Ảnh hưởng của ethylene vinyl acetate (EVA) đến cơ tính của hỗn hợp low density polyethylene (LDPE) EVA

Ảnh hưởng của ethylene vinyl acetate (EVA) đến cơ tính của hỗn hợp low density polyethylene (LDPE) EVA Ảnh hưởng của ethylene vinyl acetate (EVA) đến cơ tính của hỗn hợp low density polyethylene (LDPE) EVA Ảnh hưởng của ethylene vinyl acetate (EVA) đến cơ tính của hỗn hợp low density polyethylene (LDPE) EVA

TỔNG QUAN

Lý do chọn đề tài

LDPE, hay nhựa nhiệt dẻo, được sản xuất thông qua quá trình trùng hợp gốc tự do dưới áp suất từ 150 – 350 MPa và nhiệt độ từ 80 – 300 độ C Nhựa LDPE có những đặc điểm nổi bật như tỷ trọng thấp, độ bền va đập cao ở nhiệt độ thấp, khả năng cách điện tốt, bền hóa chất và khả năng chống rão hiệu quả Tuy nhiên, LDPE cũng tồn tại một số nhược điểm như khả năng tương hợp với phụ gia kém, dễ cháy và khả năng chống nứt dưới tác động của môi trường không cao.

EVA, viết tắt của Ethylene Vinyl Acetate Copolymer, là một loại hạt nhựa được sản xuất từ sự kết hợp giữa Ethylene và Acetate dưới áp suất cao trên 2.500 atm Với tính linh hoạt, EVA có độ dẻo dai, mềm mại và nhẹ ở nhiệt độ thấp, đồng thời trong suốt và không độc hại, giúp nó có khả năng chịu lực tốt Hơn nữa, EVA có thể được phối trộn với nhiều phụ gia, cho phép điều chỉnh tính chất và tính năng sử dụng thông qua hàm lượng vinyl axetat trong đại phân tử Tuy nhiên, EVA cũng gặp phải một số hạn chế như mođun đàn hồi thấp, độ bền hóa chất kém, nhiệt độ nóng chảy thấp và dễ bị phân hủy thành axit axetic khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, cũng như không bền với một số dung môi hữu cơ.

Một trong những thành tựu quan trọng của khoa học và công nghệ vật liệu trong vài chục năm qua là nghiên cứu và ứng dụng thành công các vật liệu polymer trộn hợp, đặc biệt là polymer blend Vật liệu này hiện diện trong hầu hết các lĩnh vực đời sống và kỹ thuật nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó Polymer blend được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như giao thông vận tải, điện lực, điện tử, xây dựng và nội thất Khả năng ứng dụng của vật liệu này phụ thuộc vào tính năng cơ lý và các đặc tính của các polymer thành phần Với khả năng kết hợp những tính chất tốt nhất từ các polymer khác nhau, polymer blend đã được phát triển và ứng dụng đa dạng trong thực tiễn Trong nghiên cứu này, Polyethylene mật độ thấp (LDPE) đã được chọn để kết hợp với một loại vật liệu khác nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng.

LDPE (Polyethylene mật độ thấp) nổi bật với độ dẻo dai và khả năng hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ cao, điều này giúp nó có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp So với Polyethylene mật độ cao (HDPE), LDPE có nhiều phân nhánh hơn (khoảng 2% phân tử carbon) và liên kết giữa các phân tử của nó rất yếu, do đó dễ dàng kết hợp với các loại vật liệu khác.

LDPE là loại polyethylene có nhiều tính chất tương hợp tốt với EVA, bao gồm cấu trúc mạch phân nhánh, tỷ trọng thấp và nhiệt độ nóng chảy gần với EVA Giá thành của LDPE và LLDPE thấp hơn khoảng 30% so với EVA, dẫn đến sản phẩm từ polyme blend LDPE/EVA và LLDPE/EVA có giá thành cạnh tranh hơn Vật liệu polyme blend LDPE/EVA đã được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như vật liệu bọc cách điện cho dây điện, cáp, ống, màng co nhiệt, sản phẩm xốp, và màng bao gói đa chức năng.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi lựa chọn phối trộn LDPE với EVA nhằm khắc phục những hạn chế của từng polyme, từ đó nâng cao độ mềm dẻo, độ đàn hồi, độ dai và khả năng chống nứt xé khi tiếp xúc với môi trường Bài viết cũng khảo sát tổng quát các tính chất cơ học, đặc biệt là độ dãn dài của hỗn hợp LDPE/EVA, với ứng dụng trong sản xuất bao bì và màng nilon.

Tình hình nghiên cứu ở Thế giới

Nghiên cứu của H Azizi, J Barzin và J Morshedian đã chỉ ra rằng tính chất nhiệt, cơ học và khả năng kháng cháy của XLPE chứa copolyme ethylene-vinylacetat (EVA), alumina trihydrate (ATH) và antimon trioxit (Sb2O3) có sự cải thiện đáng kể Tỷ lệ EVA được sử dụng trong nghiên cứu là 0, 5, 15 và 25% trọng lượng hỗn hợp Các thử nghiệm độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 cho thấy, độ bền kéo của XLPE/EVA blends tăng lên khi hàm lượng EVA đạt 15%, với các giá trị tương ứng là 15.6, 15.8, 17.2 và giảm xuống còn 15.2 MPa khi hàm lượng EVA vượt quá mức này.

Nghiên cứu của Bistra Borisova và Jo ¨rg Kressler về môi trường ứng suất nứt – biến dạng của hỗn hợp LDPE/EVA cho thấy rằng tỉ lệ % khối lượng EVA trong hỗn hợp là 1.8, 3.6, 5.4, 7.1 và 8.9 có khả năng ngăn chặn sự lan truyền vết nứt Kết quả cho thấy việc thay thế LDPE bằng EVA làm tăng độ dẻo dai của vật liệu nhờ vào độ bền kết dính cao hơn Hơn nữa, việc tăng hàm lượng carbon đen trong ma trận LDPE cải thiện sức mạnh cơ học nhưng giảm độ giãn dài Độ dòn của LDPE chứa carbon đen có thể được cải thiện bằng cách thêm EVA Tại nhiệt độ 50°C, thời gian phá hủy của hỗn hợp LDPE/EVA với các tỷ lệ EVA khác nhau tăng lên một cách tuyến tính.

Nghiên cứu của S M A Salehi, G Mirjalili và J Amrollahi đã khảo sát ảnh hưởng của tia điện cực năng lượng cao lên vật liệu polyethylene mật độ thấp (LDPE) chứa EVA Mẫu nghiên cứu bao gồm polyethylene mật độ thấp và hỗn hợp LDPE với 5% EVA, nhằm đánh giá sự thay đổi tính chất vật liệu sau khi tiếp xúc với tia điện cực Kết quả nghiên cứu cung cấp cái nhìn sâu sắc về khả năng cải thiện độ bền và tính chất cơ lý của vật liệu này dưới tác động của bức xạ.

Nghiên cứu cho thấy rằng với các tỷ lệ 10%, 20% và 30% ethylene-vinyl-acetate (EVA), hàm lượng gel tăng nhanh chóng khi lượng chiếu xạ được tăng cường.

Nghiên cứu cho thấy rằng các vật liệu được tạo thành từ liên kết ngang, với độ nhạy cao hơn ở liều lượng bức xạ thấp so với LDPE tinh khiết Hỗn hợp nhạy nhất là chứa 30% EVA, cho thấy việc bổ sung EVA vào LDPE thúc đẩy sự hình thành liên kết ngang Độ giãn dài tại tới hạn của hỗn hợp LDPE/EVA với 30% EVA nhỏ hơn so với các mẫu khác, xác nhận hàm lượng gel Tóm lại, hàm lượng EVA trong hỗn hợp làm tăng cường độ nhạy của các mẫu.

Nghiên cứu của M A Rodríguez-Pérez và các cộng sự đã chỉ ra rằng việc bổ sung EVA vào hỗn hợp LDPE/EVA có thể cải thiện đáng kể các đặc tính kỹ thuật của miếng mút xốp Cụ thể, các hỗn hợp với tỷ lệ 10%, 30% và 90% EVA, cùng với hỗn hợp chứa 25% EPR và 75% EVA, cho thấy khả năng mở rộng các thuộc tính của xốp LDPE Điều này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các vật liệu có đặc tính phù hợp cho thiết kế sản phẩm tiên tiến, đồng thời cải thiện mô đun tĩnh, mô đun động và sự ổn định nhiệt của vật liệu.

Khi hàm lượng EVA tăng lên, độ giảm của các thuộc tính như khôi phục tức thời, giãn nở nhiệt và hệ số tổn thất ở nhiệt độ thấp cũng gia tăng Các nghiên cứu cho thấy rằng hầu hết các thuộc tính đều thay đổi một cách tuyến tính theo tỷ lệ EVA, ngoại trừ độ dẫn nhiệt Ngoài ra, xốp có mật độ tương tự nhưng được làm từ các loại polyme khác nhau sẽ có các tính chất khác nhau Trong các hỗn hợp xốp, tỷ lệ EVA đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát các tính chất cuối cùng.

Nghiên cứu của Siqin Dalai và Chen Wenxju về việc tạo mút xốp liên kết ngang bằng bức xạ của hỗn hợp LDPE/EVA cho thấy rằng độ bền kéo của hỗn hợp tăng lên khi tỷ lệ gel gia tăng Hỗn hợp LDPE/EVA được khảo sát với các tỷ lệ EVA khác nhau: 0%, 20%, 25%, 30%, 50%, và 100% Kết quả cho thấy phần gel trong hỗn hợp tăng theo hàm lượng EVA, với giá trị phân số gel cao nhất ở hỗn hợp chứa 30% EVA, dẫn đến độ bền kéo cao nhất ở tỷ lệ này.

Nghiên cứu của G Takidis và các cộng sự đã khám phá sự tương thích giữa polyethylene mật độ thấp (LDPE) và poly (ethylene-co-vinyl axetat) chứa 18% vinyl acetate (EVA-18) thông qua quá trình trộn nóng chảy Các hỗn hợp LDPE/EVA với tỷ lệ 25%, 50% và 75% EVA-18 được tạo ra bằng máy đùn trục vít đơn Kết quả thí nghiệm kéo cho thấy độ bền kéo đứt của hỗn hợp LDPE/EVA tăng gần như tuyến tính theo hàm lượng EVA, trong khi độ dãn dài khi đứt của LDPE, EVA và hỗn hợp LDPE/EVA cũng tương tự như độ bền kéo đứt.

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Nghiên cứu của Hoàng Thị Vân An tập trung vào việc chế tạo và nghiên cứu tính chất của tổ hợp vật liệu cao phân tử, nhằm phát triển màng phủ nhà lưới Đặc biệt, nghiên cứu đã phân tích tính chất cơ học của màng LDPE/EVA, với mục tiêu tạo ra màng phủ nhà lưới có khả năng hấp thụ tia UV và độ bền cao.

Khi không có EVA, màng LDPE thể hiện độ dãn dài khi đứt lên đến 550% theo chiều dọc và 500% theo chiều ngang Độ bền kéo đứt của màng LDPE theo chiều dọc cũng được ghi nhận là một chỉ số quan trọng trong đánh giá hiệu suất của vật liệu này.

Khi màng LDPE chứa 10% EVA, độ bền kéo đứt theo chiều dọc đạt 1825 N/cm² với độ dãn dài 8% Đặc biệt, độ dãn dài khi đứt theo chiều dọc tăng lên 623% và theo chiều ngang tăng lên 600% Đồng thời, độ bền kéo đứt theo chiều ngang tăng nhẹ lên 1830 N/cm² với độ dãn dài 24%.

Nghiên cứu của Nguyễn Trung Thành về vật liệu polymer blend trên cơ sở polyetylen (PE) và ethylene-vinyl acetate (EVA) cho thấy momen xoắn ổn định của PE đạt 25,5 Nm, cao hơn so với 10,5 Nm của EVA Quá trình chảy của EVA nhanh chóng đạt đến trạng thái cân bằng hơn do nhiệt độ chảy mềm thấp hơn Tuy nhiên, độ bền kéo đứt của hỗn hợp PE/EVA giảm dần khi thay đổi tỷ lệ từ 100/0 đến 0/100, với các giá trị tương ứng là 25.4, 24.1, 22.8, 21.65, 20.5, 19.8, 18.1, 16.7, 16, 15.5, và 15.2.

Nghiên cứu của Vũ Minh Trọng tập trung vào tính chất hóa lý và cấu trúc của vật liệu tổ hợp PE/EVA/TRO BAY biến tính hữu cơ Mục tiêu là khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần LDPE/EVA đến tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA Các tỷ lệ khối lượng LDPE/EVA được thử nghiệm gồm 0/100, 10/90, 20/80, 40/60, 60/40, 80/20 và 100/0, với hàm lượng tro bay biến tính VTMS là 10%, nhiệt độ trộn 180°C, thời gian trộn 4 phút và tốc độ trộn 40 vòng/phút Kết quả cho thấy tính chất cơ học của vật liệu tổ hợp LDPE/EVA/MFA tăng tuyến tính theo tỷ lệ thành phần LDPE/EVA.

Tỷ lệ pha trộn và chỉ tiêu cơ tính nghiên cứu của đề tài

Hỗn hợp LDPE/EVA cho thấy sự gia tăng tuyến tính về cơ tính khi tỷ lệ EVA tăng, cùng với việc tăng thời gian và nhiệt độ trộn dưới định lượng bức xạ Tuy nhiên, một số nghiên cứu chỉ ra rằng khi tỷ lệ EVA trong hỗn hợp LDPE/EVA và PE/EVA tăng, độ bền kéo của hỗn hợp sẽ giảm.

Nghiên cứu về hỗn hợp LDPE/EVA cho thấy rằng việc sử dụng tỷ lệ EVA từ 25% đến 75% ảnh hưởng đáng kể đến các chỉ tiêu cơ tính như độ bền kéo và độ dai va đập, đặc biệt trong ứng dụng làm mút xốp và màng phủ nhà lưới Để hiểu rõ hơn về tác động của EVA, cần thực hiện các thí nghiệm với tỷ lệ EVA thấp hơn và khoảng cách % EVA giữa các mẫu khảo sát được rút ngắn Hơn nữa, do giá thành LDPE thấp hơn EVA khoảng 30%, sản phẩm chế tạo từ polyme blend LDPE/EVA sẽ có giá thành cạnh tranh hơn so với sản phẩm tương tự từ EVA.

Nghiên cứu này sẽ chọn tỷ lệ EVA phối trộn với LDPE để tạo thành hỗn hợp LDPE/EVA với các tỷ lệ 0, 3, 6, 9, 12, và 15% Các chỉ tiêu cơ tính được khảo sát bao gồm độ bền kéo, độ dãn dài, độ bền uốn, độ dai va đập và độ cứng.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Polyethylene (PE) và Polyethylene tỷ trọng thấp (LDPE)

2.1.1 Tính chất, phân loại và ứng dụng của PE a PE là gì?

Polyetylen (PE) là một loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến toàn cầu, được hình thành từ các nhóm etylen CH2-CH2 liên kết với nhau qua các liên kết hydro Hợp chất hữu cơ này được sản xuất thông qua quá trình trùng hợp các monome etylen (C2H4).

Cấu trúc phân tử của polyetylen (PE) quyết định các tính chất cơ bản của nó, bao gồm mức độ kết tinh, mức độ trùng hợp, khối lượng phân tử trung bình và sự phân bố khối lượng phân tử Kích thước và cách sắp xếp của các tinh thể cũng có ảnh hưởng lớn đến tính chất vật lý và cơ học của polyme này.

PE màu trắng, hơi trong, có đặc tính không dẫn điện và không dẫn nhiệt, đồng thời ngăn chặn sự thấm nước và khí Nhiệt độ nóng chảy của PE không cố định mà phụ thuộc vào khối lượng phân tử, mức độ kết tinh và mức độ nhánh, với khoảng nhiệt độ nóng chảy từ 105 – 130 °C và nhiệt độ hóa thủy tinh khoảng -100 °C.

8 nhiệt độ cao hơn 70 0 C, PE hòa tan kém trong các dung môi như toluen, xilen, amilacetat, tricloetylen, dầu thông, dầu khoáng

PE có tính chất hóa học tương tự hydrocacbon no như: không tác dụng với các dung dịch axit, kiềm, pemanganat và nước brôm

Dựa vào khối lượng phân tử, tỷ trọng, độ kết tinh và mức độ khâu mạch mà PE được chia thành tám loại: [6]

- Very low density polyethylene (VLDPE): Polyethylene mật độ cực thấp

- Low density polyethylene (LDPE): Polyethylene mật độ thấp

- Linear low density polyethylene (LLDPE): Polyethylene mật độ thấp mạch thằng

- Medium density polyethylene (MDPE): Polyethylene mật độ trung bình

- Cross-linked polyethylene (PEX or XLPE): Polyethylene liên kết chéo

- High density cross-linked polyethylene (HDXLPE): Polyethylene liên kết chéo mật độ cao

- High density polyethylene (HDPE): Polyethylene mật độ cao

- High molecular weight polyethylene (HMWPE): Polyethylene trọng lượng phân tử cao

- Ultra low molecular weight polyethylene (ULMWPE or PE-WAX): Polyethylene trọng lượng phân tử cực thấp

- Ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE): Polyethylene trọng lượng phân tử cực cao b Ứng dụng của PE

PE có nhiều tính chất cơ học, lý và hóa học vượt trội, khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng trong kỹ thuật và đời sống Chúng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất chai, lọ, màng mỏng bao bì, ống dẫn nước, bồn tắm và các chi tiết trong ngành công nghiệp ô tô.

PE là vật liệu phổ biến trong sản xuất các sản phẩm bền với dung môi và dầu nhớt, như thùng chứa, chai lọ, màng mỏng và bao bì Nhờ vào tính chất cách điện tốt, PE cũng được sử dụng rộng rãi để sản xuất dây cáp cách điện và cáp thông tin.

9 bằng PE có ưu điểm hơn so với dây cáp bọc bằng cao su vì nhẹ hơn, dễ uốn hơn và có điện áp đánh thủng cao hơn [6]

LDPE, hay polyethylene mật độ thấp, là một loại nhựa có trọng lượng nhẹ và an toàn cho việc sử dụng trong sản xuất bao bì, túi nhựa và giấy gói thực phẩm.

Hình 2 2: LDPE có mã SPI nhựa 4 (Nguồn: https://en.wikipedia.org/wiki/Low-density_polyethylene )

LDPE (PE tỷ trọng thấp) là loại PE có cấu trúc mạch nhánh, tỷ trọng: 0,910- 0,925 g/cm 3 , nhiệt độ nóng chảy: 108-115 0 C, nhiệt độ hoá thuỷ tinh (Tg) ≈ -110 0 C, độ kết tinh: 55-65%

Hình 2 3: Cấu trúc của LDPE (Nguồn: https://www.britannica.com/science/polyethylene )

LDPE, với tỷ trọng khoảng 0.910-0.940 g/cm³, có cấu trúc polymer với các mạch dài ngắn và phân nhánh, dẫn đến độ kết tinh thấp Loại nhựa này có độ bền kéo thấp nhưng độ bền va đập cao, được tổng hợp bằng phương pháp khơi mào gốc tự do Nhờ vào độ phân nhánh cao, LDPE có khả năng chảy tốt và dễ dàng gia công Nó được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các đồ vật chứa đựng cứng và màng nhựa mềm, như sọt đựng rác và màng gói rau quả Năm 2009, doanh thu toàn cầu từ việc buôn bán LDPE đạt 22.2 tỷ USD (khoảng 15.9 tỷ Euro).

Bảng 2 1: Đặc tính của nhựa LDPE Đặc Tính Giá Trị

Vật liệu có tỷ trọng từ 0,92 đến 0,93, nổi trong nước, với độ bền kéo đạt từ 10 đến 15 N/mm² Độ dai va đập theo phương pháp Izod không gãy, cho thấy khả năng chịu lực tốt Độ dãn dài của vật liệu lên tới 400 đến 600%, cho thấy tính linh hoạt cao Độ bền uốn đạt 6 N/mm², trong khi độ cứng Brinel dao động từ 0,18 đến 1,25 N/mm² Cuối cùng, độ cứng Shore D nằm trong khoảng 40 đến 55 HD.

Chỉ số chảy MI 0,1 ÷ 60 g/10 phút

Phân tử lượng trung bình 80.000 ÷ 500.000

Phương pháp tổng hợp nhựa LDPE được thực hiện ở áp suất cao từ 1.000 đến 3.000 atm và nhiệt độ phản ứng từ 100 đến 300 độ C, trong khi nhiệt độ trên 300 độ C ít được áp dụng do nguy cơ phân huỷ sản phẩm Xúc tác thường dùng bao gồm hợp chất peoxit, alkyl kim loại và hợp chất azo Thiết bị phản ứng yêu cầu khả năng chịu áp suất và nhiệt độ lớn, khiến quy trình sản xuất trở nên phức tạp và có nhiều giai đoạn Sản phẩm LDPE thu được có nhiều mạch nhánh, độ kết tinh không cao và tỉ trọng thấp Một số nhà cung cấp công nghệ sản xuất nhựa LDPE nổi bật gồm Imperial Chemical Industries PLC (ICI) và BASF.

Phân tử lượng trung bình của LDPE dao động từ 18.000 đến 50.000, với sự giảm sút này dẫn đến sự giảm độ bền kéo, độ giãn dài và độ dai va đập LDPE có cấu trúc mạch dài với nhiều mạch nhánh ngắn, đôi khi có cả mạch nhánh dài, điều này ảnh hưởng đến sự phân bố phân tử Cấu trúc này tạo ra tỷ trọng thấp cho LDPE, cùng với độ kết tinh thấp hơn so với HDPE, khiến sản phẩm từ LDPE trở nên trong suốt hơn Ngoài ra, LDPE còn sở hữu một số đặc tính nổi bật khác.

- Độ tinh thể 60 ÷ 70% nên sản phẩm trong hơn HDPE

- Điểm hóa mềm thấp 90 0 C nên dễ gia công

- LDPE có mức hấp thụ nước 0,02% / 24 giờ nên không hút ẩm, dễ cháy

- LDPE cháy với ngọn lửa màu xanh, khói trắng, chảy thành dòng nóng, không mùi, không vị, không độc

LDPE có khả năng chịu hóa chất tốt, nhưng không bền vững khi tiếp xúc với acid cromic và các hợp chất chứa nitơ Ngoài ra, dưới tác động của oxy trong không khí, LDPE dễ bị lão hóa.

Năm 2013, sản lượng LDPE toàn cầu đạt 21,1 triệu tấn, trong đó châu Âu chiếm 29,3%, châu Á 19,4% (Trung Quốc 9,8%), Bắc Mỹ 17,2%, Nam Mỹ 5,2%, các quốc gia vùng Vịnh Ba Tư (GCC) 8,6%, châu Phi 1,0% và các vùng khác 9,5% Đồng thời, sản lượng HDPE đạt 43,9 triệu tấn và LLDPE đạt 31,5 triệu tấn.

LDPE, hay polyethylene mật độ thấp, thường được sử dụng để sản xuất bao bì, túi nhựa đựng hàng tạp hóa và giấy gói thực phẩm Loại nhựa này được đánh giá là an toàn và dễ tái chế, thường xuất hiện trong các sản phẩm như chai có thể bóp, túi bánh mì, thực phẩm đông lạnh, túi giặt khô, túi mua sắm, túi tote, quần áo, đồ nội thất và thảm.

Hình 2 4: Một số ứng dụng của LDPE (Nguồn: https://chamchut.com/phan-biet-ky-hieu-cac-loai-nhua/ )

Polyethylene Foam (PE Foam) là một loại bao bì đóng gói được sản xuất từ hạt nhựa LDPE nguyên sinh, thông qua quá trình nén nhiệt độ cao để tạo ra mút xốp dạng màng mềm và dai Độ dày, chiều dài và kích thước của PE Foam có thể được điều chỉnh linh hoạt tùy theo nhu cầu sử dụng của từng khách hàng.

Mút Xốp Pe Foam (Polyethylene Foam) là một loại chất dẻo được sản xuất từ hạt nhựa LDPE, phổ biến trong ngành hàng tiêu dùng Dạng bọt xốp của polyethylene được ứng dụng rộng rãi trong vật liệu đóng gói, giúp giảm thiểu rung động và va đập, đồng thời có khả năng cách nhiệt tốt, tạo thành rào cản bảo vệ hiệu quả cho sản phẩm trước các tác động bên ngoài.

Hình 2 5: Mút xốp làm từ nhựa LDPE (Nguồn: https://mangxophoi.com/polyethylene-foam-la-gi.html )

Etylen-Vinyl axetat (EVA)

2.2.1 Cấu tạo và phân loại EVA

Etylen-Vinyl axetat (EVA) là một đồng polymer được hình thành từ sự kết hợp ngẫu nhiên giữa các mắt xích vinyl axetat và etylen Sản phẩm này là kết quả của quá trình đồng trùng hợp giữa etylen và vinyl axetat, được sản xuất thông qua các phương pháp trùng hợp khối hoặc trùng hợp trong dung dịch EVA được biết đến với tính linh hoạt và khả năng kháng hóa chất, làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghiệp.

Hình 2 6: Phản ứng tổng hợp Etylen vinyl axetat từ Etylen và Vinyl axetat

Hình 2 7: Sơ đồ cấu trúc của EVA [5]

EVA là một loại nhựa mềm dẻo, bền và trong suốt, có khả năng gắn và dán hiệu quả ở nhiệt độ thấp Hạt nhựa E.V.A là hợp chất của Ethylene và VA, với các đặc tính vật lý phụ thuộc vào trọng lượng phân tử, hàm lượng VA và mức độ trùng hợp Trọng lượng phân tử cao giúp cải thiện độ bền, dẻo dai và độ căng, nhưng có thể làm giảm độ bóng bề mặt của nhựa.

Hàm lượng VA thấp mang lại đặc tính tương tự như PE, trong khi khi hàm lượng VA tăng lên, mật độ và độ đàn hồi của cao su cải thiện, đồng thời tính linh hoạt và khả năng tương thích cũng được nâng cao.

Hạt nhựa EVA, với hàm lượng VA từ 7 đến 60%, là một loại nhựa dẻo phổ biến Khi hàm lượng VA dưới 7%, chất liệu này được xem là phẩm chất khác Hạt nhựa EVA được ứng dụng rộng rãi nhờ tính linh hoạt và khả năng chống nước.

PE và trên 60% thì không thể gọi nó mang thuộc tính của nhựa và cũng loại trừ khỏi thuộc tính của E.V.A

Phụ thuộc vào hàm lượng vinyl axetat người ta phân EVA ra làm ba nhóm:

Nhóm EVA có hàm lượng vinyl axetat thấp (10 – 40%) mang tính chất tương tự như cao su và được sản xuất qua công nghệ đồng trùng hợp khối etylen và vinyl axetat ở áp suất cao Loại EVA này thường được ứng dụng làm keo dán nóng chảy và nhiều ứng dụng khác Hiện nay, các sản phẩm thuộc nhóm này được biết đến với các tên thương mại như Elvax (Dupont), Ultraten (USI), Bakelit (UCC), Lupolen V (Basf), Alaton (Dupont), Alkaten (ICI), và Mototen (Monsanto).

Nhóm thứ hai của EVA có hàm lượng vinyl axetat gần bằng etylen (45 – 55%), được sản xuất qua quá trình đồng trùng hợp etylen và vinyl axetat trong dung dịch với áp suất trung bình Loại EVA này được ứng dụng trong sản xuất các loại cao su đặc biệt, nổi bật trong đó là sản phẩm Lavapren của Bayer.

Nhóm sản phẩm thứ ba với hàm lượng vinyl axetat cao từ 60% đến 90% được tạo ra thông qua quá trình trùng hợp nhũ tương ở áp suất từ 300 đến 1500 psi, thuộc loại nhựa nhiệt dẻo EVA Một số thương hiệu nổi bật của loại nhựa này bao gồm Airplex (Air Products and Chemicals, Inc), Vinapas (Wacker), Mowilith và vinyl (Motecatini Edison).

EVA là một vật liệu linh hoạt, có độ dẻo dai và mềm mại ở nhiệt độ thấp Nó nhẹ, trong suốt, có khả năng chịu lực tốt và hoàn toàn không độc hại Tăng hàm lượng VA sẽ cải thiện tính linh hoạt, trong khi giảm độ nóng chảy sẽ nâng cao độ dính của EVA.

EVA nhẹ hơn cao su, trong suốt và không độc hại, là lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng Nó có khả năng kết hợp tốt với các loại cao su và hạt nhựa như PE, PP, PVC, giúp cải thiện tính chất và hiệu suất trong quá trình gia công.

Nhiệt độ từ -60 0 C đến 65 0 C là khoảng nhiệt độ làm việc tốt nhất của EVA Tan trong một số dung môi như xylen, toluen, tetrahydrofuran

Khả năng chịu hóa chất của vật liệu này rất ấn tượng, khi nó bền với ozon, nước lạnh và nước nóng, cũng như dung dịch amoniac 30% Tuy nhiên, vật liệu này lại không bền với dầu máy, dầu diesel, dung dịch clorua, silicon, xăng, axeton, axit sulfuric 40% và axit nitric 10% Đặc biệt, nó còn bị phân hủy khi tiếp xúc với bức xạ tử ngoại.

Tính chất cơ học của EVA chịu ảnh hưởng bởi hàm lượng vinyl axetat: khi hàm lượng này tăng, độ kết dính của EVA giảm, trong khi tính dẻo, dai, đàn hồi và khả năng hòa tan trong dung môi lại tăng lên Tuy nhiên, độ bền của EVA đối với nước, muối và một số môi trường khác lại giảm.

EVA có thể được gia công bằng nhiều phương pháp như đùn, thổi màng, ép phun và đúc khuôn, nhờ vào những đặc tính vượt trội mà ngày càng nhiều sản phẩm trong đời sống hàng ngày sử dụng EVA Trong đó, ba lô và giày dép là những ứng dụng phổ biến nhất Đặc tính xốp nở của EVA giúp hấp thụ tác động và duy trì tính ổn định, từ đó nâng cao chức năng và chất lượng của ba lô và giày dép.

Độ cứng và độ nở của EVA không đồng nhất, cho phép sản xuất nhiều loại tấm EVA khác nhau Nhờ vào sự đa dạng này, các chế phẩm EVA có thể được gia công linh hoạt, mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Một số ứng dụng như:

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

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

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

- Vật liệu bao bì đóng gói

Hình 2 8: Một số ứng dụng của nhựa EVA (Nguồn: http://www.skvinafoam.com.vn/vi/EVAFOAM_5.html )

Vật liệu Polyme Blend

2.3.1 Giới thiệu chung và phân loại vật liệu Polyme Blend

Trong những năm 1940 đến 1960, sự phát triển thương mại của các monome mới đã dẫn đến sản xuất các polyme mới với tiềm năng vô hạn Thời kỳ này chứng kiến sự phát triển các kỹ thuật mới cho việc biến đổi polyme, mang lại hiệu quả kinh tế Kỹ thuật cải tiến đầu tiên là sự trùng hợp, tức là trùng hợp nhiều loại polymer Quá trình sửa đổi polymer mới, dựa trên hỗn hợp cơ khí của hai polyme, được giới thiệu khi Thomas Hancock kết hợp cao su tự nhiên với Gutta-percha, tạo ra lớp polymer mới gọi là Polymer Blends.

Mặc dù polyme blend đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi, nhưng đến nay vẫn chưa có một định nghĩa thống nhất cho loại vật liệu này.

Một số khái niệm về polyme blend:

Polyblend, theo J F Racbek, là một hỗn hợp vật lý của hai hoặc nhiều polyme hoặc copolyme, trong đó không tồn tại liên kết đồng hóa trị giữa các polyme hoặc copolyme này.

Polyme blend, theo Rao, là sự kết hợp của hai hoặc nhiều polyme, trong đó hàm lượng của polyme thứ hai phải đạt ít nhất 2% nếu chỉ có hai polyme, hoặc hàm lượng của mỗi polyme trong hệ thống ba polyme trở lên cũng không được dưới 2%.

Những yếu tố quyết định đặc tính của vật liệu polyme blend:

- 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 đề cập đến khả năng kết hợp các polyme thành phần trong các điều kiện nhất định, nhằm tạo ra những tổ hợp đồng thể hoặc dị thể Việc hiểu rõ khả năng này là rất quan trọng trong lĩnh vực công nghệ vật liệu, giúp tối ưu hóa tính chất của sản phẩm cuối cùng.

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

Polyme blend có thể chia làm 3 loại theo sự tương hợp của các polyme thành phần:

Polyme blend trộn lẫn và tương hợp hoàn toàn có entanpy nhỏ hơn không, nhờ vào các tương tác đặc biệt và sự đồng nhất được quan sát ở mức độ phân tử Sự tương hợp này giúp cải thiện tính chất vật lý của vật liệu, mang lại hiệu suất cao hơn trong ứng dụng.

- Polyme blend trộn lẫn và tương hợp một phần: một phần polyme này tan trong polyme kia, ranh giới phân chia pha không rõ ràng

- Polyme blend không trộn lẫn và không tương hợp: hình thái pha rất thô, không mịn, ranh giới phân chia pha rõ ràng

Sự tương hợp của polyme phụ thuộc vào tương tác bề mặt giữa các pha, hình thái học của các pha và lượng chất tương tác bề mặt Khi khối lượng chất tương tác bề mặt tăng, độ bám dính và độ chảy nhớt của polyme blend cũng tăng cho đến khi bề mặt phân pha đạt trạng thái bão hòa Các chất tương hợp, là chất hoạt động bề mặt, được thêm vào polyme blend để giảm sức căng bề mặt, tăng cường tính kết dính giữa các polyme và biến đổi hình thái cấu trúc của polyme blend.

2.3.2 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme blend

Hiện nay, polyme blend được chế tạo chủ yếu qua các phương pháp như chế tạo từ dung dịch polyme, chế tạo ở trạng thái nóng chảy, phương pháp lưu hoá động, trùng hợp monome trong một polyme khác, và tạo mạng lưới đan xen của các polyme Trong số này, các phương pháp chế tạo polyme blend trong dung dịch, ở trạng thái nóng chảy trên thiết bị gia công chất dẻo, lưu hoá động, và tạo mạng lưới đan xen được sử dụng phổ biến nhất.

Chế tạo polyme blend từ dung dịch polyme là phương pháp kết hợp và hòa tan các polyme trong một dung môi, hoặc trộn dung dịch của một polyme với dung dịch của polyme khác Phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất các vật liệu với cấu trúc pha đồng liên tục, bao gồm cả các màng thẩm thấu xốp dùng để lọc Trong hệ thống này, các pha polyme có thể tồn tại đồng thời, xen kẽ nhau hoặc chỉ còn lại một pha sau khi pha thứ hai được tách ra bằng dung môi thích hợp.

Chế tạo polyme blend ở trạng thái nóng chảy là phương pháp sử dụng các thiết bị gia công nhựa nhiệt dẻo và chế biến cao su như máy trộn, máy đùn trục vít xoắn, máy ép, máy đúc phun và máy cán Phương pháp này kết hợp đồng thời các yếu tố cơ - nhiệt, cơ - hóa và tác động cưỡng bức, nhằm tạo ra các sản phẩm polyme blend chất lượng cao.

Polyme thành phần và các chất phụ gia có thể được trộn lẫn để tạo ra polyme blend Các chất phụ gia trong polyme blend bao gồm chất tương hợp, chất hoạt động bề mặt, chất liên kết (coupling agent), hợp chất thấp phân tử có khả năng phản ứng, chất hóa dẻo và chất khâu mạch Sự kết hợp này giúp cải thiện tính chất của polyme, nâng cao hiệu suất và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Phương pháp lưu hoá động bao gồm việc chế tạo các chất đàn hồi nhiệt dẻo (thermoplastic elastomer) thông qua nhiều kỹ thuật khác nhau Ngoài việc sử dụng phương pháp đồng trùng hợp hoặc trùng ngưng các monome, có thể tạo ra các copolyme khối như styren-butadien-styren hay polyuretan nhiệt dẻo Cụ thể, có hai phương pháp chính: (a) trộn hợp không phản ứng giữa một loại polyme nhiệt dẻo và một loại cao su, và (b) trộn hợp có phản ứng giữa một loại polyme nhiệt dẻo và một loại cao su.

Một phương pháp đơn giản để chế tạo polyme blend là thực hiện quá trình trùng hợp một monome trong sự hiện diện của một polyme khác.

D Cangialosi và cộng sự đã trùng hợp MMA trong cao su SBR (25pkl styren, 75pkl butadien) Đầu tiên, SBR được hoà tan trong MMA khoảng 2 giờ và có khuấy mạnh Sau đó, đưa 0,3% chất khơi mào lauryl peoxit và 0,45% chất chuyển mạch lauryl mecaptan vào hỗn hợp phản ứng, khuấy tiếp 10 phút trước khi tiến hành phản ứng trong khí nitơ ở nhiệt độ 90 o C Với nhiệt độ này, chất khơi mào lauryl peoxit bị phân huỷ nhanh chóng Khi quá trình trùng hợp xảy ra khoảng 30%, dừng khuấy do độ nhớt dung dịch tăng mạnh, rót dung dịch vào các ngăn (cell) trùng hợp và để yên cho phản ứng xảy ra hoàn toàn

Phương pháp tạo mạng lưới polyme đan xen (IPN) là một kỹ thuật phổ biến trong chế tạo polyme blend, trong đó ít nhất một monome trùng hợp và khâu mạch polyme được hình thành trong một polyme khác IPN kết hợp hai hoặc nhiều polyme thông qua các liên kết vật lý, với ít nhất một polyme được tổng hợp hoặc khâu mạch khi có sự hiện diện của polyme kia.

- Các phương pháp khác chế tạo polyme blend:

PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƠ TÍNH CỦA VẬT LIỆU LDPE/EVA

Nguyên liệu và hóa chất

Hạt nhựa Polyethylene (LDPE) SABIC - LDPE 4024, có nguồn gốc từ Saudi Arabia, được phân phối bởi Công Ty TNHH Nhựa Thuận Thắng Bên cạnh đó, hạt nhựa Etylen vinyl axetat (EVA) cũng được cung cấp bởi Công ty Đồng Nhân Phát.

Hình 3 1: Hạt nhựa LDPE (Nguồn: https://thuanthangplastic.com/ )

Hình 3 2: Hạt nhựa EVA Mẫu thí nghiệm bao gồm hạt nhựa LDPE và EVA được tiến hành trộn và ép theo tỉ lệ được cho trong bảng 3.2

Bảng 3 2: Thành phần tỉ lệ theo % khối lượng (% wt) của LDPE và EVA Nhóm mẫu

Xác định độ bền kéo cho vật liệu nhựa theo tiêu chuẩn ASTM D638

Các tiêu chuẩn do ASTM International tạo ra có 6 chủ đề chính:

- Tiêu chuẩn về tính năng kỹ thuật

- Tiêu chuẩn về phương pháp kiểm nghiệm, thử nghiệm

- Tiêu chuẩn về thực hành

- Tiêu chuẩn về hướng dẫn

- Tiêu chuẩn về phân loại

- Tiêu chuẩn về các thuật ngữ và kinh doanh trong nền kinh tế toàn cầu Tiêu chuẩn trong kiểm tra polymer:

- Thử Kéo Nhựa Cứng: ENISO 527, ASTM D638, BS6319, 2782, DIN 53455

- Kéo Nhựa Siêu Cứng: – ENISO 527-4/-5, ISO 4899, ASTM, D3039, DIN

- Thử Độ Uốn Nhựa Cứng: ENISO 178, ASTM D790, BS 782, 2782, DIN

- Thử Độ Nén Nhựa Cứng: ISO 604, ASTM D695

- Thử Độ Xé Rách: ASTM D732, ASTM C273

- Thử Độ Kéo Plastic Film: ENISO 527-3, ASTM D882

- Thử Đâm Thủng Plastic Film: ISO 3303-A, ASTM D3787, D5748

Trong đánh giá vật liệu và thiết kế, việc lựa chọn phương pháp thử nghiệm phù hợp với loại vật liệu là rất quan trọng Đối với nhựa nhiệt dẻo như LDPE, phương pháp đo kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 là thích hợp, vì nó đảm bảo độ chính xác trong kết quả đo Ngược lại, nhựa nhiệt rắn không nên sử dụng phương pháp đo kéo do tính cứng giòn và độ biến dạng kéo thấp ở nhiệt độ thường Việc tạo mẫu cũng cần được thực hiện cẩn thận, tránh bọt khí và vết trầy xước, vì những yếu tố này có thể gây sai số lớn trong quá trình đo Tiêu chuẩn ASTM D638 yêu cầu mẫu được tạo hình với góc lượn, giúp giảm thiểu sự tập trung ứng suất và đảm bảo vết đứt gãy xảy ra chính xác ở vùng giữa mẫu.

Mẫu thử nghiệm đo độ bền kéo được chuẩn bị theo tiêu chuẩn ASTM D638, sử dụng máy phun ép nhựa 2 trục đứng TKC tại công ty TNHH Đồng Nhân Phát.

Bảng 3 3: Thông số kỹ thuật của máy phun ép nhựa 2 trục đứng

Thông số kỹ thuât Đơn vị JY-160S2 JY-200S2

Hệ thống phun Đường kính trục vít mm 26 28 28 30 Áp lực đầu ra kg/cm 3 1183 1019 1019 896

Dung lượng đầu ra cm 3 55.7 64.6 64.6 74

Hành trình trục vít mm 105 105

Giới hạn kiểm soát nhiệt độ 2 2

Lực khóa khuôn tons 15 30 Áp lực lớn nhất kg/cm 3 140 140

Công suất động cơ kW/HP 2.2-3HP 3.75/5HP

Tổng lượng điện sử dụng kW 4.2 5.5

Hình 3 3: Máy phun ép nhựa 2 trục đứng TKC

Hình 3 4: Khuôn tạo mẫu thí nghiệm

Hình 3 5: Mẫu thí nghiệm được tạo ra sau quá trình ép Mẫu được dùng trong thí nghiệm này là loại IV và được ép theo kích thước mẫu hình

Hình 3 6: Kích thước mẫu thử của tiêu chuẩn ASTM D638

Bảng 3 4: Kích thước mẫu cho độ dày, T, mm (incl.) [22]

Loại I Loại II Loại III Loại IV Loại V

Mẫu sau khi trộn được đổ vào máy để tiến hành ép, với nhiệt độ tại trục là 190-

193 0 C; nhiệt độ tại đầu khuôn là 203-212 0 C Thời gian làm nguội 8 giây Các mẫu sau khi ép có kích thước như hình 3.7

Hình 3 7: Kích thước mẫu của phương pháp đo độ bền kéo

Theo tiêu chuẩn ASTM D638, để đảm bảo độ chính xác cao trong kiểm tra, cần thực hiện ít nhất 4 mẫu cho mỗi nhóm mẫu Do đó, tổng số mẫu thử nghiệm cần thiết là 24 mẫu cho 6 nhóm mẫu, được ký hiệu và tỷ lệ như trong bảng 3.5.

Bảng 3 5: Thành phần và số lượng các mẫu đo độ bền kéo

Để đảm bảo chất lượng mẫu kiểm nghiệm, cần xử lý các cạnh và viền của tấm mẫu cho mịn màng, không thô Mẫu phải được làm sạch hoàn toàn khỏi dầu, mỡ và tạp chất khác Sau đó, để mẫu trong điều kiện môi trường ổn định với nhiệt độ 23 ± 2°C và độ ẩm 50 ± 5% trong ít nhất 40 tiếng trước khi tiến hành kiểm nghiệm.

Tại Trung Tâm Kiểm nghiệm Cao su Chất dẻo TP.HCM, các mẫu thử kéo được thực hiện bằng máy thử kéo nén vạn năng Autograph AG Thiết bị này đảm bảo độ chính xác cao trong việc đánh giá tính chất cơ học của vật liệu.

Sử dụng bàn HS với tốc độ chạy đầu thử nghiệm 3000 mm/ph và tốc độ trở lại 3300 mm/ph giúp giảm thời gian chu kỳ cho các mẫu thử nghiệm, đặc biệt là cao su Model SC với khung ngắn cho phép lựa chọn không gian thử nghiệm 700 mm và chiều cao máy 1300 mm, thích hợp cho phòng có trần thấp AG-Xplus tiết kiệm điện năng ở chế độ chờ, giảm phát thải CO2 và ô nhiễm môi trường, với khả năng tiết kiệm năng lượng từ 10 đến 25% tùy thuộc vào tải trọng Tính năng tự dò các thông số kiểm soát trong thời gian thực dựa trên dữ liệu sức căng và độ giãn dài, cùng với khả năng so sánh dữ liệu mẫu chưa biết, đảm bảo tính chính xác Chức năng tự dò còn cung cấp và kiểm soát độ giãn dài theo tiêu chuẩn ISO 6892-2009.

Ngành công nghiệp thép đang ngày càng nhận được yêu cầu cao từ ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt trong việc kiểm tra độ giãn dài và kiểm soát ứng suất Sự phát triển này phản ánh nhu cầu gia tăng về chất lượng và độ bền của vật liệu thép trong sản xuất ô tô.

Trong ngành công nghiệp nhựa, việc kiểm soát độ giãn dài là rất quan trọng để tính toán các mô đun đàn hồi theo tiêu chuẩn JIS mới Điều này được thực hiện thông qua việc sử dụng đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa ứng suất và độ giãn dài.

Trong ngành công nghiệp gốm sứ, việc kiểm soát chất lượng là rất quan trọng ngay từ giai đoạn đầu, đặc biệt là trong quá trình thử nghiệm độ giãn dài Điều này giúp loại bỏ các mẫu vật không đạt yêu cầu, đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt tiêu chuẩn chất lượng cao.

Hình 3 9: Thiết bị Autograph AG-X Plus Bảng 3 6: Bảng thông số kỹ thuật máy Autograph AG-X Plus

Tải trọng (lớn nhất) 100 kN

Tốc độ kéo 0,0005 tới 1000 mm/phút ± 0,1%

Khả năng kéo (lớn nhất) 600 mm

Bước 1 – Đo độ rộng và độ dày của tấm mẫu vật

Bước 2 – Đo độ dày của các mẫu không cứng tương ứng với các yêu cầu về mặt số của thước vi kế

Bước 3 – Đặt các mẫu vật vào hàm kẹp của máy thử nghiệm, đảm bảo căn chỉnh các trục thẳng hàng với mẫu vật và các hàm kẹp bằng cách sử dụng một đường ảo nối các điểm trên hàm kẹp với máy.

Hình 3 10: Mẫu được gá đặt lên máy

Bước 4 – Thực hiện các phép đo tải rồi thu kết quả

Bước 5 – Đặt tốc độ thử nghiệm ở mức thích hợp 50mm/ phút và khởi động máy

Hình 3 11: Mẫu đã kéo đứt Bước 6 – Ghi nhận kết quả

Xác định độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO 178

Các tiêu chuẩn ISO 178 và JIS K 7171 quy định phương pháp thử nghiệm tính chất uốn của nhựa và vật liệu nhựa khác, bao gồm việc tính toán các đặc tính cơ học và các thông số đo lường chính xác Tiêu chuẩn ASTM cũng đề cập đến kiểm tra độ dẻo của chất dẻo ISO 178 đặc biệt xác định các tính chất hữu hình của nhựa không gia cường và gia cường, bao gồm cả vật liệu composite và vật liệu cách điện, được chế tạo dưới dạng thanh hình chữ nhật đúc trực tiếp hoặc cắt từ tấm, tấm hoặc hình dạng khuôn.

Tiêu chuẩn ASTM D790 quy định phương pháp kiểm tra tính chất uốn của các chất dẻo và vật liệu cách điện, đảm bảo tính khả thi và tương đương về mặt kỹ thuật.

Các tính chất uốn được xác định qua các phương pháp thử nghiệm, đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát chất lượng và đáp ứng các mục đích cụ thể Những phép thử này có thể được thực hiện ở nhiều nhiệt độ khác nhau, từ -300 °F đến 1000 °F.

3.3.1 Chuẩn bị mẫu Đối với chuẩn bị mẫu thử nghiệm đo độ bền uốn và độ dai va đập, mẫu được trộn và ép sử dụng máy phun ép nhựa Shine Well SW-120B tại xưởng Khuôn mẫu, Khoa cơ khí chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Hình 3 12: Máy ép nhựa Shine Well SW-120B

Hình 3 13: Khuôn tạo mẫu thí nghiệm Quy trình tạo mẫu thí nghiệm

Bước 1: Chuẩn bị nhựa LDPE và EVA theo từng tỷ lệ như Bảng 3.2, trộn đều theo nhóm tỷ lệ với nhau

Bước 2: Lắp khuôn vào máy Hiệu chỉnh máy với nhiệt độ ép là 195-200 0 C Bước 3: Mỗi nhóm mẫu nhựa được đưa vào buồng sấy của máy với nhiệt độ

100 0 C trong khoảng thời gian từ 10 phút đến 15 phút

Hình 3 14: Nhựa được sấy trong buồng sấy Bước 4: Tiến hành vận hành máy ép nhựa và thu được sản phẩm như hình 3.15

Hình 3 15: Mẫu nhựa sau khi tiến hành ép Kích thước mẫu kiểm nghiệm trong thí nghiệm này được gia công theo các thông số: 125 × 12 × 3.2 mm (Hình 3.16)

Hình 3 16: Kích thước mẫu kiểm tra độ bền uốn

Trong nghiên cứu này, tổng cộng có 30 mẫu thí nghiệm được thực hiện, với mỗi nhóm mẫu thử uốn được thử nghiệm 5 lần Có 6 nhóm mẫu với 6 tỉ lệ khác nhau, được ký hiệu riêng biệt và chi tiết trong Bảng 3.7.

Bảng 3 7: Số lượng các mẫu đo độ bền uốn

Tại Trung Tâm Kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3 (QUATEST 3), các mẫu thử kéo được thực hiện bằng máy thử uốn, kéo, nén vạn năng Instron 5566 Thiết bị này đảm bảo độ chính xác cao trong việc đo lường và kiểm tra chất lượng vật liệu.

Máy kiểm tra sức bền vật liệu vạn năng hai cột để bàn 5566 là hệ thống thí nghiệm đa năng, cho phép thử nghiệm tĩnh, kéo và nén với độ chính xác và độ bền cao Dòng máy này được thiết kế linh hoạt, có thể thay đổi theo yêu cầu sử dụng Với các tính năng tiêu chuẩn và tùy chọn, máy nâng cao hiệu quả và chất lượng kiểm tra vật liệu, đặc biệt phù hợp cho ngành nhựa, kim loại, nguyên liệu cao su, linh kiện tự động hóa và vật liệu tổng hợp composites.

Hình 3 17: Máy kéo uốn, kéo, nén vạn năng Instron 5566 Bảng 3 8: Bảng thông số kỹ thuật máy

Tốc độ tối thiểu 0.005 mm/phút (0.0002 in/phút)

Tốc độ tối đa 500 mm/phút (20 in/phút)

Công suất tối đa 300 VA

Khối lượng của khung gia tải 136 kg (300 lb)

Gia tốc, từ 0 đến tốc độ tối đa 200 ms

Bước 1: Đo chiều rộng và chiều sâu của mẫu vật đến gần nhất 0.03 mm (0,001 in.) so với trung tâm của nhịp hỗ trợ

Bước 2: Xác định khoảng cách các đầu hỗ trợ được thực hiện như mô tả và thiết lập khoảng cách hỗ trợ trong vòng 1% của giá trị xác định

Bước 3: Đối với bộ phận uốn có nhịp liên tục điều chỉnh, cần đo đạc nhịp chính xác đến gần 0.1 mm (0.004 in.) cho khoảng cách nhịp dưới 63 mm (2.5 in.) và gần nhất 0.3 mm (0.012 in.) cho khoảng cách nhịp từ 63 mm (2.5 in.) trở lên Hãy sử dụng các khoảng đo thực tế cho tất cả các tính toán.

Bước 4: Tính toán tỷ lệ chuyển động con trượt như sau và thiết lập máy cho tốc độ chuyển động con trượt theo tính toán

Bước 5: Căn mũi tải và các trục hỗ trợ để các bề mặt hình trụ song song và mũi tải là nằm giữa thanh hỗ trợ

Trong bước 6, mẫu được gá đặt lên máy thử uốn và tải trọng được áp dụng theo tỷ lệ quy định của con trượt Đồng thời, dữ liệu về tải trọng và độ biến dạng cũng được ghi nhận.

Khi thực hiện thử nghiệm, cần chấm dứt quá trình khi sự căng thẳng tối đa trên bề mặt ngoài của mẫu thử nghiệm đạt tới 0,05 mm/mm (in./in.) hoặc khi mẫu bị phá vỡ nếu sự cố này xảy ra trước khi đạt được mức căng thẳng tối đa.

Xác định độ dai va đập Charpy theo tiêu chuẩn ISO 179-1

Tiêu chuẩn ISO 179 quy định phương pháp xác định độ dai va đập Charpy của chất dẻo dưới các điều kiện cụ thể Tiêu chuẩn này chỉ định các loại mẫu vật và cấu hình thử nghiệm khác nhau, đồng thời xác định các thông số kiểm tra tùy theo loại vật liệu và mẫu thử nghiệm.

Phương pháp này cho phép điều tra tính chất của các mẫu vật cụ thể dưới các điều kiện tác động nhất định, đồng thời ước lượng độ dòn hoặc độ dẻo dai của chúng trong các điều kiện thử nghiệm cụ thể Ngoài ra, phương pháp cũng hữu ích trong việc xác định dữ liệu so sánh từ các loại vật liệu tương tự.

Phương pháp này có ứng dụng rộng rãi hơn tiêu chuẩn ISO 180, đặc biệt phù hợp để kiểm tra các vật liệu có hiện tượng nứt gãy giữa các lớp hoặc những vật liệu bị ảnh hưởng bề mặt do các yếu tố môi trường.

Phương pháp này phù hợp để sử dụng với các loại vật liệu sau:

- Vật liệu đúc khuôn và đùn ép (bao gồm các hợp chất độn và gia cố thêm vào các loại không được gia công) và tấm nhựa nhiệt dẻo

- Vật liệu khuôn dẻo cứng (kể cả các hợp chất độn và gia cường) và các tấm nhiệt cứng;

Chất kết dính nhiệt và nhựa nhiệt dẻo được gia cố bằng sợi, kết hợp với các vật liệu gia cường theo nhiều hướng Ngoài ra, các tấm vật liệu đã được ngâm tẩm với các hợp chất độn và gia cố cũng được sử dụng để tăng cường tính chất của sản phẩm.

- Các polyme tinh thể lỏng nhiệt

Quy trình chuẩn bị mẫu thử độ dai va đập Charpy được thể hiện trong mục 3.3.1

Trong nghiên cứu, tổng cộng có 42 mẫu thí nghiệm va đập được thực hiện, với 7 lần thử nghiệm cho mỗi nhóm mẫu Thí nghiệm bao gồm 6 nhóm mẫu với 6 tỷ lệ khác nhau, và các mẫu này được ký hiệu riêng biệt, được trình bày chi tiết trong Bảng 3.6.

Kích thước mẫu kiểm nghiệm trong thí nghiệm này được gia công theo các thông số: 125 × 12 × 3.2 mm (Hình 3.19)

Hình 3 19: Kích thước mẫu kiểm tra độ dai va đập Charpy

Theo tiêu chuẩn ISO 179-1, để đảm bảo độ chính xác cao, cần kiểm tra ít nhất 4 mẫu cho mỗi nhóm mẫu Tuy nhiên, để tránh tình trạng mẫu bị hỏng trong quá trình đo, nên lấy 7 mẫu cho mỗi nhóm Do đó, tổng số mẫu cần kiểm tra là 42 mẫu.

Bảng 3 9: Số lượng các mẫu đo độ dai va đập Charpy

Thí nghiệm xác định độ dai va đập Charpy theo tiêu chuẩn ISO 179-1 được thực hiện tại Trung tâm kiểm nghiệm cao su và chất dẻo

Thiết bị được sử dụng là máy đo va đập (Impact Tester) model IT504 -Tinius Olsen-England, xuất xứ: Anh

Hình 3 20: Máy đo va đập Tinius Olsen IT504

Khả năng kháng va đập của vật liệu có thể được xác định qua hai phương pháp chính là Va đập Izod và Va đập Charpy Tiêu chuẩn đánh giá cho các phương pháp này bao gồm Charpy theo ISO 179 và ASTM D6110, Izod theo ISO 180 và ASTM D256, cũng như các tiêu chuẩn ASTM D4812 cho va đập không cần khía rãnh mẫu, ASTM D4508 cho va đập dạng tấm mỏng và ASTM D950 cho va đập dạng nối dính Thông số kỹ thuật của máy đo cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình đánh giá khả năng kháng va đập của vật liệu.

- Các phép thử được thay đổi bằng cách lắp mặt nện tương ứng trên búa đập và bộ giữ mẫu (hoặc đe)

- Năng lượng va đập cơ bản là 2.82 J với chiều cao chuẩn 610 mm, vận tốc va đập tương ứng 3.46 m/s

Thiết kế động lực (Low Blow) cho phép điều chỉnh chiều cao của búa, nhằm đáp ứng yêu cầu kiểm tra va đập ở mức thấp hơn 2.82 J, cụ thể là từ 2.75 J đến 2 J, với tốc độ va đập tương ứng là 3.14 m/s và 2.91 m/s.

- Năng lượng va đập có thể dễ dàng thay đổi đến 25 J bằng cách sử dụng các bộ tải trọng khác nhau gắn trên búa

Máy được thiết kế với cấu trúc chắc chắn và khí động học, giúp định hướng chính xác lực va đập và giảm thiểu tổn thất năng lượng do gió.

- Từ chiều cao chuẩn 0.61 m (2.00 ft), búa tạo vận tốc va đập 3.46 m/s (11.35ft/s) theo tiêu chuẩn ASTM và ISO 179 và ISO 180

- Bộ hiển thị 104: Hiển thị LCD và bàn phím nhỏ để điều khiển phép thử, hiển thị kết quả, hiệu chuẩn máy và định cấu hình hệ thống

- Khả năng phân giải năng lượng nhỏ hơn 0.03% của năng lượng búa đập 3.4.3 Quy trình thí nghiệm

Để tiến hành đo lường, bước đầu tiên là sử dụng vi kế để xác định độ dày và độ rộng của từng mẫu vật Sau đó, cần thu thập các kích thước cùng với các dấu hiệu nhận dạng tương ứng của phần mẫu vật để đảm bảo tính chính xác và đầy đủ trong quá trình nghiên cứu.

Bước 3 - Kẹp mẫu vật với con trượt khi con trượt ở ngoài của con lắc Đối với một số máy, có thể cần sử dụng khuôn lắp để định vị chính xác mẫu vật với các con trượt trong suốt quá trình bắt vít.

Sử dụng con lắc có công suất thấp nhất trừ khi giá trị va đập vượt quá 85% phạm vi đọc Trong trường hợp này, hãy chuyển sang sử dụng con lắc có công suất cao hơn.

Bước 5 là quá trình đo công kéo và va đập của từng mẫu vật, ghi nhận các giá trị này và đánh giá hình dạng bên ngoài của mẫu đối với bộ cố định hoặc cổ thắt, cũng như xác định vị trí của các nứt gãy.

Xác định độ cứng Shore D theo tiêu chuẩn ASTM D2240-05

Độ cứng Shore là đơn vị đo lường độ bền của vật liệu khi chịu lực ấn từ các mũi thử, với trị số cao hơn tương ứng với độ bền cao hơn Để đo độ cứng, người ta sử dụng thang đo Shore A cho cao su mềm và thang đo Shore D cho vật liệu cứng hơn Thang đo Shore A thường áp dụng cho các vật liệu đàn hồi như cao su và nhựa dẻo, trong khi Shore D được sử dụng cho nhựa cứng hơn như polyolefins, fluoropolymers và vinyls Độ cứng Shore A được xác định bằng máy đo dộ cứng Shore A, trong đó nếu đầu đo xuyên qua mẫu thử hoàn toàn, trị số đạt 0, còn nếu không có sự xuyên qua thì trị số là 100, và trị số này không có đơn vị.

Tại Trung Tâm Kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3 (QUATEST 3), các mẫu thử độ cứng đã được thực hiện với tổng cộng 6 mẫu đại diện (D1, D2, D3, D4, D5, D6) Những mẫu này là hỗn hợp LDPE và EVA, được pha trộn với các tỉ lệ khác nhau, chi tiết được nêu trong Bảng 3.10.

Bảng 3 10: Các mẫu thử độ cứng Shore D của hỗn hợp LDPE/EVA

Hình 3 21: Mẫu đo độ cứng Mẫu phải là một bề mặt phẳng, không có những gồ ghề nhấp nhô

Mẫu có thể là nguyên khối hoặc được cấu thành từ nhiều lớp mỏng ghép lại Việc xác định độ cứng không thể thực hiện trên các bề mặt tròn, không đồng đều và thô.

Sử dụng thiết bị đo độ cứng TECLOCK GS-702N như hình 3.22 và thông số kỹ thuật của thiết bị như bảng 3.9 bên dưới

Hình 3 22: Đồng hồ SHORE D TECLOCK GS-702N

Bảng 3 11: Thông tin kỹ thuật của đồng hồ đo độ cứng TECLOCK GS-702N

Vật liệu Tiêu chuẩn Giá trị đo Mũi đâm Cao su cứng, chất dẻo-nhựa cứng, Acrylic Glass,

Đặt mẫu thử lên bề mặt phẳng, cứng và nằm ngang Giữ thiết bị đo độ cứng theo vị trí thẳng đứng, đảm bảo đầu nhọn mũi ấn cách cạnh bất kỳ của mẫu thử ít nhất một khoảng cách nhất định.

Để đạt được kết quả tốt nhất, áp đế ép lên mẫu thử với tốc độ nhanh nhưng không đột ngột, giữ cho đế ép song song với bề mặt mẫu thử Áp lực cần tạo ra chỉ đủ để đảm bảo sự tiếp xúc chắc chắn giữa đế ép và mẫu thử.

Sau khoảng 15 giây, đọc giá trị trên thang đo của thiết bị Nếu cần đo tức thời, hãy đọc thang đo trong vòng 1 giây sau khi đế tiếp xúc chắc chắn với mẫu thử, cho đến khi thiết bị hiển thị giá trị lớn nhất, và ghi nhận giá trị này.

Bước 3: Thực hiện 5 phép đo độ cứng trên mẫu thử tại các vị trí khác nhau cách nhau ít nhất 6 mm và tính giá trị trung bình.

Nghiên cứu tổ chức tế vi

Mẫu nghiên cứu tổ chức tế vi được sử dụng bao gồm 6 mẫu được ép để thử độ bền kéo, tương ứng với 6 tỉ lệ thành phần khác nhau, như thể hiện trong hình 3.7 và bảng 3.12.

Bảng 3 12: Số lượng các mấu chụp ảnh tổ chức tế vi

Tổ chức tế vi bề mặt của các mẫu thí nghiệm được quan sát thông qua kính hiển vi điện tử quét (SEM) với độ phóng đại từ 300 đến 5000 lần.

3.6.2 Dụng cụ thí nghiệm Để quan sát được tổ chức tế vi, thiết bị được sử dụng là kính hiển vi điện tử quét phân giải cao HITACHI S-4800

Máy HITACHI S-4800 là kính hiển vi điện tử quét (FESEM) sử dụng súng điện tử kiểu phát xạ cathode trường lạnh và hệ thấu kính điện từ tiên tiến, mang lại độ phân giải cao Thiết bị này thường được sử dụng để đo lường các đặc trưng của vật liệu cấu trúc nano.

- Độ phân giải ảnh điện tử thứ cấp 1,0nm (15kV, WD = 4nm); 1.4 nm (1 kV,

WD = 1,5nm, kiểu giảm thế gia tốc); 2.0 nm (1 kV, WD = 1,5nm, kiểu thông thường)

Kiểu phóng đại thấp LM 20-2000 lần; Kiểu phóng đại cao HM 100-800000 lần

- 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 μm

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

Khả năng đo lường của SEM vượt trội hơn TEM, cho phép thu được hình ảnh ba chiều, trong khi TEM chỉ cung cấp thông tin về các mẫu mỏng Độ phân giải tối ưu mà SEM đạt được là 10 nm.

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

QUY HOẠCH XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM