KY YEU HTTQ CO HOC VA KHI CU BAY CO DK pdf
NGHIEN CUU VAT LIEU POLIME COMPOSITE NHE “TRÊN CƠ SỞ SỢI TỰ NHIÊN VA KHẢ NANG UNG DUNG “Th§ Nguyễn Hoàng An, GS TSKH Thân Đức Hiển, PGS TS Nguyễn Đức Chiến, “Th§ Vũ Ngọc Phan, Nguyễn Kim Giang ‘Dai hoc Bach khoa Hà Nội Tóm tát: Trong báo cáo chủng tối trình bảy số kết nghiên cửa đại “được vật liệu polne composie gia cường sợi tự nhiên, bao gém sợi đay sợi te “Các mắu vật liêu polime composte chế tạo phương pháp ép tắm chôn “hông (Vacuam Injection Moulding technique) Mot s6 tink chất mắu vặt liệu “được khảo sát theo iêu chuẩn ASTM trén thuế bị tính chất tạn COM-TEN (Mỹ) Chúng thực số phương pháp xử lệ hoá học dd sử dụng "rong nghiên cứu để cao tính cất vặ liệu Các phương pháp nghiên cử ‘hin dai nhc phd dp thụ hồng ngoại (FTIR) ảnh hiến điện từ quế (SEM) dã sử “dạng quế trình nghiên cứu Kết hợp với kết cơng bố rước "rình nghiên ciu thể giải ĩnh vực này, vậ liệu polhde compodie gia cường sợi tự “hiên dang sơn loại vật liệu có triển vọng việc chế tạo sản phẩm có khổi ương nh 1.Mở đầu Những năm gắn đây, hướng nghiên cứu sử dụng loại sợi tự nhiên làm vật liệu gia cường thay cho sợi nhân tạo sợi thuỷ tỉnh thu hút quan tâm nghiên cứu nhiều nhóm nghiên cứu vẻ vật liệu polyme composite thể giới 1-2] Các ưu điểm bật loại sợi tự nhiên nghiên cứu (như sợi đay, sợi lanh, sợi gai, sợi dừa, sợi đứa đại, sợi te .) tỷ trọng nhe, độ bén riêng (tỷ số độ bén khối lượng riêng) cao, tiêu tổn nâng lượng cho q trình chế tạo, có khả phân huỷ đo giảm ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, không gây ảnh hưởng đến sức khoẻ người có giá thành hạ Tuy nhiên, loại sợi tự nhiên có hạn chế cần nghiên cứu khác phục khả tương hợp với polyme chưa cao dẫn đến tính chất vật liệu composite thấp, chất lượng sản phẩm khơng đồng [3-4] Bảng trình bày tính chất số loại sợi tự nhiên khác nhau, Bang Tinh chat co lý số loại sợi tự nhiên [1], Tớ Te Lanh Gai dầu Day Xơdừa Tơ chuối Dita dai Khối lượng riêng g/cm’ 08 15 L48 146 : : : Ls 258x Do bénkéo MPa 400 780 690 5350 140 S0 580 870 2400 450 Mödimbếnieo Gpa 15 70 10 20 ễ 38 B Độgiãmdài % 1.40 160 L80 20 250 2.00 Độhirẩm % ` ø 10 + " 1s “Trong báo cáo này, chúng tơi trình bày sổ kết nghiên cứu bước đầu vật liệu polyme composie sở loại sợi tư nhiên soi day sợi tre với bai loại nến polymE nhiệt rắn epoxy polyexte không no 282 #28 yA cit d6ng rn TETA (Stell Chemica ng ty Day Hà Nội sản xuất p Quỹ Hỗ trợ Phát triển Cộng đồng châu Âu với chiều dài a 30 mm va mm chất chứa silan: 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane 98% (C,H„O,Si, D k (CHH„Ư,Si, Merck) v3 (riethoryily)-ropyamis 98% Fae hố chế khác sử dạng NaOH, H;3O, 98% sản phẩm nhập từ T _ ® Xủ lý sợi day dung địch kiếm ‘Soi day duge xử lý cách ngâm dung địch kiểm NaOH 20-30% thời giên 2035 phốt điều kiện không làm thay đối ch thước sợi Sau đ sợi tung hoà dung dịch axít H;SO, lỗng rửa nhiều lần nước Cuối sợi xử lý làm khơ nhiệt độ phịng sấy nhiệt độ 70*C 24 b, Xử lý sợi tre hợp chất chứa silan Sgi tre ngâm khoảng 10-20 phút dung dịch Ei-OH 95% có chứa 1-5% hop chất chứa silan Độ pH axit trung bỉnh yếu dung dich điều chỉnh axit acetic Sau đồ sợi tre rửa dung dịch EI-OH va sấy nhiệt độ 60'C 3, Chế tạo mẫu vật liệu composite Các mẫu vật liệu composite chế tạo phương pháp ép tẩm chân không (Vacuum Injection Moulding) Phương pháp miêu tả tóm tắt sau: trước tien cho sợi day sợi tre xử lý vào khuôn tạo mẫu, gắn kín khn túi chân khơng, sử dụng bơm chân khơng để hút khơng khí khỏi khn, dựa vào chênh lệch ấp suất dung dich polyme chuyển vào khuôn [5] “Tỷ lệ vật liệu thành phần mẫu vật liệu composite sợi day khống chế theo Bỷ lệ khối lượng sợi đay 35 : 65 30: 70 lẫn lượt polyeste không no vA epoxy Qin sợi tre khống chế theo tỷ lệ thể tích 37 : 63 hai loại nhựa Xác định tính chất vật liệu composite Các tính chất liệu composite (độ bẻn kéo, nén uốn) khảo sát thiết bị đo tính chất đa COMTEN 95VC (Hoa Kỳ) theo tiêu chuẩn ASTM D638, D695 D760 Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu (TTIMS) § Ảnh hiển vỉ điện tử quét (SEM) Bẻ mặt mẫu sợi day va bé mat đứt gãy vật liệu composite khảo sát máy kính hiển vi điện tử quét JSM 5300 — Jeol (Nhat Bin) tai phịng Vì Phân tích, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới (Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam) Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý (Đại học Quốc gia Hà Nội) TH Kết thảo luận Ý Vật liệu composite sợi day - Ảnh hưởng trình xử lý đến bề mặt sợi 283 Hình Ảnh SEM bế mặt sợi đay trước (a) sau (b) xử lý dung địch NaOH Hai hình ảnh hiển ví điện tử quét (SEM) bể mặt sợi đay trước (Hình la) sau xử lý kiểm có kích thước nhỏ đồng khoảng 10 Hm (hình IĐ) liều giải thích dung dịch NaOH có khả hồ tan số thành phản soi day nh lignin va hemicellulose điều kiện có lực kéo căng tác dong len soi day sau (Hình Ib) xử lý dung dịch NaOH Dễ dàng nhận thấy sợi đay ˆ 1.2 Anh hưởng trình xử lý bé mặt sợi day đến tính chất vật liệu composiie Tinh chất hai loại composite sở loại nhựa polyeste không no va epoxy với sợi đay trình bày Hình Hình Tính chất hai loại vật liệu composite sợi đay khơng va có xử lý dung dich NaOH nến (a) polyeste khéng no va (b) epoxy Từ kết này, nhận thấy tính chất vật liệu composite ci hai loại nhựa nén polyeste không no cpoxy với sợi day 48 duge xi if dung dịch NaOH nâng cao đáng kể so với tính chất tương ứng vật liệu composte với sợi day chưa xử lý Ví dụ độ bền kéo cia vat ligu composite cla polyeste khong no epoxy tăng 1.63 lần (từ 143 lên đến 233 Mpa) 1.28 lần ( 187 lên đến 240 Mpa) 284 ˆˆ Ngunhân yên dẫn đến phương pháp xử lý kiểm đo sợi đay sau 'khá đồng nhỏ so với trước xử lý, giúp sợi có tính ‘nguyen If tron hợp vẻ tính chất vật liệu thành phần thìđaytính ‘ling nâng cao Một ngun nhân khác dẫn đến tăng chất khả kết dính polyme nén sợi đay sau xử lý tính xửlý bể sơi day dén cấu trúc hình thái vật liệu composite Hình Ảnh SEM bể mặt đứt gãy mẫu vật liệu composite nén polyester va sgi day ) chưa xử lÿ; b) xử lý dung địch NaOH Để nghiên cứu khả kết dính vật liệu composite sợi đay polyme, tiến hành chụp ảnh SEM bé mat dit gay vật liệu composit với sợi gia cường sợi day chưa xử lý Các ảnh SEM vật liệu composite sở nhựa polyeste khong no va epoxy trình bày Hình với sợi day gia cường chưa (a) (b) xử lý dung dịch NaOH Hình Ảnh SEM bề mặt đứt gãy mẫu vật liệu composite nén epoxy sợi day 3) chưa xử lý; b) xử lý dung dịch NaOH 'Từ SEM trên, khẳng định rằng, hai trường hợp polyeste khơng no (Hình 3) epoxy (Hình 4), cấu trúc bẻ mặt gãy vật liệu composite với soi day qua xử lý đồng đêu vật liệu với sợi đay chưa xử lý Điều có nghĩa việc xử lý bể mặt sợi đay dung dịch kiểm làm tăng khả kết dính sợi đay với nén polyme 3, Vật liệu composie sợi tre 3.1 Ảnh hướng trình xử lý đến bể mặt sợi "Để nâng cao khả bám dính sợi tre polyme, tiến hành xử lý bể mặt sợi ba loại hợp chất chứa silan gồm 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane 285 (silane 1), triethoxyvinylsilan (silane 2) va 3-(triethoxysilyl)-propylamin (silane 3) Hinh va đưới phổ hồng ngoại ảnh hiển vi điện tử quét mẫu sợi tre chưa xử lý bé mat Hình Phổ hồng ngoại sợi tre (a) chưaxử lý ¡ xử lý (b) sllane '1; (e) sllane (4) sllane3 "Từ phổ hồng ngoại (Hình 4) ta nhận thấy có xuất đỉnh phổ đặc trưng cho liên kết Si-O-Sĩ vị trí khoảng 1265 cm” mẫu sợi tre xử lý cường độ đỉnh phổ đặc trưng cho liên kết C-O nhóm C-O-H (1055 em `) liên kết O-H bể mặt sợi phân tử nước hấp thụ bẻ mật sợi (3318cm'') lại suy giảm rõ rệt Riêng trường hợp sợi tre xử lý bẻ mặt 3-(triethoxysilyÌ)-propylamin (silane 3), xuất đỉnh phổ đặc trưng nhóm NH; vị trí 3300 cm! = Hình Ảnh SEM bế mặt sợi tre (a) chưa xử lý, xis ly bling (b) silane 1, (e) silane (d) 286 silane a q ©, Con tit anh SEM (Hinh 6) cho thấy bể mặt sợi sau xử lý trở nên nhấn hơn, phân tách sợi trở nên rõ ràng không quan sáttrethấy xuất đám lớn -®ự kết tụ phân từ chứa silane Do chúng tơi cho tác nhân .tiép nối chứa silane phản ứng đồng với nhóm -OH trênphânbể tửmặt củasợi te _32 Ảnh hưởng trình xử lý bề mặt sợi đay đến tính chốt vậ iệu composiie ` ð#thay đổi tính chất vật liệu composite hai loại nhựa polyeste không no Pr “vl epoxy v6i en soi tre at trước sau xử lýlý bể mật được thểthể hiệnhi thay đổi i độ bền uốn ” “ 31 đu 6s 66 KD =e i, cnax8y ‘an Poon win (ames— sind sim} Hình Độ bến uốn vật liệu composite polyeste không no epoxy Với sợi re chưa xử lý, xử lý sllane 1, slane sllane 9000 sors Os 501 ana 3000 4000 a i Z2, bị 2000 ° Sim Sun? Slant ‘Modan bén win [ZEsy rj mnuee Hình Mô đun bổn uốn vật liệu composite polyeste không no epoxy Cuastly với sợi tre chưa xử lý, xử lý silane 1, silane silane 'Kết nghiêu cứu cho thấy có mặt hợp chất silan bể mật sợi tre lầm tăng đáng kể độ bền uốn môđun uốn bai loại vật liệu composite trén co sở nhựa polyeste không no epoxy Đặc biệt độ bền uốn mẫu vật liệu có sợi tre xử lý bẻ mặt hợp chất 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (silane 1) cao khoảng hai lần so với mẫu vật liệu có sợi tre chưa xử lý bể mặt (5015 MPa so với 2294 MPa) Những kết qui giải thích hợp chất chứa silan với vai trò tác nhân ghép nối lầm tăng khả tương hợp nhựa nên polyme sợi tre, dẫn tới tăng tính chất vật ligu composite 287 TY Kế luận : thi Trong báo này, việc chế tạo vật liệu composite sợi sở nhựa nến không no epoxy với hai loại sợi tự nhiên gia cường sợi day va si tre phương, ép tẩm chân không (Vacuum Injection Moulding) khảo sát Ngoài ra, nâng cao khả tương hợp nhựa nến với sợi tự nhiên, vấn để xử lý bể mặt sợi nghiên cứu Sợi đay sợi tre xử lý bề mặt với dung dịch NaOH tác nhân ghép nối chứa silan cho kết tốt khơng tăng tính chất mà cịn làm thay đổi tích cực cấu trúc hình thái bên vật liệu Các tác giả xin chân thành cảm ơn Phịng vỉ phản tích, Viện Kỹ thuật Nhiệt đổi TÀI LIỆU THAM KHẢO A Beukers, Composites on the brink of a new industrial revolution, Proceeding ofthe third international workshop on materials science, IWOM’99, Hanoi 1999, vol I, pages 40-45 AK, Bledzki, J Gassan, Composites reinforced with cellulose based fibres, Prog.Polym.Sci 24, 1999, pages 221-274, T Munikenche Gowda, A.C.B Naidu, Rajput Chhaya, Some mechanical properties of untreated jute fabric-reinforced polyester composites, Composites: Part A 30, 1999, pages 271-284 Jochen Gassan, Andrzej K Bledzki, Possibilities for improving the mechanical properties of jutelepoxy composites by alkali treatment of fibres, Composites Science and Technology 59, 1999, pages 1303-1309 NH An, TD Hien, N.D Chien, A Beukers, H.E.N, Bersee, K van Rijswijk, PM Kaag, LA.C Van der Wal, Mechanical properties of chopped bamboo fibre thermoset composites prepared by vacuum injection moulding technique, Proceedings of the second ‘Vietnam-Korea international joint symposium, 2003, pages 79-85 PREPARATION OF LIGHT WEIGHT NATURAL-FIBRE-BASED POLYMER COMPOSITES AND THEIR APPLICATIONS Nguyen Hoang An, Than Buc Hien, Nguyen Duc Chien, ‘Vu Ngoc Phan, Nguyen Kim Giang “Abstract: In this paper, preparations of polymer composites based on natural fibres including jute fibre and bamboo fibre were studied The composite materials were processed by Vacuum Injection Moulding technique Some mechanical properties and ‘nner-structure of the composites materials were characeristed by mechanical tester and scanning electronic microscope (SEM) In order to improve a compatiblity berween polymer matrix and natural fibres, these fibres were treated with some chemical compounds such as NaOH solution and silane Effect of this treatment on the fibre's surfaces was investigated by The Fowrier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) These results show thatthe natura-fibre-based polymer composites have a potential for moting the light weight materials 288 ... NaOH Để nghiên cứu khả kết dính vật liệu composite sợi đay polyme, tiến hành chụp ảnh SEM bé mat dit gay vật liệu composit với sợi gia cường sợi day chưa xử lý Các ảnh SEM vật liệu composite sở nhựa... gãy vật liệu composite với soi day qua xử lý đồng đêu vật liệu với sợi đay chưa xử lý Điều có nghĩa việc xử lý bể mặt sợi đay dung dịch kiểm làm tăng khả kết dính sợi đay với nén polyme 3, Vật liệu. .. tới tăng tính chất vật ligu composite 287 TY Kế luận : thi Trong báo này, việc chế tạo vật liệu composite sợi sở nhựa nến không no epoxy với hai loại sợi tự nhiên gia cường sợi day va si tre phương,