền va đạp Izod tăng 21,65% (8,65 KJ/m2) so với nhựa epoxy E 240 khi chưa trộn hợp với ELO. Độ bền nén giảm nhẹ do ELO đóng vai trò như một chất hóa dẻo vì vậy đã cải thiện một phần nhược điểm dòn của nhựa epoxy E 240 nhưng lại làm suy giảm độ cứng của vật liệu. 3.2.3 Hình thái cấu trúc của vật liệu polyme epoxy Epikote 240/dầu lanh epoxy hóa đóng rắn bằng DETA Hình 3.11 Ảnh FE-SEM của vật liệu epoxy E 240/ELO ở tỷ lệ phối trộn 90/10 PKL lần lượt ở các độ phóng đại: 1000; 5000; 10.000; 20.000 lần 11
Từ hình FE-SEM (hình 3.11) ở các độ phóng đại khác nhau, nhận thấy mẫu hỗn hợp E 240/ELO (90/10 PKL), dầu lanh epoxy hóa (ELO) đã tương hợp rất tốt với nhựa epoxy. Bề mặt phá hủy của mẫu E 240/ELO (90/10 PKL) có cấu trúc mịn, không gồ ghề, cấu trúc đều đặn. 3.2.4 Tính chất cơ học và độ chậm cháy vật liệu PC trên nền epoxy E 240/ ELO gia cường bằng vải thủy tinh có và không có mặt chất chậm cháy 3.2.4.1 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của hỗn hợp epoxy E 240/ELO có và không có mặt chất chống cháy Khi trộn hợp ELO và paraphin clo hóa vào vật liệu thì độ bền kéo giảm, độ bền uốn tăng, độ bền nén giảm và độ bền va đập tăng cao. ELO và paraphin clo hóa đóng vai trò là các chất hóa dẻo cho vật liệu epoxy E 240 chính vì vậy mà đã cải thiện được đặc điểm giòn của polyme epoxy E 240. Ảnh FE-SEM của bề mặt vật liệu sau khi cháy được trình bày ở hình 3.14. (a) (b) Hình 3.14 Ảnh FE-SEM của bề mặt vật liệu PC sau khi cháy, được thử nghiệm bằng phương pháp đo tốc độ cháy: epoxy E 240 (a); epoxy E 240/ELO/oxyt antimon/paraphin clo hóa (b). Hình 3.14(b) với vật liệu compozit trên cơ sở epoxy E 240/ELO/oxyt antimon/paraphin clo hóa trên bề mặt sau khi cháy không tồn tại những vết nứt, bề mặt mịn không có những vùng xốp và không thấy xuất hiện vết nứt. Parafin clo hóa cùng với oxyt antimon tạo ra trên bề mặt nhựa epoxy E 240 một lớp tro (xỉ) ở dạng màng rắn, đã đóng vai trò như một lớp rào cản ngăn chặn sự phát tán nhiệt, giảm thiểu quá trình mất mát khối lượng của các chất dễ bay hơi ở bề mặt nhựa epoxy E 240. 3.2.4.2 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu PC nền epoxy E 240/ELO gia cường bằng vải thủy tinh có và không có mặt chất chống cháy 12
Bảng 3.10 Tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit (PC) nền epoxy gia cường bằng vải thuỷ tinh đóng rắn bằng DETA Mẫu Độ bền kéo, Độ bền uốn, Độ bền nén, Độ bền va đập PC MPa MPa MPa Izod, KJ/m2 PC0 286,01 355,50 244,82 144,46 PC1 280,50 357,66 236,24 150,53 PC2 281,02 363,93 240,70 152,89 PC3 279,45 365,36 229,21 158,39 PC4 345,61 375.60 249,52 160,30 PC5 324,74 388,45 285,41 170,45 Trong đó: PC0: Epoxy/vải thủy tinh loại E PC3:Epoxy/ELO/E600 600g/m2 g/m2/CCC PC1: Epoxy/ELO/vải thủy tinh loại PC4: Epoxy/Vải thủy tinh dệt E 600g/m2 3D loại 600g/m2/CCC PC2: Epoxy/vải thủy tinh loại PC5: Epoxy/ELO/vải thủy tinh E600g/m2/ CCC dệt 3D loại 600g/m2/CCC CCC:chất chống cháy (Sb2O3/paraphin clo hóa: 9/11) ELO và paraphin clo hóa đóng vai trò là các chất hóa dẻo cho khối PC đã cải thiện tính chất dòn của vật liệu nền epoxy E 240. Độ bền uốn và độ bền va đập đều tăng ở các vật liệu PC. (a) (C) (b) (B) Hình 3.16 Ảnh FE-SEM của vật liệu PC nền epoxy E 240 gia cường bằng vải thủy tinh ở độ phóng đại khác nhau: epoxy/vải thủy tinh- PC 0 (a, C); epoxy E 240/ELO/CCC/vải thủy tinh - PC3 (b, B). Vật liệu PC epoxy E 240/vải thủy tinh hình 3.16 (A), thấy rất rõ xơ sợi thủy tinh trên bề mặt vật liệu được kéo ra từ nền epoxy E 240 và bị gẫy với bề mặt nhẵn nên 13
bám dính kém. Đối với vật liệu epoxy E240/ELO/CCC/vải thủy tinh được cải thiện hơn, epoxy E 24/ELO (hình 3.16-B) vẫn còn bám trên bề mặt sợi thủy tinh sau khi sợi bị bung ra khỏi khối vật liệu và gẫy khi có tác dụng lực từ bên ngoài. Bảng 3.11 Tính chất cháy của vật liệu PC nền epoxy E 240 gia cường bằng vải thuỷ tinh, sử dụng chất đóng rắn DETA Vật liệu polyme compozit Chỉ số Tốc độ UL 94V oxy, cháy, % mm/phút E240/vải thủy tinh thô 28,90 17,32 Không xác định E240/ELO/vải thủy tinh thô 27,20 17,05 Không xác định E240/vải thủy tinh/paraphin clo hóa/ 30,70 12,05 V2 Sb2O3 E240/ELO/vải thủy tinh/paraphin clo 30,30 12,57 V2 hóa/ Sb2O3 E 240/vải thủy tinh dệt 3D/paraphin 29,80 13,45 V2 clo hóa/ Sb2O3 E240/ELO/vải thủy tinh dệt 29,80 13,80 V2 3D/paraphin clo hóa/ Sb2O3 Vật liệu PC trên nền epoxy E 240 gia cường bằng vải thủy tinh khi có mặt các chất chậm cháy chế tạo được theo bảng 3.11 thì chỉ số LOI đạt 30,7 % và theo phương pháp thử trên thiết bị UL 94V đạt mức độ V2 (bắt lửa ít) được xếp vào loại vật liệu có độ chậm cháy cao. 3.3 Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC trên nền epoxy E 240 có nanoclay gia cường bằng vải thủy tinh 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nanoclay đến tính chất cơ học và khả năng chậm cháy của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I30E 3.3.1.1 Khảo sát hình thái cấu trúc và nhiễu xạ tia X của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E Hình 3.18 Ảnh TEM của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E với hàm lượng nanoclay khác nhau 14
Hình 3.19 Giản đồ XRD của nanoclay tinh khiết và các vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E. Với mẫu 2% nanoclay cho thấy rằng phân tán bằng phương pháp khuấy cơ học tốc độ cao kết hợp khuấy siêu âm 60 phút đã làm cho nanoclay tróc và tách lớp hoàn toàn. 3.3.1.2 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E Bảng 3.12 Độ bền cơ học của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/nanoclay I.30E với các hàm lượng nanoclay I.30E khác nhau Từ bảng 3.12 nhận thấy, ở 2% khối lượng nanoclay, tính chất cơ học được cải Mẫu % Độ bền Độ bền Độ bền Độ bền I.30E kéo, MPa uốn, MPa nén, MPa va đập Izod, KJ/m2 E 240 0 55,90 86,75 156,08 7,11 NC 1 1 58,28 87,30 152,30 6,90 NC 2 2 63,50 116,80 179,67 12,81 NC 3 3 59,60 97,00 157,32 11,27 NC 4 4 58,91 79,90 170,43 10,41 thiện đáng kể, độ bền kéo đạt 63,05 MPa (tăng 13,59%), độ bền uốn đạt 116.80 MPa (tăng 34,63%) và độ bền nén 179,67 MPa (tăng 15,11%), độ bền va đập Izod 12,81KJ/m2 (tăng 80,16%). Ảnh FE-SEM của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/nanoclay I.30E trình bày ở hình 3.20. Hình 3.20 Ảnh FE-SEM của các vật liệu nanocompozit epoxy E 240/ nanoclay I.30E 15
Hình 3.20 nhận thấy, với hàm lượng nanoclay 2 % nhiều vết nứt có thể thấy rõ và sự phát triển vết nứt đã bị thay đổi do bị ngăn cản bởi các nanoclay vốn liên kết chặt chẽ với epoxy do đó tính chất cơ học được cải thiện. Nhưng nếu hàm lượng nanoclay vượt quá ngưỡng (3 và 4% khối lượng) dẫn đến giảm độ tương hợp với nhựa nền epoxy và xuất hiện sự tích tụ các phần tử nanoclay (hình 3.20), lượng nanoclay dư tạo nên các lỗ hổng ở bên trong vật liệu chính các yếu tố này là nguyên nhân làm giảm các độ bền cơ học so với mẫu 2% khối lượng nanoclay. Bảng 3.13 Tích chất cháy của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/nanoclay I.30E với các hàm lượng nanoclay khác nhau Vật liệu % nanoclay Chỉ số oxy, Tốc độ cháy, UL 94HB, nanocompozit I.30E % mm/phút mm/phút epoxy E 240/I.30E E 240 0 20,6 28,41 - NC 1 1 21,4 27,80 - NC 2 2 23,7 24,50 22,59 NC 3 3 22,8 25,76 23,45 NC 4 4 21,9 25,05 24,55 Một lớp bảo vệ giống như hàng rào được tạo ra bởi các phần tử nanoclay vốn có khả năng chịu nhiệt và giữ nhiệt đã làm chậm sự khuếch tán oxy và ngăn cản không cho các chất bay hơi dễ cháy từ trong vật liệu, hạn chế quá trình truyền nhiệt vào vật liệu do đó đã làm cho thời gian duy trì sự cháy giảm đi. Với 2% khối lượng nanoclay I.30E là hàm lượng thích hợp nhất đối với vật liệu nanocompozit nền nhựa epoxy E 240 đảm bảo được độ bền cơ học và độ chậm cháy. Các kết quả về độ bền cơ học và độ chậm cháy đã chỉ ra rằng sự phân tán của nanoclay vào nhựa epoxy E 240 có ảnh hưởng đến độ bền cơ học và độ chậm cháy. Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian khuấy, nhiệt độ, vận tốc cơ học và thời gian khuấy siêu âm, giá trị công suất khuấy siêu âm đến tính chất cơ học và khả năng chậm cháy của vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E (mục 3.3.2; 3.3.3; 3.3.4; 3.3.5) 3.3.6 Vật liệu PC trên nền epoxy E 240 có nanoclay I.30E gia cường bằng vải thủy tinh 3.3.6.1 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của nanocompozit trên nền epoxy E 240/ELO có nanoclay I.30E khi bổ sung phụ gia chất chậm cháy Tính chất cơ học của vật liệu compozit epoxy E 240/ELO có: 2% khối lượng nanoclay I.30E, 9 PKL oxyt antimon và 11 PKL parafin clo hóa gia cường bằng vải thủy tinh thô loại E 600g/m2: độ bền kéo 279,25 MPa, độ bền uốn 420,60MPa, độ bền nén 375,41 MPa và độ bền va đập Izod đạt 179,02 KJ/m2. Độ chậm cháy: tốc độ cháy 11,09 mm/phút, chỉ số LOI 32,3% và theo UL 94V đạt mức V0. 16
3.3.6.2 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của PC trên nền epoxy E 240/ELO có nanoclay I.30E gia cường bằng vải thủy tinh có và không có chất chống cháy Bảng 3.26 Tính chất cơ học của vật liệu epoxy/MMT compozit có mặt ELO, chất chống cháy gia cường bằng vải thủy tinh thường loại E 600g/m2 và thủy tinh dệt 3D Độ bền Độ bền Độ bền Độ bền va đập Vật liệu kéo, uốn, nén, Izod, KJ/m2 MPa MPa MPa PC E600 286,01 355,50 244,82 144,46 PC NC E600 300,02 395,20 431,90 159,00 PC NC ELO E600 280.93 415,35 385,78 164,45 PC NC CCC E600 286,96 419,20 397,33 160,27 PC NC ELO CCC 279,25 420,60 375,41 179,02 E600 PC NC ELO CCC 3D 335,10 534,16 458,26 217,49 Khi bổ sung ELO, thì độ mềm dẻo của vật liệu được cải thiện, bằng chứng là độ bền uốn tăng lên 415,35MPa và độ bền va đập tăng lên 164,45 KJ/m2 (bảng 3.26), trong khi đó độ bền kéo và nén giảm. Tiếp tục bổ sung oxyt antimon và paraphin clo hóa vào thì độ bền uốn (420, 6 MPa) và độ bền va đập (179,02 KJ/m2) tiếp tục được nâng cao, còn độ bền kéo và nén tiếp tục giảm nhưng không nhiều. Bảng 3.27 Độ chậm cháy của vật liệu epoxy E 240/ELO có nanoclay I.30E, chất chống cháy gia cường bằng vải thủy tinh thường loại E 600g/m2 và thủy tinh dệt 3D Chỉ số oxy, Tốc độ cháy, UL 94V Vật liệu % mm/phút PC E600 28,90 17,32 Không xác định PC NC E600 29,80 15,45 V2 PC NC ELO E600 29,80 15,05 V2 PC NC CCC E600 32,00 11,23 V0 PC NC ELO CCC E600 32,30 11,09 V0 PC NC ELO CCC 3D 31,20 13,24 V1 Bảng 3.27 cho thấy sự tăng cường khả năng chống cháy đồng thời của nanoclay và các chất chống cháy (oxyt antimon, paraphin clo hóa), độ chậm cháy của vật liệu compozit (PC NC CCC E600) được cải thiện với chỉ số oxy 32%; tốc độ cháy 11,23 mm/phút và theo phương pháp 94 V đạt mức V0. 17
Hình 3.33 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy của các vật liệu PC: (A)-epoxy E 240/I.30E/CCC/E600; (B)-epoxy E 240/E 600; (C,E)-epoxy E 240/I.30E/E600; (D,F)-epoxy E 240/ELO/I.30E/CCC Hình 3.33-(C, E), (D, F) và (A) cho thấy khả năng liên kết rất tốt giữa epoxy/sợi thủy tinh và nanoclay I.30E do đó tính chất cơ học đã được cải thiện đánh kể. 3.4 Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC nền epoxy Epikote 240 có ống nano các bon đa tường (MWCNTs-Multiwall cacbon nanotubers) gia cường bằng vải thủy tinh 3.4.1 Nghiên cứu phương pháp phân tán MWCNTs vào epoxy bằng kỹ thuật rung siêu âm 3.4.1.1 Ảnh hưởng của thời gian rung siêu âm đến mức độ phân tán, tính chất cơ học và tính chất chống cháy của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 Hình 3.34 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy của các vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 Ảnh FE-SEM (hình 3.34) cho thấy, khi rung siêu âm ở 6 giờ, các ống các bon đa tường phân tán với mật độ đều trong nhựa epoxy và với 4 giờ và 5 giờ thì xuất hiện các vùng kết tụ, một số điểm các MWCNTs vẫn ở dạng co cụm nhiều. Khi thời gian rung siêu âm kéo dài lên 7 giờ, mức độ phân tán MWCNTs trong epoxy giảm 18
Bảng 3.28 Tính chất cơ học của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 khi rung siêu âm ở các thời gian: 4h, 5h, 6h và 7h Thời gian Độ bền kéo, Độ bền uốn, Độ bền nén, Độ bền va rung siêu MPa MPa MPa đập Izod, âm, giờ KJ/m2 E 240 55,90 86,75 156,08 7,11 4 62,50 96,76 174,24 8,91 5 64.12 103,34 183,19 9,79 6 71,45 109,00 191,54 16,11 7 69,75 102,90 187,53 14,63 Bảng 3.28, cho thấy tính chất chất cơ học của mẫu rung siêu âm 6 giờ đạt giá trị cao so với các mẫu còn lại và nhựa epoxy nguyên thể Bảng 3.29 Độ chậm cháy của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 khi rung siêu âm ở các thời gian: 4h, 5h, 6h và 7h Thời gian Chỉ số oxy, Tốc độ cháy, UL 94HB, rung siêu âm, % mm/phút mm/phút giờ E 240 20,6 28,41 - 4 22,8 27,41 25,78 5 23,2 24,65 23,27 6 23,2 23,03 21,70 7 22,8 24,05 22,34 Vật liệu rung siêu âm 6 giờ có độ chậm cháy cao so với nhựa nền epoxy E 240 và các vật liệu rung siêu âm ở 4, 5 và 7 giờ. Chỉ số oxy đạt 23,2%, tốc độ cháy 23,03 mm/phút và tốc độ cháy theo UL 94HB đạt 21,70 mm/phút. Hình 3.35 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240: A-thời gian rung siêu âm 6h ở độ phóng đại 150.000 lần, B-thời gian rung siêu âm 4 giờ ở độ phóng đại 120.000 lần Dưới tác dụng của ứng suất, trong vật liệu epoxy E 240 sẽ xuất hiện những vết nứt ở những khu vực xung yếu nhất và vết nứt đó sẽ ngày càng phát triển, khi có mặt MWCNTs phân tán đều với kích thước nano mét trong epoxy E 240 thì các vết nứt có thể bị ngăn chặn một cách hiệu quả, và vết nứt (cracks) bị thay đổi hướng đi khi nó đi qua điểm có mặt MWCNTs (Hình 3.35-A, hướng mũi tên chỉ vết nứt đang phát triển bị ngăn chặn bởi MWCNTs) và sự phát triển vết nứt bắt đầu trở lên khó khăn hơn. 19
3.4.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ rung siêu âm đến tính chất cơ học và tính chất chống cháy của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 Nhiệt độ thích hợp là 650C, tại nhiệt độ này sự phân tán diễn ra ổn định và bằng chứng là tính chất cơ học đạt ở mức cao. Độ bền kéo 71,45 MPa (tăng 27,81%), độ bền uốn 109,0 MPa (tăng 5,64%) và độ bền va đập đạt 16,11 KJ/m2 (tăng 126,58%). 3.4.1.3 Ảnh hưởng của hàm lượng MWCNTs đến tính chất cơ học và tính chất chậm cháy của vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 Tính chất cơ học và độ chậm cháy của vật liệu nanocompozit tốt hơn cả với hàm lượng 0,02% khối lượng MWCNTs. Hình 3.37 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy của các vật liệu nanocompozit: 0,01% MWCNTs, 0,02% MWCNTs, 0,03% MWCNTs Ảnh FE-SEM (hình 3.37) cho thấy sự phân tán khá đồng đều đối với mẫu bổ sung 0,02% khối lượng MWCNTs. Vì vậy mà mẫu 0,02 % MWCNTs có tính chất cơ học và độ chậm cháy được nâng cao so với vật liệu epoxy E 240 nguyên thể. 3.4.2 Nghiên cứu phương pháp phân tán MWCNTs vào epoxy bằng kỹ thuật khuấy cơ học kết hợp rung siêu. Kỹ thuật phân tán khuấy cơ học trong 8 giờ, tốc độ 3000 vòng/phút, sau đó rung siêu âm trong 6 giờ thì các MWCNTs phân tán và phân bố với mật độ đều trong epoxy E 240. 3.4.3 Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên nền epoxy có bổ sung nanoclay và MWCNTs 3.4.3.1 Phân tán nanoclay và MWCNTs vào epoxy Hình 3.41 Ảnh FE-SEM của bề mặt gẫy mẫu kéo các vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240: A-rung siêu âm 6 giờ; B- khuấy cơ học 7 giờ, rung siêu âm 6 giờ; C- khuấy cơ học 8 giờ, rung siêu âm 6 giờ; D-khuấy cơ học 9 giờ, rung siêu âm 6 giờ. Với những bề mặt chụp được không chỉ quan sát thấy sự phân tán của MWCNTs mà có cả nanoclay, tuy không theo bất cứ một trật tự nghiêm ngặt. 20