Nghiên cứu nâng cao tính chất cơ học và độ chậm cháy của compozit trên nền epoxy gia cường bằng vải thủy tinh1139

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TÍNH CHẤT CƠ HỌC VÀ ĐỘ CHẬM CHÁY CỦA COMPOZIT TRÊN NỀN EPOXY GIA CƯỜNG BẰNG VẢI THỦY TINH Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử tổ hợp Mã số: 62440125 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HĨA HỌC Hà Nội - 2016 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bạch Trọng Phúc GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu Phản biện 1: ……………………………………………………… ……………………………………………………… Phản biện 2: ……………………………………………………… ……………………………………………………… Phản biện 3: ……………………………………………………… ……………………………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu -Trường ĐHBK Hà nội Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyen Tuan Anh, Bach Trong Phuc, Tran Vinh Dieu (2013) Study of effect of the flame retardants on epoxy Epikote 240 resin cured by amine hardeners, Tạp chí Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam, Tập 51(5B), tr 123-127 Nguyễn Tuấn Anh, Bạch Trọng Phúc, Trần Vĩnh Diệu (2013) Nghiên cứu ảnh hưởng loại vải gia cường đến tính chất học khả chậm cháy vật liệu polyme compozit nhựa epoxy Epikote 240, Tạp chí Hóa học, Tập 5(6ABC), tr 1-4 Nguyen Tuan Anh, Bach Trong Phuc, Tran Vinh Dieu (2014) A study on the mixing of polymers based on epoxy resin and Epoxidized linseed oil, ISEPD2014 Internation Symposium on Eco-materials Processing and Design, Hanoi, January 12-15, 2014, pp 232-236 Bach Trong Phuc, Tran Vinh Dieu and Nguyen Tuan Anh (2014) Improved Flame Retardant Properties of Polymers Epoxy Based on Antimony Trioxide/Chlorinated Paraffin, Journal of Materials Science and Engineering A (USA), Vol (5), pp 146-150 Nguyen Tuan Anh, Bach Trong Phuc, Tran Vinh Dieu (2014) Impoved flame retardant and mechanical properties of polymer composite materials based on epoxy Epikote 240/epoxidized linseed oil by fire-retardant additives, Proceeding of the 2nd International Conference on Green Technology and Sustainable Development Volume 1, Ho Chi Minh City, October 30-31, 2014 pp 168-172 Tran Vinh Dieu, Bach Trong Phuc, Nguyen Quang Tung, Nguyen Tuan Anh (2015) Study the effect of stirring time to the mechanical properties and flame retardancy of epoxy/MMT-I.30E nanocomposite Tạp chí Hóa học, Tập 53(4E2), tr 64-67 Trần Vĩnh Diệu, Bạch Trọng Phúc, Nguyễn Quang Tùng, Nguyễn Tuấn Anh (2015) Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian rung siêu âm đến tính chất học khả chống cháy vật liệu MWCNTs/epoxy nanocompozit Tạp chí Hóa học, Tập 53(4E2), tr 4246 Bạch Trọng Phúc, Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Quang Tùng, Nguyễn Tuấn Anh (2015) Ảnh hưởng hàm lượng nanoclay đến tính chất học độ chậm cháy compozit epoxy Tạp chí Hóa học, Tập 53(4E2), tr 97-101 A.GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học luận án Ở Việt Nam, năm 2013 vụ cháy liên quan đến nhà cao tầng, chợ, trung tâm thương mại, khu chung cư có chiều hướng gia tăng Riêng vụ nổ nhà máy pháo hoa Phú Thọ làm chết 26 người gần 100 người bị thương, toàn nhà máy bị san phẳng, thiệt hại 53 tỉ đồng Theo thống kê Cục phòng cháy chữa cháy cứu nạn cứu hộ, năm 2013, nước xảy gần 2.600 vụ cháy nổ, làm chết 124 người bị thương 349 người Riêng Hoa Kỳ từ năm 1996 đến năm 2005, trung bình 3932 người chết 20.919 người khác bị thương (không bao gồm kiện ngày 11 tháng năm 2001) báo cáo hàng năm kết vụ hỏa hoạn Ngoài ra, tất tai nạn cháy liên quan đến mát tài sản đáng giá hàng triệu la Vì vậy, việc cải thiện tính chậm cháy vật liệu polyme tiếp tục lĩnh vực nghiên cứu hấp dẫn cho nhà Hóa học Cơng nghệ Vật liệu polyme Vì chúng tơi lựa chọn đề tài luận án: “Nghiên cứu nâng cao tính chất học độ chậm cháy compozit epoxy gia cường vải thủy tinh” hy vọng kết luận án có đóng góp vào phát triển vật liệu compozit chậm cháy nước ta Mục tiêu luận án Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit sở nhựa epoxy Epikote 240 với nanoclay I.30E, ống nano cacbon đa tường (MWCNTs); epoxy Epikote 240 với hỗn hợp nanoclay I.30E+MWCNTs; epoxy Epikote 240/dầu lanh epoxy hóa (ELO) với hỗn hợp nanoclay I.30E+MWCNTs tổ hợp phối hợp với chất chống cháy oxit antimon paraphin clo hóa; sử dụng vải thủy tinh vải thủy tinh 3D gia cường cho tổ hợp chất để nâng cao tính chất học độ chậm cháy Những điểm luận án - Đã nghiên cứu tìm tỷ lệ thích hợp dầu lanh epoxy hóa hàm lượng thích hợp chất chống cháy oxit antimon paraphin clo hóa nhựa epoxy Epikote 240 Các vật liệu thu có độ bền học cải thiện nâng cao độ chậm cháy so với vật liệu epoxy Epikote 240 - Đã nghiên cứu tìm kỹ thuật thích hợp (khuấy học tốc độ cao khuấy siêu âm, rung siêu âm) để phân tán đồng nanoclay I.30E MWCNTs nhựa epoxy Epikote 240, tạo vật liệu nanocompozit có cấu trúc tách lớp - Đã chế tạo thành công vật liệu nanocompozit sở nhựa epoxy Epikote 240 với nanoclay I.30E, MWCNTs; epoxy Epikote 240 v ới hỗn hợp nanoclay I.30E+MWCNTs; tổ hợp phối hợp với chất chống cháy oxit antimon paraphin clo hóa Vật liệu nanocompozit nhận có tiêu độ bền học cải thiện đảm bảo tính chậm cháy - Đã chế tạo vật liệu polyme compozit sở nhựa epoxy Epikote 240 có ELO, MWCNTs nanoclay I.30E, chất chống cháy oxyt antimon paraphin clo hóa gia cường vải thủy tinh thông thường vải thủy tinh dệt 3D Vật liệu nhận có độ bền học cải thiện nâng cao độ chậm cháy Cấu trúc luận án Luận án có khối lượng 123 trang, gồm phần sau: Mở đầu trang, phần 1: tổng quan 28 trang, phần 2: phương pháp nghiên cứu 11 trang, phần 3: kết thảo luận 80 trang, kết luận trang 98 tài liệu tham khảo B NỘI DUNG LUẬN ÁN TỔNG QUAN 1.1 Nhựa epoxy 1.2 Các giải pháp nâng cao tính chất học độ chậm cháy compozit sở nhựa epoxy gia cường vải thủy tinh 1.2.1 Phối trộn dầu lanh epoxy hóa 1.2.2 Đưa nanoclay vào nhựa epoxy 1.2.3 Đưa MWCNTs vào nhựa epoxy 1.3 Các chất làm chậm cháy polyme 1.3.1 Cơ chế cháy vật liệu polyme 1.3.2 Cơ chế hoạt động phụ gia chống cháy 1.2.3 Phụ gia chống cháy 1.4 Các loại vải thủy tinh thông thường vải thủy tinh 3D PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu • Nhựa epoxy Epikote 240 hãng Shell Chemicals (Hoa Kỳ), hàm lượng nhóm epoxy 24,6%, đương lượng nhóm epoxy 185-196, độ nhớt 250C : 0,7 ÷ 1,1 Pa.s* • Dietylen triamin (DETA), Dow Chemicals (Hoa Kỳ) • Vải thủy tinh thơ loại E 600g/m2 (Trung Quốc) • Vải thủy tinh dệt 3D loại 600g/m2 (Trung Quốc) • Nanoclay I.30E hãng Nanocor (Hoa Kỳ): bột trắng ngà, khối lượng riêng 1,7 g/cm3 biến tính octadecyl amin • Ống nano cacbon đa tường (Multi Wall Carbon Nanotubes-MWCNTs), hãng Showa Denko (Nhật Bản) Được tổng hợp phương pháp lắng đọng hóa chất xúc tác MWCNTs có đường kính trung bình 40-45nm, chiều dài trung bình μm khối lượng riêng 0,08 g/cm3 • Paraphin clo hóa (S52) (Trung Quốc), có hàm lượng clo 52% • Oxyt antimon (Trung Quốc), độ tinh khiết > 99,0 % • Dầu lanh epoxy hóa (Epoxidized Linseed Oil - ELO) có hàm lượng nhóm epoxy 22,89 %, độ nhớt 250C: 800 cSt, Akcros (Anh) 2.2 Phương pháp chế tạo mẫu 2.2.1 Phương pháp chế tạo mẫu nhựa 2.2.1.1 Phương pháp chế tạo mẫu epoxy Epikote 240 với chất chống cháy - Chất chống cháy Sb2O3 amino phosphat (AC-2) dạng bột trước trộn hợp sấy khô tủ 800C 60 phút sau trộn hợp vào epoxy để 24h đảm bảo cho trình thấm ướt, sau tiến hành khuấy trộn học với tốc độ 1500 vòng/phút 800C điều kiện cách thủy Mẫu để nguội sau bổ sung chất đóng rắn DETA, tiến hành khuấy 150 vịng/phút 10 phút sau tiến hành khử bọt 30 phút đổ mẫu xác định tính chất học, tính chất chống cháy khn inox, sau 24 tiến hành sấy 800C giờ, để ổn định ngày thử tính chất học độ chậm cháy - Hai chất chống cháy paraphin clo hóa tris (1,3-dichloro-isopropyl)phosphat dạng lỏng bỏ qua giai đoạn sấy, quy trình chế tạo mẫu tương tự - Trộn hợp hệ chất chống cháy oxyt antimon paraphin clo hóa (với tỷ lệ phần khối lượng khác nhau) vào epoxy E 240 theo quy trình tương tự 2.2.1.2 Phương pháp chế tạo mẫu epoxy Epikote 240/dầu lanh epoxy hóa (ELO) Epoxy Epikote 240 trộn với ELO theo tỷ lệ khác bình cầu đáy trịn cổ dung tích 250 ml, hỗn hợp khuấy 1500 vòng/phút ổn định nhiệt 800C Hỗn hợp đồng bổ sung chất đóng rắn DETA khuấy trộn 150 vòng/phút nhiệt độ phòng 10 phút, đóng rắn sau 24 giờ, sau mẫu sấy 800 C Sau ngày, mẫu phân tích đo tính chất học, độ chậm cháy 2.2.1.3 Phương pháp phân tán nanoclay vào epoxy Epikote 240 Nanoclay-I.30E sấy khô 800C trước trộn hợp với nhựa epoxy E 240 Hàm lượng nanoclay khảo sát 1, 2, 4% khối lượng phân tán vào epoxy E 240 80 0C, phương pháp khuấy học tốc độ 3000 (vòng/phút) 8h Sau khuấy siêu âm hỗn hợp 60 phút với 50% cơng suất máy, nhiệt độ phịng Tiếp theo, hỗn hợp khử bọt khí thiết bị hút chân khơng 15 phút, bổ sung chất đóng rắn DETA, khuấy học 60-80 vòng/phút 10 phút Chất đóng rắn trộn hợp vào hỗn hợp tiến hành đổ vào khuôn inox sau 24h đem gia nhiệt h 800C (± 20C) Sau ngày đem xác định tính chất học độ chậm cháy 2.2.1.4 Phương pháp phân tán MWCNTs vào epoxy Epikote 240 Epoxy Epikote 240 làm nóng trước 80 0C tủ sấy trộn với MWNTs, với hàm lượng 0,01, 0,02 0,03% khối lượng so với epoxy Hỗn rung siêu âm 650C thời gian Sau rung siêu âm kết thúc, hỗn hợp đem khử khí 15 phút sau bổ sung chất đóng rắn DETA, tiến hành khuấy với tốc độ 60-80 vòng /phút nhiệt độ phòng 15 phút Hỗn hợp rót vào khn inox sau 24h đem gia nhiệt 3h 800C, làm mẫu cho tiêu, để mẫu ổn định ngày sau đem xác định tính chất học khả chống cháy 2.2.1.5 Phương pháp phân tán nanoclay/MWCNTs vào epoxy Epikote 240 Gia nhiệt nanoclay nhựa epoxy E 240 800C để giảm độ nhớt Theo tỷ lệ phần trăm khối lượng (bảng 2.3) nanoclay MWCNTs trộn hợp vào nhựa epoxy E 240 phương pháp khuấy học tốc độ 3000 vòng/phút giữ nhiệt độ ổn định 800C 8h sau tiến hành rung siêu âm 6h 65 0C Hỗn hợp đồng khử bọt khí 30 phút sau bổ sung chất đóng rắn DETA tương ứng, khuấy trộn học cách thủy (có thể cho thêm đá vào nước để giảm nhiệt độ bình phản ứng tránh đóng rắn cục bộ) hỗn hợp cho chất đóng rắn trộn hợp tốc độ 60-80 vịng/phút 15 phút Rót hỗn hợp vào khn inox để đóng rắn nhiệt độ phịng 24h, sau để ổn định ngày xác định tính chất, tính chất tối thiểu mẫu 2.2.2 Chế tạo vật liệu polyme compozit epoxy Epikote 240 gia cường vải thủy tinh Trước chế tạo vật liệu compozit, cắt vải theo kích thước tính tốn, sấy 800C 30 phút kết hợp hút chân không để loại ẩm Nhựa chế tạo theo mô tả mục 2.2.1 Tỷ lệ nhựa/vải chọn là: 60/40 Phủ chất chống dính khn Wax 8.0 (pha lỗng với xylen), xoa lên bề mặt khuôn Đầu tiên quét lớp nhựa mỏng lên khn, sau xếp lớp sợi gia cường lên Lớp vải thủy tinh mịn (tissue) để che lớp Dùng chổi có sợi cứng cụm hình trịn) dập đặn lên sợi cho thấm nhựa Sau dùng lăn thép có khía để lăn cho sợi lèn chặt thấm nhựa, đạt độ dày mm Vật liệu polyme compozit hút chân khơng để loại bỏ bọt khí, để đóng rắn nhiệt độ phòng (25-300C) sau 24 h mang sấy 3h 800C Sau ngày cắt mẫu xác định tính chất, tính chất tối thiểu mẫu 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng phần gel 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA) 2.3.4 Phương pháp xác định hình thái cấu trúc vật liệu 2.3.5 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua 2.3.6 Phương pháp xác định tính chất học 2.3.7 Các phương pháp khảo sát khả chống cháy vật liệu 2.3.7.1 Phương pháp đo số oxy giới hạn (Limiting Oxygen Index LOI) 2.3.7.2 Phương pháp xác định tính dễ bốc cháy vật liệu thiết bị UL 94 (UL 94HB UL 94V) 2.3.7.3 Phương pháp đo số tốc độ cháy Nghiên cứu điều kiện ảnh hưởng đến tính chất học độ chậm cháy vật liệu PC epoxy E 240 Ảnh hưởng chất đóng rắn amin mạch thẳng: DETA; TETA; XEDETA, EDA Ảnh hưởng loại vải thủy tinh thô: 300 g/m2; 600 g/m2, mát 300 g/m2 3D loại 600 g/m2 Ảnh hưởng chất chống cháy: oxyt antimon, parafin clo hóa, amino phosphat, flamstop 320 Ảnh hưởng hệ chất chống cháy oxyt antimon/paraphin clo hóa, khảo sát tỷ lệ phần khối lượng Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC epoxy E 240/ dầu lanh epoxy hóa (ELO) gia cường vải thủy tinh có khơng có chất chống cháy Khảo sát q trình đóng rắn hỗn hợp epoxy/ELO sử dụng chất đóng rắn DETA, đ/k nhiệt độ phịng Tính chất học độ chống cháy vật liệu epoxy/ELO có khơng có chất chậm cháy Nghiên cứu ảnh hưởng ELO đến tính chất học độ chậm cháy,epoxy/ELO (PKL): 95/5;90/10;85/25;80/20 Tính chất học độ chống cháy vật liệu PC: epoxy /ELO/vải thủy tinh có khơng có chất chậm cháy Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC epoxy E 240 có nanoclay I.30E gia cường vải thủy tinh có khơng có chất chống cháy Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian khuấy cơ, nhiệt độ khuấy cơ,vận tốc khuấy học,hàm lượng nanoclay đến tính chất học độ chậm cháy Tính chất học độ chậm cháy vật liệu compozit epoxy có: nanoclay; ELO; có khơng có chất chống cháy Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian khuấy siêu âm, giá trị công suất khuấy siêu âm đến tính chất học độ chậm cháy Tính chất học độ chậm cháy vật liệu PC epoxy gia cường vải thủy tinh có: nanoclay; ELO; có khơng có chất chống cháy Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC epoxy E 240 có ống nano cacbon đa tường (MWCNTs) gia cường vải thủy tinh có khơng có chất chống cháy Nghiên cứu kỹ thuật phân tán MWCNTs vào epoxy kỹ thuật rung siêu âm khuấy học, khảo sát về: thời gian, nhiệt độ rung hàm lượng MWCNTs Phân tán tổ hợp MWCNTs/nanoclay vào epoxy với tỷ lệ phần trăm khối lượng khác kỹ thuật rung siêu âm khuấy học Tính chất học độ chậm cháy compozit epoxy có: ELO; nanoclay, MWCNTs; có khơng có chất chống cháy Hình 2.4 Sơ đồ tóm tắt nội dung nghiên cứu Tính chất học độ chậm cháy PC epoxy gia cường vải thủy tinh có: ELO; nanoclay; MWCNTs; có khơng có chất chống cháy KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu điều kiện ảnh hưởng đến tính chất vật liệu polyme compozit nhựa epoxy Epikote 240 3.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng chất đóng rắn amin khác đến mức độ đóng rắn, độ bền học độ chống cháy vật liệu polyme epoxy E 240 Đã sử dụng chất đóng rắn dietylentriamin (DETA), xyanetyldietylentriamin (XEDETA), etylendiamin (EDA) trietylentetraamin (TETA) trình đóng rắn thực nhiệt độ phịng Khảo sát thời gian gel hóa, số oxy tới hạn, tốc độ cháy tính chất học sử dụng DETA đáp ứng yêu cầu nhựa epoxy E 240 cho việc nghiên cứu chế tạo vật liệu PC 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng loại vải thủy tinh đến tính chất học độ chậm cháy vật liệu polyme compozit nhựa epoxy E 240 đóng rắn DETA Đã sử dụng loại vải gia cường: mat thủy tinh loại 300 g/m2, vải thủy tinh thô loại E 300 g/m2, vải thủy tinh thô loại E 600 g/m2 vải thủy tinh dệt 3D loại 600 g/m2 để chế tạo vật liệu PC Vật liệu PC sở nhựa epoxy E 240 gia cường vải thủy tinh thông thường loại 600 g/m2 có độ bền học độ chậm cháy đạt mức quy định, lựa chọn cho phần nghiên cứu 3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng chất chống cháy đến tính chất vật liệu nhựa epoxy E 240 đóng rắn DETA 3.1.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng chất chống cháy đến độ chậm cháy, tính chất học nhựa epoxy E 240 3.1.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng chất chống cháy đến tính chất học nhựa epoxy E 240 3.1.3.3 Hình thái cấu trúc nhựa epoxy E 240 có mặt chất chống cháy khác 3.1.3.4 Nghiên cưú ảnh hưởng chất chống cháy đến tính chất nhiệt nhựa epoxy E 240 Trong cơng trình sử dụng chất chống cháy paraphin clo hóa, oxit antimon (Sb2O3), amino phosphat (AC2) tris (1,3-dichloro-iso-propyl) phosphat với phần khối lượng (PKL) epoxy E 240 cho vật liệu nhựa epoxy E 240 đóng rắn DETA để nâng cao khả chậm cháy Căn theo kết đánh giả khả chậm cháy tính chất học, tính chất nhiệt rút nhận xét sau oxyt antimon paraphin clo hóa có tác dụng chống cháy ổn định hiệu chất chậm cháy khác đồng thời tính chất học giữ mức ổn định Dựa chế cháy kết hợp oxyt antimon với hợp chất dẫn xuất halogen lựa chọn hệ chất chống cháy oxyt antimon/paraphin clo hóa để nghiên cứu nâng cao độ chậm cháy cho vật liệu compozit 3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng hệ chất chống cháy oxyt antimon paraphin clo hóa đến độ chậm cháy tính chất học nhựa epoxy E 240 Bảng 3.4 Độ bền học vật liệu polyme epoxy E 240 có mặt khơng có hệ chất chống cháy oxyt antimon/paraphin clo hóa với phần khối lượng khác Sb2O3 Paraphin Độ bền Độ bền Độ bền Độ bền va đập (PKL) clo hóa kéo uốn nén Izod (PKL) (MPa) (MPa) (MPa) (KJ/m 2) 0 55,90 86,75 156,08 7,11 47,78 86,56 93.66 6,86 42,63 81,87 71,12 7,00 41,24 78,55 98,61 7,17 11 42,58 75,32 70,66 7,59 45,81 83,60 77,69 6,35 7 45,94 79,32 58,91 6,99 44,15 78,76 67,70 7,35 11 43,15 75,03 38,71 8,75 45,16 82,00 62,95 6,17 50,05 88,36 61,91 7,49 9 47,10 84,53 79,44 7,65 11 50,52 89,26 88,88 8,78 Từ bảng 3.4 nhận thấy kết hợp oxyt antimon paraphin clo hóa với tỷ lệ phần khối lượng khác độ bền học có thay đổi riêng Nếu kết hợp oxyt antimon với paraphin clo hóa tỷ lệ (9/11 PKL) độ bền uốn tăng nhẹ, độ bền va đập Izod tăng mạnh độ bền kéo giảm nhẹ, có độ bền nén giảm Sự có mặt hệ chất chống cháy làm thay đổi tính chất học vật liệu epoxy E 240 Paraphin clo hóa kết hợp với oxyt antimon tạo thành hệ chống bắt cháy đơn giản có tác dụng làm chậm cháy hiệu tốt cho vật liệu polyme epoxy Sb2O3 + 2RCl → 2SbOCl + H 2O 5SbOCl → 2Sb4O5Cl2 + SbCl3 2Sb4O5 Cl2 → 5Sb 3O4 Cl + SbCl3 3Sb3O4 Cl → 4Sb2O3 + SbCl3 SbCl3 + H* → HCl + SbCl 2* SbCl2 *+ H * → HCl + SbCl* SbCl* + H* → HCl + Sb * Sb* + OH* → SbOH SbOH + H*→ SbO* + H SbO* + H* → SbOH Vật liệu epoxy E 240/DETA/Sb2O3 PKL/paraphin clo hóa 11PKL (hình 3.7), từ kết hình ảnh chụp FE-SEM độ phóng đại 50.000 lần nhận thấy hạt oxyt antimon phân tán thấm ướt tốt, không thấy xuất lỗ trống hạt Sb2O3 bám dính tốt với epoxy E 240, bề mặt gẫy vật liệu mịn màng Mặt khác ảnh chụp FE-SEM độ phóng đại 1000 lần (hình 3.7A,B,C,D) cho thấy Sb2O3 paraphin clo hóa phân bố đồng đều, paraphin clo hóa phân bố với kích thước nhỏ nhựa epoxy thể rõ ảnh FE-SEM chụp độ phân giải 10.000 lần (hình 3.8-E,F) Hình 3.8 Ảnh FE-SEM nhựa epoxy E 240/DETA có mặt hệ chất chống cháy: Sb2O3 PKL / paraphin clo hóa 11PKL (E); Sb 2O3 PKL / paraphin clo hóa 11PKL (F) độ phân giải 10.000 lần 3.1.6 Tính chất nhiệt nhựa epoxy E240 có mặt hệ chất chống cháy oxyt antimon/parafin clo hóa Hình 3.9 Giản đồ TGA mẫu vật Hình 3.10 Giản đồ TGA mẫu vật liệu liệu epoxy E 240/Sb2O3 7PKL/ paraphin epoxy E 240/ Sb2O PKL/paraphin clo hóa 11 PKL clo hóa 11 PKL Đường cong phân hủy nhiệt mẫu vật liệu epoxy E 240/DETA/ Sb2O3 PKL/paraphin clo hóa 11 PKL có độ dốc nhiều đường cong phân hủy nhiệt mẫu epoxy E 240/DETA/ Sb2O3 PKL/paraphin clo hóa 11 PKL độ phân hủy nhiệt độ nhanh hơn, chứng tỏ khả trì nhiệt hay làm việc mơi tường nhiệt mẫu epoxy E 240/DETA/ Sb2O3 PKL/paraphin clo hóa 11 PKL bền 10 3.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC nhựa epoxy E 240 – dầu lanh epoxy hóa (ELO) gia cường vải thủy tinh 3.2.1 Khảo sát q trình đóng rắn hỗn hợp epoxy E 240/ELO đóng rắn DETA Tỷ lệ epoxy E240/ELO = 90/10 PKL cho thời gian đóng rắn hàm lượng phần gel phù hợp để chế tạo vật liệu 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng ELO hóa đến tính chất học độ chậm cháy hỗn hợp epoxy E 240/ELO đóng rắn DETA Bảng 3.7 Tính chất học hỗn hợp epoxy E 240/ELO có tỷ lệ khác đóng rắn DETA Tỷ lệ phối trộn Độ bền Độ bền Độ bền Độ bền va đập E 240/ELO kéo, uốn, nén, Izod, (PKL) MPa MPa MPa KJ/m 100 55,9 86,75 156,08 7,11 95 44,90 88,06 117,18 7,13 90 10 52,80 88,70 121,36 8,65 85 15 42,29 82,13 91,52 6,70 80 20 36,64 77,40 124,82 6,49 Từ bảng 3.7 nhận thấy, độ bền uốn tăng 2,24% độ bền va đạp Izod tăng 21,65% (8,65 KJ/m2 ) so với nhựa epoxy E 240 chưa trộn hợp với ELO Độ bền nén giảm nhẹ ELO đóng vai trị chất hóa dẻo cải thiện phần nhược điểm dòn nhựa epoxy E 240 lại làm suy giảm độ cứng vật liệu 3.2.3 Hình thái cấu trúc vật liệu polyme epoxy Epikote 240/dầu lanh epoxy hóa đóng rắn DETA Hình 3.11 Ảnh FE-SEM vật liệu epoxy E 240/ELO tỷ lệ phối trộn 90/10 PKL độ phóng đại: 1000; 5000; 10.000; 20.000 lần 11 Từ hình FE-SEM (hình 3.11) độ phóng đại khác nhau, nhận thấy mẫu hỗn hợp E 240/ELO (90/10 PKL), dầu lanh epoxy hóa (ELO) tương hợp tốt với nhựa epoxy Bề mặt phá hủy mẫu E 240/ELO (90/10 PKL) có cấu trúc mịn, khơng gồ ghề, cấu trúc đặn 3.2.4 Tính chất học độ chậm cháy vật liệu PC epoxy E 240/ ELO gia cường vải thủy tinh có khơng có mặ t chất chậm cháy 3.2.4.1 Tính chất học độ chậm cháy hỗn hợp epoxy E 240/ELO có khơng có mặt chất chống cháy Khi trộn hợp ELO paraphin clo hóa vào vật liệu độ bền kéo giảm, độ bền uốn tăng, độ bền nén giảm độ bền va đập tăng cao ELO paraphin clo hóa đóng vai trị chất hóa dẻo cho vật liệu epoxy E 240 mà cải thiện đặc điểm giòn polyme epoxy E 240 Ảnh FE-SEM bề mặt vật liệu sau cháy trình bày hình 3.14 (a) (b) Hình 3.14 Ảnh FE-SEM bề mặt vật liệu PC sau cháy, thử nghiệm phương pháp đo tốc độ cháy: epoxy E 240 (a); epoxy E 240/ELO/oxyt antimon/paraphin clo hóa (b) Hình 3.14(b) với vật liệu compozit sở epoxy E 240/ELO/oxyt antimon/paraphin clo hóa bề mặt sau cháy không tồn vết nứt, bề mặt mịn vùng xốp khơng thấy xuất vết nứt Parafin clo hóa với oxyt antimon tạo bề mặt nhựa epoxy E 240 lớp tro (xỉ) dạng màng rắn, đóng vai trị lớp rào cản ngăn chặn phát tán nhiệt, giảm thiểu trình mát khối lượng chất dễ bay bề mặt nhựa epoxy E 240 3.2.4.2 Tính chất học độ chậm cháy vật liệu PC epoxy E 240/ELO gia cường vải thủy tinh có khơng có mặt chất chống cháy 12 Bảng 3.10 Tính chất học vật liệu polyme compozit (PC) epoxy gia cường vải thuỷ tinh đóng rắn DETA Mẫu Độ bền kéo, Độ bền uốn, Độ bền nén, Độ bền va đập PC MPa MPa MPa Izod, KJ/m2 PC0 286,01 355,50 244,82 144,46 PC1 280,50 357,66 PC2 281,02 363,93 PC3 279,45 365,36 PC4 345,61 375.60 PC5 324,74 388,45 Trong đó: PC0: Epoxy/vải thủy tinh loại E 600g/m2 PC1: Epoxy/ELO/vải thủy tinh loại E 600g/m2 PC2: Epoxy/vải thủy tinh loại E600g/m2/ CCC CCC:chất chống cháy (Sb2O3/paraphin clo hóa: 9/11) 236,24 240,70 229,21 249,52 285,41 150,53 152,89 158,39 160,30 170,45 PC3:Epoxy/ELO/E600 g/m2 /CCC PC4: Epoxy/Vải thủy tinh dệt 3D loại 600g/m2 /CCC PC5: Epoxy/ELO/vải thủy tinh dệt 3D loại 600g/m2 /CCC ELO paraphin clo hóa đóng vai trị chất hóa dẻo cho khối PC cải thiện tính chất dịn vật liệu epoxy E 240 Độ bền uốn độ bền va đập tăng vật liệu PC (a) (C) (b) (B) Hình 3.16 Ảnh FE-SEM vật liệu PC epoxy E 240 gia cường vải thủy tinh độ phóng đại khác nhau: epoxy/vải thủy tinh- PC (a, C); epoxy E 240/ELO/CCC/vải thủy tinh - PC3 (b, B) Vật liệu PC epoxy E 240/vải thủy tinh hình 3.16 (A), thấy rõ xơ sợi thủy tinh bề mặt vật liệu kéo từ epoxy E 240 bị gẫy với bề mặt nhẵn nên 13 bám dính Đối với vật liệu epoxy E240/ELO/CCC/vải thủy tinh cải thiện hơn, epoxy E 24/ELO (hình 3.16-B) cịn bám bề mặt sợi thủy tinh sau sợi bị bung khỏi khối vật liệu gẫy có tác dụng lực từ bên ngồi Bảng 3.11 Tính chất cháy vật liệu PC epoxy E 240 gia cường vải thuỷ tinh, sử dụng chất đóng rắn DETA Vật liệu polyme compozit Chỉ số Tốc độ UL 94V oxy, cháy, % mm/phút E240/vải thủy tinh thô 28,90 17,32 Không xác định E240/ELO/vải thủy tinh thô 27,20 17,05 Không xác định E240/vải thủy tinh/paraphin clo hóa/ 30,70 12,05 V2 Sb2O3 E240/ELO/vải thủy tinh/paraphin clo 30,30 12,57 V2 hóa/ Sb2O E 240/vải thủy tinh dệt 3D/paraphin 29,80 13,45 V2 clo hóa/ Sb2O3 E240/ELO/vải thủy tinh dệt 29,80 13,80 V2 3D/paraphin clo hóa/ Sb2O Vật liệu PC epoxy E 240 gia cường vải thủy tinh có mặt chất chậm cháy chế tạo theo bảng 3.11 số LOI đạt 30,7 % theo phương pháp thử thiết bị UL 94V đạt mức độ V2 (bắt lửa ít) xếp vào loại vật liệu có độ chậm cháy cao 3.3 Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC epoxy E 240 có nanoclay gia cường vải thủy tinh 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng nanoclay đến tính chất học khả chậm cháy vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I30E 3.3.1.1 Khảo sát hình thái cấu trúc nhiễu xạ tia X vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E Hình 3.18 Ảnh TEM vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E với hàm lượng nanoclay khác 14 Hình 3.19 Giản đồ XRD nanoclay tinh khiết vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E: I30E tinh khiết (a); 3% khối lượng I.30E (b); 2% khối lượng I.30E (c); 4% khối lượng I.30E (d) Với mẫu 2% nanoclay cho thấy phân tán phương pháp khuấy học tốc độ cao kết hợp khuấy siêu âm 60 phút làm cho nanoclay tróc tách lớp hồn tồn 3.3.1.2 Tính chất học độ chậm cháy vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E Bảng 3.12 Độ bền học vật liệu nanocompozit epoxy E 240/nanoclay I.30E với hàm lượng nanoclay I.30E khác Mẫu % I.30E Độ bền kéo, MPa Độ bền uốn, MPa Độ bền nén, MPa Độ bền va đập Izod, KJ/m2 E 240 55,90 86,75 156,08 7,11 NC 1 58,28 87,30 152,30 6,90 NC 2 63,50 116,80 179,67 12,81 NC 3 59,60 97,00 157,32 11,27 NC 4 58,91 79,90 170,43 10,41 Từ bảng 3.12 nhận thấy, 2% khối lượng nanoclay, tính chất học cải thiện đáng kể, độ bền kéo đạt 63,05 MPa (tăng 13,59%), độ bền uốn đạt 116.80 MPa (tăng 34,63%) độ bền nén 179,67 MPa (tăng 15,11%), độ bền va đập Izod 12,81KJ/m2 (tăng 80,16%) Ảnh FE-SEM vật liệu nanocompozit epoxy E 240/nanoclay I.30E trình bày hình 3.20 Hình 3.20 Ảnh FE-SEM vật liệu nanocompozit epoxy E 240/ nanoclay I.30E 15 Hình 3.20 nhận thấy, với hàm lượng nanoclay % nhiều vết nứt thấy rõ phát triển vết nứt bị thay đổi bị ngăn cản nanoclay vốn liên kết chặt chẽ với epoxy tính chất học cải thiện Nhưng hàm lượng nanoclay vượt ngưỡng (3 4% khối lượng) dẫn đến giảm độ tương hợp với nhựa epoxy xuất tích tụ phần tử nanoclay (hình 3.20), lượng nanoclay dư tạo nên lỗ hổng bên vật liệu yếu tố nguyên nhân làm giảm độ bền học so với mẫu 2% khối lượng nanoclay Bảng 3.13 Tích chất cháy vật liệu nanocompozit epoxy E 240/nanoclay I.30E với hàm lượng nanoclay khác Vật liệu % nanoclay Chỉ số oxy, Tốc độ cháy, UL 94HB, nanocompozit I.30E % mm/phút mm/phút epoxy E 240/I.30E E 240 20,6 28,41 NC 1 21,4 27,80 NC 2 23,7 24,50 22,59 NC 3 22,8 25,76 23,45 NC 4 21,9 25,05 24,55 Một lớp bảo vệ giống hàng rào tạo phần tử nanoclay vốn có khả chịu nhiệt giữ nhiệt làm chậm khuếch tán oxy ngăn cản không cho chất bay dễ cháy từ vật liệu, hạn chế trình truyền nhiệt vào vật liệu làm cho thời gian trì cháy giảm Với 2% khối lượng nanoclay I.30E hàm lượng thích hợp vật liệu nanocompozit nhựa epoxy E 240 đảm bảo độ bền học độ chậm cháy Các kết độ bền học độ chậm cháy phân tán nanoclay vào nhựa epoxy E 240 có ảnh hưởng đến độ bền học độ chậm cháy Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng thời gian khuấy, nhiệt độ, vận tốc học thời gian khuấy siêu âm, giá trị công suất khuấy siêu âm đến tính chất học khả chậm cháy vật liệu nanocompozit epoxy E 240/I.30E (mục 3.3.2; 3.3.3; 3.3.4; 3.3.5) 3.3.6 Vật liệu PC epoxy E 240 có nanoclay I.30E gia cường vải thủy tinh 3.3.6.1 Tính chất học độ chậm cháy nanocompozit epoxy E 240/ELO có nanoclay I.30E bổ sung phụ gia chất chậm cháy Tính chất học vật liệu compozit epoxy E 240/ELO có: 2% khối lượng nanoclay I.30E, PKL oxyt antimon 11 PKL parafin clo hóa gia cường vải thủy tinh thô loại E 600g/m2: độ bền kéo 279,25 MPa, độ bền uốn 420,60MPa, độ bền nén 375,41 MPa độ bền va đập Izod đạt 179,02 KJ/m2 Độ chậm cháy: tốc độ cháy 11,09 mm/phút, số LOI 32,3% theo UL 94V đạt mức V0 16 3.3.6.2 Tính chất học độ chậm cháy PC epoxy E 240/ELO có nanoclay I.30E gia cường vải thủy tinh có khơng có chất chống cháy Bảng 3.26 Tính chất học vật liệu epoxy/MMT compozit có mặt ELO, chất chống cháy gia cường vải thủy tinh thường loại E 600g/m thủy tinh dệt 3D Độ bền Độ bền Độ bền Độ bền va Vật liệu kéo, uốn, nén, đập Izod, MPa MPa MPa KJ/m2 PC E600 286,01 355,50 244,82 144,46 PC NC E600 300,02 395,20 431,90 159,00 PC NC ELO E600 280.93 415,35 385,78 164,45 PC NC CCC E600 286,96 419,20 397,33 160,27 PC NC ELO CCC 279,25 420,60 375,41 179,02 E600 PC NC ELO CCC 3D 335,10 534,16 458,26 217,49 Khi bổ sung ELO, độ mềm dẻo vật liệu cải thiện, chứng độ bền uốn tăng lên 415,35MPa độ bền va đập tăng lên 164,45 KJ/m2 (bảng 3.26), độ bền kéo nén giảm Tiếp tục bổ sung oxyt antimon paraphin clo hóa vào độ bền uốn (420, MPa) độ bền va đập (179,02 KJ/m2) tiếp tục nâng cao, độ bền kéo nén tiếp tục giảm không nhiều Bảng 3.27 Độ chậm cháy vật liệu epoxy E 240/ELO có nanoclay I.30E, chất chống cháy gia cường vải thủy tinh thường loại E 600g/m thủy tinh dệt 3D Chỉ số oxy, Tốc độ cháy, UL 94V Vật liệu % mm/phút PC E600 28,90 17,32 Không xác định PC NC E600 29,80 15,45 V2 PC NC ELO E600 29,80 15,05 V2 PC NC CCC E600 32,00 11,23 V0 PC NC ELO CCC E600 32,30 11,09 V0 PC NC ELO CCC 3D 31,20 13,24 V1 Bảng 3.27 cho thấy tăng cường khả chống cháy đồng thời nanoclay chất chống cháy (oxyt antimon, paraphin clo hóa), độ chậm cháy vật liệu compozit (PC NC CCC E600) cải thiện với số oxy 32%; tốc độ cháy 11,23 mm/phút theo phương pháp 94 V đạt mức V0 17 Hình 3.33 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy vật liệu PC: (A)-epoxy E 240/I.30E/CCC/E600; (B)-epoxy E 240/E 600; (C,E)-epoxy E 240/I.30E/E600; (D,F)-epoxy E 240/ELO/I.30E/CCC Hình 3.33-(C, E), (D, F) (A) cho thấy khả liên kết tốt epoxy/sợi thủy tinh nanoclay I.30E tính chất học cải thiện đánh kể 3.4 Nghiên cứu chế tạo vật liệu PC epoxy Epikote 240 có ống nano bon đa tường (MWCNTs-Multiwall cacbon nanotubers) gia cường vải thủy tinh 3.4.1 Nghiên cứu phương pháp phân tán MWCNTs vào epoxy kỹ thuật rung siêu âm 3.4.1.1 Ảnh hưởng thời gian rung siêu âm đến mức độ phân tán, tính chất học tính chất chống cháy vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 Hình 3.34 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 Ảnh FE-SEM (hình 3.34) cho thấy, rung siêu âm giờ, ống bon đa tường phân tán với mật độ nhựa epoxy với xuất vùng kết tụ, số điểm MWCNTs dạng co cụm nhiều Khi thời gian rung siêu âm kéo dài lên giờ, mức độ phân tán MWCNTs epoxy giảm 18 Bảng 3.28 Tính chất học vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 rung siêu âm thời gian: 4h, 5h, 6h 7h Thời gian Độ bền kéo, Độ bền uốn, Độ bền nén, Độ bền va MPa MPa MPa đập Izod, rung siêu âm, KJ/m2 E 240 55,90 86,75 156,08 7,11 62,50 96,76 174,24 8,91 64.12 103,34 183,19 9,79 71,45 109,00 191,54 16,11 69,75 102,90 187,53 14,63 Bảng 3.28, cho thấy tính chất chất học mẫu rung siêu âm đạt giá trị cao so với mẫu lại nhựa epoxy nguyên thể Bảng 3.29 Độ chậm cháy vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 dung siêu âm thời gian: 4h, 5h, 6h 7h Thời gian Chỉ số oxy, Tốc độ cháy, UL 94HB, % mm/phút rung siêu âm, mm/phút E 240 20,6 28,41 22,8 27,41 25,78 23,2 24,65 23,27 23,2 23,03 21,70 22,8 24,05 22,34 Vật liệu rung siêu âm có độ chậm cháy cao so với nhựa epoxy E 240 vật liệu rung siêu âm 4, Chỉ số oxy đạt 23,2%, tốc độ cháy 23,03 mm/phút tốc độ cháy theo UL 94HB đạt 21,70 mm/phút Hình 3.35 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240: A-thời gian rung siêu âm 6h độ phóng đại 150.000 lần, B-thời gian rung siêu âm độ phóng đại 120.000 lần Dưới tác dụng ứng suất, vật liệu epoxy E 240 xuất vết nứt khu vực xung yếu vết nứt ngày phát triển, có mặt MWCNTs phân tán với kích thước nano mét epoxy E 240 vết nứt bị ngăn chặn cách hiệu quả, vết nứt (cracks) bị thay đổi hướng qua điểm có mặt MWCNTs (Hình 3.35-A, hướng mũi tên vết nứt phát triển bị ngăn chặn MWCNTs) phát triển vết nứt bắt đầu trở lên khó khăn 19 3.4.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ rung siêu âm đến tính chất học tính chất chống cháy vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 Nhiệt độ thích hợp 650C, nhiệt độ phân tán diễn ổn định chứng tính chất học đạt mức cao Độ bền kéo 71,45 MPa (tăng 27,81%), độ bền uốn 109,0 MPa (tăng 5,64%) độ bền va đập đạt 16,11 KJ/m2 (tăng 126,58%) 3.4.1.3 Ảnh hưởng hàm lượng MWCNTs đến tính chất học tính chất chậm cháy vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240 Tính chất học độ chậm cháy vật liệu nanocompozit tốt với hàm lượng 0,02% khối lượng MWCNTs Hình 3.37 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy vật liệu nanocompozit: 0,01% MWCNTs, 0,02% MWCNTs, 0,03% MWCNTs Ảnh FE-SEM (hình 3.37) cho thấy phân tán đồng mẫu bổ sung 0,02% khối lượng MWCNTs Vì mà mẫu 0,02 % MWCNTs có tính chất học độ chậm cháy nâng cao so với vật liệu epoxy E 240 nguyên thể 3.4.2 Nghiên cứu phương pháp phân tán MWCNTs vào epoxy kỹ thuật khuấy học kết hợp rung siêu Kỹ thuật phân tán khuấy học giờ, tốc độ 3000 vịng/phút, sau rung siêu âm MWCNTs phân tán phân bố với mật độ epoxy E 240 3.4.3 Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit epoxy có bổ sung nanoclay MWCNTs 3.4.3.1 Phân tán nanoclay MWCNTs vào epoxy Hình 3.41 Ảnh FE-SEM bề mặt gẫy mẫu kéo vật liệu nanocompozit MWCNTs/epoxy E 240: A-rung siêu âm giờ; B- khuấy học giờ, rung siêu âm giờ; C- khuấy học giờ, rung siêu âm giờ; D-khuấy học giờ, rung siêu âm Với bề mặt chụp không quan sát thấy phân tán MWCNTs mà có nanoclay, khơng theo trật tự nghiêm ngặt 20 Kỹ thuật phân tán khuấy học với tốc độ 3000 vòng/phút 8h sau rung siêu âm 6h lựa chọn để phân tán đồng thời nanoclay I.30E MWCNTs 3.4.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ hàm lượng nanoclay I.30E MWCNTs đến tính chất nhựa epoxy E 240 Bảng 3.38 Độ bền học vật liệu MWCNTs/nanoclay I.30E /epoxy E 240 tỷ lệ khối lượng khác Ký hiệu MWCNTs I 30E Độ bền Độ bền Độ bền Độ bền va mẫu (%) (% ) kéo uốn nén đập Izod (MPa) (MPa) (MPa) (KJ/m2) NB.NC1.1 0,01 87,56 93,70 205,99 10,60 0,02 88,34 93,60 195,23 12,70 NB.NC2.1 NB.NC3.1 0,03 90,42 94,26 216,08 19,70 0,01 93,43 98,56 203,76 21,54 NB.NC1.2 NB.NC2.2 0,02 95,50 115,45 219,10 22,30 0,03 92,12 108,60 203,51 19,70 NB.NC3.2 NB.NC1.3 0,01 93,45 108.90 212,08 20,27 0,02 90,67 103,60 202,13 18,13 NB.NC2.3 NB.NC3.3 0,03 90,67 102,78 200,10 16,04 Độ bền học mẫu cải thiện tỷ lệ phối trộn 2% khối lượng nanoclay 0,02% khối lượng MWCNTs Bảng 3.39 Độ chậm cháy vật liệu MWCNTs/nanoclay I.30E/epoxy E 240 tỷ lệ khối lượng khác Ký hiệu MWCNTs NanoclayChỉ số Tốc độ cháy UL94HB mẫu (%) I.30E LOI (mm/phút) (mm/phút) (% ) (%) NB.NC1.1 0,01 22,8 24,25 25,78 0,02 24,2 23,01 22,35 NB.NC2.1 NB.NC3.1 0,03 24,6 22,45 22,03 0,01 24,2 22,34 20,01 NB.NC1.2 0,02 25,0 20,05 18,60 NB.NC2.2 0,03 24,6 19,03 18.85 NB.NC3.2 NB.NC1.3 0,01 24,2 20,45 19,65 0,02 24,6 21,43 18.68 NB.NC2.3 0,03 24,6 20,80 18.76 Từ bảng 3.39, nhận thấy kết tốt với phối trộn 0,02% khối lượng MWCNTs 2% khối lượng nanoclay, số LOI đạt 25%, tốc độ cháy 20,5 mm/phút tỷ lệ đốt với UL 94HB đạt 18,6 mm/phút 3.4.4 Tính chất học độ chậm cháy vật liệu nanocompozit nhựa epoxy Epikote 240 phối hợp ELO có mặt phụ gia nanoclay I.30E, MWCNTs chất chống cháy Khi bổ sung MWCNTs nanoclay I.30E vào epoxy E 240/ELO, nhận thấy độ bền học thay đổi đáng kể Sự suy giảm số độ bền học bị ảnh hưởng chất chống cháy bù đắp ảnh hưởng tích cực MWCNTs 21 nanoclay I.30E Chính mà vật liệu compozit sở MWCNTs/nanoclay/ Sb2O3/parafin clo hóa/epoxy E 240/ELO có độ bền cao 3.4.5 Tính chất học độ chậm cháy vật liệu nanocompozit epoxy E 240 có mặt MWCNTs nanoclay I.30E có khơng có chất chống cháy gia cường vải thủy tinh Bảng 3.44 Độ bền học vật liệu PC epoxy E 240 có mặt ELO, CCC, MWCNTs nanoclay I.30E gia cường vải thủy tinh thường thủy tinh dệt 3D Ký hiệu mẫu compozit Độ bền kéo Độ bền Độ bền Độ bền va (MPa) uốn nén đập Izod (MPa) (MPa) (KJ/m2) PC 286,01 355,50 244,82 144,46 PC.NB 379,17 423,70 386,80 158,63 PC.NB.CCC 306,54 425,55 342,26 162,88 PC.NB.ELO 292,03 451,10 346,68 165,52 PC.NB.ELO.CCC 304,02 474,77 322,21 170,32 PC.NB.NC 472,61 454,00 399,94 187,31 PC.NB.NC.ELO 386,63 478,40 388,09 189,89 PC.NB.NC.CCC 384,13 506,56 390,12 188,79 PC.NB.NC.ELO.CCC 390,65 520,30 389,30 198,45 * PC.NB.NC.ELO.CCC.3D 507,19 621,30 499,29 255,50 Từ bảng 3.44 nhận thấy kết hợp nanoclay MWCNTs với nhựa epoxy E 240 cải thiện đáng kể tính chất học đặc biệt vải thủy tinh dệt 3D Bảng 3.45 Độ chậm cháy của vật liệu PC epoxy E 240 có mặt ELO, CCC, MWCNTs nanoclay I.30E gia cường vải thủy tinh thường thủy tinh dệt Ký hiệu mẫu compozit Chỉ số LOI Tốc độ UL Sử chảy (%) cháy 94V nhỏ giọt (mm/phút) PC 27,6 25,82 PC.NB 28,9 18,56 PC.NB.CCC 31,0 12,11 V1 PC.NB.ELO 28,9 18,09 PC.NB.ELO.CCC 31,0 14,19 V1 không PC.NB.NC 31.6 12,35 V2 PC.NB.NC.ELO 31,6 12,89 V2 không PC NB NC CCC 33 10 05 V0 khô PC NB NC ELO CCC * 32 10 25 V0 không PC.NB.NC.ELO.CCC.3D 32,0 14,20 V0 không Từ bảng 3.45 nhận thấy tác động đồng thời MWCNTs nanoclay I.30E với chế chống cháy khác cải thiện đáng kể độ chậm cháy vật liệu compozit MWCNTs/I.30E/CCC/epoxy E 240 Mặt khác bổ sung hệ chất chống cháy oxyt antimon paraphin clo hóa độ chậm cháy nâng cao, tác động nhiều chế chống cháy diễn đồng thời tương ứng với chất phụ gia gia tăng khả chậm cháy vật liệu polyme compozit 22 KẾT LUẬN Đã nghiên cứu ảnh hưởng chất đóng rắn amin, loại vải thủy tinh khác đến mức độ đóng rắn, độ bền học độ chậm cháy vật liệu compozit epoxy Epikote 240 Lựa chọn chất đóng rắn DETA đảm bảo tốt cho việc chế tạo vật liệu compozit epoxy Epikote 240/DETA với độ bền kéo 55,90 MPa, độ bền uốn 86,75 MPa, độ bền nén 156,08 MPa độ bền va đập Izod 7,11KJ/m2 , số LOI đạt 20,8%, tốc độ cháy 28,41 mm/phút Đồng thời lựa chọn loại vải thủy tinh thô loại E 600 g/m2 cho vật liệu compozit có độ bền kéo 286,01 MPa, độ bền uốn 355,5 MPa độ bền nén 244,82 MPa, độ bền va đập Izod 144,46 KJ/m2 số oxy đạt 28,9% tốc độ cháy 25,82 mm/phút đáp ứng được yêu cầu vật liệu polyme compozit có độ chậm cháy tốt độ bền học cao Đã nghiên cứu ảnh hưởng chất chống cháy paraphin clo hóa, oxit antimon, amino phosphat (AC2) tris(1,3 -dicloro-iso-propyl)phosphat với PKL đến tính chất chậm cháy tính chất học vật liệu compozit epoxy Epikote 240 Lựa chọn tỷ lệ phối trộn chất chống cháy oxit antimon/paraphin clo hóa = 9/11PKL tỷ lệ thích hợp, tỷ lệ vật liệu compozit có độ chậm cháy cao tính chất học trì mức tốt Đã nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng dầu lanh epoxy hóa (ELO) đến tính chất học độ chậm cháy vật liệu polyme epoxy Epikote 240 đóng rắn DETA Xác định tỷ lệ tối ưu EP/ELO = 90/10 PKL, số độ bền học nâng cao độ bền va đập Izod đạt 8,65 KJ/m2 (tăng 21,65% so với nhựa epoxy Epikote 240), đồng thời độ chậm cháy giữ mức quy định Phân tán thành công nanoclay-I.30E với 2% khối lượng vào nhựa epoxy Epikote 240 đạt mức độ bóc tách lớp silicat vật liệu epoxy Epikote 240/nanoclay-I.30E nanocompozit có tính chất học cao: độ bền kéo 63,5 MPa (tăng 13,59%), độ bền uốn 116,80 MPa (tăng 34,63%), độ bền nén đạt 179,67 MPa (tăng 15,11%) độ bền va đập Izod 12,81 KJ/m2 (tăng 80,16%) độ chậm cháy đạt mức cao so với nhựa epoxy Epikote 240, số LOI 23,7%, tốc độ cháy 24,5mm/phút tốc độ cháy theo UL94HB đạt 22,59 mm/phút 23 Bằng cách sử dụng nanoclay-I.30E phối hợp với chất chống cháy oxit antimon paraphin clo hóa hệ vật liệu epoxy Epikote 240 cho kết khả quan Thông số độ chậm cháy đạt là: số LOI 25,4%, tốc độ cháy 19,65 mm/phút tốc độ cháy theo UL 94HB 20,45 mm/phút độ bền học nâng cao: độ bền kéo 61,09 MPa, độ bền uốn 101,00 MPa, độ bền nén 165,15 MPa độ bền va đập Izod 13,87 KJ/m2 Phân tán thành công MWCNTs với 0,02 % khối lượng epoxy Epikote 240 phương pháp rung siêu âm 650C phương pháp phân tán kết hợp khuấy học 3000 vòng/phút, 800C sau rung siêu âm Các vật liệu epoxy Epikote 240/MWCNTs nanocompozit chế tạo có tính học cao độ chậm cháy đạt mức cao Khi sử dụng kỹ thuật rung siêu âm, vật liệu MWCNTs/epoxy Epikote 240 có độ bền kéo 71,45 MPa, độ bền uốn 109,00 MPa, độ bền nén 191,54MPa độ bền va đập Izod 16,11 KJ/m2, số LOI 23,2%, tốc độ cháy 23,03 mm/phút tốc độ cháy theo UL 94HB đạt 21,07 mm/phút Đã nghiên cứu thành cơng vật liệu MWCNTs/nanoclay-I.30E/epoxy Epikote 240 nanocompozit có tính chất học độ chậm cháy đạt mức cao Đặc biệt có mặt chất chống cháy oxit antimon paraphin clo hóa hệ vật liệu MWCNTs/nanoclay-I.30E/epoxy Epikote 240 nanocompozit độ chậm cháy vượt trội: số LOI 29,8%, tốc độ cháy 11,34 mm/phút, mức độ chống bắt cháy (UL 94V) đạt mức V1, đồng thời tính chất học đạt giá trị cao: độ bền kéo 86,23 MPa, độ bền uốn 115,76MPa, độ bền nén 190,57MPa độ bền va đập Izod 23,14 KJ/m2 Đã chế tạo vật liệu compozit epoxy Epikote 240/ELO có mặt MWCNTs, nanoclay-I.30E chất chống cháy oxit antimon paraphin clo hóa gia cường vải thủy tinh thô loại E 600 g/m2 vải thủy tinh dệt 3D loại 600 g/m2 Vải thủy tinh dệt 3D loại 600 g/m2 cho tính chất học vượt trội hồn tồn so với vải thủy tinh thơ loại E 600 g/m2 (độ bền kéo 507,19 MPa, độ bền uốn 621,30 MPa, độ bền nén 499,29 MPa độ bền va đập Izod 255,50 KJ/m2) nhiên độ chậm cháy giảm nhẹ 24 ... án: ? ?Nghiên cứu nâng cao tính chất học độ chậm cháy compozit epoxy gia cường vải thủy tinh” hy vọng kết luận án có đóng góp vào phát triển vật liệu compozit chậm cháy nước ta Mục tiêu luận án Nghiên. .. chất học độ chống cháy vật liệu epoxy/ ELO có khơng có chất chậm cháy Nghiên cứu ảnh hưởng ELO đến tính chất học độ chậm cháy, epoxy/ ELO (PKL): 95/5;90/10;85/25;80/20 Tính chất học độ chống cháy. .. chất chống cháy Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian khuấy siêu âm, giá trị công suất khuấy siêu âm đến tính chất học độ chậm cháy Tính chất học độ chậm cháy vật liệu PC epoxy gia cường vải thủy tinh