TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Vương Quang Việt tgk PHƯƠNG PHÁP NHIỆT VI SAI XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN CỦA VẢI PP (POLYPROPYLEN) LÀM TÚI CHỨA NƯỚC LINH HOẠT DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY METHOD TO DETERMINE THE LIFE-SPAN OF PP (POLYPROPYLEN) TEXTILE USED FOR FLEXIBLE WATER BLADDER VƯƠNG QUANG VIỆT, NGUYỄN KHÁNH LUÂN, NGUYỄN THÀNH NHÂN NGUYỄN ANH TUẤN TÓM TẮT: Tuổi thọ vật liệu chế tạo lớp vỏ định thời gian làm việc túi trữ nước linh hoạt Độ xác phép dự báo phụ thuộc vào phương trình dự báo có phản ánh đầy đủ yếu tố khí hậu, thời tiết, môi trường, điều kiện sử dụng tác động lên túi trữ nước tiêu chuẩn hư hỏng mẫu lựa chọn có tiêu biểu hay khơng Việc gia tốc q trình lão hóa cho phép đánh giá nhanh trình phá hủy vật liệu Bài viết trình bày kết dự báo tuổi thọ sử dụng túi trữ nước linh hoạt theo phương pháp nhiệt vi sai Từ khóa: tuổi thọ; vật liệu dệt PP; túi trữ nước linh hoạt ABSTRACT: The life-span of outer cover materials determines the work life of flexible water bladder Accuracies of predictions depend on whether the prediction equation sufficiently includes the factors that impact on flexible water bladder such as climate, weather, environment and use conditions and whether the selected sample damage criteria are typical Acceleration of aging enables quicker evaluation of material decomposition This article shows results of flexible water bladder life-span prediction with differential scanning calorimetry method Key words: life-span; polypropylen textile material; flexible water bladder hỏng theo tiêu chuẩn Độ xác phép dự báo phụ thuộc vào phương trình dự báo có phản ánh đầy đủ yếu tố khí hậu, thời tiết, mơi trường, điều kiện sử dụng tác động lên ống mềm tiêu chuẩn hư hỏng mẫu lựa chọn có tiêu biểu hay không Mục tiêu nghiên cứu sử dụng phương pháp nhiệt vi sai dự báo thời gian/tuổi thọ vật liệu chế tạo vỏ túi chứa nước linh hoạt Bài viết trình bày số kết nghiên cứu tuổi thọ vật liệu dệt PP – phương pháp nhiệt vi sai (DTA) NỘI DUNG 2.1 Phương pháp nghiên cứu ĐẶT VẤN ĐỀ Túi chứa nước linh hoạt thiết kế chế tạo Công ty Cổ phần nhựa Tân Đại Hưng có thiết kế lớp nhằm khắc phục nhược điểm thiết kế lớp Lớp với mục đích kín nước Lớp ngồi lớp bảo vệ, chịu lực làm từ vật liệu dệt chế tạo từ loại sợi polypropylen (PP) sợi polyeste (PES) [5], [6] Do vật liệu PES có giá thành tương đối cao nên vải PP kéo định hướng nghiên cứu thay Tuổi thọ túi trữ nước phụ thuộc nhiều vào tuổi thọ lớp PP – khoảng thời gian liên tục tính từ lắp đặt sử dụng bị hư TS Công ty Cổ phần nhựa Tân Đại Hưng, vuonghathu87@gmail.com, Mã số: TCKH21-25-2020 KS Công ty Cổ phần nhựa Tân Đại Hưng, luannguyenk33@gmail.com KS Công ty Cổ phần Giải pháp sáng tạo Mekong, thanhnhan_home@yahoo.com PGS.TS Viện đào tạo quốc tế Khoa học vật liệu (ITIMS), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 81 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Số 21, Tháng - 2020 Nguyên vật liệu: Vải PP Công ty Cổ phần nhựa Tân Đại Hưng chế tạo có thơng số sau: trọng lượng: 210g/m2; độ bền kháng xé rách theo chiều dọc ngang > 30 kN/m; khổ rộng: 2,3m*2m; chiều dày: 0,250mm Phương pháp nghiên cứu: Phân tích nhiệt vi sai thiết bị: Netzsch TGA209F1 với detector loại P; TG-sample nhơm Chế độ: mơi trường phân tích khí nitơ, thực với chế độ gia nhiệt: 2,5; 5,0; 7,5 o C/phút phịng thí nghiệm Đại học Bách khoa Hà Nội Thử nghiệm động học phân hủy trọng lượng nhiệt theo phương pháp Ozawa/Flynn/Wall theo ASTM : E1641-15 [2] Tính tốn bền nhiệt vật liệu từ số liệu phân hủy trọng lượng nhiệt theo ASTM: E1877-15 [3] 2.2 Kết thảo luận 2.2.1 Xây dựng giản đồ tương quan logv – giản đồ Arrhenius Kết phân tích DTA mơi trường nitơ với tốc độ gia nhiệt khác trình bày giản đồ hình Bảng Giá trị logv nhiệt độ Tốc độ gia nhiệt v (oC/phút) 2,5 7,5 Nhiệt độ phân hủy (oC) 415 434 440 Logv 0,3979 0,6990 0,8751 Nhiệt độ phân hủy (oK) 688 707 713 1000/T 1,5189 1,4771 1,4684 logv (K/min) Xây dựng giản đồ Arrhenius - tương quan logv = f(1000/T) trình bày hình 0.5 1.38 1.4 1.42 1.44 1.46 1000/T (oK) Hình Giản đồ Arrhenius Đường hồi quy tuyến tính giản đồ có dạng: logv = −9.000 T + 13.400 (1) Xác định lượng hoạt hóa q trình theo ASTM: E1877-15 Phương trình lượng có dạng: 𝑅 𝑏 𝐸 = 𝑎 (2) Trong đó: E lượng hoạt hóa Arrhenius (J/mol) R số khí = 8,31451 J/(mol K) a hệ số góc (theo ASTM: E1641-15): ∆(𝑙𝑜𝑔𝑣) 𝑎= = 9.000 ∆ (𝑇) b từ bảng cho trước lần đầu lấy giá trị b= 0,466 Thay vào tính: 8,314 𝐸= 9.000 = 160.570 𝐽/𝑚𝑜𝑙 0,466 𝐸 160.570 Tính lặp lại: 𝑅𝑇 = 8,314𝑥707 = 27,3172 tra bảng b= 0,465 Hình Giản đồ TGA mẫu vật liệu PP mơi trường nitơ 8,314 Tính lại E: 𝐸 = 0,465 9.000 = 160.916 𝐽/𝑚𝑜𝑙 Từ kết phân tích DTA, chọn mức độ phân hủy 20 % để tính tốn với tốc độ gia nhiệt v tương ứng 2,5; 5,0; 7,5 oC/phút Xác định nhiệt độ giảm khối lượng tương ứng Kết trình bày bảng Kết cho chênh lệch nhỏ 1% Chấp nhận kết này: E=160.916 (J/mol); 𝐸 𝑅𝑇 = 27,3172; b= 0,465 nhiệt độ 434 oC hay 707 oK 82 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Vương Quang Việt tgk 2.2.2 Xây dựng giản đồ chịu nhiệt vật liệu Qua đồ thị thấy vật liệu PP có độ bền nhiệt cao: 160oC vật liệu có thời gian chịu nhiệt giảm nhanh Ở khoảng 200oC thời gian chịu nhiệt vật liệu tới 6,4 năm Thực tế, vật liệu làm việc khoảng nhiệt độ cực đoan 70oC ngồi trời cịn thấp so với môi trường thử nghiệm KẾT LUẬN Độ bền Polypropylen tiêu quan trọng (có thể lớn nhất) nhà thiết kế ứng dụng quan tâm từ ban đầu Tuổi thọ túi trữ nước linh hoạt yêu cầu năm Phương pháp nhiệt vi sai tính ảnh hưởng nhiệt độ mơi trường đến q trình lão hóa vật liệu PP, cho ta thấy lựa chọn PP làm nguyên liệu chế tạo túi trữ nước linh hoạt xác xét tuổi thọ sản phẩm Điều hoàn toàn xác đáng nhiệt độ số yếu tố gây nên lão hóa vật liệu polyme Các liệu đường nhiệt động xác định phương pháp nhiệt vi sai khẳng định kết xác định tuổi thọ vật liệu dệt phương pháp bán thực nghiệm khác (phản ánh yếu tố khí hậu, thời tiết, mơi trường, điều kiện sử dụng, ) cho kết dao động 810 năm đáng tin cậy phù hợp với công bố tài liệu công bố [1], [4] Giản đồ chịu nhiệt vật liệu lớp vỏ xây dựng theo ASTM: E1877-15 Phương trình chịu nhiệt vật liệu có dạng: 𝐸 𝐸 log[𝑡] = (2,303.𝑅.𝑇) + 𝑙𝑜𝑔 𝑅𝑣 − 𝑎 Với 𝐸 𝑅𝑇 (3) = 27,3172 nằm 27 28, tra bảng lấy giá trị gần đúng: a=14,832; v = oC/phút; thay giá trị vào phương trình (3) ta có: 𝑙𝑜𝑔𝑡 = 8404 𝑇 − 11,244 (4) Trong đó: t tính phút; Hệ số chuyển đổi sang năm (t/60.24.365) = t(1,9026.106 ) [năm] Kết tính với dải nhiệt độ khác nhau, chuyển đổi thời gian nằm bảng trình bày hình với trục logarit thời gian Bảng Thời gian chịu nhiệt nhiệt độ T (oK) 413 433 453 473 493 Thời gian (năm) T (oC) 140 160 180 200 220 Logt 9,1046 8,1648 7,3078 6,5234 5,8027 t (phút) 1,2723.109 1,4615.108 2,0314.107 3,3373.106 0,63459.106 t (năm) 2420 278 38,7 6,4 1,2 10000 130 180 230 Nhiệt độ (oC) Hình Tương quan nhiệt độ môi trường thời gian chịu nhiệt vật liệu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Huỳnh Văn Trí (2006), Cơng nghệ gia cơng sợi hóa học, Nxb Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [2] ASTM: E1641-15, Standard Test Method for Decomposition Kinetics by Thermogravimetry Using the Ozawa/Flynn/Wall Method [3] ASTM: E1877-15, Standard Practice for Calculationg Thermal Endurance of Materials from Thermogravimetry Decomposition Data [4] Donald G (director) (2011), The durability of geotextiles, GEOfabrics Limited, UK [5] Zbigniewa Florjanczyka (1997), Chemia polymerow, PWT [6] Nassalski (1970), Folie opakowaniowe, WNT Ngày nhận bài: 04-5-2020 Ngày biên tập xong: 14-5-2020 Duyệt đăng: 26-5-2020 83 ... thọ túi trữ nước linh hoạt yêu cầu năm Phương pháp nhiệt vi sai tính ảnh hưởng nhiệt độ mơi trường đến q trình lão hóa vật liệu PP, cho ta thấy lựa chọn PP làm nguyên liệu chế tạo túi trữ nước linh. .. linh hoạt xác xét tuổi thọ sản phẩm Điều hồn tồn xác đáng nhiệt độ số yếu tố gây nên lão hóa vật liệu polyme Các liệu đường nhiệt động xác định phương pháp nhiệt vi sai khẳng định kết xác định. .. nitơ với tốc độ gia nhiệt khác trình bày giản đồ hình Bảng Giá trị logv nhiệt độ Tốc độ gia nhiệt v (oC/phút) 2,5 7,5 Nhiệt độ phân hủy (oC) 415 434 440 Logv 0,3979 0,6990 0,8751 Nhiệt độ phân hủy