Nghiên cứu nâng cao tính chất cơ học của nhựa nền epoxy ứng dụng cho vật liệu compozit

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN ĐỨC BÌNH NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA NHỰA NỀN EPOXY ỨNG DỤNG CHO VẬT LIỆU COMPOZIT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS TS PHAN THỊ MINH NGỌC Hà Nội – 2012 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan kết thực nghiệm trình bày luận văn trung thực, tơi thực q trình nghiên cứu học tập khn khổ chương trình cao học Khoa học Kỹ thuật Vật liệu trường Đại học Bách khoa Hà Nội Các kết nêu luận văn chưa công bố cơng trình khác Hà nội ngày 20 tháng 10 năm 2012 Học viên Nguyễn Đức Bình Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS TS Phan Thị Minh Ngọc, GS TSKH Trần Vĩnh Diệu, Ban giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polyme, thầy cơ, bạn học tận tình giúp đỡ em hoàn thành luận văn Dù cố gắng, song luận văn chắn tránh khỏi thiếu sót hạn chế Do mong nhận chia sẻ nhận xét góp ý thầy giáo bạn Em xin chân thành cảm ơn Hà nội ngày 20 tháng 10 năm 2012 Học viên Nguyễn Đức Bình Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT XEDETA Xyanetyldietylentriamin PC Polyme Compozit DPP Diphenolpropan ECH Epiclohydrin DGE Diglyxydiete DGEBA Diglyxidyete Bisphenol A KLPT Khối Lượng Phân Tử EDA Etylendiamin DETA Dietylentriamin TETA Trietylentetramin AP Anhydrit Phtalic AHHP Anhydrit Hexahydrophtalic AMN Anhydrit Metylnadic DMP Tris(Dimethylaminomethyl)Phenol HLE Hàm Lượng Nhóm Epoxy GTE Giá Trị Epoxy ĐLE Đương Lượng Nhóm Epoxy EGC Hàm Lượng Nhóm Epoxy FXD 822 Fusicure FXD 822 V125 Versamid 125 SEM Hiển Vi Điện Tử Quét TGA Phương Pháp Phân Tích Nhiệt Khối Lượng DTA Phương Pháp Phân Tích Nhiệt Vi Sai PKL Phần Khối Lượng DDS Diaminodiphenylsunfon HX Axit Xalyxilic Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, ẢNH Hình Thị trường sử dụng nhựa epoxy Mỹ năm 2000 40 Hình Tỷ lệ sử dụng nhựa epoxy cho hệ sơn 41 Hình Dụng cụ soxhlet 48 Hình Thiết bị xác định thời gian gel hố 49 Hình Kính hiển vi điện tử quét JEOL Nhật 51 Hình Máy Radmana ITR-2000 đo độ bền va đập Charpy 55 Hình Thiết bị đo độ bền uốn 56 Hình Mẫu xác định độ bền kéo PC 57 Hình Cơ cấu xác định độ bền kéo 57 Hình 10 Mức độ đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 XEDETA với hệ số k khác 59 Hình 11 Mức độ đóng rắn hệ nhựa epoxy Epikote 828/FXD 822 với tỉ lệ PKL khác 60 Hình 12 Mức độ đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 Versamid 125 với tỉ lệ PKL khác 61 Hình 13 Sự phụ thuộc logG vào nhiệt độ tuyệt đối nhựa epoxy Epikote 828 đóng rắn XEDETA, FXD 822 V125 63 Hình 14 Ảnh hưởng chất chất đóng rắn đến độ cứng tương đối màng epoxy Epikote 828 65 Hình 15 Ảnh hưởng chất chất đóng rắn đến độ bền va đập màng epoxy Epikote 828 65 Hình 16 Ảnh hưởng chất chất đóng rắn đến độ bền ép dãn màng epoxy Epikote 828 66 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình Hình 17 Ảnh hưởng chất chất đóng rắn đến độ bền cào xước màng epoxy Epikote 828 66 Hình 18 Độ bền va đập trung bình vật liệu polyme compozit từ nhựa epoxy Epikote 828 đóng rắn XEDETA, FXD 822 V125 68 Hình 19 Độ bền kéo trung bình vật liệu polyme compozit từ nhựa epoxy Epikote 828 đóng rắn XEDETA, FXD 822 V125 68 Hình 20 Độ bền uốn trung bình vật liệu polyme compozit từ nhựa epoxy Epikote 828 đóng rắn XEDETA, FXD 822 V125 69 Hình 21 Ảnh chụp SEM bề mặt phá huỷ kéo vật liệu compozit nhựa Epikote 828 đóng rắn XEDETA với k=1,2 70 Hình 22 Ảnh chụp SEM bề mặt phá huỷ kéo vật liệu compozit nhựa Epikote 828 đóng rắn FXD 822 với tỉ lệ 60/100 PKL 70 Hình 23 Ảnh chụp SEM bề mặt phá huỷ kéo vật liệu compozit nhựa Epikote 828 đóng rắn V125 với tỉ lệ 70/100 PKL 71 Hình 24 Giản đồ TGA vật liệu compozit gia cường sợi thuỷ tinh sở nhựa Epikote 828 đóng rắn XEDETA, FXD 822 V125 71 Hình 25 Giản đồ DTGA mẫu compozit nhựa Epikote 828 đóng rắn XEDETA, FXD 822 V125 72 Hình 26 Ảnh hưởng xúc tác tới q trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 74 Hình 27 Ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tác HX tới q trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 sau 60 phút 76 Hình 28 Ảnh hưởng hàm lượng chất đóng rắn DDS đến mức độ đóng rắn nhựa epoxy Epkote 828 77 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình Hình 29 Ảnh hưởng nhiệt độ tới trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 78 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tóm tắt tính chất ứng dụng số chất đóng rắn cho nhựa epoxy 34 Bảng Thời gian gel hoá hệ XEDETA/Epikote 828; FXD 822/Epikote 828; V125/Epikote 828 62 Bảng Thời gian gel hố lượng hoạt hố đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 XEDETA, FXD 822 V125 63 Bảng Tính chất học vật liệu compozit từ nhựa epoxy Epikote 828 đóng rắn DDS gia cường vải thuỷ tinh với tỷ lệ sợi/nhựa khác 80 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B MỞ ĐẦU Nguyễn Đức Bình MỤC LỤC 11 PHẦN TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA EPOXY 12 1.1 Vật liệu polyme compozit 12 1.1.1 Khái niệm vật liệu polyme compozit 12 1.1.2 Lịch sử phát triển vật liệu polyme compozit 12 1.1.3 Xu hướng phát triển 13 1.1.4 Đặc điểm phân loại 13 1.1.5 Các thành phần vật liệu polyme compozit 17 1.1.6 Tính chất ứng dụng vật liệu polyme compozit 19 1.1.7 Các phương pháp gia công vật liệu polyme compozit 21 1.2 Nhựa epoxy 24 1.2.1 Lịch sử phát triển nhựa epoxy 24 1.2.2 Phương pháp tổng hợp nhựa epoxy 25 1.2.3 Các loại nhựa epoxy điển hình 28 1.2.4 Các chất đóng rắn cho nhựa epoxy 29 1.2.5 Các tính chất polyme epoxy 37 1.2.6 Ứng dụng nhựa epoxy 40 1.3 Chất tăng cường 41 PHẦN CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 46 2.1 Nguyên liệu 46 2.2 Phương pháp phân tích 46 2.2.1 Phương pháp xác định hàm lượng nhóm epoxy 46 2.2.2 Phương pháp xác định mức độ đóng rắn 47 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình 2.2.3 Phương pháp xác định hàm lượng sợi vật liệu PC 48 2.2.4 Phương pháp xác định thời gian gel hoá 49 2.2.5 Phương pháp tính tốn lượng chất đóng rắn amin 50 2.2.6 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 50 2.2.7 Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng TGA 51 2.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme compozit 51 2.3.1 Phương pháp lăn ép tay 51 2.3.2 Phương pháp ép nóng khn 52 2.4 Phương pháp xác định tính chất lý màng polyme 52 2.4.1 Xác định độ bền va đập 52 2.4.2 Xác định độ bền ép dãn 53 2.4.3 Xác định độ cứng tương đối 53 2.4.4 Xác định độ bền cào xước 54 2.5 Phương pháp xác định tính chất học vật liệu polyme compozit 55 2.5.1 Độ bền va đập 55 2.5.2 Độ bền uốn 55 2.5.3 Độ bền kéo 56 PHẦN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58 3.1 Vật liệu compozit từ hệ nhựa epoxy đóng rắn nhiệt độ thấp 58 3.1.1 Khảo sát q trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 chất đóng rắn XEDETA, FXD 822 V125 58 3.1.2 Tính chất lý màng phủ polyme sở nhựa epoxy Epikote 828 đóng rắn XEDETA, FXD 822 V125 64 3.1.3 Tính chất học vật liệu compozit gia cường sợi thuỷ tinh epoxy Epikote 828 đóng rắn nhiệt độ thấp 67 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình 3.1.4 Khảo sát hình thái cấu trúc bề mặt phá hủy vật liệu vật liệu PC 70 3.1.5 Tính chất nhiệt vật liệu PC 71 3.2 Vật liệu compozit từ nhựa epoxy Epikote 828 đóng rắn nhiệt độ nâng cao 73 3.2.1 Khảo sát q trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 DDS 74 3.2.2 Tính chất học vật liệu compozit gia cường sợi thuỷ tinh nhựa epoxy Epikote 828 đóng rắn nhiệt độ nâng cao DDS 79 KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 10 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình 3.1.4 Khảo sát hình thái cấu trúc bề mặt phá hủy vật liệu PC Để khảo sát hình thái cấu trúc bề mặt phá huỷ vật liệu PC sử dụng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) Ảnh chụp SEM bề mặt phá huỷ vật liệu PC trình bày hình 21, 22, 23 Hình 21 Ảnh chụp SEM bề mặt phá huỷ kéo vật liệu compozit nhựa Epikote 828 đóng rắn XEDETA với k=1,2 Hình 22 Ảnh chụp SEM bề mặt phá huỷ kéo vật liệu compozit nhựa Epikote 828 đóng rắn FXD 822 với tỉ lệ 60/100 PKL 70 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình Hình 23 Ảnh chụp SEM bề mặt phá huỷ kéo vật liệu compozit nhựa Epikote 828 đóng rắn V125 với tỉ lệ 70/100 PKL Quan sát ảnh chụp SEM bề mặt phá huỷ kéo vật liệu compozit nhận thấy khơng có khác biệt rõ rệt hình thái cấu trúc bề mặt chênh lệch độ bền kéo mẫu không lớn 3.1.5 Tính chất nhiệt vật liệu PC Để khảo sát tính chất nhiệt vật liệu PC sử dụng phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA) Kết trình bày hình 24 25 Hình 24 Giản đồ TGA vật liệu compozit gia cường sợi thuỷ tinh sở nhựa Epikote 828 đóng rắn XEDETA, FXD 822 V125 71 Commented [B46]: Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình Hình 25 Giản đồ DTGA mẫu compozit nhựa Epikote 828 đóng rắn XEDETA, FXD 822 V125 Giản đồ TGA hình 24 cho thấy độ bền nhiệt vật liệu compozit gia cường sợi thuỷ tinh từ nhựa epoxy Epikote 828 đóng rắn XEDETA, FXD 822 V125 khác đáng kể Vật liệu compozit từ hệ nhựa epoxy/V125 có nhiệt độ bắt đầu phân huỷ cao 320°C, vật liệu từ hệ epoxy/FXD 822 hệ epoxy/XEDETA bắt đầu phân huỷ nhiệt khoảng 140°C nhiệt độ bắt đầu phân huỷ vật liệu từ hệ epoxy/V125 hệ epoxy/XEDETA epoxy/FXD 822 tương ứng 7,32 4,31% khối lượng Vận tốc phân huỷ nhiệt cao vật liệu từ epoxy/XEDETA, epoxy/FXD 822 epoxy/V125 nhiệt độ tương ứng 366,5°C, 373°C 414,7°C Đến khoảng 500°C vật liệu từ hệ epoxy/XEDETA epoxy/V125 phân huỷ khoảng 60%, vật liệu từ hệ epoxy/FXD 822 số 40% Như ba loại vật liệu từ hệ nhựa khác nêu trên, vật liệu từ hệ epoxy/XEDETA chịu nhiệt Trong vùng từ 300 – 430°C vật liệu từ hệ epoxy/V125 chịu nhiệt cao vật liệu từ hệ epoxy/FXD 822 72 Commented [B47]: Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình 3.2 Vật liệu compozit từ nhựa epoxy Epikote 828 đóng rắn nhiệt độ nâng cao chất đóng rắn Diaminodiphenylsunfon (DDS) amin thơm quan trọng cho nhựa epoxy để chế tạo vật liệu lớp bán thành phẩm (prepregss) Hydro linh động nhóm NH phá vỡ vịng epoxy tạo liên kết đồng hóa trị theo phương trình sau: Với amin mạch thẳng tỷ lệ giai đoạn giai đoạn 2:1 amin thơm tỷ lệ (3 – 5) : [19] Nếu tỷ lệ đương lượng nhóm chức nhựa epoxy mạch thẳng chuyển thành cấu trúc mạng lưới không gian theo phản ứng sau: 73 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình 3.2.1 Khảo sát q trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 DDS Khảo sát ảnh hưởng chất xúc tác đến q trình đóng rắn nhựa • epoxy Epikote 828 Đã tiến hành khảo sát q trình đóng rắn nhựa epoxy với tỷ lệ chất đóng rắn DDS:epoxy 25:100 PKL nhiệt độ 125°C Mức độ đóng rắn nhựa epoxy xác định theo mức độ đóng rắn sau 16 trích ly axeton dụng cụ Mức độ đóng rắn, % soxhlet Kết trình bày hình 26 100 có xúc tác không xúc tác 80 60 40 20 0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Thời gian, Hình 26 Ảnh hưởng xúc tác tới trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 Các số liệu hình 26 cho thấy khơng có xúc tác q trình đóng rắn xảy chậm, mức độ đóng rắn đạt 7%, sau q trình đóng rắn nhựa epoxy mang tính tự xúc tiến [30]: sau 10 đạt 70%, sau 13 đạt 74 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình 95% sau 16 trình đóng rắn gần hồn tồn Như thời gian đóng rắn q dài khơng thích hợp cho q trình gia cơng vật liệu Do đó, phải sử dụng chất xúc tác nhằm làm tăng tốc độ phản ứng đóng rắn nhựa epoxy Xúc tác axit HX làm tăng đáng kể vận tốc q trình đóng rắn nhựa epoxy Để khảo sát ảnh hưởng xúc tác tới q trình đóng rắn nhựa epoxy tiến hành đóng rắn hệ Epikote 828/chất đóng rắn DDS tỷ lệ 100:25 PKL với 7% mol xúc tác HX tính theo hàm lượng mol nhóm epoxy Kết trình bày hình 26 Các số liệu hình 26 cho thấy có mặt 7% xúc tác phản ứng đóng rắn xảy nhanh nhiều so với khơng có xúc tác ~ lần : mức độ đóng rắn đạt 95% sau 90 phút có mặt chất xúc tác cịn khơng có xúc tác để có mức độ đóng rắn phải kéo dài tới 13 Do sử dụng xúc tác HX cho nghiên cứu • Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tác tới q trình đóng rắn nhựa epoxy Để khảo sát ảnh hưởng hàm lượng xúc tác HX đến q trình đóng rắn nhựa epoxy DDS tiến hành đóng rắn hệ nhựa nêu với tỷ lệ nhựa epoxy:chất đóng rắn 100:25 PKL 125°C sau 60 phút với hàm lượng chất xúc tác thay đổi từ – 8% mol so với hàm lượng mol nhóm epoxy Kết khảo sát thể hình 27 75 Mức độ đóng rắn, % Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình 100 82.52 75.23 80 63 60 48 50 4% ax 5% ax 40 20 0 3% ax 6% ax 7% ax 8% ax Hàm lượng axít HX Hình 27 Ảnh hưởng hàm lượng chất xúc tác HX tới trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 sau 60 phút Các số liệu hình 27 cho thấy với 3% xúc tác sau 60 phút chưa hình thành cấu trúc gel, tăng lên 4% mức độ đóng rắn đạt tới 48% Khi tăng hàm lượng xúc tác lên 5, 6, 7% mức độ đóng rắn tăng đáng kể đạt tối đa 7% xúc tác (82,52%) Nếu tiếp tục tăng hàm lượng xúc tác lên 8% mức độ đóng rắn lại giảm xuống cịn 75% Do hàm lượng xúc tác tối ưu cho trình đóng rắn nhựa epoxy epikote 828 DDS 7% mol HX theo hàm lượng mol nhóm epoxy • Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất đóng rắn DDS tới q trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 Hàm lượng chất đóng rắn có ảnh hưởng nhiều tới q trình đóng rắn Nếu tỷ lệ nhóm hoạt động chất đóng rắn phù hợp với nhóm epoxy nhận sản phẩm có cấu trúc mạng lưới chặt chẽ có tính chất lý cao Ngược lại, số nhóm hoạt động chất đóng rắn nhỏ lớn số nhóm epoxy liên kết tạo ít, kết nhận nhựa có tính chất lý thấp Đã tiến hành khảo sát q trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 với 7% mol hàm lượng chất xúc tác/mol nhóm epoxy Epikote 828 125°C 60 76 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình phút với hàm lượng chất đóng rắn DDS khác nhau: 20, 25, 30, 35 PKL so với Mức độ đóng rắn, % 100 PKL nhựa Epikote 828 Kết trình bày hình 28 100 90 82.52 75.28 80 60 54.27 40 20 20 PKL 25 PKL 30 PKL 35 PKL Hàm lượng chất đóng rắn DDS Hình 28 Ảnh hưởng hàm lượng chất đóng rắn DDS đến mức độ đóng rắn nhựa epoxy Epkote 828 Các số liệu hình 28 cho thấy hàm lượng chất đóng rắn 20 PKL, mức độ đóng rắn đạt 55%, 25 PKL – 82 % với 30 PKL mức độ đóng rắn lớn 90% Nhưng tăng hàm lượng chất đóng rắn lên 35 PKL mức độ đóng rắn giảm Đó số lượng nguyên tử H hoạt động DDS phù hợp với lượng nhóm epoxy mức độ đóng rắn cao Nếu số nguyên tử H hoạt động nhỏ lớn số nhóm epoxy mức độ đóng rắn thấp Do hàm lượng chất đóng rắn DDS 30 PKL tối ưu cho q trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 • Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tới q trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 DDS Do có tượng liên hợp đơi điện tử khơng chia nhóm NH với hệ điện tử π nhân thơm phân tử DDS làm giảm mật độ điện tử NH nên DDS hợp chất có tính bazơ thấp nhiều so với amin thẳng, phản ứng phải tiến hành đóng rắn nhiệt độ nâng cao 77 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tới q trình đóng rắn nhựa epoxy tiến hành đóng rắn hệ nhựa epoxy/DDS = 100/30 PKL 7% mol HX so với nhóm epoxy với thời gian 60 phút nhiệt độ khác nhau: 80, 120, 135, 145°C Mức độ đóng rắn, % Kết khảo sát trình bày hình 29 100 86.5 90 91.6 145°C 150°C 80 64.9 60 40 20 0.7 80°C 120°C 135°C Nhiệt độ, °C Hình 29 Ảnh hưởng nhiệt độ tới q trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 Kết hình 29 cho thấy 80°C mức độ đóng rắn sau 60 phút thấp chưa tới 1%, tăng nhiệt độ lên 120°C số tăng vọt lên 64,9% Nâng tiếp nhiệt độ lên 135°C 145°C, mức độ đóng rắn tương ứng 86,5 90% Ở nhiệt độ 150°C mức độ đóng rắn đạt 91,6%, tăng khơng đáng kể so với mức độ đóng rắn 145°C Như vậy, sau khảo sát trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 DDS lựa chọn điều kiện đóng rắn thích hợp để chế tạo vật liệu compozit là: - Tỷ lệ chất đóng rắn DDS: nhựa epoxy 30:100 PKL - Xúc tác HX với hàm lượng 7% mol (so với hàm lượng nhóm epoxy) - Nhiệt độ đóng rắn: 145°C - Thời gian đóng rắn: 60 phút 78 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình 3.2.2 Tính chất học vật liệu compozit gia cường sợi thuỷ tinh nhựa epoxy Epikote 828 đóng rắn nhiệt độ nâng cao DDS Để khảo sát tính chất học vật liệu compozit nên tiến hành chế tạo vật liệu gia cường vải thuỷ tinh loại 450g/m2 qua hai giai đoạn: • Giai đoạn 1: chế tạo bán thành phẩm (prepregs) • Giai đoạn 2: chế tạo vật liệu compozit phương pháp ép nóng khuôn Bán thành phẩm – prepregs – chế tạo từ dung dịch hệ DDS/nhựa epoxy = 30/100 PKL với hàm lượng HX 7% mol (tính theo nhóm epoxy) axeton nồng độ 55% (tính theo khối lượng nhựa epoxy) cách tẩm hỗn hợp vào vải thuỷ tinh để bay dung môi nhiệt độ phòng 24 Các prepregs xếp vào khn đến độ dày cần thiết ép nóng với áp lực 80 kgf/cm2 máy ép 30 với chế độ nhiệt tăng bậc sau: - 80°C với thời gian 60 phút - 120°C với thời gian 40 phút - 145°C với thời gian 60 phút Sở dĩ bậc nhiệt độ ban đầu 80°C thấp nhiệt độ đóng rắn tối ưu cần có thời gian để nhựa chuyển sang trạng thái chảy nhớt chưa xảy phản ứng khâu mạch nên thấm sâu vào vải thuỷ tinh Sau nâng nhiệt độ lên 120°C để nhựa đóng rắn với tốc độ chậm bọt khí thoát khỏi vật liệu Cuối cùng, nhiệt độ nâng lên 145°C nhằm nhựa đóng rắn triệt để Tính chất học vật liệu compozit với hàm lượng sợi thuỷ tinh khác trình bày bảng 79 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình Bảng Tính chất học vật liệu compozit từ nhựa epoxy Epikote 828 đóng rắn DDS gia cường vải thuỷ tinh với tỷ lệ sợi/nhựa khác Tính chất học Tỷ lệ sợi/nhựa, Độ bền kéo, Modun kéo, Độ bền uốn, Modun uốn, PKL MPa GPa MPa GPa 55/45 204,42 4,26 389,50 20,24 60/40 237,84 4,35 417,70 23,90 65/35 274,23 4,78 436,40 26,83 70/30 311,12 6,04 467,40 33,65 75/25 237,12 3,05 241,5 17,55 STT Từ số liệu thể bảng nhận thấy hàm lượng sợi tăng từ 55 PKL lên 70 PKL độ bền kéo, độ bền uốn modun kéo, uốn tăng, hàm lượng sợi chiếm 75 PKL tính chất học giảm đáng kể: độ bền kéo giảm 31%, độ bền uốn giảm 94% so với vật liệu chứa 70 PKL sợi thuỷ tinh Điều lượng sợi thuỷ tinh lớn, nhựa không đủ để bao phủ chúng nên khơng có liên kết chặt chẽ sợi - nhựa toàn hệ vật liệu Tỷ lệ sợi thuỷ tinh/nhựa epoxy tối ưu cho vật liệu compozit 70/30 PKL, điều kiện vật liệu có tính chất học cao nhất: Độ bền kéo đạt 311,12 MPa độ bền uốn 467,40 MPa Khi sử dụng phương pháp ép nóng khn nhiệt độ nâng cao nâng hàm lượng sợi thuỷ tinh lên tới 70%, cao nhiều so với phương pháp lăn ép tay nhiệt độ phòng Do vậy, tính chất học vật liệu nâng lên đáng kể Như vậy, thay đổi chất chất đóng rắn thay đổi tính chất học nhựa epoxy Epikote 828 sau đóng rắn vật liệu compozit sở chúng 80 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình KẾT LUẬN Đã lựa chọn tỷ lệ nhựa epoxy Epikote 828/chất đóng rắn XEDETA (với hệ số k = 1,2), FXD 822 (60 PKL) V125 (70 PKL) Đã xác định lượng hoạt hố đóng rắn XEDETA, FXD 822 V125 với Epikote 828 tương ứng 8,09 Kcal/mol 4,69 Kcal/mol 9,57 Kcal/mol Do vậy, phản ứng XEDETA V125 với Epikote 828 xảy êm dịu Chính thời gian sống hệ epoxy/XEDETA epoxy/V125 dài nên thuận lợi cho việc sử dụng chúng trình chế tạo vật liệu compozit phương pháp lăn ép tay Đã khảo sát tính chất ba loại nhựa epoxy Epikote 828 đóng rắn nhiệt độ thấp với chất đóng rắn XEDETA, FXD 822 V125 thơng qua việc xác định tính chất lý màng sở chúng Kết cho thấy nhựa epoxy/XEDETA epoxy/V125 có tính chất lý tương đương cao nhựa epoxy/FXD 822 Đã khảo sát tính chất học vật liệu compozit gia cường sợi thuỷ tinh từ nhựa epoxy/XEDETA, epoxy/FXD 822 epoxy/V125 nhận thấy tính chất học vật liệu compozit từ nhựa epoxy/XEDETA tương đương epoxy/V125 cao epoxy/ FXD 822 Đã khảo sát q trình đóng rắn nhựa epoxy Epikote 828 nhiệt độ nâng cao chất đóng rắn DDS cho thấy với tỷ lệ nhựa epoxy/DDS 100/30, hàm lượng xúc tác HX 7% mol (so với hàm lượng nhóm epoxy), nhiệt độ 145°C thời gian 60 phút thích hợp cho việc chế tạo vật liệu compozit Đã chế tạo vật liệu compozit gia cường sợi thuỷ tinh từ hệ epoxy/DDS nhiệt độ 145°C với tỷ lệ sợi/nhựa khác nhận thấy tỷ lệ sợi nhựa = 70/30 cho vật liệu compozit có tính chất học cao nhất: độ bền kéo 311,12 MPa độ bền uốn 467,40 MPa Với việc sử dụng chất đóng rắn DDS cho nhựa epoxy sử dụng phương pháp ép nóng khn nhiệt độ nâng cao phương pháp tăng hàm lượng sợi thuỷ tinh đồng thời cho tính chất học vật liệu cao hẳn so với phương pháp lăn ép tay nhiệt độ phòng 81 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đức Anh, (2010), Luận văn tốt nghiệp cao học, Hà Nội Brydson, J A (1999), Plastic Materials, 7th, pg 744 -772, British Library Cataloguing in Publication Data Cheremisinoff N P., (1993), Elastomer Technology Handbook CRC Press, Boca Raton Ann Arbor London Tokyo, pp 662 Trần Vĩnh Diệu, (1982), Luận án Tiến sĩ khoa học hoá học, Matxcơva Thái Duy Đức, (2010), Nghiên cứu chế tạo vi sợi xenlulo từ luồng vật liệu ép toàn vi sợi, Luận văn tốt nghiệp, Đại học Bách khoa Hà Nội Trần Vĩnh Diệu, Lê Thị Phái, (1995), “Vật liệu compozit, vấn đề khoa học, hưởng phát triển ứng dụng”, Hội thảo quốc gia vật liệu compozit, Nha Trang Epokxitnưie xmolư i materialư na ikhosnove, Katalog, (1985) Cherkassư, str 37 Gough, L J and Smith, I T (1960), “A gel point method for the estimation of overall apparent activation energies of polymerization” J Appl Polym Sci., 3: 362–364 Nguyễn Châu Giang (2010), Báo cáo thực tập Đại Học Doshuha 10 Nguyễn Châu Giang (1999), Luận văn tốt nghiệp cao học, tr - 28, Hà Nội 11 Holm, R T (1967), Ketimine as latent epoxy curing agents, J.paint Technology, vol.39, No 509, p.385 -388 12 Iwan A., Kaczmarczyk B., Janeczek H., Sek D., Ostrowski S., (2006), Similarities and differences between azomethines and ketimines: synthesis, materials characterization and structure of novel imines compounds, Centre of Polymer Chemistry, Polish Academy of Sciences, Warsaw, Poland 13 Irfan, M H (1998), Chemistry and Technology of Thermosetting Polymers in Construction Applications, tr 8-28, Klwer Academic Publishers 14 Kroschwitz, J I (2004), Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Vol 9, J Wiley & sons 82 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình 15 Knight M., Curliss D., (2001), Composite Materials, Air Force Research Laboratory, USA 16 Nguyễn Thế Long (1994), Luận án Phó Tiến sĩ Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 17 Mascia L., Frigione M E., Acierno D (1995), “Oligomeric and polymeric modifiers for toughening of epoxy resins”, Eur Polym J., Vol 31, N11, pp 1021-1029, Elsevier 18 May, C A., Tanaka Y., (1988), Epoxy resin, Chemistry and Technology, Marcel Dekker, Inc New york and Basel, chapter 19 Phan Thị Minh Ngọc, Bạch Trọng Phúc, Ngô Thị Thanh Vân, (2000), “Tổng hợp ứng dụng adduct dietylentriamin-arylonitril làm chất đóng rắn cho nhựa epoxy vật liệu polyme compozit gia cường sợi thuỷ tinh”, Tạp chí Hố học, 38(3), 45-49 20 Nguyễn Phương Hoài Nam, (1995), Luận án PTS Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 21 Noomen A., (1989), The chemistry and physics of low-emission coatings: Part Waterborne two-pack coatings, Progress in Organic Coatings, Vol, 17, Issue 1, Pg 27–39 22 Olli, L K., (1997), Ketimine, US patent No 6008410 23 Ployd, D E., Robbinsdale, Minn., (1967), Compounds having Ketimine and nitrile groups derivered from certain aliphatic polyamines, US patent 3337606 24 Pilato, L A., Michno, M J (1994), Advanced Composite Materials, Springer Verlag Berlin Heidelberg, p 11- 18 25 Bạch Trọng Phúc (1996), Luận án Phó Tiến sĩ Khoa học Kỹ thuật, tr 1- 30;tr 41 - 60; tr 122-135, Hà Nội 26 Strong, A B (1996), Plastic Materials and processing, Bringham Young Unive, Prentice Hall Inc., chapter 27 Sienel et al., (1991) "Epoxides", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, ed., vol A9, Verlag Chemie, Weinheim, pp 531-563 28 Vũ Xuân Thủy, (2005), Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC sở nhựa epoxy 83 Luận văn thạc sĩ khoa học 2011B Nguyễn Đức Bình sợi tre ngắn, Đồ án tốt nghiệp, Đại học Bách Khoa Hà Nội 29 Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme, (1999), “Nghiên cứu, xây dựng tổng quan điều tra tổng thể lĩnh vực:chiến lược phát triển vật liệu tổ hơp (polyme compozit)”, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 30 Thomas R., Durix S., (2007), Polymer 48, pg 1695 – 1710 31 Wunderlich B., (2005), Thermal Analysis of Polymeric Materials, tr 350 – 358, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 84 ... trình nghiên cứu biến tính nhựa epoxy Epikote 828 cách sử dụng loại chất đóng rắn khác nhằm ? ?Nghiên cứu nâng cao tính chất học nhựa epoxy ứng dụng cho vật liệu compozit? ?? 11 Luận văn thạc sĩ khoa học. .. cầu 1.1.6 Tính chất ứng dụng vật liệu polyme compozit 1.1.6.1 Tính chất vật liệu polyme compozit Tính chất vật liệu polyme compozit (PC) tổ hợp tính chất cấu tử có mặt vật liệu Tính chất cấu tử... QUAN VỀ VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ NHỰA EPOXY 1.1 Vật liệu polyme compozit 1.1.1 Khái niệm vật liệu polyme compozit Vật liệu polyme compozit vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác