- ĐỖ QUANG THẨM 8BBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 0BTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 13BVIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGÀNH KHOA HỌC VẬT LIỆU 10BĐỖ QUANG THẨM CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU NANO COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ POLY VINYL CLORUA (PVC) VÀ MỘT SỐ CLAY HỮU CƠ 1BLUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU 2BKHOÁ ITIMS 2007 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS. - THÁI HOÀNG ITIMS - 2007 Hà Nội – 2009 9BBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 14BTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 3BVIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VẬT LIỆU 11BĐỖ QUANG THẨM CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU NANO COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ POLY VINYL CLORUA (PVC) VÀ MỘT SỐ CLAY HỮU CƠ 4BLUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU 5BKHOÁ ITIMS 2007 Giáo viên hướng dẫn: PGS. - Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu ITIMS K2007 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VẬT LIỆU KHOÁ ITIMS 2007 Tên luận văn: Chế tạo, nghiên cứu tính chất và cấu trúc của vật liệu nano compozit trên cơ sở poly vinyl clorua (PVC) và một số clay hữu cơ Tác giả: Đỗ Quang Thẩm Giáo viên hướng dẫn: PGS. - Vật liệu compozit PVC/clay được chế tạo ở trạng thái nóng chảy trên thiết bị trộn nội Haake. - Kết quả thực nghiệm cho thấy độ nhớt chảy tương đối của vật liệu compozit PVC/clay tăng theo hàm lượng clay. - Tính chất cơ lý của vật liệu compozit PVC/clay phụ thuộc vào hợp chất alkyl amin dùng để biến tính clay. - Vật liệu compozit PVC/clay có cấu trúc bóc tách khi hàm lượng clay ≤ 1% và có cấu trúc bóc tách và chèn lớp khi hàm lượng clay ≥ 2%. - Vật liệu compozit PVC/B166 có cấu trúc nanomet, tuy nhiên một phần có cấu trúc micromet. - Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu ITIMS K2007 5 INTERNATIONAL TRAINING INSTITUTE FOR MATERIAL SCIENCE BATCH ITIMS 2007 Title of MSc thesis: Preparation, study on properties and structure of the polymer nanocomposites based on poly (vinyl chloride) and some organic clays Author: Do Quang Tham Supervisor: Assoc. - Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu ITIMS K2007 6 CÁC TỪ VIẾT TẮT B104 : Clay hữu cơ bentone 104 B105 : Clay hữu cơ bentone 105 B166 : Clay hữu cơ bentone 166 B2010 : Clay hữu cơ bentone 2010 DOP : Dioctyl phtalat E : Mô đun đàn hồi FESEM : Hiển vi điện tử quét phát xạ trường G. - Mô đun đàn hồi phức IR : Phổ hồng ngoại MMT : Montmorillonit PCN : Polyme/clay nanocompozit PVC : Poly (vinyl clorua) PVC30 : PVC + 30% DOP (về khối lượng so với PVC) PVC35 : PVC + 35% DOP (về khối lượng so với PVC) PVC40 : PVC + 40% DOP (về khối lượng so với PVC) tgδ : Tang góc tổn hao điện môi XRD : Nhiễu xạ tia X ε : Hằng số điện môi εb : Độ dãn dài khi đứt φ : Góc lệch pha giữa ứng suất tác động và biến dạng ρS : Điện trở suất mặt ρV : Điện trở suất khối σb : Độ bền kéo đứt Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu ITIMS K2007 7 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1. - Các cấu trúc của vật liệu polyme/clay nanocompozit. - Giản đồ mô men xoắn - thời gian trộn của vật liệu compozit PVC35/B166 với hàm lượng clay khác nhau. - Giản đồ mô men xoắn - thời gian trộn của vật liệu PVC chứa 0,5% clay B166 và hàm lượng DOP khác nhau. - 67 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu ITIMS K2007 8 Hình 3.7. - Giản đồ mô men xoắn - thời gian trộn của vật liệu PVC30 có hàm lượng clay B166 khác nhau. - Giản đồ mô men xoắn - thời gian trộn của vật liệu PVC40 có hàm lượng clay B166 khác nhau. - Mô đun đàn hồi phức của vật liệu compozit PVC30/B166 theo tần số của ứng suất tác động. - Góc lệch pha của vật liệu compozit PVC30/B166 theo tần số của ứng suất tác động. - Ảnh FESEM của vật liệu compozit PVC30/B166 (1,5. - 75 Hình 3.12. - Ảnh FESEM của vật liệu compozit PVC35/B166 (1. - 75 Hình 3.13. - Ảnh SEM của vật liệu compozit PVC35/B166 (1,5. - 75 Hình 3.14. - Ảnh FESEM của vật liệu compozit PVC40/B166 (1,5. - 76 Hình 3.15. - 78 Hình 3.17. - Phổ hồng ngoại của vật liệu compozit PVC30/B166 (1,0. - Phổ hồng ngoại của vật liệu compozit PVC30/B166 (1,5. - Đường đi của khí oxy vào trong vật liệu. - 89 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu ITIMS K2007 9 DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. - Một số tính chất cơ học động của vật liệu nanocompozit PVC/clay. - Tiêu chuẩn đánh giá tính chất chống cháy của vật liệu theo UL94. - Mô men xoắn ổn định của vật liệu compozit PVC35/clay. - 56 Bảng 3.2 Khoảng cách cơ bản của clay và vật liệu compozit PVC35/clay. - Độ bền kéo đứt (σb) và độ dãn dài khi đứt (εb) của vật liệu compozit PVC35/clay. - Hằng số điện môi (ε), tổn hao điện môi (tgδ) của vật liệu compozit PVC/clay. - Điện trở suất khối của vật liệu compozit PVC35/clay. - Điện áp đánh thủng của vật liệu compozit PVC35/clay. - Sự phụ thuộc mô đun đàn hồi (E) của vật liệu compozit PVC/B166 vào hàm lượng B166 và DOP. - Sự phụ thuộc của độ bền kéo đứt của vật liệu compozit PVC/B166 vào hàm lượng clay và hàm lượng DOP. - Sự phụ thuộc độ dãn dài khi đứt của của vật liệu compozit PVC/B166 vào hàm lượng B166 và DOP. - ε và tgδ của vật liệu compozit PVC/B166. - ρS và ρV của vật liệu compozit PVC/B166. - 84 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu ITIMS K2007 10 Bảng 3.13. - Điện áp đánh thủng của vật liệu compozit PVC/B166. - Độ bền kéo đứt sau thử nghiệm oxy hoá nhiệt (σb-slh) và hệ số lão hoá theo độ bền kéo đứt (Hσ) của vật liệu compozit PVC/B166. - Độ bền kéo đứt sau thử nghiệm oxy hoá nhiệt (σb-slh) và hệ số lão hoá theo độ dãn dài khi đứt (Hσ) của vật liệu compozit PVC/B166. - Các mức đánh giá khả năng chống cháy của vật liệu. - Tổng thời gian cháy (t1+t2) của tổ hợp PVC/DOP và vật liệu compozit PVC/B166. - 88 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu ITIMS K2007 11 MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Tóm tắt (Tiếng Việt. - Vật liệu compozit và polyme nanocompozit. - Vật liệu compozit. - Vật liệu polyme nanocompozit. - Các loại vật liệu polyme/clay nanocompozit. - Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme/clay nanocompozit. - Tình hình nghiên cứu vật liệu polyme nanocompozit trên thế giới và ở Việt Nam. - Vật liệu PVC/clay nanocompozit. - Tình hình nghiên cứu vật liệu PVC/clay nanocompozit trên thế giới và ở Việt Nam. - Chế tạo vật liệu compozit PVC/clay. - 45 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu ITIMS K2007 12 Chương III. - Các tính chất của vật liệu compozit PVC35/clay. - Tính chất chảy nhớt vật liệu compozit PVC35/clay. - Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của vật liệu compozit PVC35/clay. - Tính chất cơ lý của vật liệu compozit PVC35/clay. - Tính chất điện của vật liệu compozit PVC35/clay. - Nghiên cứu tính chất và cấu trúc của vật liệu compozit PVC/B166. - Tính chất cơ lý của vật liệu compozit PVC/B166. - Tính chất lưu biến của vật liệu compozit PVC/B166. - Nghiên cứu cấu trúc của vật liệu PVC/B166. - Tính chất điện của vật liệu compozit PVC/B166. - Độ bền ôxy hoá nhiệt của vật liệu PVC/B166. - Khả năng chống cháy của vật liệu PVC/B166. - 91 Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu ITIMS K2007 13 MỞ ĐẦU Polyvinylclorua (PVC) là một trong số các polyme được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuất đường ống, làm vỏ cáp điện, các chi tiết máy cũng như các sản phẩm dân dụng và kỹ thuật khác. - Nó có thể thay thế các vật liệu truyền thống như kim loại, gốm sứ vì các ưu điểm như nhẹ, dễ vận chuyển và dễ chế tạo với số lượng lớn, độ ổn định tính chất cao… Khả năng sử dụng của PVC còn được mở rộng do khả năng điều chỉnh được các tính chất khi nó được dẻo hoá với các tỷ lệ chất hóa dẻo khác nhau. - Gần đây, công nghệ nano đã có những bước phát triển mạnh mẽ và đã đạt được nhiều thành công trong lĩnh vực vật liệu mới. - Một trong những thành công về ứng dụng vật liệu nano là chế tạo vật liệu polyme nanocompozit sử dụng các chất gia cường có kích thước nano đưa vào các polyme. - Các nghiên cứu cho thấy chỉ với một vài phần trăm chất gia cường này đã có thể cải thiện đáng kể các tính chất của vật liệu nền, đặc biệt là các tính năng cơ lý . - Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu ITIMS K2007 14 Do có cấu trúc lớp và khả năng bóc tách trong nền polyme nên clay có tác dụng che chắn cho polyme nền khỏi các tác động xấu của thời tiết và môi trường, nâng cao độ bền nhiệt, độ bền thời tiết và độ bền dung môi. - Đây là một đặc điểm rất có ích của clay nếu ứng dụng nó cho vật liệu PVC, loại vật liệu được ứng dụng nhiều làm sản phẩm cách điện và ống cấp thoát nước, phải chịu nhiều ảnh hưởng của yếu tố thời tiết và môi trường. - Cho đến nay đã có khá nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu PVC/clay nanocompozit, tuy nhiên, các kết quả còn ở mức độ thăm dò. - Hơn nữa, việc khảo sát tính chất của vật liệu để định hướng ứng dụng cụ thể còn ít được quan tâm. - Vì vậy, trong phạm vi luận văn này chúng tôi chọn đề tài: “Chế tạo, nghiên cứu tính chất và cấu trúc của vật liệu nano compozit trên cơ sở poly vinyl clorua (PVC) và một số clay hữu cơ” với mục đích tạo ra vật liệu compozit có khả năng bền oxy hoá nhiệt, bền thời tiết và khó cháy đáp ứng yêu cầu của sản phẩm cách điện. - Chế tạo vật liệu compozit PVC/clay (và các phụ gia) bằng phương pháp trộn hợp nóng chảy, với các hàm lượng clay và chất hoá dẻo DOP khác nhau. - Nghiên cứu khả năng chảy nhớt của vật liệu compozit PVC/clay. - Xác định tính chất cơ lý, tính chất lưu biến, tính chất điện của vật liệu compozit PVC/clay. - Xác định cấu trúc hình thái học của vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường và nhiễu xạ tia X. - Xác định độ bền oxy hoá nhiệt và khả năng chống cháy của vật liệu compozit PVC/clay. - Luận văn thạc sỹ KHVL Đỗ Quang Thẩm Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu ITIMS K2007 15 Chương I. - Vật liệu compozit và polyme nanocompozit I.1.1. - Vật liệu compozit Vật liệu compozit là vật liệu được tổng hợp từ hai hay nhiều thành phần khác nhau tạo ra vật liệu mới có tính năng có thể khác nhiều so với các vật liệu thành phần ban đầu hoặc có thể có những tính năng kết hợp được các tính chất của các vật liệu thành phần [17]. - Thành phần của vật liệu compozit bao gồm: Vật liệu nền, là thành phần chính đảm nhận sự bao bọc và liên kết các giữa các thành phần trong vật liệu. - Vật liệu cốt là thành phần gia cường (thường là các hạt, sợi. - Tính năng của vật liệu compozit phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính cơ, lý, hoá của các vật liệu thành phần, cấu trúc phân bố của thành phần cốt, cũng như độ bền vững của sự liên kết giữa nền và cốt. - Tuỳ theo yêu cầu về tính chất cơ, lý, hoá của vật liệu compozit mà có thể sử dụng thành phần cốt hay vật liệu nền khác nhau. - Vật liệu nền giữ vai trò hết sức quan trọng trong việc chế tạo vật liệu compozit bởi nó sẽ quyết định khả năng chịu nhiệt, chịu tác động của các tác nhân hoá học và môi trường, cũng như quyết định một phần tính chất cơ, lý, điện. - của vật liệu mới. - Vì vậy có thể phân loại compozit theo bản chất của vật liệu nền, gồm bốn loại cơ bản. - Vật liệu compozit kim loại: là vật liệu mà chất liệu nền bằng kim loại hoặc các hợp kim, còn thành phần cốt có thể là những sợi kim loại hoặc phi kim.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt