- Giới thiệu chung về vật liệu compozit và nanocompozit. - Vật liệu compozit. - Phân loại và đặc điểm của vật liệu compozit. - Vật liệu polyme nanocompozit. - Đặc điểm của vật liệu polyme nanocompozit. - Ƣu điểm của vật liệu nanocompozit. - Tình hình nghiên cứu vật liệu polyme nanocompozit. - Phƣơng pháp xác định một số tính chất cơ lý của vật liệu. - Nghiên cứu cấu trúc vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét trƣờng phát xạ (FESEM. - Nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu trên máy phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA. - Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nano boehmit tới tính chất cơ học của vật liệu. - Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nano boehmit tới độ bền kéo của vật liệu. - Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nano boehmit tới độ bền va đập của vật liệu. - Ảnh hƣởng của hàm lƣợng nano boehmit tới độ mài mòn của vật liệu. - Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu. - Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu. - 15 Bảng 3.1: Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu trên cơ sở polyamit 6,6. - 1.4: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng boehmite tới ứng suất kéo của vật liệu. - Hình 3.1: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng BM tới độ bền kéo đứt của vật liệu. - vật liệu. - Việc bổ sung chất độn nano sẽ nâng cao tính chất cơ học, điện, quang học và các tính chất khác của vật liệu polyme compozit mà không ảnh hƣởng nhiều tới đặc tính nhƣ độ dẻo dai, độ cứng,… của vật liệu.. - Các polyme đã đƣợc sử dụng để chế tạo vật liệu polyme nanocompozit nhƣ các loại cao su (cao su thiên nhiên (CSTN), cao su styren-butadien (SBR), cao su chloropren (CR. - Đây là chất độn vô cơ nano loại 2 chiều (2-D) đã thu hút đƣợc sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong chế tạo polyme nanocompozit với khả năng cải thiện độ bền cơ học, khả năng chống cháy hoặc thay đổi đặc tính kết tinh của vật liệu polyme.. - Vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở polyamit và phụ gia nano boehmit sẽ tạo ra một loại vật liệu mới có tiềm năng ứng dụng trong thực tế. - Chính vì vậy, vấn đề nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu polyamit/boehmit nanocompozit định hƣớng ứng dụng sản xuất bi văng xe ga rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.. - Vì lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở polyamit 6,6 và nano boehmite” để thực hiện khoá luận tốt nghiệp đại học của mình.. - Đánh giá khả năng gia cƣờng của nano boehmit cho vật liệu polyamit 6,6.. - Định hƣớng ứng dụng của vật liệu trên trong chế tạo các sản phẩm nhựa kỹ thuật.. - Nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng nano boehmit tới tính chất cơ học của vật liệu.. - Nghiên cứu cấu trúc hình thái của vật liệu polyamit 6,6/boehmit nanocompozit.. - Nghiên cứu khả năng bền nhiệt của vật liệu polyamit 6,6/boehmit nanocompozit.. - Giới thiệu chung về vật liệu compozit và nanocompozit 1.1.1. - Vật liệu compozit là loại vật liệu đƣợc chế tạo từ hai hay nhiều thành phần khác nhau. - nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn, các elastome và các vật liệu tổ hợp polyme (polyme blend). - Đây là compozit có sự phân tán hạt trong vật liệu nền. - Công nghệ nano là kĩ thuật sử dụng hạt từ 0,1 đến 100 nanomet để tạo ra sự biến đổi hoàn toàn hợp lý của vật liệu do hiệu ứng kích thích lƣợng tử.. - Vật liệu polyme nanocompozit có nền là các polyme và cốt là các hạt khoáng thiên nhiên hoặc các hạt tổng hợp nhân tạo có kích thƣớc hạt trong 1- 100 nm (kích cỡ nanomet) [14,22].. - Ba loại polyme nanocompozit đƣợc phân loại dựa vào số chiều có kích thƣớc nanomet của vật liệu gia cƣờng:. - Vật liệu dạng này thƣờng có nguồn gốc là các loại khoáng sét, graphen,…. - Hầu hết các vật liệu polyme nanocompozit đều có tính chống cháy cao hơn so với các vật liệu polyme compozit tƣơng ứng. - Tóm lại, nhờ kích thƣớc rất nhỏ của các hạt phân tán trong pha nền của vật liệu nanocompozit cho nên có thể tạo ra các vật liệu có các tính chất nổi trội hẳn so với các vật liệu thông thƣờng.. - Cuối cùng hỗn hợp đƣợc trùng hợp để tạo thành vật liệu polyme nanocompozit.. - Nhóm 2: Thành phần hữu cơ và vô cơ trong vật liệu đƣợc liên kết với nhau bằng liên kết hóa học.. - Phƣơng pháp sol-gel đã đƣợc ứng dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu lai vô cơ – hữu cơ. - Ưu điểm của vật liệu nanocompozit. - So với vật liệu polyme compozit truyền thống, vật liệu polyme nanocompozit có những ƣu điểm chính nhƣ sau:. - Trong những năm gần đây, một số vật liệu nano đã đƣợc sử dụng làm chất độn thích hợp cho polyamit để cải thiện tính chất cơ lý, đặc biệt là tính ma sát. - Đặc biệt, khi thêm 2% khối lƣợng nano-SiO 2 đã làm giảm hệ số ma sát của vật liệu từ 0,5 xuống 0,18 [10]. - Kết quả cho thấy rằng, việc sử dụng SEBS-g-MA cho phép cải thiện đáng kể tính kháng mòn của vật liệu nanocompozit. - mỏng chuyển giao đồng nhất, liên tục và mịn trên bề mặt, nhƣ vậy tránh đƣợc tiếp xúc trực tiếp của vật liệu polyme nanocompozit. - Polyamit 6,6 cũng đã đƣợc chọn làm chất nền để chế tạo vật liệu compozit/ phụ gia nano [15]. - một tác dụng trƣợt tích cực của các hạt nano trên bề mặt vật liệu đã đƣợc đề xuất, góp phần vào sự cải thiện đáng kể khả năng chịu tải của polyme nanocompozit.. - 1.4: Ảnh hưởng của hàm lượng boehmite tới ứng suất kéo của vật liệu [16]. - Tiềm năng của các vật liệu polyme compozit chứa hạt nano alumina đã đƣợc nghiên cứu bởi một số nhà nghiên cứu về tính mài mòn và ma sát, quang học và điện [17]. - Sự bổ sung của hạt nano alumina trong PP đã cải thiện tính chất cơ học của vật liệu polyme và tăng khả năng chịu mài mòn của PET/nano alumina gấp gần hai lần so với polyme không độn. - Trong đó ngành khoa học và công nghệ vật liệu polyme nanocompozit đang thu hút đƣợc nhiều sự quan tâm.. - Ở Việt Nam, hƣớng nghiên cứu vật liệu polyme nanocompozit cũng đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm. - Tác giả Bùi Chƣơng và cộng sự [3] đã nghiên cứu chế tạo vật liệu PA6/clay nanocompozit bằng phƣơng pháp nóng chảy và xác định các dạng cấu trúc nano tồn tại trong vật liệu bằng nhiễu xạ tia X. - Cũng nhóm tác giả trên [4] đã nghiên cứu đặc trƣng phá hủy của vật liệu polyamit 6/clay nanocompozit cho thấy, nanoclay làm tăng độ bền kéo và modul nhƣng đồng thời làm giảm độ dai phá hủy của vật liệu. - Tác giả Nguyễn Hữu Niếu và cộng sự [5] đã nghiên cứu chế tạo PA6/clay nanocompozit để làm vật liệu bạc lót trƣợt hoạt động trong môi trƣờng nƣớc. - Nhƣ vậy, vật liệu polyme nanocompozit nói chung và polyme nanocompozit trên cơ sở polyamit 6,6 và nano boehmit sẽ tạo ra một loại vật liệu mới có tiềm năng ứng dụng to lớn. - Chế tạo vật liệu polyamit 6,6/boehmite nanocompozit có tính năng cơ lý, kĩ thuật tốt đáp ứng yêu cầu ứng dụng trong chế tạo các sản phẩm nhựa kỹ thuật.. - Vật liệu polyme nanocompozit đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp trộn hợp ở trạng thái nóng chảy thực hiện trên máy trộn kín Brabender (CHLB Đức) và máy ép thủy lực gia nhiệt của hãng Toyoseiki (Nhật Bản) theo sơ đồ sau:. - Phƣơng pháp xác định một số tính chất cơ lý của vật liệu 2.5.1. - Độ bền kéo đứt của vật liệu đƣợc xác định đo theo tiêu chuẩn ASTM D638.. - Nghiên cứu cấu trúc vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét trƣờng phát xạ (FESEM). - Vì vậy hình ảnh thu đƣợc chính là bề mặt vật liệu.. - Mẫu vật liệu ngâm trong nitơ lỏng, sau đó đƣợc bẻ gãy. - Cấu trúc hình thái của vật liệu đƣợc nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét trƣờng phát xạ (FESEM) thực hiện trên máy S-4800 của hãng Hitachi (Nhật Bản).. - Nghiên cứu độ bền nhiệt của vật liệu trên máy phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA). - Phƣơng pháp này đƣa ra những thông tin về: nhiệt độ bắt đầu phân hủy, tốc độ phân hủy và phần trăm mất khối lƣợng của vật liệu ở nhiệt độ khác nhau. - Ảnh hưởng của hàm lượng nano boehmit tới độ bền kéo của vật liệu Tính chất của vật liệu từ polyme nói chung và từ polyamit 6,6 nói riêng không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ phụ gia sử dụng, điều kiện phối trộn và công nghệ gia công mà còn phụ thuộc rất nhiều vào hàm lƣợng chất độn.. - Trong phần nghiên cứu này, chúng tôi cố định các yếu tố về bản chất vật liệu cũng nhƣ chế độ gia công và chỉ khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng nano boehmit (BM) tới tính chất cơ lý của vật liệu. - Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của BM tới độ bền kéo đứt của vật liệu đƣợc trình bày trên hình 3.1:. - Hình 3.1: Ảnh hưởng của hàm lượng BM tới độ bền kéo đứt của vật liệu Từ các kết quả trên cho thấy, khi hàm lƣợng boehmit tăng độ bền kéo đứt của vật liệu tăng mạnh và đạt giá trị lớn nhất ở hàm lƣợng boehmit là 6. - Hai mạng lƣới đan xen, móc xích vào nhau tạo thành một cấu trúc polyme - chất độn liên tục làm tăng tính chất cơ lý của vật liệu. - Khi hàm lƣợng boehmit vƣợt quá hàm lƣợng tối ƣu các hạt độn dƣ không tham gia vào mạng lƣới sẽ tạo thành pha riêng biệt phá vỡ cấu trúc đồng nhất của hệ dẫn đến làm giảm độ bền kéo đứt của vật liệu.. - Ảnh hưởng của hàm lượng nano boehmit tới độ bền va đập của vật liệu. - Độ bền va đập của các mẫu vật liệu polyamit/boehmit với hàm lƣợng boehmit khác nhau đã đƣợc khảo sát. - Hình 3.2: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng boehmit tới độ bền va đập của vật liệu. - Nhận thấy rằng, khi hàm lƣợng boehmit tăng thì độ bền va đập của vật liệu lại giảm. - Khi hàm lƣợng boehmit lớn hơn thì các hạt boehmit có xu hƣớng kết khối là giảm sự tƣơng tác giữa polyme và boehmit, dẫn đến cấu trúc của vật liệu không còn chặt chẽ. - Dó đó, hàm lƣợng boehmit càng lớn thì độ bền va đập của vật liệu lại có xu hƣớng giảm.. - Ảnh hưởng của hàm lượng nano boehmit tới độ mài mòn của vật liệu Độ bền mài mòn của vật liệu polyamit/boehmit đƣợc đánh giá bằng hệ số mài mòn Taber. - Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng boehmit tới độ bền mài mòn của vật liệu. - Kết quả trên hình 3.3 cho thấy, hệ số mài mòn của vật liệu đạt giá trị thấp nhất khi hàm lƣợng boehmit vào khoảng 4-6 pkl. - Cấu trúc hình thái của vật liệu polyamit 6,6 với boehmit đƣợc xác định bằng phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét trƣờng phát xạ (FESEM). - Ảnh FESEM bề mặt gãy của các mẫu vật liệu tiêu biểu đƣợc thể hiện trên hình 3.4 đến 3.6.. - Trong đó, mẫu polyamit chứa 6 pkl boehmit, các hạt phân bố đồng đều hơn, bề mặt gãy của vật liệu khá mịn màng, nên cấu trúc hình thái của vật liệu chặt chẽ hơn. - Do vậy, độ bền kéo đứt của vật liệu đạt giá trị lớn nhất (kết quả ở mục 3.1). - Độ bền nhiệt của vật liệu đƣợc đánh giá bằng phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA). - Kết quả phân tích nhiệt TGA của các mẫu vật liệu trên cơ sở cao su polyamit 6,6 đƣợc thể hiện trên các hình và bảng dƣới đây:. - Bảng 3.1: Kết quả phân tích TGA của các mẫu vật liệu trên cơ sở polyamit 6,6. - Chính vì vậy, với hàm lƣợng nano boehmit thích hợp đã làm tăng khả năng bền nhiệt cũng nhƣ tính chất cơ học của vật liệu.. - Nano boehmit là chất độn gia cƣờng tốt cho polyamit 6,6, chúng có thể cải thiện một số tính chất cơ lý của vật liệu. - 6 pkl), cấu trúc của vật liệu chặt chẽ hơn, các hạt boehmit phân tán đồng đều trong nền polyme với kích thƣớc nhỏ hơn và tƣơng tác với nền polyme tốt hơn.. - Vật liệu polyamit 6,6/boehmit (100/6) nanocompozit có tính chất cơ lý, kỹ thuật đáp ứng đƣợc cho việc chế tạo bi văng xe ga và các sản phẩm nhựa kỹ thuật chất lƣợng cao.. - Đỗ Quang Kháng, Vật liệu Polyme - Vật liệu Polyme tính năng cao, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Hà Nội (2013).. - Bùi Chƣơng, Trần Hải Ninh, Trần Khánh Duy, Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyamit 6/clay nanocompozit bằng phƣơng pháp nóng chảy, Tạp chí Hóa học . - Bùi Chƣơng, Trần Hải Ninh, Lê Mai Loan, Đặc trƣng phá hủy của vật liệu polyamit 6/clay nanocompozit, Tạp chí Hóa học
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt