Luận án Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất hóa lý của vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở nhựa polyamit 6, nhựa polycacbonat và ống cacbon nano đa tường

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 3

1.1. Polyme blend trên cơ sở nhựa nhiệt dẻo PA6 và PC 3

1.1.1. Đặc trưng của nhựa nhiệt dẻo PA6 và PC 3

1.1.2. Đặc điểm của polyme blend 6

1.1.3. Chế tạo polyme blend và polyme nanocompozit 8

1.1.4. Nhiệt động học các quá trình trộn lẫn 12

1.1.5. Một số chất tương hợp cho các polyme blend của PA6 và PC 14

1.1.6. Tình hình nghiên cứu, chế tạo polyme blend PA6/PC ở trong và ngoài

nước 17

1.2. Polyme nanocompozit trên cơ sở nhựa nền là PA6, PC gia cường CNT 19

1.2.1. Đặc điểm ống cacbon nano 19

1.2.2. Đặc điểm vật liệu polyme nanocompozit của PA6, PC gia cường CNT 23

1.2.3. Phương pháp chế tạo polyme nanocompozit của PA6, PC gia cường CNT

30

1.2.4. Tình hình nghiên cứu, chế tạo polyme nanocompozit của PA6, PC và một

số polyme khác gia cường CNT 32

1.3. Sản phẩm chống va đập trên cơ sở vật liệu PA6, PC 36

1.3.1. Các vật liệu đã dùng sản xuất sản phẩm chống va đập 36

pdf148 trang | Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 03/03/2022 | Lượt xem: 98 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất hóa lý của vật liệu polyme nanocompozit trên cơ sở nhựa polyamit 6, nhựa polycacbonat và ống cacbon nano đa tường, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
tương ứng 80/20/10/10/1,5 pkl). Hỗn hợp tiếp tục được trộn trong 10 phút nữa trước khi đùn cắt tạo hạt. 46 2.3.4.3. Quy trình 3 Quy trình 3 cũng bao gồm 3 giai đoạn tương tự quy trình 1, nhưng ở giai đoạn 1 chỉ bao gồm PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT được trộn. Ở giai đoạn 2, sau 5 phút trộn nóng chảy, hỗn hợp được tiếp tục cho thêm PA6 vào (tỉ lệ PA6/PC/SEBS/SEBS-g- MA/CNT tương ứng 80/20/10/10/1,5 pkl). Hỗn hợp tiếp tục được trộn trong 10 phút nữa trước khi đùn cắt tạo hạt. 2.3.5. Sản xuất thử nghiệm 2.3.5.1. Sử dụng phương pháp mô phỏng số Phương pháp mô phỏng khả năng chống va đập của vật liệu polyme nanocompozit được sử dụng nhằm tối ưu hóa quá trình sản xuất sản phẩm, cụ thể là xác định độ dày và kết cấu khuôn cho sản phẩm. Phần mềm được sử dụng là Autodyn Ansys 12. Qui trình tiến hành mô phỏng số bao gồm các bước: - Tiến hành thí nghiệm lấy số liệu tính toán: Tùy theo yêu cầu độ chính xác của bài toán mà chọn số thông số phù hợp. Số lượng càng nhiều các thông số chính xác thì kết quả càng chính xác. Ngoài ra, mỗi mô hình vật liệu cần những thông số khác nhau và phải lựa chọn cho mô hình. - Xây dựng mô hình hình học cho bài toán va chạm với kích thước thực. - Chia lưới mô hình: Việc chia lưới giới hạn số phần tử tính toán cho phần mềm. Mỗi một nút lưới là một phần tử tính toán. - Chọn mô hình vật liệu phù hợp, nhập thông số vật liệu. - Chọn điều kiện ban đầu, điều kiện biên gần đúng trong khoảng sai số cho phép. Chọn thuật giải bài toán. - Thiết lập điều kiện suất kết quả và cho phần mềm chạy tính toán. - Kết quả thu được là các thông số vật liệu, trạng thái vật liệu sau va chạm. 2.3.5.2. Sản xuất thử nghiệm sản phẩm ốp che tay và mũ bảo hiểm Bộ ốp che và mũ bảo hiểm sau khi được xác định độ dày và có khuôn sản phẩm, chúng được tiến hành sản xuất thử nghiệm. Sản phẩm được sản xuất bao gồm mũ bảo hiểm và bộ ốp bảo vệ tay cho lực lượng công an. Các hạng mục gia công sản 47 phẩm gồm có chế tạo phần cứng (trên cơ sở hệ vật liệu polyme nanocompozit) và chế tạo phần kết cấu mềm (dây, vít gắn, mút, vải bọc, ). Luận án sẽ mô tả cụ thể hạng mục chế tạo phần cứng, vì có liên quan trực tiếp đến hệ vật liệu nghiên cứu. Polyme nanocompozit đã chế tạo được dùng làm vật liệu để sản xuất thử nghiệm phần cứng (hình 2.1). Hình 2.1: Các công đoạn chính chế tạo phần cứng (của mũ bảo hiểm và bộ ốp bảo vệ tay) từ vật liệu polyme nanocompozit Máy ép phun được sử dụng để ép phun tạo sản phẩm là máy SM210 với 5 khoang gia nhiệt, áp lực ép là 1500 g/cm2. 2.4. Phương pháp khảo sát cấu trúc và tính chất của các mẫu 2.4.1. Phổ hồng ngoại Máy chụp phổ hồng ngoại hoạt động theo nguyên tắc là các phân tử khi chịu bức xạ hồng ngoại (λ = 2,5 ÷ 15 µm) sẽ sinh ra chuyển động quay phân tử và dao động của nguyên tử trong phân tử. Dao động hoá trị (n) là những dao động làm thay đổi chiều dài liên kết của các nguyên tử trong phân tử nhưng không làm thay đổi góc liên kết. Dao động biến dạng (d) là những dao động làm thay đổi góc liên kết nhưng không làm thay đổi chiều dài liên kết của các nguyên tử trong phân tử. Các nhóm chức khác nhau sẽ có tần số dao động khác nhau và cho phổ hồng ngoại đặc trưng cho từng nhóm, mỗi nhóm chức sẽ có một vài đỉnh hấp thụ ứng với các tần số riêng. Nguyên liệu chế tạo polyme nanocompozit Sấy tách ẩm Cắt gọt ba-via Ép phun tạo phôi sản phẩm Trộn chảy, đùn cắt hạt Khoan lỗ, lắp ráp, hoàn thiện Phối màu 48 Trong luận án, các mẫu CNT, blend PA6/PC có và không có chất tương hợp SEBS, SEBS-g-MA, polyme nanocompozit của PA6/PC với CNT được phân tích thành phần hóa học bởi thiết bị đo là máy đo phổ hồng ngoại FT-IR, Impact-410, Nicolet, Hoa Kỳ, khoảng đo 7400 ÷ 375 cm-1. Các mẫu đo được xử lý ép viên với KBr để đo. 2.4.2. Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) XRD là một phương pháp phổ biến để phân tích vật liệu. Phương pháp này thực hiện nhanh, mẫu chuẩn bị đơn giản và không xảy ra hiện tượng phá hủy mẫu. Cơ sở của phương pháp XRD là dựa trên hiện tượng nhiễu xạ các tia X khi chúng được chiếu vào tinh thể. Các vạch nhiễu xạ chỉ xuất hiện khi chúng thỏa mãn phương trình Vulf-Bragg: 2dsinq = nl Trong đó d là khoảng cách giữa hai mặt mạng trong cùng một họ (cùng chỉ số Miller); q là góc tới của tia X; l là bước sóng của tia tới; n là bậc nhiễu xạ (thường lấy giá trị bằng 1). Phương pháp XRD được sử dụng để xác định nhiều đặc trưng của vật liệu rắn như xác định các thành phần định tính và định lượng các pha trong vật liệu, cấu trúc thực tế và thông số mạng tinh thể, cũng như dự đoán các khiếm khuyết và biến dạng tinh thể. XRD cũng có thể xác định được kích thước trung bình của các hạt nano có đường kính nhỏ hơn 2000 Ao [107]. Trong luận án, thành phần và tính chất của CNT trước và sau biến tính được phân tích qua phổ XRD. Các mẫu đo nhiễu xạ tia X có dạng rắn, được đo trên máy D8 Advance Bruker, ống phát Cu 40 kV, 40 mA, bước sóng 1,5406 Ao. 2.4.3. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) EDX là phương pháp được sử dụng để phân tích định tính và định lượng các nguyên tố có mặt trong mẫu. Giống như XRD, EDX cũng là một phương pháp cho kết quả phân tích nhanh và mẫu không bị phá hủy. Cơ sở của phương pháp này là khi một nguồn kích thích tia X chiếu vào mẫu, năng lượng của tia X sẽ được các electron hấp thụ, gây ra các dịch chuyển mức và phát xạ năng lượng (năng lượng được giải phóng ở dạng huỳnh quang tia X). Mỗi nguyên tố có các mức năng lượng riêng biệt, do vậy bức xạ phát ra sẽ đặc trưng cho 49 nguyên tố đó. Bằng việc xác định năng lượng của các bức xạ phát ra, có thể xác định được sự có mặt của các nguyên tố và đo cường độ các bức xạ sẽ xác định được hàm lượng các nguyên tố trong mẫu. Phương pháp EDX có thể xác định được nhiều nguyên tố. Nguyên tử khối của các nguyên tố càng lớn thì kết quả càng chính xác. Trong luận án, thành phần các nguyên tố trong các mẫu CNT trước và sau biến tính được phân tích bằng phương pháp EDX trên thiết bị Jeol 6490-JED2300. 2.4.4. Nghiên cứu khả năng chảy nhớt của polyme Mô men xoắn ở trạng thái nóng chảy (melt torque) của một polyme hay hỗn hợp các polyme có quan hệ chặt chẽ với độ nhớt chảy tương đối của polyme (hay hỗn hợp polyme). Cụ thể, độ nhớt chảy tương đối của polyme luôn tỉ lệ thuận với mô men xoắn ở trạng thái nóng chảy của polyme. Khảo sát sự biến đổi mô men xoắn của hỗn hợp polyme ở trạng thái nóng chảy là một trong những phương pháp đáng tin cậy để đánh giá sự tương tác của các polyme, nhất là các polyme có khả năng phản ứng. Đây là cơ sở để dự đoán sự tương hợp của các polyme [2]. Trong luận án, khả năng chảy nhớt của polyme PA6, PC, blend PA6/PC, PA6/PC/SEBS-g-MA, PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA và polyme nanocompozit PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA/CNT được tìm hiểu thông qua giản đồ mô men xoắn/nhiệt độ – thời gian trộn nóng chảy các mẫu và được ghi bởi phần mềm Brabender Mixer Program Plastogram 4210. 2.4.5. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) và nhiệt lượng vi quét (DSC) Nguyên tắc: Khi thay đổi nhiệt độ thì các đại lượng vật lý như năng lượng chuyển pha, độ nhớt, entropy, khối lượng của mẫu vật liệu cũng bị thay đổi. Phân tích nhiệt là phương pháp đo một cách liên tục các mẫu vật liệu nghiên cứu dưới dạng hàm của nhiệt độ. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA) là phương pháp xác định khối lượng chất biến đổi do quá trình chuyển pha hoặc xuất hiện các phản ứng hoá học của mẫu vật liệu. Đường TGA thay đổi theo trục nhiệt độ dùng để xác định thành phần khối lượng các chất có mặt trong mẫu, dung môi, chất phụ gia Phương pháp nhiệt vi sai quét (DSC) là phương pháp phân tích mà khi xuất hiện sự chuyển pha trên mẫu, năng lượng sẽ được thêm vào hoặc mất đi trong mẫu đo hoặc mẫu chuẩn sao cho nhiệt độ giữa mẫu chuẩn và mẫu đo luôn bằng nhau. Năng lượng 50 cân bằng này được ghi lại và cung cấp kết quả đo về năng lượng chuyển pha của vật liệu. Đường cong DSC thu được thay đổi theo trục nhiệt độ và xuất hiện các đỉnh thu nhiệt và toả nhiệt ứng với quá trình chuyển pha của mẫu [39]. Cách tiến hành: Lấy mẫu vật liệu cần nghiên cứu cho vào cốc gốm và đặt vào vào buồng đựng mẫu, mở van bình khí nitơ tạo môi trường khí trơ cho mẫu vật liệu. Đặt chế độ đo mẫu với dải đo từ 25 ÷ 800oC, tốc độ gia nhiệt 10oC/phút. Máy sẽ tự động ghi lại và xuất các kết quả ở dạng phân tích nhiệt khối lượng (TGA) và nhiệt vi sai quét (DSC). Thiết bị phân tích: Máy phân tích nhiệt DSC/TGA được sử dụng là Labsys, Stearam, Pháp, với dải đo từ 25 ÷ 1400oC, tốc độ gia nhiệt 5 ÷ 10oC/phút, trong môi trường không khí hoặc môi trường khí trơ (nitơ, argon). 2.4.6. Khảo sát hình thái học của các mẫu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 2.4.6.1. Hiển vi điện tử quét (SEM) SEM là một phương pháp được sử dụng để nghiên cứu hình thái bề mặt của vật liệu. Nguyên tắc hoạt động của máy SEM là chùm electron (được tạo ra tại catot) đi theo một đường thẳng qua trường điện từ, thấu kính, trường quét rồi hội tụ xuống mẫu nghiên cứu. Chùm electron đập vào mẫu phát ra các điện tử phản xạ thứ cấp. Mỗi điện tử phát xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu, chúng được khuếch đại đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứu cho một điểm trên màn ảnh. Độ sáng tối trên màn ảnh tuỳ thuộc lượng điện tử thứ cấp phát ra tới bộ thu, đồng thời phụ thuộc vào khuyết tật bề mặt của mẫu nghiên cứu. Trong luận án, các mẫu vật liệu (CNT, blend và polyme nanocompozit) được khảo sát hình thái bề mặt bằng thiết bị hiển vi điện tử quét FESEM loại S-4800, Hitachi, Nhật Bản, với độ phóng đại 5 ÷ 300.000 lần. 2.4.6.2. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) TEM cũng là một phương pháp nghiên cứu vi cấu trúc của vật liệu rắn. Thiết bị TEM hoạt động theo nguyên tắc sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn, mẫu sẽ phát ra chùm tia điện tử phản xạ và điện tử truyền 51 qua. Các điện tử phản xạ và điện tử truyền qua này được đi qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành một tín hiệu ánh sáng, tín hiệu này được khuếch đại, đưa vào mạng lưới điều khiển để tạo ra độ sáng trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mẫu cho một điểm tương ứng trên màn ảnh. Thấu kính được sử dụng để tạo ảnh với độ phóng đại lớn tới hàng triệu lần (thông thường là 400000 lần). Ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, trên phim quang học hoặc ghi nhận bằng các máy chụp kĩ thuật số [5,106]. Trong luận án, CNT được nghiên cứu hình thái học trên kính hiển vi điện tử truyền qua JEM-1010, Jeol, Nhật Bản. Sử dụng tia điện tử bước sóng cỡ 0,4 nm chiếu lên mẫu ở hiệu điện thế khoảng 100 kV để tạo ảnh mẫu nghiên cứu. 2.4.7. Khảo sát tính chất cơ lý của các mẫu polyme và của sản phẩm ốp bảo vệ tay chân, mũ bảo hiểm Các tính chất cơ học của các mẫu được khảo sát bao gồm độ bền kéo đứt, độ dãn dài khi đứt và độ bền va đập. 2.4.7.1. Độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt Ứng suất đơn: được xác định theo công thức: 𝛿 = #$ Trong đó F là lực (N) tác động lên vùng A (cm2) Ứng suất kéo (tensile stress): là trạng thái ứng suất khi vật liệu chịu tác động kéo căng hướng trục. Độ bền kéo đứt (tensile strength): là giới hạn lớn nhất của ứng suất kéo làm đứt mẫu vật liệu. Độ dãn dài khi đứt (elongation at break): là phần trăm dài ra (tới khi đứt) của vật liệu khi chịu tác dụng của lực kéo. Nguyên tắc xác định: Xác định độ bền kéo đứt theo tiêu chuẩn ISO 527-2012 bằng cách kéo hai đầu mẫu vật liệu trên máy kéo đứt cho đến khi mẫu bị đứt. Máy đo độ bền kéo đứt sẽ tự động ghi lại lực kéo, độ dãn dài khi đứt và tính lực kéo đứt mẫu thử. - Độ bền kéo đứt được tính theo công thức: 52 sk: Độ bền giới hạn khi kéo, MPa. F: Tải trọng phá huỷ mẫu, N. a: Chiều dày của mẫu, mm. b: Chiều rộng mẫu, mm. - Độ dãn dài khi đứt được tính theo công thức: e = %&'%(%( . 100 (%) + a0 là chiều dài giữa 2 điểm đánh dấu trên mẫu trước khi kéo (mm) + a1 là chiều dài giữa 2 điểm đánh dấu trên mẫu trước khi đứt (mm) Cách tiến hành đo: Chế tạo mẫu vật liệu có bề mặt nhẵn, bằng phẳng, không phồng rộp. Cắt mẫu vật liệu thành hình chữ nhật với chiều dài 150 mm, chiều rộng 20 mm. Sử dụng máy cắt mẫu Ceast, Italia cắt các mẫu vật liệu trên thành hình dạng mái chèo theo tiêu chuẩn ISO 527-2012. + Chiều dài khoảng làm việc: lo = 100 mm + Đường kính góc lượn: 20 ÷ 25 mm + Chiều dày (a): theo kích thước thực của mẫu + Chiều rộng khoảng làm việc: 10 mm. Hình 2.2: Mô hình mẫu vật liệu đo độ bền kéo đứt Thiết bị đo: Trong luận án, máy xác định tính chất cơ học là Tinius Olsen H100KU, Hounsfield, Anh (ISO 527-2012). Hai đầu mẫu vật liệu được gắn chặt vào ngàm kẹp, lực kẹp mẫu ban đầu là 1 kN và tốc độ kéo 1 mm/phút, khoảng cách đo mẫu là 100 mm, máy đo sẽ tự động cho kết quả. Số mẫu đo từ 3 ÷ 5 mẫu để lấy kết quả trung bình. k F = a.b s 53 2.4.7.2. Độ bền va đập Độ bền va đập (impact strength) là khả năng chịu đựng của vật liệu khi chịu các tải trọng va đập đột ngột. Nguyên tắc xác định: Xác định độ bền va đập Charpy theo tiêu chuẩn ISO 179- 1:2010 bằng cách sử dụng đầu đo cơ học tác dụng lực vào giữa mẫu, phá hủy nhanh mẫu với tốc độ cao. Độ bền va đập được tính theo công thức: svd: Độ bền giới hạn va đập, kJ/m2. W: Tải trọng phá huỷ mẫu, J. b, h: Chiều rộng, chiều dày của mẫu, mm. Cách tiến hành đo độ bền va đập: Chế tạo mẫu vật liệu hình chữ nhật có bề mặt nhẵn, bằng phẳng, không phồng rộp. Để mẫu vật liệu lên giá đỡ, đặt tải trọng ở điểm giữa của giá đỡ và trùng với điểm giữa của mẫu. Tiến hành đo trên máy xác định độ bền va đập với tốc độ va đập lớn (1 ÷ 7 m/giây), máy sẽ ghi lại lực phá huỷ mẫu và tiết diện mẫu để xử lý và tự động cho kết quả. Số lượng mẫu đo từ 3 ÷ 5 mẫu để lấy kết quả trung bình. Thiết bị đo: Trong luận án, máy xác định độ bền va đập là Radmana ITR 2000, tốc độ va đập 1-7 m/giây, Úc (ISO 179-1:2010). 3 vd W = .10 b.h s 54 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát cấu trúc và tính chất của polyme blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g- MA 3.1.1. Khảo sát tính chất cơ lý của blend PA6/PC Các blend PA6/PC với các thành phần khác nhau được chế tạo và khảo sát các đặc trưng cấu trúc, tính chất cơ lý nhằm đánh giá khả năng tương hợp giữa hai polyme. Các mẫu blend PA6/PC có hàm lượng các thành phần nhựa tương ứng là 100/0, 80/20, 50/50, 20/80 và 0/100. Chúng được chế tạo bằng máy trộn kín hai trục vít Brabender ở nhiệt độ 270 oC, tốc độ trục vít 80 vòng/phút, thời gian trộn 10 phút. Các thông số khảo sát các mẫu blend gồm mô men xoắn, tính chất cơ lý (độ bền va đập, độ dãn dài) và ảnh chụp vi cấu trúc SEM. Mỗi mẫu được chế tạo và khảo sát tính chất với kết quả trung bình 5 lần đo. Kết quả khảo sát tính chất cơ lý của blend PA6/PC với các hàm lượng của các thành phần khác nhau cho thấy độ bền va đập và độ dãn dài của blend đều thấp hơn nhiều so với các polyme ban đầu. Độ dãn dài của PA6 ban đầu là 155,2 % nhưng khi có mặt PC (20 pkl) thì tính chất cơ lý này của blend là 115,5 %, thấp hơn khoảng 1/3 so với PA6. Đặc biệt độ bền va đập của PC bị giảm mạnh từ 664,4 J/m xuống dưới 50 J/m khi bổ sung PA6 (hình 3.1). Hình 3.1: Sự biến đổi độ bền va đập của blend PA6/PC theo tỉ lệ của các nhựa 0 100 200 300 400 500 600 700 0 20 40 60 80 100 120 Đ ộ bề n va đ ập (J /m ) Tỉ lệ PA6 trong PA6/PC (pkl) 55 PA6 vốn được xếp vào một loại nhựa có độ bền va đập thấp (khoảng 75,6 J/m). Sự suy giảm tính chất cơ lý của blend so với các nhựa ban đầu phản ánh tính không tương hợp của PA6 và PC. Các blend không tương hợp được đặc trưng bởi cấu trúc hai pha, trên ranh giới phân pha xuất hiện các khoảng trống, được tạo ra do sự kết dính liên bề mặt yếu [90]. Như vậy, polyme blend PA6/PC cần một tác nhân tương hợp phù hợp để tăng cường sự kết nối các pha nhựa, nhằm đảm bảo một cơ cấu thống nhất hơn, các pha tương hợp với nhau tốt hơn, qua đó làm tăng cường tính chất cơ lý của polyme blend. 3.1.2. Khảo sát tính chất cơ lý của blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA Copolyme SEBS ghép anhidrit maleic SEBS-g-MA được biết tới là một chất tương hợp hiệu quả cho nhiều loại polyme trong đó có PA6 cũng như PC với các loại nhựa nhiệt dẻo khác. Trên cơ sở đó, luận án tiến hành chế tạo và khảo sát các loại polyme blend của PA6/PC với tác nhân trợ tương hợp là SEBS-g-MA. 3.1.2.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của SEBS-g-MA đến tính chất cơ lý của PA6 và PC Các mẫu blend PA6/SEBS-g-MA và PC/SEBS-g-MA được chế tạo với hàm lượng SEBS-g-MA được thay đổi ở các mức từ 0 đến 15 (pkl). Kết quả khảo sát sự biến đổi độ bền va đập của các mẫu PA6/SEBS-g-MA, PC/SEBS-g-MA khi hàm lượng SEBS-g-MA thay đổi được thể hiện tại hình 3.2. Hình 3.2: Sự biến đổi độ bền va đập của các blend PA6/SEBS-g-MA và PC/SEBS-g- MA khi hàm lượng SEBS-g-MA thay đổi 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 5 10 15 20 Đ ộ bề n va đ ập (J /m ) Hàm lượng SEBS-g-MA (pkl) PA6/SEBS-g-MA PC/SEBS-g-MA 56 Kết quả khảo sát độ bền va đập của các mẫu blend PA6/SEBS-g-MA và PC/SEBS-g-MA cho thấy: Khi SEBS-g-MA được cho vào PC thì độ bền va đập của blend gia tăng không nhiều. Hơn nữa, khi hàm lượng SEBS-g-MA vượt quá 10 (pkl) thì độ bền va đập của blend lại bị giảm xuống. Điều này có thể do SEBS-g-MA là một copolyme ghép có dạng xốp, đàn hồi. Hơn nữa các nhân thơm (ở thành phần SEBS của copolyme) đã tạo sự tương đồng về cấu trúc hóa học với PC (cũng có nhiều nhân thơm), nên khi SEBS-g-MA được cho vào PC ở một lượng ít đã có sự phân tán tương đối tốt trong PC [88], tạo sự truyền tải ứng suất va đập tốt giữa 2 thành phần polyme, làm gia tăng độ bền va đập của blend. Tuy nhiên, nhóm anhidrit maleic trong SEBS-g-MA không tương tác với PC nên khi hàm lượng chất độn tăng lên trên 10 (pkl) đã gây ra sự co cụm chất độn, dẫn tới SEBS-g-MA tạo thành một pha không tương hợp trong nền PC và làm suy giảm tính chất cơ lý của blend. Trong khi đó, các blend PA6/SEBS-g-MA có sự thể hiện tính chất cơ lý khi thay đổi lượng chất độn SEBS-g-MA tương đối khác so với blend PC/SEBS-g-MA. Khi tăng lượng SEBS-g-MA trong PA6 lên thì độ bền va đập của blend tăng; đặc biệt sau 10 (pkl) chất độn thì độ bền va đập của blend tăng nhanh. Nguyên nhân của sự biến đổi tính chất cơ lý này có thể do các tương tác hóa học của chất độn với nhựa nền PA6 [51,79,81,92]. Các nhóm anhidrit maleic đã phản ứng với nhóm –NH2 trong mạch PA6, tạo lập các nhóm imit kết nối PA6 với chất độn SEBS-g-MA. Chính sự kết nối hóa học này đã tạo ra sự tương hợp tốt của SEBS-g-MA với PA6, chất độn đã hình thành mạng lưới phân tán và kết nối chặt chẽ với nhựa nền. Khi càng tăng hàm lượng SEBS-g-MA trong PA6, mạng lưới càng dày đặc, dẫn đến độ bền va đập càng tăng nhanh. Như vậy, SEBS-g-MA có tiềm năng làm tăng tính tương hợp của hai polyme PC, PA6. Copolyme ghép SEBS-g-MA có những thành phần có thể thâm nhập tốt được vào PC (các vòng benzen trong SEBS), có những phần thâm nhập và thậm chí tạo liên kết hóa học với PA6 (nhóm anhidrit maleic, MA). Đối với các mẫu blend của PA6 hoặc PC với SEBS-g-MA, khi lượng SEBS- g-MA là 10 (pkl) thì cả blend của PA6 và PC với SEBS-g-MA đều đạt được các tính chất cơ lý tốt hơn so với hàm lượng SEBS-g-MA dưới 10 (pkl). Khi lượng chất độn 57 này vượt quá 10 (pkl) thì tính chất cơ lý của blend từ PC có xu hướng giảm đi, còn blend từ PA6 vẫn tăng lên. Như vậy hàm lượng SEBS-g-MA dao động xung quanh 10 (pkl) trong các mẫu blend PA6/PC/SEBS-g-MA có thể là mức độ phù hợp để tạo thuận lợi cho sự kết nối liên pha PA6 và PC, qua đó làm gia tăng tính chất cơ lý của blend so với các polyme ban đầu. 3.1.2.2. Khảo sát tính chất cơ lý của polyme blend PA6/PC/SEBS-g-MA Các mẫu blend PA6/PC/SEBS-g-MA ứng với lượng SEBS-g-MA thay đổi ở các mức là 0, 10 và 20 (pkl). Tỉ lệ PA6/PC cũng được thay đổi tương ứng là 20/80, 50/50 và 80/20 (pkl). Kết quả so sánh sự thay đổi độ bền va đập của các blend PA6/PC/SEBS-g-MA ứng với tỉ lệ khác nhau của các thành phần được trình bày tại hình 3.3. Hình 3.3: Sự biến đổi độ bền va đập của các blend PA6/PC/SEBS-g-MA có tỉ lệ tương ứng x/100-x/y với y = 0 ÷ 20 (pkl) Các kết quả khảo sát cho thấy: Thứ nhất, độ bền va đập của các blend ứng với tỉ lệ PA6/PC là 50/50 có xu hướng giảm đi so với các blend có tỉ lệ PA6/PC khác. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 80 50 20 Đ ộ bề n va đ ập (J .m -1 ) PA6 (x) 58 Điều này có thể do ứng với tỉ lệ PA6/PC là 50/50 đã tạo ra diện tích bề mặt liên pha PA6-PC lớn, nên SEBS-g-MA không có khả năng phủ hết PC, đuôi MA của chất độn chỉ đủ để tạo liên kết với nhóm NH2 cuối các mạch PA6; dẫn tới SEBS-g-MA hầu như chỉ đủ kết mạng không gian với PA6, còn PC do ít bị chia cắt và bao bọc bởi phần SEBS trong chất độn nên đã tạo ra các cụm lớn PC, làm cho sự truyền tải ứng suất liên pha bị cản trở. Trong khi đó, các blend có tỉ lệ PA6/PC 80/20 đều có có độ bền va đập cao hơn các trường hợp khác. Điều này cho thấy hiệu quả tương hợp của SEBS-g-MA là tối ưu khi tỉ lệ PA6/PC tương ứng là 80/20. Thứ hai, SEBS-g-MA có ảnh hưởng rõ rệt đến độ bền va đập của blend. Đối với blend PA6/PC, do hai nhựa này không tương hợp nên các liên kết bề mặt liên pha lỏng lẻo, dẫn tới sự suy giảm các tính chất cơ lý, thậm chí kém hơn nhiều so với các nhựa ban đầu. Tuy nhiên khi cho SEBS-g-MA vào thì độ bền va đập của các mẫu 10 (pkl) SEBS-g-MA tăng lên khoảng 3 lần so với các mẫu không có SEBS-g-MA. Khi tăng lượng SEBS-g-MA lên 20 (pkl) thì độ bền va đập của các blend đều tăng lên nhưng sự gia tăng là không nhiều. Nguyên nhân có thể do sự dư thừa ở phần MA, ứng với 10 (pkl) thì số MA có thể đã lượng đủ để ghép với các nhóm –NH2 trong mạch đại phân tử PA6. Bộ phận SEBS trong SEBS-g-MA vốn có vai trò phân tán và bao bọc PC, tuy nhiên khi có quá nhiều SEBS-g-MA thì tác nhân này có thể bị cuốn theo PA6 và sẽ làm giảm vai trò phân tán PC của nó. Như vậy, các blend ứng với tỉ lệ PA6/PC là 80/20 thì khi có 10 (pkl) SEBS-g- MA là đủ để tạo các kết nối giữa PA6 và chất tương hợp. Để tăng cường hơn nữa vai trò phân tán và bao bọc PC thì một bộ phân độc lập SEBS có thể là phù hợp để thông qua đó làm gia tăng tính chất cơ lý của blend. 3.1.2.3. Khảo sát tính chất cơ lý của blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA Việc bổ sung SEBS vào blend có thể tăng cường sự phân tán và kết nối của PC trong nền PA6 thông qua sự chia cắt và bao bọc PC bởi SEBS. Các mẫu blend được chế tạo trên cơ sở hàm lượng PA6/PC được giữ nguyên tương ứng là 80/20 (pkl), hàm lượng SEBS/SEBS-g-MA tương ứng được thay đổi với các tỉ lệ là 0/20, 5/15, 10/10, 15/5 và 20/0 (pkl). Hình 3.4 mô tả sự biến đổi các tính chất cơ lý của blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA khi thay đổi tỉ lệ SEBS/SEBS-g-MA trong blend. 59 Hình 3.4: Sự biến đổi các tính chất cơ lý của blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA khi thay đổi tỉ lệ SEBS/SEBS-g-MA Kết quả khảo sát tính chất cơ lý của các mẫu blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g- MA cho thấy có sự thay đổi rõ rệt về độ bền va đập, độ dãn dài giữa mẫu chỉ có SEBS-g-MA và mẫu có thêm SEBS. Đặc biệt là mẫu ứng với tỉ lệ SEBS/SEBS-g- MA là 10/10 (pkl) có độ bền va đập tăng hơn 4 lần so với mẫu chỉ có SEBS-g-MA (tăng từ 145 J.m-1 lên 670,5 J.m-1) và độ dãn dài tăng cũng tăng gần 2 lần (từ 145,5 % lên 245 %). Như vậy chứng tỏ việc trộn đồng thời SEBS và SEBS-g-MA vào blend của PA6/PC (có tỉ lệ pkl tương ứng 80/20) đã tạo ra hiệu quả cao về sự tăng cường các tính chất cơ lý của blend. Điều này có thể được giải thích là khi có 10 (pkl) SEBS- g-MA thì chất tương hợp đã tạo được sự liên kết bền vững nhất với nền PA6, 10 (pkl) SEBS có vai trò chia nhỏ và tăng cường bao bọc PC. SEBS độc lập không những tạo cho PC phân tán tốt hơn vào nền PA6 mà phần SEBS này còn tạo ra một vùng đệm tương thích với SEBS-g-MA. Trật tự các mối liên kết liên pha trong blend có thể là PC – SEBS – SEBS-g-MA – PA6. Sự gắn kết tốt giữa các pha đã tạo cho blend có khả năng truyền tải ứng suất hiệu quả, qua đó làm cho tính chất cơ lý của blend tăng lên rõ rệt. Từ các kết quả khảo sát tính chất cơ lý của các mẫu blend trên cho thấy, khi blend có hỗn hợp nhựa PA6/PC với tỉ lệ tương ứng là 80/20 (pkl) thì việc lựa chọn 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 Đ ộ dã n dà i k hi đ ứt (% ) Đ ộ bề n va đ ập (J /m ) Độ bền va đập (J/m) Độ dãn dài (%) 0/20 5/15 10/10 15/5 20/0 Tỉ lệ SEBS/SEBS-g-MA (pkl) 60 tác nhân tương hợp là SEBS/SEBS-g-MA có tỉ lệ 10/10 (pkl) cho hiệu quả tăng cường tốt nhất về tính chất cơ lý của blend. 3.1.3. Khảo sát vi cấu trúc của blend PA6/PC/SEBS/SEBS-g-MA Các kết quả chụp bề mặt vi cấu trúc của các mẫu blend khác nhau bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) được trình bày tại hình 3.5. Hình 3.5: Ảnh SEM bề mặt đứt gãy của các mẫu blend: (a) PA6/PC 80/20, (

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_khao_sat_mot_so_yeu_to_anh_huong_den_tinh_chat_hoa_l.pdf
Tài liệu liên quan