CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt gypsum tới tính chất của vật
PP/GS polyme compozit
3.1.1. Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt tới tính chất lƣu biến trạng thái nóng chảy
Một đă ̣c trưng quan trọng của thiết bị trộn nội Haake là mô men xoắn tức thời của trục vít được ghi lại theo thời gian, thông số này có liên quan đến ma sát nô ̣i của “dòng chảy” vâ ̣t liê ̣u trong bu ồng trộn [36]. Ban đầu các nguyên liê ̣u được na ̣ p vào buồng trô ̣n, sau khi đóng buồng trô ̣n, mô men xoắn của tru ̣c quay là lớn nhất do ma sát lớn giữa các hạt nguyên liệu ở trạng thái rắn. Khi các nguyên liệu nhận được nhiệt từ buồng trộn và sự quay của roto, polyme mềm dần và nóng chảy, q trình này làm cho mơ men xoắn giảm dần và đạt giá trị khá ổn định khi polyme nóng chảy hồn tồn. Mơ men xoắn ổn định đặc trưng cho độ nhớt chảy tương đối của dòng polyme nóng chảy. 0 1 2 3 4 5 0 10 20 30 40 50 60 PP/OG-lot sang 0,500 mm PP/OG-lot sang 0,250 mm PP/OG-lot sang 0,125 mm
Hình 3.1. Giản đồ mô men xoắn của vật liệu compozit PP/OG (80/20) với các kích thước hạt OG khác nhau
Kích thước hạt OG là một thơng số công nghệ ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhớt chảy tương đối của vâ ̣t liê ̣u trong buồng trô ̣n. Khi xem xét ảnh hưởng của kích thước hạt OG tới độ nhớt chảy của vật liệu compozit PP/OG, các thành phần nhiệt độ trộn 180oC, tốc độ trộn 60 vòng/phút, thời gian trộn 5 phút [3] được giữ cố định cịn kích thước hạt OG được thay đổi theo kích thước mắt sàng 0,5 mm; 0,25 mm và 0,125 mm.
Quan sát hình 3.1 có thể thấy sau khi nạp liệu và đóng buồng trộn, các nguyên liệu ở trạng thái rắn nên mô men xoắn của vật liệu đạt cực đại. Khi vật liệu nền chảy lỏng mô men xoắn của vật liệu dần dần ổn định và đạt tới trạng thái cân bằng. Quan sát hình 3.1 cho thấy ở cùng một hàm lượng OG, các hạt OG với kích thước lọt sàng càng nhỏ mơ men xoắn cân bằng của vật liệu càng thấp. Điều này cho thấy kích thước của các hạt OG ảnh hưởng đến độ nhớt của vật liệu trong q trình gia cơng. Khi sử dụng hạt OG kích thước lọt sàng 0,125 mm, sự phân tán trong nền nhựa PP của chúng trở nên dễ dàng nhờ kích thước hạt nhỏ và dễ xen kẽ vào các bó sợi polyme hơn. Khi kích thước hạt lớn dần (với kích thước mắt sàng 0,25 và 0,5 mm), sự phân tán của chúng trong nền PP trở nên khó khăn do sự xen kẽ vào nhựa nền giảm, sự tiếp xúc giữa chúng với trục quay tăng, do vậy làm tăng ma sát nội trong q trình trộn nóng chảy, vật liệu khó gia cơng hơn. Quan sát giá trị mơ men xoắn cân bằng của các mẫu gypsum tại các hàm lượng 10 và 20% trên bảng 3.1 cho thấy, các mẫu gypsum có kích thước lọt sàng 0,125 mm có giá trị tương ứng 4,18 và 3,88 Nm thấp hơn so với các mẫu có sử dụng gypsum lọt sàng 0,25; 0,5 mm.
Bảng 3.1. Mô men xoắn cân bằng của vật liệu PP/OG (đơn vị Nm)
OG lọt sàng, mm PP/OG (90/10) PP/OG (80/20) 0,125 4,18 3,88 0,250 4,41 4,02 0,500 4,18 4,3
3.1.2. Ảnh hƣởng kích thƣớc hạt gypsum tới tính chất cơ lý của vật liệu
Ảnh hưởng của kích thước hạt gypsum đến tính chất cơ lý của vật liệu compozit PP/OG được thể hiện trên bảng 3.2.
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của kích thước hạt gypsum đến tính chất cơ lý của vật liệu compozit
Hàm lƣợng OG (%kl)
Hạt OG (lọt sàng, mm)
Mô đun đàn hồi (Mpa) Độ giãn dài (%) Độ bền kéo đứt (MPa) 0 756,24 660 31,65 5 0,125 855,17 38 30,38 0,250 855,25 15,6 29,73 0,500 905,03 21,9 30,17 10 0,125 878,59 27,30 30,25 0,250 907,04 17,06 29,82 0,500 901,1 20,41 29,40 15 0,125 966,1 19,78 29,03 0,250 955,24 16,59 29,52 0,500 951,3 15,89 28,77 20 0,125 970,95 17,99 27,92 0,250 967,55 13,26 27,62 0,500 962,01 13,05 27,15
Từ bảng 3.2 cho thấy, ở cùng một hàm lượng OG, các mẫu OG có kích thước lọt sàng 0,125 mm có độ bền kéo, mơ đun đàn hồi và độ dãn dài khi đứt lớn hơn so với các mẫu có kích thước sàng là 0,25 mm và 0,5 mm. Trong đó, ở hàm lượng 10% OG với kích thước hạt OG lọt sàng 0,125 mm, vật liệu có độ bền kéo đứt 30,25 MPa, và độ dãn dài khi đứt lớn nhất 27,30%, trong khi đó mẫu PP/OG (0,25 mm) chỉ đạt 29,82 MPa và 17,06 %, mẫu PP/OG (0,5 mm) là 29,40 MPa và 20,41 % tương ứng. Độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt giảm dần theo hàm lượng OG, với hàm lượng 20 % OG, độ bền của mẫu PP/OG (0,125 mm) còn lại là 27,92 MPa, còn mẫu PP/OG (0,25 mm) và mẫu PP/OG (0,5 mm) còn lại lần lượt là 27,62 MPa và 27,12 MPa. Trong khi đó, mơ đun đàn hồi của vật liệu có xu hướng tăng theo hàm lượng chất độn, điều này phản ánh độ cứng của vật liệu phụ thuộc vào hàm
lượng chất độn. Cùng một hàm lượng chất độn, sự gia tăng này là tương đối giống nhau. Khi tăng hàm lượng lên 20% OG, giá trị này tăng khoảng 1,4 lần so với mẫu PP ban đầu. Ở đây, sử dụng các hạt OG có kích thước lớn sẽ xuất hiện nhiều khuyết tật trong cấu trúc vật liệu do sự phân tán kém, các khuyết tật này gây ra sự suy giảm tính chất cơ. Như vậy, việc sử dụng hạt OG có kích thước hạt lọt sàng 0,125 mm cho tính chất cơ học cao hơn so với các mẫu sử dụng kích thước sàng lớn hơn.
Từ các kết quả thu được ở trên, hạt gypsum có kích thước lọt sàng 0,125 mm được chọn để biến tính và nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác đến tính chất và hình thái cấu trúc của vật liệu compozit PP/GS.