Nghiên cứu độ bền kéo của hỗn hợp Poly (Butylene Terephthalate) và Etylen-Vinyl Axetat

Tính mới và sáng tạo: Mới mẻ trong các nghiên cứu về lĩnh vực polyme blend, tạo ra các blend có tính ưu việt cao trong lĩnh vực kĩ thuật, sáng tạo về việc kết hợp những loại nhựa đặc tr

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

S 0 9

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN KÉO CỦA HỖN HỢP POLY(BUTYLENE TEREPHTHALATE) VÀ

ETYLEN-VINYL AXETAT

MÃ SỐ: SV2022 - 99 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: NGUYỄN TRẦN NHƯ NGỌC

S KC 0 0 7 6 8 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN KÉO CỦA HỖN HỢP POLY(BUTYLENE

TEREPHTHALATE) VÀ ETYLEN-VINYL AXETAT

SV2022-99

Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơ khí Chế tạo máy

SV thực hiện: - Nguyễn Trần Như Ngọc Nam, Nữ: Nữ

- Âu Quang Mỹ Nam, Nữ: Nam

- Trần Tường Vi Nam, Nữ: Nữ Dân tộc: Kinh

Lớp, khoa: 181040A, Cơ khí Chế tạo máy Năm thứ: 4 Số năm đào tạo:4 Ngành học: Kĩ thuật Công nghiệp

Người hướng dẫn: PGS TS Phạm Thị Hồng Nga

TP Hồ Chí Minh, 6/2022

MỤC LỤC

Danh mục bảng biểu 1

Danh mục sơ đồ hình vẽ 1

Danh mục những từ viết tắt 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 6

1.2 Lý do chọn đề tài 11

1.3 Mục tiêu của đề tài 11

1.4 Phương pháp nghiên cứu 11

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

2.1 Ngành công nghiệp nhựa 12

2.2 Giới thiệu về nhựa PBT và nhựa EVA 13

2.2.1 Tổng quan về nhựa PBT 13

2.2.2 Tổng quan về nhựa EVA 15

2.3 Vật liệu trộn hợp Polymer 17

2.3.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính của vật liệu trộn hợp Polyme 18

2.3.2 Phân loại vật liệu trộn hợp Polyme 18

2.3.3 Phương pháp xác định sự tương hợp của vật liệu trộn hợp polyme 19

2.3.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến vật liệu trộn hợp Polyme 21

2.3.5 Các phương pháp chế tạo vật liệu trộn hợp polymer 22

2.3.6 Ưu điểm và ứng dụng của vật liệu trộn hợp polyme 23

2.3.7 Hỗn hợp PBT/EVA blend 24

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM 26

3.1 Các tỷ lệ của hỗn hợp nhựa được sử dụng trong thí nghiệm 26

3.2 Máy ép phun sử dụng trong ép mẫu 26

3.3 Chuẩn bị cho ép thử mẫu 27

3.3.1 Chuẩn bị vật liệu 27

3.4 Quy trình ép sản phẩm 28

3.5 Đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 29

3.6 Đo độ bền va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256 33

3.7 Quan sát tổ chức tế vi 35

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

4.1 Kết quả kiểm tra độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 37

4.1.1 Kết quả kiểm tra mẫu PBT (100%PBT) 37

4.1.2 Kết quả kiểm tra mẫu 5EVA (95%PBT/5%EVA) 38

4.1.3 Kết quả kiểm tra mẫu 10EVA (90%PBT/10%EVA) 40

4.1.4 Kết quả kiểm tra mẫu 15EVA (85%PBT/15%EVA) 42

4.1.5 Kết quả kiểm tra mẫu 20EVA (80%PBT/20%EVA) 43

4.1.6 Kết quả kiểm tra mẫu 25EVA (75%PBT/25%EVA) 45

4.2 Kết quả đo độ bền va đập Izod theo tiêu chuẩn ASTM D256 48

4.3 Kết quả nghiên cứu tổ chức tế vi 51

4.4 Kết luận 52

CHƯƠNG 5: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 53

5.1 Kết quả phân tích độ bền kéo 53

5.2 Kết quả phân tích độ bền va đập 55

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 58

6.1 Tổng kết 58

6.2 Hướng phát triển 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 61

Danh mục bảng biểu

Bảng 3.1: Tỷ lệ hỗn hợp nhựa được sử dụng để thí nghiệm (%)

Bảng 3.2: Tỷ lệ khối lượng nhựa PBT/EVA

Bảng 3.3: Bảng thông số khi thực hiện kéo

Bảng 4.1: Kết quả đo độ bền kéo của mẫu PBT

Bảng 4.2: Kết quả đo độ bền kéo của mẫu 5EVA

Bảng 4.3: Kết quả đo độ bền kéo của mẫu 10EVA

Bảng 4.4: Kết quả đo độ bền kéo của mẫu 15EVA

Bảng 4.5: Kết quả đo độ bền kéo của mẫu 20EVA

Bảng 4.6: Kết quả đo độ bền kéo của mẫu 25EVA

Bảng 4.7: Kết quả đo độ bền va đập Notched Izod của tất cả các mẫu

Bảng 5.1: Kết quả độ bền kéo trung bình của các mẫu theo hàm lượng EVA

Bảng 5.2: Tổng hợp số liệu thực nghiệm của nhóm mẫu

Bảng 5.3: Giá trị độ dai va đập có rãnh V trung bình theo hàm lượng EVA

Bảng 5.4: Các giá trị cần thiết để tính toán hồi quy

Danh mục sơ đồ hình vẽ

Hình 2.1: Số kg nhựa tiêu thụ trên đầu người từ năm 2010-2015

Hình 2.2: Công thức phân tử và hình dạng thực tế của hạt nhựa PBT

Hình 2.3: Công thức phân tử và hình dạng thực tế của hạt nhựa EVA

Hình 3.1: Máy ép phun nhựa SW-120B

Hình 3.2: Bao nhựa PBT (trái), EVA(phải)

Hình 3.3: Tấm khuôn để ép mẫu

Hình 3.4: Buồng sấy nhựa

Hình 3.5: Gá khuôn hoàn chỉnh lên máy ép phun

Hình 3.6: Hình ảnh sản phẩm sau khi ép thử

Hình 3.7: Kích thước của mẫu đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638

Hình 3.8: Mẫu chuẩn bị để kiểm tra độ bền kéo

Hình 3.9: Máy đô độ bền kéo Testometric

Hình 3.10: Gá mẫu lên máy đo độ bền kéo

Hình 3.11: Mẫu sau khi đo bị kéo đứt

Hình 3.12: Hình ảnh các mẫu trước và sau khi đo độ bền kéo

Hình 3.13: Kích thước của mẫu đo độ bền va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256

Hình 3.14: Hình ảnh thực tế của mẫu trước khi đo độ bền va đập

Hình 3.15: Máy đo độ bền va đập Tinius Olsen IT504

Hình 3.16: Gá mẫu lên máy đo độ bền va đập

Hình 3.17: Mẫu trước và sau khi đo độ bền va đập

Hình 4.18: Máy Hitachi SU 8010

Hình 4.1: Biểu đồ ứng suất-biến dạng của mẫu PBT

Hình 4.2: Biểu đồ ứng suất-biến dạng của mẫu 5EVA

Hình 4.3: Biểu đồ ứng suất-biến dạng của mẫu 10EVA

Hình 4.4: Biểu đồ ứng suất-biến dạng của mẫu 15EVA

Hình 4.5: Biểu đồ ứng suất-biến dạng của mẫu 20EVA

Hình 4.6: Biểu đồ ứng suất-biến dạng của mẫu 25EVA

Hình 4.7: Độ bền kéo trung bình của các mẫu

Hình 4.8: Biểu đồ độ bền va đập trung bình của các mẫu

Hình 4.9: Biểu đồ độ bền va đập trung bình của các mẫu [10]

Hình 4.10: Tổ chức tế vi của hỗn hợp PBT/EVA

Hình 5.1: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền kéo bằng phần mềm Excel Hình 5.2: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền va đập bằng phần mềm Excel

Danh mục những từ viết tắt

ABS: Acrylonitrile butadiene styrene

ASTM: American Society for Testing and Materials

APP: Amoni polyphosphat

DMTA: Dynamic mechanical thermal analysis

EVA: Etylen-vinyl axetat

HDPE: High Density Polyethylene

ISO: International Organization for Standardization

LDPE: Low Density Polyethylene

PA6: Nylon 6

PBT: Polybutylene terephthalate

PET: Polyetylen terephtalate

PEVA: Poly (etylen-vinyl axetat)

PTFE: Teflon

PP: Polypropylene

PPE: Polyphenylene Ether

SEM: Scanning electron microscope

VA: Vinyl axetat

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu độ bền kéo của hỗn hợp Poly(butylene terephthalate) và Etylen-vinyl axetat

- Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Trần Như Ngọc Mã số SV: 18104035

- Lớp: 181040A Khoa: Cơ khí Chế tạo máy

- Tạo ra các mẫu đo cơ tính của hỗn hợp nhựa PBT/EVA

- Đo cơ tính và phân tích tổ chức tế vi

- Phân tích, nghiên cứu để tìm ra tỉ lệ EVA trong hỗn hợp PBT/EVA tối ưu nhất phù

hợp với yêu cầu cơ tính của sản phẩm thực tế

3 Tính mới và sáng tạo:

Mới mẻ trong các nghiên cứu về lĩnh vực polyme blend, tạo ra các blend có tính ưu

việt cao trong lĩnh vực kĩ thuật, sáng tạo về việc kết hợp những loại nhựa đặc trưng, được sử dụng nhiều trong kĩ thuật và dân dụng, từ đó tìm được một hỗn hợp tối ưu thông qua việc pha trộn tỉ lệ, giúp phát triển về ngành nhựa cũng như khoa học kĩ thuật

4 Kết quả nghiên cứu:

Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và phân tích các kết quả thí nghiệm từ hỗn hợp

polyme PBT/EVA Từ kết quả đó cho thấy rằng: khản năng tương hợp của PBT và EVA Bên cạnh đó khi tăng hàm lượng EVA trong hỗn hợp thì độ bền kéo giảm Ngượi lại, đối với độ bền va đập thì khi tăng hàm lượng EVA thì độ bền va đập lại tăng lên

Cũng qua quá trình nghiên cứu đối với các tỷ lệ trộn hợp polyme cho thấy được tầm quan trọng của việc nghiên cứu và xác định cơ tính của vật liệu Điều này giúp ích cho việc ứng dụng của những loại vật liệu đó cho các sản phẩm phù hợp sau này

5 Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

Có được thành quả nghiên cứu và kết quả như mong muốn này sẽ là tiền đề cho các

nghiên cứu sau này Bên cạnh đó đây cũng là nguồn động lực cho thế hệ trẻ tiếp theo nối bước để phát triển ngành khoa học của đất nước Song song với đó, việc nghiên cứu

ra vật liệu trộn hợp mới cũng giúp tìm ra vật liệu phù hợp ứng để ứng dụng vào đời sống

6 Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu

có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày tháng 06 năm 2022

SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài

(kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề

tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Ngày tháng 06 năm 2022

Người hướng dẫn

(kí, họ và tên)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài

Với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực vật liệu thì ngày càng có nhiều vật liệu mới được tìm ra Bên cạnh đó, việc pha trộn vật liệu để tạo ra một hỗn hợp vật liệu theo một tỷ lệ nhất định nhằm tạo ra một vật liệu tối ưu hơn cũng được chú ý đến Dựa trên các nghiên cứu về nhựa PBT và nhựa EVA cũng như các nghiên cứu về hỗn hợp giữa chúng Một số nghiên cứu cụ thể: Nghiên cứu của Roberto Scaffaro, Francesco Paolo La Mantia, nghiên cứu của Seon-Jun Kim, Bong-Sub Shin, Jeong-Lag Hong, Won-Jei Cho, Chang-Sik Ha, nghiên cứu của Roberto Scaffaro, Francesco P La Mantia, Claudia Castronovo, nghiên cứu của Cong Meng and Jin-ping Qu… Qua các nghiên cứu đó cho thấy việc chọn nhựa EVA cho mục đích cải thiện cơ tính của nhựa PBT là có hiệu quả

Nội dung của một số nghiên cứu có liên qua đến đề tài:

 Ignaczak, Sobolewski, El Fray[1]

Hỗn hợp copolyester tổng hợp ngẫu nhiên, poly (butylene terephthalate-r-butylene linoleate) (PBT – DLA), có chứa các thành phần dựa trên sinh học, có thể tương hợp hiệu quả với hỗn hợp poly (butylene terephthalate) (PP / PBT) Một chất đồng trùng hợp Triblock hóa dầu thương mại, poly (styrene-b-ethylene / butylene-b-styrene) (SEBS) đã được sử dụng Cấu trúc hóa học và sự phân bố khối của PBT – DLA được xác định bằng cách sử dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân và sắc ký thấm gel Hỗn hợp

PP / PBT với các tỷ lệ khối lượng khác nhau được chuẩn bị thông qua đùn trục vít đôi với 5% trọng lượng của mỗi chất tương hợp Phân tích nhiệt trọng lượng, đo nhiệt lượng quét vi sai và phân tích cơ học động học được sử dụng để đánh giá những thay đổi trong cấu trúc pha của hỗn hợp PP / PBT Thử nghiệm độ bền kéo tĩnh cho thấy sự cải thiện rõ rệt về độ giãn dài khi đứt, tương ứng là ~ 18% và ~ 21% đối với PBT – DLA và SEBS Hình thái của hỗn hợp PP / PBT tương thích với chất đồng trùng hợp PBT – DLA cho thấy rằng nó có thể hoạt động như một chất điều chỉnh giữa các pha, được ưu tiên đặt ở giao diện Bằng cách sử dụng polycondensation và monome từ các nguồn tài nguyên tái tạo, có thể thu được các chất đồng trùng hợp có thể sửa đổi hiệu quả khả năng trộn lẫn của hỗn hợp, cung cấp một giải pháp thay thế cho các chất tương hợp styrene hóa dầu giống như cao su được sử dụng rộng rãi

 Giorgio Montaudo, Concetto Puglisi, Filippo Samperi [2]

Các cơ chế phân hủy nhiệt chính của PET và PBT đã được nghiên cứu bằng phương pháp khối phổ nhiệt phân trực tiếp sử dụng ion hóa âm (NCI) Kết quả của các tác giả cung cấp bằng chứng mạnh mẽ rằng các oligome vòng là sản phẩm nhiệt phân chính của PET và PBT, được hình thành bởi các phản ứng trao đổi nội phân tử (ion) Những chất này tiếp tục bị phân hủy bởi phản ứng chuyển hyđro fl-CH Quá trình nhiệt phân PET và PBT cũng được thực hiện với sự hiện diện của (APP) (một tiền chất axit) APP ảnh hưởng đến quá trình nhiệt phân bằng cách tăng tốc độ phân hủy và giảm nhiệt độ phân hủy polyme (PDT) của cả hai polyme Tuy nhiên, nó không làm thay đổi bản chất của các hợp chất thu được trong quá trình nhiệt phân các polyme nguyên chất Thực tế này cung cấp một lập luận chắc chắn ủng hộ niềm tin rằng sự chuyển fl-CH hydro xảy

ra bởi một quá trình ion

 K Larsen Børve, H K Kotlar, C.-G Gustafson [3]

Một loại chất tương hợp mới phù hợp với hỗn hợp hoặc hợp kim của PP và polyme

kỹ thuật có dư lượng thơm hoặc chức năng bổ sung cho hydroxyl đã được đánh giá trong hỗn hợp của PP isotactic và poly PBT, và poly PPE Các hỗn hợp dựa trên PP với 10–30% trọng lượng PBT hoặc PPE đã được nghiên cứu Từ mô hình phản ứng của hỗn hợp PP / PBT và PP / PPE, rõ ràng là tỷ lệ độ nhớt giữa thành phần hỗn hợp, hàm lượng chất tương hợp và hàm lượng PBT hoặc PPE rất quan trọng đối với các đặc tính hỗn hợp cuối cùng Độ bền va đập được quan sát là phản ứng nhạy cảm nhất đối với

sự tương hợp hỗn hợp Chất tương hợp PP-g-PF được quan sát là có hiệu quả hơn trong hỗn hợp PBT so với PPE Lý do chính cho điều đó là sự sẵn có của các nhóm cuối phản ứng trong trường hợp PBT, làm cho liên kết cộng hóa trị giữa chất tương hợp và PBT có thể thực hiện được

 Ugo Romano and Fabio Garbassi [4]

Polyolefin đang giành chiến thắng trong cuộc cạnh tranh giữa các chất trong nhiều lĩnh vực thị trường, do kết quả kỹ thuật và giá thành rẻ do một loạt công nghệ sản xuất mới đạt được Vật liệu được chế tạo theo những cách này sẽ thay thế một số phần có liên quan không chỉ của các polyme tương ứng với các quy trình truyền thống (tức là LDPE, LLDPE, HDPE, PP và EPDM), mà còn cả các vật liệu có cấu trúc hóa học khác,

chẳng hạn như PVC, EVA, ABS, và nhựa kỹ thuật hiệu suất thấp Sự phát triển này sẽ

có những tác động có lợi đối với các vấn đề môi trường vì một số lý do, chẳng hạn như đặc tính hóa học của các vật liệu đó, sự sẵn có của nhiều giải pháp tái chế / phục hồi,

đi kèm với các yếu tố đơn giản hóa đáng kể đối với chúng, và cuối cùng là tiết kiệm năng lượng và vật liệu do hiệu quả đạt được của các quá trình sản xuất Nhờ vào sự đa dạng của các hoạt động bắt nguồn từ nỗ lực R&D mạnh mẽ, Monome và hóa chất tiềm

ẩn nguy hiểm được thay thế bằng những chất khác thân thiện hơn; các quy trình polyme hóa được đưa ra ngày càng an toàn hơn và trong nhiều trường hợp có thể được coi là các quy trình không phát thải; chế biến và sản xuất polyme được giải quyết nhằm giảm phát thải khí và chất lỏng và tiết kiệm năng lượng; Tính chất nhẹ và cách nhiệt của chất dẻo được khai thác triệt để, cho phép lợi ích của việc tiết kiệm năng lượng lấn át năng lượng cần thiết cho quá trình chế tạo Tùy thuộc vào đặc tính hóa học của chúng, nhựa được hưởng lợi từ nhiều phương pháp xử lý cuối đời khác nhau, từ tái chế vật lý đến khử trùng hợp hoặc thu hồi năng lượng

 Morad Ali Khatibi, Ahmad Arefazar, Masoud Esfandeh [5]

Vật liệu nano poly PET / OMMT / EPDM-g-MA được điều chế bằng cách trộn nóng chảy các thành phần trong máy trộn Haake Rheocord Để tạo ra vật liệu tổng hợp lai, bốn lộ trình pha trộn khác nhau đã được kiểm tra: 1) chuẩn bị EPDM/EPDM-g-

MA (EPMA) / tổ hợp nano organoclay và sau đó trộn nó với PET, (S1), 2) sự phân tán của organoclay trong PET và sau đó trộn nó với EPMA, (S2), 3) trộn PET với EPMA rồi trộn với organoclay, (S3), 4) trộn PET, EPMA và organoclay trong một quy trình duy nhất, (S4) Cấu trúc vi mô của các giống lai bậc ba PET / (EPMA) / organoclay được đặc trưng bởi nhiễu xạ tia X (XRD) và Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Kết quả cho thấy trình tự pha trộn ảnh hưởng lớn đến sự phân tán của lớp phủ trong nền polyme cũng như cấu trúc vi mô của hỗn hợp Tính chất cơ học của hỗn hợp bao gồm các đặc tính kéo và va đập cũng đã được nghiên cứu Kết quả cho thấy vật liệu nano PET / (EPMA) / organoclay được tạo ra bằng trình tự trộn, S1, có độ bền kéo và

va đập tối đa trong số các vật liệu khác Điều này được cho là do hình thái "Sea-Island" tốt của nó và sự phân tán tốt của lớp organoclay trong ma trận PET liên tục

 Wang, Baolong, Wu, Di, Zhu, Lien, Jin, Zheng, Zhao, Kai [6]

Đối với hệ thống HDPE / PBT / PA6, mối quan hệ giữa các đặc tính và hình thái pha đã được nghiên cứu trong công trình này Phân tích hình thái của hỗn hợp bậc ba

ma trận HDPE cho thấy HDPE / PBT / PA6 (80/10/10) cho thấy hình thái lõi-vỏ hoàn hảo hơn, giúp tăng cường đáng kể độ dai của hỗn hợp Và sự thay đổi tỷ lệ hàm lượng lõi-vỏ ảnh hưởng đến hình thái vi mô, ảnh hưởng đến các tính chất cơ học cuối cùng của hỗn hợp bậc ba HDPE / PBT / PA6 Kết quả thử nghiệm cơ học cho thấy hình thái pha (lõi-vỏ) không chỉ cải thiện đáng kể độ dẻo dai mà còn có thể đóng một vai trò quan trọng trong độ bền đối với hỗn hợp HDPE / PBT / PA6 Kính hiển vi quang học

đã chứng minh rằng sự gia tăng đáng kể sức mạnh va chạm không thể bắt nguồn từ sự giảm kích thước của spherulite ngoại trừ cấu trúc đặc biệt (lõi-vỏ) Sự cân bằng giữa

độ dẻo dai và sức mạnh trong nhóm ba là do sự xuất hiện của cấu trúc lõi-vỏ Tuy nhiên, cấu trúc lõi-vỏ đã không nâng cao HDT

 Khavekar, Rajendra, Vasudevan, Hari, Vimal, Gosar [7]

Họ nghiên cứu ứng dụng của Phương pháp Taguchi (TM) trên các thông số quy trình của Polybutylene Terephthalate (PBT) Ảnh hưởng của các thông số quá trình, chẳng hạn như Áp suất phun, Áp suất hút ngược, Thời gian phun, Thời gian làm mát, Nhiệt độ Vùng 1 & Nhiệt độ Vùng 2 (Nhiệt độ thùng) đối với Điểm tối và Ảnh ngắn (khuyết tật) được khảo sát bằng cách sử dụng Mảng trực giao L16 của Phương pháp Taguchi cho 6 yếu tố ở 2 cấp, mỗi yếu tố với phản hồi là độ lệch phần trăm Người ta thấy rằng áp suất phun, thời gian phun và nhiệt độ vùng 1 có ảnh hưởng lớn đến phản ứng Sau khi áp dụng Phương pháp Taguchi, tỷ lệ từ chối giảm xuống 5,84% từ 11,33%, tức là mức giảm 48,45% Thời gian phun là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến phản ứng, sau đó là áp suất phun và nhiệt độ Vùng 1 Phương pháp Taguchi được

sử dụng để thiết lập các thông số tối ưu của quá trình và nó cho kết quả đột phá Nó yêu cầu phần mềm ANOVA và nhân viên bán lành nghề không thể xử lý phương pháp này

 Nur Oburoğlu, Nevra Ercan, Ali Durmus, Ahmet Kaşgöz [8]

Các hành vi kết tinh nóng chảy của vật liệu tổng hợp poly PBT bao gồm các loại chất độn vô cơ khác nhau đã được khảo sát Các mẫu hỗn hợp có 5% trọng lượng chất độn được chuẩn bị bằng cách xử lý nóng chảy trong máy đùn trục vít đôi sử dụng các cấp thương mại của CA, HL và OM làm chất độn Tùy thuộc vào loại chất độn và hình

dạng, động học kết tinh của các mẫu được nghiên cứu bằng phương pháp đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC) Ảnh hưởng của loại chất độn lên động học kết tinh nóng chảy không nhiệt của PBT được phân tích với các mô hình động học khác nhau, cụ thể là Ozawa, Avrami được sửa đổi bởi Jeziorny và Liu-Mo Năng lượng kích hoạt kết tinh của các mẫu cũng được xác định bởi các mô hình Kissinger, Takhor và Augis – Bennett Từ nghiên cứu động học, người ta thấy rằng tốc độ kết tinh nóng chảy của các mẫu bao gồm CA và HL-ống nano cao hơn PBT ở một tốc độ làm lạnh nhất định Mặt khác, người ta cũng phát hiện ra rằng organo-montmorillonite làm giảm tốc độ kết tinh nóng chảy của PBT Có thể kết luận rằng các nhóm amoni hữu cơ trong OM làm giảm tốc độ kết tinh của chuỗi PBT có thể do ảnh hưởng đến sự khuếch tán của chuỗi thông qua sự phát triển của mặt tinh thể và sự gấp khúc Nghiên cứu này cho thấy rằng việc đưa các lớp alumin-silicat biến tính hữu cơ vào vật liệu tổng hợp dựa trên PBT có thể làm giảm đáng kể tốc độ sản xuất của các bộ phận đúc phun trong quá trình xử lý

 S Hashemi [9]

Hành vi đứt gãy của hỗn hợp PBT / PC được nghiên cứu bằng cách sử dụng các kích thước mẫu vật khác nhau, hình dạng mẫu vật khác nhau và tốc độ dịch chuyển Các thí nghiệm đứt gãy của tất cả các mẫu SENT và DENT là hoàn toàn dẻo và ổn định Ở mức tải tối đa, diện tích dây chằng của cả mẫu thử SENT và DENT đều hoàn toàn không bị ảnh hưởng Độ bền đứt gãy được đánh giá bằng cách sử dụng công trình

cơ bản của lý thuyết đứt gãy trong đó tổng công cụ thể của vết gãy, wp được vẽ dựa trên chiều dài dây chằng Kết quả chỉ ra rằng với điều kiện chiều dài dây chằng tối đa được sử dụng nhỏ hơn hai lần kích thước của vùng dẻo hoặc nhỏ hơn W / 3 [tùy theo giá trị nào nhỏ hơn), khi đó mối quan hệ tuyến tính thu được giữa wr và L Việc ngoại suy mối quan hệ tuyến tính này thành chiều dài dây chằng bằng không đã tạo ra công trình sai lệch của đứt gãy, chúng tôi, đối với hỗn hợp PBT / PC được tìm thấy là gần như không phụ thuộc vào các biến thử nghiệm như kích thước mẫu, hình học và tốc độ thử nghiệm Công việc không cần thiết của gãy xương, pw, được cho bởi độ dốc của đường, được tìm thấy là bị ảnh hưởng bởi tất cả các biến thử nghiệm nói trên, một số nhiều hơn các biến khác

1.2 Lý do chọn đề tài

Khi tất cả các ngành công nghiệp phát triển kéo theo đó là sự phát triển của ngành công nghiệp vật liệu nhằm tạo ra những vật liệu phù hợp nhất với từng ngành công nghiệp khác nhau Khi nhắc đến vật liệu nhựa, thì PBT cũng là 1 trong những loại nhựa nhiệt dẻo được ứng dụng khá nhiều trong đời sống và được sử dụng trong nhiều mục đích khác nhau Nhưng bên cạnh đó, PBT tồn tại một số nhựa điểm nhất định như độ bền va đập thấp, độ nóng chảy không cao, Chính vì những nhược điểm đó đã hạn chế PBT trong việc ứng dụng vào các chi tiết cần một số yêu cầu đặc biệt vậy nên nhiều nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và phát triển dự trên việc trộn 2 hay nhiều loại nhựa với nhựa PBT nhằm cải thiện cơ tính của nó Ví dụ như nghiên cứu của Cong Meng và cộng sự đã nghiên cứu về Tính chất cơ học và nhiệt độ của hỗn hợp PBT/EVA

sử dụng máy ép phun đã cho thấy sự cải thiện tích cực về độ bền va đập [10] Đó cũng chính là lý do chúng tôi nghiên cứu về đề tài này nhằm mục đích cải thiện cơ tính của PBT

1.3 Mục tiêu của đề tài

- Tạo ra các mẫu đo cơ tính của hỗn hợp nhựa PBT/EVA

- Đo cơ tính và phân tích tổ chức tế vi

- Phân tích, nghiên cứu để tìm ra tỉ lệ EVA trong hỗn hợp PBT/EVA tối ưu nhất phù

hợp với yêu cầu cơ tính của sản phẩm thực tế

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu dựa trên kết quả độ bền kéo, độ bền va đập và tổ chức tế vi của nhựa PBT và hỗn hợp nhựa PBT/EVA

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của EVA đến cơ tính của hỗn hợp PBT/EVA

- Thay đổi tỷ lệ thành phần EVA trong hỗn hợp PBT/EVA

- Quy hoạch thực nghiệm tìm ra mối liên hệ của EVA với sự thay đổi của cơ tính

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: Nhựa PBT, nhựa EVA và hỗn hợp nhựa PBT/EVA

- Phạm vi nghiên cứu: Tỷ lệ EVA 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% trong hỗn hợp

nhựa PBT/EVA Độ bề kéo, độ bền va đập, và tổ chức tế vi

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Ngành công nghiệp nhựa

Chất dẻo, hay còn gọi là nhựa hoặc polymer, được dùng làm vật liệu sản xuất nhiều loại vật dụng góp phần quan trọng vào phục vụ đời sống con người cũng như phục vụ cho sự phát triển của nhiều ngành và lĩnh vực kinh tế khác như; điện, điện tử, viễn thông, giao thông vận tải, thủy sản, nông nghiệp v.v Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, chất dẻo còn được ứng dụng và trở thành vật liệu thay thế cho những vật liệu truyền thống tưởng chừng như không thể thay thế được là gỗ, kim loại, silicat Do đó, ngành công nghiệp Nhựa ngày càng có vai trò quan trọng trong đời sống cũng như sản xuất của các quốc gia

Hình 2.1: Số kg nhựa tiêu thụ trên đầu người từ năm 2010-2015

Trên thế giới cũng như ở Việt Nam, ngành công nghiệp Nhựa dù còn non trẻ so với các ngành công nghiệp lâu đời khác như cơ khí, điện - điện tử, hoá chất, dệt may … nhưng đã có sự phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây Ngành Nhựa giai đoạn

2010 – 2015, là một trong những ngành công nghiệp có tăng trưởng cao nhất Việt Nam với mức tăng hàng năm từ 16% – 18%/năm (chỉ sau ngành viễn thông và dệt may), có những mặt hàng tốc độ tăng trưởng đạt gần 100% Với tốc độ phát triển nhanh, ngành Nhựa đang được coi là một ngành năng động trong nền kinh tế Việt Nam Sự tăng trưởng

đó xuất phát từ thị trường rộng, tiềm năng lớn và đặc biệt là vì ngành nhựa Việt Nam mới chỉ ở bước đầu của sự phát triển so với thế giới và sản phẩm nhựa được phát huy

sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của đời sống bao gồm sản phẩm bao bì nhựa, sản phẩm nhựa vật liệu xây dựng, sản phẩm nhựa gia dụng và sản phẩm nhựa kỹ thuật cao

Năm 2015, ngành Nhựa sản xuất và tiêu thụ gần năm triệu tấn sản phẩm Nếu sản phẩm nhựa tính trên đầu người năm 1990 chỉ đạt 3,8 kg/năm thì nay đã tăng lên 41 kg/năm Mức tăng này cho thấy nhu cầu sử dụng sản phẩm của ngành Nhựa ở trong nước ngày một tăng lên Đến nay toàn ngành Nhựa Việt Nam gồm khoảng hơn 2.000 doanh nghiệp trải dài từ Bắc vào Nam và tập trung chủ yếu ở Tp.HCM (tại Tp.HCM chiếm hơn 84%) thuộc mọi thành phần kinh tế với hơn 99,8% là doanh nghiệp tư nhân Sản phẩm của ngành Nhựa rất đa dạng và ngày càng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, nhiều ngành Trong lĩnh vực tiêu dùng, sản phẩm từ nhựa được sử dụng làm bao bì đóng gói các loại, các vật dụng bằng nhựa dùng trong gia đình, văn phòng phẩm, đồ chơi v.v Trong các ngành kinh tế khác, các sản phẩm từ nhựa cũng được sử dụng ngày càng phổ biến; đặc biệt trong một số ngành, nhựa còn trở thành một nguyên liệu thay thế cho các nguyên liệu truyền thống, như trong xây dựng, điện - điện tử v.v

2.2 Giới thiệu về nhựa PBT và nhựa EVA

2.2.1 Tổng quan về nhựa PBT

PBT (polybutylene terephthalate) là một polyme tinh thể nhiệt dẻo đồng thời là một loại polyeste PBT được nghiên cứu phát triển bởi Britain’s Imperial Chemical Industries (ICI) Công thức hóa học (C12H12O4)n với tên IUPAC là Poly (oxy-1,4-butanediyloxycarbonyl-1,4-phenylenecarbonyl)

Hình 2.2: Công thức phân tử và hình dạng thực tế của hạt nhựa PBT

PBT có nhiều đặc tính ưu việt như kháng dung môi, độ cứng cao và thời gian chu kỳ ngắn trong quá trình ép phun PBT có tính chất nhiệt, cơ học và độ ổn định kích thước vượt trội nên nó được sử dụng rộng rãi nhất trong các ứng dụng khác nhau như vật liệu

kỹ thuật và điện tử

Những ưu điểm lớn của PBT đáng chú ý:

o Khả năng chống biến dạng theo thời gian ở nhiệt độ ổn định và tăng dần

o Ngăn chặn bức xạ UV và sự lão hóa do nhiệt

o Đáp ứng yêu cầu của nhiều cơ quan và tổ chức cho các ứng dụng trong thực phẩm, y

tế và nước uống, cũng như các thông số kỹ thuật hiệu suất chuyên biệt

PBT có khả năng chống hóa chất mạnh mẽ đối với một loạt các hóa chất như axit pha loãng, rượu, hydrocarbon thơm, ketones, dung môi, dầu và mỡ, v.v Điều này làm cho nó phù hợp để sử dụng để sản xuất các bộ phận nhựa tiếp xúc với dung môi hữu cơ, xăng, dầu và do đó tránh xói mòn sau thời gian

Bằng cách kết hợp chất độn, vật liệu gia cố và phụ gia trong quá trình kết hợp, tính chất vật liệu có thể được điều chỉnh theo yêu cầu Chất ổn định UV loại benzotriazole thường được sử dụng với PBT vì nó ít có màu và mang lại sự ổn định màu sắc tốt Một số nhược điểm của PBT:

o Độ co rút cao

o Khả năng chống thủy phân kém (nhạy cảm với nước nóng)

o Dễ bị biến dạng do co rút không đồng đều

o PBT không được gia cố chịu va đập có khía kém

o Nhiệt độ biến dạng thấp (60°C /140°F) so với các vật liệu cạnh tranh khác Một số ứng dụng của nhựa PBT:

o Hạt nhựa PBT là một trong những nguyên liệu được sử dụng nhiều nhất trong các sản phẩm cách điện Ví dụ điển hình chính là ổ cắm điện gia dụng, ô tô, vật liệu

o PBT còn được sử dụng để sản xuất bàn là hơi nước, vòi sen nhà tắm

o Thậm chí nó còn được sử dụng là bàn chải đánh răng, lông mi giả Nhờ trong thành phần của chúng không chứa chất độc hại, thân thiện với môi trường xung quanh

o Nhờ tính năng chống mài mòn, chống UV, độ cứng tốt Nên nhựa PBT còn được

sử dụng làm bàn phím máy tính

o Dòng hạt nhựa chuyên dụng này còn được sử dụng rất nhiều trong việc sản xuất dụng cụ bể bơi Nhờ tính năng kháng nước và kháng Clo cực kỳ tốt

o PBT còn là một trong những nguyên vật liệu nhựa có tính chống cháy, độ cứng cao Vì thế, nó được sử dụng để sản xuất bộ phận cho: Xe hơi, xe máy, tua bin, fan tản nhiệt, đồ điện gia dụng…

o Thậm chí nhựa PBT chính hãng còn được sử dụng làm Bảng vi mạch điện từ kỹ thuật cao trong các ngành điện tử

o Ngoài ra, chúng còn được coi là nguyên vật liệu không thể thiếu trong việc Sản xuất tấm lót và vách ngăn chống tĩnh điện, chống thấm

o Nó còn là vật liệu hỗ trợ đắc lực trong các ứng dụng thi công quảng cáo, nội thất xây dựng

2.2.2 Tổng quan về nhựa EVA

Hình 2.3: Công thức phân tử và hình dạng thực tế của hạt nhựa EVA

Etylen-vinyl axetat (EVA), còn được gọi là poly (etylen-vinyl axetat) (PEVA), là chất đồng trùng hợp của etylen và vinyl axetat Phần trăm trọng lượng của vinyl axetat

thường thay đổi từ 10 đến 40%, phần còn lại là etylen

 Tỷ lệ VA thấp

Chất đồng trùng hợp EVA, có tỷ lệ VA thấp (khoảng 4%), có thể được gọi là polyetylen biến tính vinyl axetat Nó là một chất đồng trùng hợp và được xử lý như một vật liệu nhựa nhiệt dẻo - giống như polyetylen mật độ thấp Nó có một số đặc tính của polyetylen mật độ thấp Nói chung được coi là một vật liệu không độc hại Khi có tỉ lệ

VA thấp thì các đặc tính của EVA tương tự như PE

 Tỷ trọng VA trung bình

Chất đồng trùng hợp EVA, có tỷ lệ VA trung bình (khoảng 4 đến 30%), được gọi là chất đồng trùng hợp etylen-vinyl axetat nhựa nhiệt dẻo và là một vật liệu đàn hồi dẻo nhiệt Nó không được lưu hóa nhưng có một số đặc tính của cao su hoặc của polyvinyl

clorua dẻo, đặc biệt ở đầu cao hơn của dãy Có thể được lấp đầy và cả vật liệu đã được lấp đầy và chưa được lấp đầy đều có đặc tính tốt ở nhiệt độ thấp và dai

o Thân thiện với môi trường

Nhựa EVA không chứa hàm lượng Clo nên khi đốt cháy cũng không sản sinh ra khí Dioxin (một loại chất cực độc với cơ thể con người) Ngoài ra EVA còn có thể tái chế được, EVA được coi là loại vật liệu Eco – loại vật liệu thân thiện môi trường

o Có tính mềm dẻo và đàn hồi

EVA có tình mềm dẻo và đàn hồi cực tốt Ngay cả trong điều kiện nhiệt độ thấp thì

nó cũng rất khó bị cứng lại Sử dụng EVA ở những nơi có điều kiện nhiệt độ thấp thì EVA vẫn giữ được đặc tính mềm dẻo vốn có

o Tính bền

EVA có tính bền dưới các tác động khác nhau của khí hậu cũng như điều kiện sử dụng EVA bên trong môi trường nước, bền đối với tác động của Ozon, bền với tác động của tia cực tím

o An toàn với cơ thể người

EVA là loại nhựa an toàn đối với cơ thể người, trong thực tế có rất nhiều sản phẩm dành cho trẻ em được sản xuất từ EVA trên thế giới Trẻ có cho vào miệng hay ngậm phải các sản phẩm từ EVA cũng không có ảnh hưởng gì đến sức khỏe

Bên cạnh những ưu điểm thì song song với đó EVA cũng tồn tại một số nhược đểm:

o Độ bền kéo kém hơn so với các sản phẩm thay thế của nó

o Cùng với đó là khả năng chống biến dạng nhiệt độ thấp hơn

o Nhựa EVA còn có khả năng kháng hóa chất kém và các đặc tính rào cản, so với các đối thủ cạnh tranh

o Nhạy cảm với nhiệt trong xử lý và vận chuyển

Trong cuộc sống nhựa EVA được dùng nhiều nhất là trong ba lô và giầy dép Đặc tính xốp nở của EVA giữ được tính hấp thụ tác động và tính ổn định nên góp phần tạo nên những chức năng và sự cao cấp cho bao lô và giày dép

Thêm nữa, độ cứng và độ nở của EVA không giống nhau nên có thể sản xuất được nhiều chủng loại tấm EVA khác nhau, nên có thể dùng những chế phẩm đó để gia công hoặc sử dụng như nội dung dưới đây và phạm vi sử dụng của nó liên tục được phát triển rộng rãi Ví dụ một số ứng dụng thực tiễn:

o Dùng cho vật dụng an toàn hoặc dụng cụ bảo hộ trong sản phẩm giải trí hoặc thể thao

o Đồ dùng văn phòng hoặc tay nắm có nhu cầu lót miếng đệm

o Hàng linh tinh như quần áo, giỏ xách, ba lô…

o Miếng chống va đập MAT dùng cho trung tâm thể thao hoặc lót sàn

o Dùng trong vật liệu xây dựng như vật liệu cách âm, cách nhiệt, cách điện

o Vật liệu bao bì đóng gói

o Vật liệu bổ sung trong công nghiệp

o Vật liệu trong ngành thêu

o Vật dụng nội thất và sản phẩm giảm tác động trong xe hơi

2.3 Vật liệu trộn hợp Polymer

Trộn hợp polyme có thể được định nghĩa là một hỗn hợp của hai hoặc nhiều

polyme/copolyme và giữa các polyme/copolyme đó không có liên kết đồng hóa trị [11] Trong một nghiên cứu của Rao, trộng hợp polyme là một hỗn hợp của hai hay nhiều polyme, trong đó hàm lượng của polyme thứ 2 không nhỏ hơn 2% [12]

Nhằm mục đích cải thiện những yếu điểm của nhựa PBT cũng nhưa nhiều loại

polyme khác thì phương pháp được sử dụng phổ biến và cũng được chứng minh đó là trộn hai hay nhiều loại polymer lại với nhau nhằm tạo ra một hỗn hợp có ưu điểm so với các polymer thành phần Đã có nhiều nghiên cứu chứng minh điều này

Trong nghiên cứu của W.R Hale và cộng sự về ảnh hưởng chất phụ gia và nhựa ABS đến tính chất của hỗn hợp PBT/ABS cho thấy ABS có khản năg tương thích và làm tăng độ cứng của hỗn hợp PBT/ABS Bên cạnh đó việc bổ sung các chất phụ gia giúp cải thiện sự phân tán ABS và làm giảm nhiệt độ chuyển tiếp dẻo-dòn cho hỗn hợp PBT/ABS [13]

Trong một nghiên cứu khác của Hansong Li và cộng sự về so sánh ba mạng dẫn điện giữa các bề mặt được hình thành từ hỗn hợp PA6 / PBT chứa carbon đen Đã cho thấy ba loại mạng dẫn điện hiệu quả cao được hình thành trên cơ sở nội địa hóa bề mặt của carbon đen (CB) trong hỗn hợp polyamide 6 (PA6) / poly (butylene terephthalate) (PBT) Bên cạnh đó vật liệu tổng hợp PA6 / PBT-6% thể tích CB đều cho thấy độ bền kéo được cải thiện so với hỗn hợp PA6 / PBT [14]

Trong bài nghiên cứu của Shulin Sun và các cộng sự, SEM cho thấy sự phân tán rất tốt của các hạt ABS-g-GMA trong hỗn hợp PBT / PC và kích thước pha phân tán của

PC giảm do hiệu ứng tương hợp của ABS-g-GMA Các đặc tính cơ học cho thấy rằng việc bổ sung 10% trọng lượng ABS-g-GMA là đủ để tạo ra hiện tượng siêu bền đối với hỗn hợp PBT / PC và đạt được cường độ va đập hơn 1000J/m [15]

2.3.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính của vật liệu trộn hợp Polime

- Cấu trúc hình thái (thể hiện cấu trúc trên phân tử của vật liệu)

- Tính tương hợp (liên quan đến sự tạo thành pha tổ hợp ổn định và đồng thể từ hai hay nhiều loại polyme thành phần)

- Khả năng trộn hợp (liên quan đến khả năng trộn lẫn polyme thành phần trong những điều kiện nhất định tạo thành những tổ hợp đồng thể hoặc dị thể) Trong

đó, tính tương hợp của các cấu tử thành phần có vai trò quan trọng trong việc quyết định tính chất của polyme blend

- Ở một số loại polyme blend, các cấu tử có thể tự hòa trộn vào nhau tới mức độ phân tử và cấu trúc này tồn tại ở trạng thái cân bằng, người ta gọi những hệ này

là những hệ tương hợp về mặt nhiệt động học Những tổ hợp polyme trong đó tồn tại những pha khác nhau dù rất nhỏ (micro) gọi là tổ hợp không tương hợp

2.3.2 Phân loại vật liệu trộn hợp Polyme

Polyme blend có thể chia làm 3 loại theo sự tương hợp của các polyme thành phần [11,16]:

- Polyme blend trộn lẫn và tương hợp hoàn toàn: có entanpy nhỏ hơn không do có các tương tác đặc biệt và sự đồng nhất được quan sát ở mức độ phân tử Đặc trưng của hệ này là chỉ có một giá trị nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) nằm ở khoảng giữa Tg của hai pha thành phần

- Polyme hợp blend trộn lẫn và tương một phần: một phần polyme này tan trong polyme kia, ranh giới phân chia pha không rõ ràng Cả hai pha polyme (một pha giàu polyme 1, một pha giàu polyme 2) là đồng thể và có hai giá trị Tg Cả hai giá trị Tg chuyển dịch từ giá trị Tg của polyme thành phần ban đầu về phía polyme kia

- Polyme blend không trộn lẫn và không tương hợp: hình thái pha rất thô, không mịn, ranh giới phân chia pha rõ ràng, bám dính bề mặt hai pha rất tồi, có hai giá trị Tg riêng biệt ứng với giá trị Tg của polyme ban đầu

2.3.3 Các trộn lẫn và không tương hợp của vật liệu trộn hợp polimer

Việc làm sao để biết 2 vật liệu polymer khác nhau có trộn hợp được với nhau hay không được đánh giá dựa trên khả năng hoà trộn (miscibility) và khả năng tương hợp (compatibility) của các polymer

Khả năng hoà trộn (miscibility) của các polymer thể hiện sự trộn hợp của các polymer ở mức độ phân tử và tạo thành hệ vật liệu polymer đồng thể, một pha [E] Khi

đó, mức độ phân tán của một polymer trong polymer nền đạt kích thước phân tử hay kích thước nanomet Nhiều tính chất quan trọng và ưu điểm nổi trội của hỗn hợp polymer liên quan với đặc tính này của hệ Khi các polymer thành phần không có khả năng trộn hợp về mặt nhiệt động, hệ các polymer sẽ xảy ra hiện tượng tách pha

Khả năng tương hợp (compatibility) của các polymer thể hiện khả năng trộn các polymer vào nhau bằng một biện pháp kỹ thuật hay công nghệ nào đó để tạo thành một

hệ vật liệu polymer mới đáp ứng các chỉ tiêu đề ra như tăng cường các tính chất cơ lý,

độ bền nhiệt, tính chất điện môi, độ bền dung môi, …

Để đánh giá khản năng tương hợp của một hỗn hợp polymer thường được căn cứ vào các thông tin được tổng hợp từ nhiều phương diện khác nhau như như quan sát bề mặt, cấu trúc hình thái học, năng lượng tương tác tự do giữa các polymer, tính chất điện, tính chất cơ lý, tính chất nhiệt, tính chất quang, khả năng hòa tan Dưới đây là một số phương pháp được sử dụng phổ biến [17]:

 Phương pháp dựa trên nhiệt độ thủy tinh hóa

Nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) của polymer chính là nhiệt độ mà ở đó polymer chuyển

từ trạng thái cứng, giòn sang mềm, dễ uốn và ngược lại Nó phản ánh sự linh động, mềm dẽo của các mạnh phải phân tử polymer Để xác định Tg của polymer, thường dựa vào

các phương pháp xác định thể tích riêng, modun đàn hồi, nhiệt lượng vi sai quét (DSC), phân tích cơ nhiệt động (DMTA)…

Xác định Tg của một polimer là cơ sở để đánh giá mức độ trộn hợp của 2 hay nhiều polymer khác nhau Nếu trong 1 hỗn hợp các polyme tách biệt thì có nghĩa là 2 polyme

đó không tương hợp và có hiện tượng tách pha polymer Nếu hỗn hợp có chỉ số Tg nằm trong khoảng Tg của 2 polymer thành phần và Tg của 2 polymer đó không chênh lệch quá nhiều thì 2 polymer đó tương hợp hoàn toàn

 Phương pháp dựa vào độ nhớt của polymer

Để đánh giá sự tương hợp của các polymer, đo độ nhớt của polymer là một trong những phương pháp quan trọng, từ đó có thể dự đoán được khả năng tương hợp của các polymer Tương tác đẩy giữa các polymer hòa tan trong một dung môi chung có thể gây

ra sự co rút các bó, các cuộn của các đại phân tử polymer và do đó làm giảm độ nhớt của hỗn hợp polymer so với độ nhớt của polymer thành phần Trong trường hợp này, hai polymer không có khả năng tương hợp Ngược lại, khi các đại phân tử của hai polymer có tương tác hóa học và vật lý, kích thước phân tử cũng như độ nhớt của dung dịch polymer tăng lên Trong trường hợp này, hai polymer có khả năng tương hợp một phần

 Phương pháp giản đồ pha

Xây dựng giản đồ pha của polymer theo tỷ lệ của các polymer thành phần là một cách hiệu quả để thấy được khả năng tương hợp của polymer Qua đó có thể thấy được các polymer có tương hợp tốt, tương hợp một phần hoặc không tương hợp

Để xây dựng giản đồ pha, người ta thường dựa vào độ đục/độ mờ Nhờ xác định điểm đục hay điểm mờ của hỗn hợp polymer có thể vẽ được đường cong điểm mờ theo thành phần hỗn hợp polymer Điểm mờ chính là nhiệt độ mà ở đó cường độ tán xạ ánh sáng thay đổi bất ngờ Sự mờ hay đục chính là kết quả của tán xạ ánh sáng do sự tách pha của polymer

 Phương pháp dựa vào hình ảnh tổ chức tế vi quan sát từ kính hiển vi điện tử

Phương pháp ảnh hiển vi điện tử rất thích hợp để nghiên cứu hình thái cấu trúc của polyme blend Nó là công cụ quan trọng để xác định mức độ tương hợp của các polyme trong polyme blend Dựa vào ảnh tổ chức tế vi của hỗn hợp Polyme, có thể quan sát thấy

sự đồng nhất và không đồng nhất, sự đồng thể và dị thể, sự liên tục và không liên tục

của các pha polyme trong polyme blend Các phương pháp phổ biến để xác định hình hình thái cấu trúc của polyme blend là phương pháp quét bằng kính hiển vi điện tử (SEM), hiển vi điện tử truyền qua (TEM)…

 Phương pháp dựa vào mômen xoắn của polymer ở trạng thái nóng chảy

Mômen xoắn ở trạng thái nóng chảy của một polymer hay hỗn hợp các polymer có quan hệ chặt chẽ với độ nhớt tương đối của polymer thành phần Khảo sát sự biến đổi mômen xoắn của polymer ở trạng thái nóng chảy là một trong những phương pháp đáng tin cậy để đánh giá sự tương tác của các polymer thành phần Đây là cơ sở để dự đoán

sự tương hợp hay không tương hợp của các polymer

 Phương pháp dựa vào nhiệt độ nóng chảy

Nếu hỗn hợp polymer thu được giữ nguyên nhiệt độ nóng chảy của các polyme thành phần thì các polyme này không tương hợp Nếu hỗn hợp polyme thu được có nhiệt

độ nóng chảy chuyển dịch so với các nhiệt độ nóng chảy của các polyme ban đầu thì sự tương hợp không hoàn toàn Nếu hỗn hợp polyme chỉ có một nhiệt độ nóng chảy nhất định là sự tương hợp hoàn toàn

 Phương pháp quan sát hình dạng bên ngoài của sản phẩm thu được ở trạng thái nóng chảy

Nếu các tấm mỏng thu được bị mờ thì các polyme không tương hợp Nếu tấm mỏng thu được trong suốt thì các polyme có thể tương hợp

 Phương pháp dựa vào chiều dày bề mặt tiếp xúc giữa hai pha polymer

Khi đặt các màng polyme lên nhau và gia nhiệt tới nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của chúng, nếu hai polyme tương hợp thì chiều dày bề mặt tiếp xúc hai pha sẽ giảm theo thời gian

2.3.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến vật liệu trộn hợp Polime

Những tính chất của vật liệu trộn hợp Polyme được quyết định bởi sự tương hợ của các polymer thành phần trong hỗn hợp polymer Từ những kết quả nghiên cứu được người ta đã đưa ra những nguyên nhân làm ảnh hưởng đến khản năng tương hợp của hỗn hợp polymer như sau [12]:

- Bản chất hóa học và cấu trúc phân tử của các polyme

- Khối lượng phân tử và sự phân bố của khối lượng phân tử

- Tỷ lệ các cấu tử trong tổ hợp

- Năng lượng bám dính ngoại phân tử

bề mặt bên cạnh việc chọn chế độ chuẩn bị và gia công thích hợp cho từng loại tổ hợp thông qua việc khảo sát tính lưu biến của tổ hợp vật liệu

2.3.5 Các phương pháp chế tạo vật liệu trộn hợp polymer

Việc tạo ra các vật liệu trộn hợp polymer ngoài việc tạo ra loại vật liệu có tính chất mới thì ngoài ra còn cần các lý do đến từ thực tiễn như là yêu cầu kĩ thuật, cơ tính của sản phẩm, giá thành vật liệu tạo ra

Đối với các polyme có bản chất hóa học giống nhau sẽ dễ phối hợp với nhau còn những polyme khác nhau về cấu tạo hóa học cũng như độ phân cực sẽ khó trộn hợp với nhau Trong trường hợp này ta phải dùng các chất làm tương hợp Mặt khác, trong vật liệu tổ hợp, cấu tử kết tinh một phần làm tăng độ bền hóa chất, độ bền hình dạng dưới nhiệt độ và độ bền mài mòn Phần vô định hình làm tăng độ ổn định kích thước cũng như độ bền nhiệt với tải trọng

Một số phương pháp chế tạo vật liệu trộn hợp polyme:

 Chế tạo vật liệu trộn hợp polyme ở trạng thái nóng chảy

Phương pháp này kết hợp các yếu tố cơ – nhiệt, cơ – hóa và tác động cưỡng bức lên các polyme thành phần, phụ gia Thiết bị trộn hợp (blend hóa) các polyme ở trạng thái nóng chảy là các thiết bị gia công nhựa nhiệt dẻo (máy ép đùn, máy ép phun…) Để tạo được polyme blend có tính chất mong muốn người ta thường tối ưu hóa các thong số công nghệ như thời gian sấy nguyên liệu trước khi trộn, nhiệt độ, tốc độ, thời gian trộn… sản phẩm thu được từ phương pháp này thường tồn tại ứng suất dư, là cho sản phẩm có

xu hướng tự tách pha, chống lại sự cưỡng bức của quá trình gia công Do vậy cần có thời gian để vật liệu “tự điều chỉnh” trạng thái [11]

 Chế tạo vật liệu trộn hợp polyme từ dung dịch trộn hợp polyme

Yêu cầu của phương pháp này là các polyme thành phần phải hòa tan tốt với nhau trong cùng một dung môi hoặc trong các dung môi có khả năng trộn lẫn với nhau Có thể kèm theo quá trình khuấy ở nhiệt độ cao và gia nhiệt trong thời gian dài để tạo điều kiện cho các polyme phân tán vào nhau tốt hơn Sau khi thu được màng polyme blend cần phải đuổi hết dung môi bằng các phương pháp khác nhau (sấy ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp) tránh để màng bị rạn nứt, bị phân hủy nhiệt hay phân hủy oxy hóa nhiệt [13]

 Chế tạo vật liệu trộn hợp polyme từ hỗn hợp latex polyme

Phần lớn các sản phẩm polyme trùng hợp trong nhũ tương tồn tại dưới dạng latex có môi trường phân tán là nước Quá trình trộn các latex dễ dàng và polyme thu được có hạt phân tán đều vào nhau [18]

Nhược điểm của phương pháp này: khó tách hết các chất nhũ hóa, các phụ gia như nước ra khỏi polyme blend Vì vậy các tính chất cơ, lý, hóa, nhiệt, điện của polyme blend giảm đi [18]

2.3.6 Ưu điểm và ứng dụng của vật liệu trộn hợp polime

a Ưu điểm

Vật liệu trộn hợp polyme có những ưu điểm như sau:

- Tạo ta được vật liệu có tính chất mới một cách nhanh chóng, tiết kiệm được kinh phí, thời gian so với việc nghiên cứu để tạo ra một vật liệu mới vì có thể sử dụng những vật liệu đã được tạo ra trước đó

- Vật liệu trộn hợp polime hội tụ các tính chất nổi bật hoặc nâng cao các tính chất có sẵn ở các polime thành phần do đó mà nó đáp ứng được những yêu cầu kĩ thuật và cơ tính của hầu như tất các sản phẩm của các ngành công nghiệp khác nhau

- Vật liệu trộn hợp polyme được tạo ra giúp giảm giá thành của vật liệu, cải thiện tính chất của polyme thành phần nhờ vậy mà các sản phẩm được tạo

ra sẽ có giá thành rẻ hơn và cơ tính, tính chất tốt hơn

b Ứng dụng

Vật liệu trộn hợp polymer được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực kĩ thuật trong đời sống hằng ngày Tùy vào yêu cầu kĩ thuật, hay đặc tính của sản phẩm mà yêu cầu mỗi loại polime hay hỗn hợp polyme khác nhau từ đó mà yêu cầu về các vật liệu

trộn hợp mới ngày càng cao Từ những đặc trưng riêng của từng loại polyme mà được ứng dụng vào nhiều mặt khác nhau trong đời sống:

- PPS/PTFE có khản năng chống chịu hóa chất được ứng dụng trong sản xuất van, lớp lót,

- PBT/Elastome có tính bền và chống hóa chất được sử dụng trong các chi tiết bên ngoài xe, dụng cụ thể thao,

- PA/PE bền hóa chất, bền ở nhiệt độ cao, trơn được ứng dụng trong sản xuất bình xăng xe, bình chứa, ổ bánh xe, then cài cửa nhanh,

- ABS/PA bền hóa chất, bền hình dạng, tính bền được ứng dụng trong phụ tùng ngoài ô tô, bộ phận nối,

- POM/Elastome có tính bền và bền hóa chất được ứng dụng trong sản xuất bánh răng, bộ truyền động của cơ cấu mở cửa xe,

- Poly metyl acrilat và poly metyl metacrilat là những polyme rắn, không màu được điều chế bằng cách trùng hợp các este tương ứng Chúng thường được dùng để sản xuất các tấm, màng, làm keo dán, da nhân tạo,…

2.3.7 Hỗn hợp PBT/EVA blend

Polybutylene terephthalate (PBT) là một loại nhựa kỹ thuật nhiệt dẻo bán tinh thể PBT có nhiều đặc tính ưu việt như kháng dung môi, độ cứng cao và thời gian chu kỳ ngắn trong quá trình ép phun PBT có tính chất nhiệt, cơ học và độ ổn định kích thước vượt trội nên nó được sử dụng rộng rãi nhất trong các ứng dụng khác nhau như vật liệu

kỹ thuật và điện tử Bên cạnh những ưu điểm đó thì PBT cũng có những nhược điểm về

độ bền va đập thấp, nhiệt độ biến dạng,

Etylen-vinyl axetat (EVA) là chất đồng trùng hợp của etylen và vinyl axetat, là một loại polime nhiệt giẻo EVA có tính mềm dẻo, đàn hồi, độ bền cao, có thể làm việc trong môi trường từ -60°C đến 65°C và đặc biệt EVA có độ bền va đập rất cao Ngoài những ưu điểm kể trên thì EVA cũng có một số nhược điểm như độ bền kéo thấp, khản năng chống biến dạng nhiệt và kháng hóa chất kém,

PBT là nhựa có cơ tính tốt tuy nhiên nó khá giòn đồng nghĩa với độ bền va đập thấp Vật liệu trộn hợp PBT/EVA được tạo ra nhằm mục đích cải thiện độ bền va đập cho PBT Điều này cũng đã được một số nghiên cứu chứng minh là có hiệu quả Trong một bài nghiên cứu của Cong Meng và cộng sự tại đại học công nghệ Nam Trung Quốc,

đã cho ra kết quả nghiên cứu về độ về va đập của hỗn hợp PBT/EVA sau quá trình nghiên cứu Kết quả cho thấy sau khi bổ sung EVA thì độ bền va đập đã tăng lên đáng

kể Theo đó, so với PBT nguyên sinh thì hỗn hợp PBT/EVA (80/20) đã tăng gần 300%

từ điều hày cho thấy hiệu quả mà EVA mang lại cho hỗn hợp nhựa [10]

Một số bài báo khác, nghiên cứu về sự tương hợp giữa PBT và EVA Điển hình, Pilati và cộng sự nghiên cứu dựa trên phương pháp trộn PBT, EVA với rượu ethylene hoặc đồng trùng hợp ethylene vinyl acetate-vinyl [19] Song song với nó, Roberto Scaffaro và cộng sự nghiên cứu về Sự tương hợp của PBT / EVA Hỗn hợp với chất đồng trùng hợp axit Ethylene-acrylic và Bis-Oxazoline có khối lượng mol thấp [20] Trong 2 bài báo trên điểm chung là đều nghiên cứu về khản năng tương thích của hỗn hợp và kết quả đều cho thấy khản năng tương hợp tốt của PBT và EVA

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM 3.1 Các tỷ lệ của hỗn hợp nhựa được sử dụng trong thí nghiệm

Hạt nhựa PBT (polybutylene terephthalate) và hạt nhựa EVA (Etylen-vinyl axetat) được trộn theo tỷ lệ như bảng 2.1

Bảng 3.1: Tỷ lệ hỗn hợp nhựa được sử dụng để thí nghiệm (%)

3.2 Máy ép phun sử dụng trong ép mẫu

Sử dụng máy ép phun nhựa SW-120B

Hình 3.1: Máy ép phun nhựa SW-120B

3.3 Chuẩn bị cho ép thử mẫu

3.4 Quy trình ép sản phẩm

 Bước 1: Sấy nhựa PBT

Hình 3.4: Buồng sấy nhựa

 Bước 2: Gá khuôn lên máy ép phun

Hình 3.5: Gá khuôn hoàn chỉnh lên máy ép phun

 Bước 3: Trộng nhựa theo tỷ lệ

Bảng 3.2: Tỷ lệ khối lượng nhựa PBT/EVA

Mẫu PBT

(%)

HDPE (%)

Tổng khối lượng nhựa 1 lần ép (g)

3.5 Đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638

ASTM là viết tắt của cụm từ “American Society for Testing and Materials”, Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ ASTM International là tổ chức tiêu chuẩn quốc tế lớn nhất trên thế giới ra đời vào năm 1898 Tổ chức này đặt ra các tiêu chuẩn thống nhất,

tự nguyện giữa các nhà sản xuất, khách hàng và người dùng khắp thế giới

ASTM giống như một giấy thông hành trong chiến dịch thương mại toàn cầu hóa của một doanh nghiệp ASTM đều có thể góp phần làm nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp cho dù đó là doanh nghiệp lớn hay nhỏ Các tiêu chuẩn do ASTM lập

ra gồm 6 chủ đề chính, hàng năm tổ chức ASTM đều xuất bản sách tiêu chuẩn ASTM bao gồm 15 lĩnh vực

Một số phương pháp thử kéo:

● ASTM-D638 - Phương pháp thử tiêu chuẩn đối với các đặc tính của nhựa

● ASTM-D412 - Phương pháp tiêu chuẩn cho cao su lưu hóa và chất đàn hồi

● ASTMD882 - Phương pháp thử tiêu chuẩn cho tính chất kéo của tấm nhựa mỏng ● ISO-1421 Vải bọc cao su hoặc plastic - Xác định độ bền kéo và độ giãn dài khi nghỉ

● ISO-37 - Cao su lưu hóa hoặc nhựa nhiệt dẻo - Xác định tính căng thẳng của ứng suất, …

BB

Hình 3.7: Kích thước của mẫu đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638

Hình 3.8: Mẫu chuẩn bị để kiểm tra độ bền kéo

Đo độ bền uốn cần đảm bảo độ chính xác cao nên chúng tôi đo mỗi tỉ lệ 10 mẫu tổng cộng có 60 mẫu cần đo Mẫu trước khi đo cần làm sạch và đo ở môi trường có nhiêt

độ 23 ± 20C, độ ẩm 50 ± 5%

 Máy đô độ bên kéo

\

Hình 3.9: Máy đô độ bền kéo Testometric

Máy đo thử nghiệm đang được sử dụng ở hầu hết các quốc gia trên toàn thế giới

và được dùng trong hầu hết các ngành công nghiệp để kiểm tra độ bền kéo, nén thông thường và công việc nghiên cứu và phát triển

Máy kiểm tra testometric là sự kết hợp giữa thiết kế cơ học đã được kiểm chứng và

hệ thống điều khiển điện tử tích hợp cao mới nhất Ngoài ra, Testometric có thể cung cấp các loại máy đặc biệt bao gồm ngàm rộng, hành trình kéo dài và cấu hình ngang theo yêu cầu cụ thể của khách hàng

Máy sử dụng phần mền winTest bao gồm một loạt các kỹ thuật kiểm tra tiêu chuẩn

và cơ sở cần thiết để thực hiện và lưu trữ các phương pháp kiểm tra bổ sung Tất cả dữ liệu thử nghiệm có thể được lưu trữ tự động và có thể dễ dàng xuất sang các file mềm

Bảng 3.3: Bảng thông số khi thực hiện kéo

Các bước tiến hành thí ngiêm:

 Bước 1: Thiết lập các thông số máy trước khi kiểm tra độ bền kéo

 Bước 2: Đặt mẫu vào hàm kẹp và kẹp chặt mẫu lại bằng hệ thống khí nén

Hình 3.11: Mẫu sau khi đo bị kéo đứt

 Bước 5: Gỡ mẫu ra khỏi ngàm kẹp

Hình 3.12: Hình ảnh các mẫu trước và sau khi đo độ bền kéo

3.6 Đo độ bền va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256

Hình 3.14: Hình ảnh thực tế của mẫu trước khi đo độ bền va đập

Theo tiêu chuẩn ASTM D256, để đạt được độ chính xác cao, ở mỗi tỷ lệ cần kiểm tra ít nhất 10 mẫu Vậy nên tổng số mẫu cho 6 tỷ lệ là 60 mẫu Mẫu trước khi đo cần làm sạch và đo ở môi trường có nhiêt độ 23 ± 20C, độ ẩm 50 ± 5%

 Máy đô độ bền va đập

Hình 3.15: Máy đo độ bền va đập Tinius Olsen IT504

Máy đo độ bền va đập có số hiệu IT504 của hãng Tinius Olsen – USA bao gồm bộ điềm khiển kĩ thuật số 104 - đây là bộ điều khiển cho phép tính toán nhanh chóng, chính xác đáp ứng được hầu hết các nhu cần thí nghiệm Năng lượng va đập cơ bản của máy

là 2,82J với chiều cao chuẩn là 610mm, vận tốc va đập tương ứng là 3,46m/s Tuy nhiên với thiết kế khí động học cho phép hạ chiều cao của búa, đáp ứng nhu cầu kiểm tra va đập nhỏ hơn mức 2,82J là 2,75J đến 2J với vận tốc tương ứng là 3,14m/s và 2,91m/s Năng lượng va đập có thể dễ dàng thay đổi đến 25J bằng các sử dụng các bộ tải trọng

khác nhau khi gắn lên búa Máy có cấu trúc vững chắc với thiết kế khí động học đảm bảo độ chính xác va đập và đảm bảo các mất mát năng lượng do gió gây ra

Các bước tiến hành thí nghiệm:

 Bước 1: Gá mẫu vào ngàm kẹp sau đó kẹp chặt

Hình 3.16: Gá mẫu lên máy đo độ bền va đập

 Bước 2: Tiến hành đó

 Bước 3: Ghi nhận kết quả

 Bước 4: Gỡ mẫu ra khỏi máy

Hình 3.17: Mẫu trước và sau khi đo độ bền va đập

3.7 Quan sát tổ chức tế vi

Quan sát tổ chức tế vi của mẫu thử độ bền va đập tại vị trí gãy

Để quan sát được tổ chức tế vi của nhựa nhóm nghiên cứu dùng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường SU 8010, Hitachi

Hình 3.18: Máy Hitachi SU 8010

Đặc điểm của máy: là kính hiển vi điện tử quét sử dụng súng điện tử kiểu phát xạ cathode trường lạnh FESEM và hệ thấu kính điện từ tiên tiến nên có độ phân giải cao, thường được dùng để đo các đặc trưng của các vật liệu có cấu trúc nano

Độ phân giải ảnh điện tử thứ cấp 1.0nm (15kV, WD = 4nm); 1.4nm (1kv, WD = 1.5nm, kiểu giảm thế gia tốc); 2.0nm (1kv, WD = 1.5nm, kiểu thông thường)

Độ phóng đại: kiểu phóng đại thấp (LM 20 - 2000 X); kiểu phóng đại cao (HM

100-800000 X)

Đầu dò điện tử truyền qua cho phép nhận ảnh theo kiểu STEM, hệ EMAX ENERGY (EDX) cho phép phân tích nguyên tố trong vùng có kích thước micromet

Có thể đo và phân tích các mẫu ở dạng khối, màng mỏng, bột

Khả năng đo: nếu TEM chỉ cung cấp thông tin về các mẫu mỏng thì với SEM có thể nhận được ảnh 3 chiều Độ phân giải tốt nhất 10nm

Phân tích nguyên tố: EDX cung cấp thông tin về thành phần hóa học trong một giải rộng các nguyên tố từ B đến U trong mẫu với 3 kiểu: phân tích định tính và định hướng theo vùng lựa chọn - theo điểm lựa chọn - phân tích và thể hiện sự phân bố các nguyên

tố theo vùng lựa chọn

Phương pháp thử: LCN/ST PP-ĐI.05

Phạm vi đo: 100 X – 300000 X