Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit cốt gỗ trên nền nhựa acrylonitrile butadiene styrene abs có khả năng ứng dụng trong công nghệ in 3d

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit cốt gỗ nhựa Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) có khả ứng dụng cơng nghệ in 3D HỒNG TIẾN DŨNG Dung.HT202845M@sis.hust.edu.vn Ngành: Kỹ thuật hóa học Giảng viên hướng dẫn Viện: TS Phùng Anh Tuân Kỹ thuật hoá học Hà Nội, 2023 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit cốt gỗ nhựa Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) có khả ứng dụng cơng nghệ in 3D HỒNG TIẾN DŨNG Dung.HT202845M@sis.hust.edu.vn Ngành: Kỹ thuật hóa học Giảng viên hướng dẫn: TS Phùng Anh Tuân Chữ ký GVHD Viện: Kỹ thuật hóa học Hà Nội, 2023 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Hoàng Tiến Dũng Đề tài luận văn: Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit cốt gỗ nhựa Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) có khả ứng dụng công nghệ in 3D Chuyên ngành: Kỹ thuật in Mã số SV: 20202845M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 17/04/2023 với nội dung sau: Chỉnh sửa lại lỗi soạn thảo; Gộp chương chương thành chương tổng quan; Viết lại kết luận Ngày tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn TS Phùng Anh Tuân Hoàng Tiến Dũng CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Bạch Trọng Phúc LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu hồn thành luận văn, tơi nhận hướng dẫn, giúp đỡ, ủng hộ nhiệt tình nhiều quan, tổ chức, cá nhân, bạn bè đồng nghiệp Nhân dịp xin gửi lời cảm ơn chân thành hỗ trợ quan tâm quý báu Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn TS Phùng Anh Tuân – Trưởng Bộ môn Công nghệ in – Viện Kỹ thuật Hóa học, Đại học Bách Khoa Hà Nội trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo, cung cấp cho nhiều tư liệu quý, góp ý hồn thiện Luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo thầy cô giáo Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng sau Đại học, Viện Kỹ thuật Hóa học, Bộ mơn Cơng nghệ in tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ góp ý cho tơi q trình nghiên cứu thực Luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn cán bộ, giảng viên công tác Trung tâm nghiên cứu Vật liệu Polyme Composit giúp đo đạc, phân tích mẫu vật liệu; tạo điều kiện cho tham khảo, sử dụng số thông tin, số liệu, tài liệu để tơi hồn thành Luận văn Tơi xin cảm ơn Phịng Thí nghiệm trọng điểm vật liệu tiên tiến ứng dụng phát triển xanh (KLAMAG) - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Viện Nhiệt đới - Viện hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp đỡ, phối hợp nghiên cứu; phân tích, xử lý số liệu việc hồn thiện Luận văn Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp, gia đình tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành Luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn tất giúp đỡ q báu đó! TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Luận văn với đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit cốt gỗ nhựa Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) có khả ứng dụng công nghệ in 3D” tiến hành chế tạo vật liệu compozit ABS-gỗ phương pháp nghiền trục vít Sau đó, xác định tính chất đặc trưng (chỉ số chảy, cấu trúc bề mặt, độ bền học tính chất nhiệt động) vật liệu tạo Kết thu cho thấy kết hợp bột gỗ ABS làm thay đổi số chảy vật liệu đáng kể Tuy nhiên, tương hợp vật liệu chế tạo chưa cải thiện tốt, khơng có khác biệt nhiều hình thái pha tương hợp pha compozit Độ bền kéo, độ bền uốn độ bền va đập giảm sau ABS bổ sung thêm vào bột gỗ tính chất thay đổi theo hàm lượng gỗ vật liệu Qua phân tích tính chất nhiệt động (DMTA) vật liệu, bột gỗ ảnh hưởng đến tính chất học tĩnh vật liệu Trong nghiên cứu tiếp theo, đề xuất xử lý bột gỗ trước trộn để tăng khả tương tác bột gỗ nhựa ABS Đồng thời, nghiên cứu thêm tính lưu biến vật liệu, tìm vật liệu có tiềm ứng dụng làm nguyên liệu cho in 3D-FDM tương lai HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên Hoàng Tiến Dũng MỤC LỤC MỞ ĐẦU vii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D 1.1 Khái niệm in 3D [1] 1.2 Giới thiệu công nghệ sản xuất cộng AM 1.3 Phân loại công nghệ sản xuất cộng theo tiêu chuẩn ASTM 1.3.1 In phun chất kết dính 1.3.2 Kết tụ vật liệu lượng trực tiếp 1.3.3 Hợp lớp bột 1.3.4 Cán ép vật liệu dạng 1.3.5 Đùn vật liệu 11 1.3.6 Phun vật liệu 11 1.3.7 Polyme hóa nhựa nhạy sáng 12 1.4 Giới thiệu công nghệ in 3D phổ biến [2] 13 1.4.1 Phương pháp in Fused Deposition Modelling (FDM) [3] 13 1.4.2 Phương pháp thiêu kết laze chọn lọc [4] (SLS) 14 1.4.3 Phương pháp nóng chảy laze chọn lọc (SLM) 15 1.4.4 Phương pháp in phun 16 1.4.5 Phương pháp in phẳng không gian [5] (SLA) 17 1.4.6 Phương pháp kết tụ lượng trực tiếp (DED) 18 1.4.7 Phương pháp in đối tượng phân lớp (LOM) 18 1.5 Vật liệu in 3D 18 1.5.1 Vật liệu thông minh 18 1.5.2 Vật liệu gốm 19 1.5.3 Vật liệu điện tử 21 1.5.4 Vật liệu sinh học 23 1.5.5 Vật liệu compozit 23 1.6 Các nghiên cứu polyme compozit cốt gỗ nhựa nhiệt dẻo nhựa ABS 24 1.7 Phương pháp chế tạo vật liệu polyme compozit 28 1.7.1 Phương pháp trộn kín [33] 28 i 1.7.2 Phương pháp ép đùn [34] 28 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 Nguyên liệu 34 2.2 Dụng cụ, thiết bị 34 2.3 Nội dung phương pháp nghiên cứu 34 2.3.1 Nội dung nghiên cứu 34 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Chỉ số chảy 45 3.2 Cấu trúc tinh thể (XRD) 45 3.3 Cấu trúc hình thái 47 3.3.1 Sự phân bố bột gỗ mạch ABS sau blend 47 3.3.2 Cấu trúc hình thái bề mặt vật liệu đứt gãy 50 3.4 Tính chất học 51 3.4.1 Độ bền kéo độ bền uốn 51 3.4.2 Độ bền va đập 53 3.5 Tính chất nhiệt động (DMTA) 54 CHƯƠNG KẾT LUẬN 58 4.1 Kết luận 58 4.2 Hướng phát triển luận văn tương lai 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 64 ii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Đường ray dẫn hướng cửa sổ cho BMW i8 Roadster chế tạo phương pháp in 3D Hình In 3D chế tạo tay giả (CBM Canada) Hình Ghép xương, thay khớp nhân tạo (Bệnh viện Xanh Pơn, Hà Nội) Hình Nhà bê tông in 3D Trung Quốc Hình Học sinh Việt Nam thử nghiệm máy in 3D ngày hội STEM năm 2017 Hình Pizza in 3D cho phi hành gia chuyến thám hiểm vũ trụ dài ngày phát triển NASA Hình Mơ hình đắp phương pháp in 3D Hình Phân loại kỹ thuật AM theo tiêu chuẩn ASTM Hình Quy trình in phun chất kết dính Hình 10 Quy trình kết tụ vật liệu lượng trực tiếp Hình 11 Quy trình hợp lớp bột Hình 12 Phương pháp in phun vật liệu 11 Hình 13 Phương pháp polyme hóa nhựa nhạy sáng 12 Hình 14 Phương pháp in 3D FDM 13 Hình 15 Quy trình thiêu kết laze chọn lọc 14 Hình 16 Phương pháp SLM 15 Hình 17 Phương pháp in SLA 17 Hình 18 Chế tạo truyền cảm ứng với nhiều cảm biến mềm 22 Hình 19 Sơ đồ máy ép trục vít 29 Hình 20 Các vùng trục vít có lỗ khí 30 Hình 21 Sơ đồ công nghệ ép đùn giai đoạn 31 Hình 22 Sơ đồ quy trình cơng nghệ tạo vật liệu compozit gỗ nhựa 32 Hình 23 Máy đùn đơi ngược trục đồng trục hai trục vít 33 Hình Quy trình thực nghiệm chế tạo vật liệu polyme compozit ABS cốt gỗ 35 Hình 2 Máy đùn hai trục vít Leistritz 36 Hình Thơng số kỹ thuật mẫu ép Type-I theo tiêu chuẩn ASTM D638-14 37 iii Hình Máy ép phun NISSEI NEX50T 37 Hình Máy đo số chảy Tinius Olsen 39 Hình Thiết lập số nhiệt độ đo máy đo số MI 39 Hình Chuẩn bị mẫu đo độ bền uốn độ bền kéo 40 Hình Máy đo tính chất học INSTRON 5582 – 100KN 41 Hình Máy đo độ bền va đập Tinius Olsen 41 Hình 10 Chuẩn bị mẫu đo độ bền va đập 42 Hình Nhiễu xạ đồ ABS 46 Hình Nhiễu xạ đồ ABS compozit bột gỗ/ABS 47 Hình 3 Ảnh SEM mặt cắt (a) ABS (b) compozit ABS10 47 Hình Ảnh SEM compozit bột gỗ/ABS với hàm lượng bột gỗ khác (ABS10, ABS15, ABS20, ABS25 ABS30) 50 Hình Hình ảnh SEM vật liệu bề mặt đứt gãy của: (a) ABS, (b) ABS/SD10%, (c) ABS/SD-15%, (d) ABS/SD-20%, (e) ABS/SD-20%, (e) ABS/SD-25% (f)ABS/SD-30% độ phóng đại x2000 51 Hình Sự thay đổi tính chất kéo compozit theo hàm lượng bột gỗ 52 Hình Sự thay đổi tính chất uốn compozit theo hàm lượng bột gỗ 52 Hình Sự thay đổi độ bền va đập compozit theo hàm lượng bột gỗ 54 Hình Giản đồ phân tích nhiệt động vật liệu compozit ABS cốt gỗ Mô đun tổn hao thay đổi theo nhiệt độ từ 25 - 200 oC 55 Hình 10 Giản đồ phân tích nhiệt động vật liệu compozit ABS cốt gỗ Tanδ thay đổi theo nhiệt độ từ 25 - 200 oC 56 Hình 11 Giản đồ phân tích nhiệt động vật liệu compozit ABS cốt gỗ Mô đun tích thay đổi theo nhiệt độ từ 25 - 200 oC 56 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Thành phần đơn đùn hạt nhựa compozit 36 Bảng 2 Thông số thiết lập cho máy đùn hai trục vít 36 Bảng Nhiệt độ thiết lập cho máy ép phun 38 Bảng Các thông số ép phun 38 Bảng Chỉ số chảy sản phẩm đùn 45 Bảng Các tính chất học ABS compozit bột gỗ/ABS 53 Bảng 3 Độ bền va đập của ABS compozit bột gỗ/ABS 54 v thuỷ tinh thay đổi cho thấy ABS MAPE tương tác với làm dịch chuyển Tg Tuy nhiên, giá trị tanδ giảm đáng kể từ 2,23 xuống 0,93 tăng tỷ lệ bột gỗ lên 30 % mẫu polyme compozit Kết giải thích ảnh hưởng hạt bột gỗ có cấu trúc vật liệu polyme compozit Các hạt bột gỗ phân bố vật liệu hạn chế chuyển động chuỗi phân tử polyme mạch 200 180 Mô đun tổn hao (MPa) 160 140 120 100 80 60 40 20 25 55 85 115 145 175 205 Nhiệt độ (oC) Hình Giản đồ phân tích nhiệt động vật liệu compozit ABS cốt gỗ Mô đun tổn hao thay đổi theo nhiệt độ từ 25 - 200 oC Hệ số tổn hao, tan (delta) 2.5 1.5 0.5 25 55 85 115 145 175 205 Nhiệt độ (oC) 55 Hình 10 Giản đồ phân tích nhiệt động vật liệu compozit ABS cốt gỗ Tanδ thay đổi theo nhiệt độ từ 25 - 200 oC 1500 Mơ đun tích (MPa) 1200 900 600 300 25 55 85 115 145 175 205 Nhiệt độ (oC) Hình 11 Giản đồ phân tích nhiệt động vật liệu compozit ABS cốt gỗ Mô đun tích thay đổi theo nhiệt độ từ 25 - 200 oC Hình 3.11 cho thấy phụ thuộc mơ đun tích trữ (E') vật liệu compozit ABS cốt gỗ vào nhiệt độ Trong khoảng nhiệt độ từ 70 – 120 oC, E' giảm nhanh với việc tăng nhiệt độ Ngồi ra, Hình 3.11 cho thấy E' thay đổi với mẫu compozit có hàm lượng bột gỗ khác nhau, 01 nhiệt độ cố định Và khác biệt lớn vùng nhiệt độ thấp từ 75 - 90 oC Nhìn chung kết đo mơ đun tích phù hợp kết đo tính chất học tĩnh Độ cứng lớn đạt với mẫu compozit ABS-20 chứa 20 % bột gỗ Hình 3.11 cho thấy tỷ lệ bột gỗ có ảnh hưởng nhiều đến mơ đun tích vật liệu Mơ đun tích mẫu ABS-10 giảm đáng kể so với mẫu ABS-0 Tuy nhiên, tỷ lệ bột gỗ tăng lên 20 %, E' tăng đáng kể so với giá trị mẫu ABS-0 Tiếp tục tăng tỷ lệ bột gỗ lên 25 %, 30 %, E' giảm dần đạt giá trị thấp mẫu ABS-30 Điều ABS nhựa nhiệt dẻo có độ cứng cao Khi trộn với bột gỗ làm giảm độ cứng vật liệu Ở tỷ lệ bột gỗ thích hợp (15 - 20 %), chuỗi ABS tăng tương tác với bột gỗ tạo biến dạng truợt đàn hồi định tác dụng lực kéo 56 động nhiêt độ không đổi Điều dẫn đến tạo lực tích trữ đàn hồi Kết E' tăng lên Khi tăng tỷ lệ bột gỗ lên 30 %, hạt gỗ có xu hướng tập hợp thành hạt kích thước lớn, tương tác chuỗi ABS bột gỗ giảm, dẫn dến E' giảm Kết quan sát thấy ảnh chụp cấu trúc bề mặt đứt gãy mẫu vật liệu ABS Ngoài ra, nhiệt độ tăng chuyển động chuỗ phân tử nhựa tăng q trình xả lượng tích trữ nhanh hơn, kết mơ đun tích trữ giảm Như qua phân tích DMTA cho thấy bột gỗ ảnh hưởng đến tính chất nhiệt vật liệu compozit Và mẫu compozit với tỷ lệ bột gỗ chiếm 20 % (ABS20) có khả cải thiện tính chất học tĩnh vật liệu 57 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Công nghệ in 3D ngày phát triển mạnh mẽ trở nên quan trọng nhiều lĩnh vực đời sống Việc chế tạo vật liệu in 3D thân thiện với môi trường từ bột gỗ nhựa compozit quan tâm nghiên cứu Luận văn tiến hành chế tạo vật liệu cốt gỗ nhựa ABS phương pháp nghiền trục vít với tỷ lệ bột gỗ/ABS 0%, 10%, 15%, 20%, 25% 30% (tương ứng với ABS0, ABS10, ABS15, ABS20, ABS25 ABS30) Kết hợp 10-25% bột gỗ vào ABS kiến cho số chảy (MI) giảm bột gỗ có độ cứng lớn, cản trở chuyển động dòng nhựa, làm tăng độ nhớt sản phẩm đùn nóng chảy Tương hợp bột gỗ ABS vật liệu compozit chế tạo chưa cải thiện tốt, khơng có khác biệt nhiều hình thái pha tương hợp hai pha compozit Độ bền học vật liệu giảm sau ABS bổ sung thêm bột gỗ tính chất thay đổi theo hàm lượng bột gỗ vật liệu Qua phân tích DMTA, bột gỗ ảnh hưởng đến tính chất nhiệt vật liệu compozit Mẫu compozit với tỷ lệ bột gỗ chứa 20% (ABS20) có tăng cải thiện tính chất học tĩnh vật liệu 4.2 Hướng phát triển luận văn tương lai Đề xuất hướng nghiên cứu xử lý bột gỗ trước trộn để tăng khả tương tác nhựa ABS bột gỗ Đồng thời, nghiên cứu thêm tính lưu biến vật liệu, tìm vật liệu có tiềm ứng dụng làm nguyên liệu cho in 3D-FDM tương lai 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N Shahrubudin, T C Lee, and R Ramlan, "An overview on 3D printing technology: Technological, materials, and applications," Procedia Manufacturing, vol 35, pp 1286-1296, 2019 [2] Q Ge, Z Li, Z Wang, K Kowsari, W Zhang, X He, et al., "Projection micro stereolithography based 3D printing and its applications," International Journal of Extreme Manufacturing, vol 2, p 022004, 2020 [3] P Dudek, "FDM 3D printing technology in manufacturing compozit elements," Archives of metallurgy and materials, vol 58, pp 1415 1418, 2013 [4] F Fina, A Goyanes, S Gaisford, and A W Basit, "Selective laser sintering (SLS) 3D printing of medicines," International journal of pharmaceutics, vol 529, pp 285-293, 2017 [5] T Finnes, "High definition 3d printing–comparing sla and fdm printing technologies," The Journal of Undergraduate Research, vol 13, p 3, 2015 [6] Q Ge, C K Dunn, H J Qi, and M L Dunn, "Active origami by 4D printing," Smart materials and structures, vol 23, p 094007, 2014 [7] D Raviv, W Zhao, C McKnelly, A Papadopoulou, A Kadambi, B Shi, et al., "Active printed materials for complex self-evolving deformations," Scientific reports, vol 4, pp 1-8, 2014 [8] W M van Rees, E A Matsumoto, A S Gladman, J A Lewis, and L Mahadevan, "Mechanics of biomimetic 4D printed structures," Soft matter, vol 14, pp 8771-8779, 2018 [9] L C Hwa, S Rajoo, A M Noor, N Ahmad, and M Uday, "Recent advances in 3D printing of porous ceramics: A review," Current Opinion in Solid State and Materials Science, vol 21, pp 323-347, 2017 [10] J Deckers, J Vleugels, and J.-P Kruth, "Additive manufacturing of ceramics: a review," Journal of Ceramic Science and Technology, vol 5, pp 245-260, 2014 59 [11] A Zocca, C M Gomes, A Staude, E Bernardo, J Günster, and P Colombo, "SiOC ceramics with ordered porosity by 3D-printing of a preceramic polymer," Journal of Materials Research, vol 28, pp 22432252, 2013 [12] Z C Eckel, C Zhou, J H Martin, A J Jacobsen, W B Carter, and T A Schaedler, "Additive manufacturing of polymer-derived ceramics," Science, vol 351, pp 58-62, 2016 [13] B Elder, R Neupane, E Tokita, U Ghosh, S Hales, and Y L Kong, "Nanomaterial patterning in 3D printing," Advanced Materials, vol 32, p 1907142, 2020 [14] R L Truby, M Wehner, A K Grosskopf, D M Vogt, S G Uzel, R J Wood, et al., "Soft somatosensitive actuators via embedded 3D printing," Advanced Materials, vol 30, p 1706383, 2018 [15] S Agarwala, G L Goh, Y L Yap, G D Goh, H Yu, W Y Yeong, et al., "Development of bendable strain sensor with embedded microchannels using 3D printing," Sensors and Actuators A: Physical, vol 263, pp 593599, 2017 [16] C R Rocha, A R T Perez, D A Roberson, C M Shemelya, E MacDonald, and R B Wicker, "Novel ABS-based binary and ternary polymer blends for material extrusion 3D printing," Journal of Materials Research, vol 29, pp 1859-1866, 2014 [17] H.-W Kang, S J Lee, I K Ko, C Kengla, J J Yoo, and A Atala, "A 3D bioprinting system to produce human-scale tissue constructs with structural integrity," Nature biotechnology, vol 34, pp 312-319, 2016 [18] J U Lind, T A Busbee, A D Valentine, F S Pasqualini, H Yuan, M Yadid, et al., "Instrumented cardiac microphysiological devices via multimaterial three-dimensional printing," Nature materials, vol 16, pp 303-308, 2017 60 [19] Y Tao, H Wang, Z Li, P Li, and S Q Shi, "Development and application of wood flour-filled polylactic acid compozit filament for 3D printing," Materials, vol 10, p 339, 2017 [20] M.Harries, J.Potgieter, Sudip Ray, Richard Archer, "Acrylonitribe Butadiene Styrene and polypropylene blend with Enhanced Thermal and Machenical properties for fused Filament Fabrication", Materials, vol 12(24), 4167, 2019 [21] S Rangisetty and L D Peel, "The effect of infill patterns and annealing on mechanical properties of additively manufactured thermoplastic compozits," in Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems, 2017, p V001T08A017 [22] S Dul, L Fambri, and A Pegoretti, "Filaments production and fused deposition modelling of ABS/carbon nanotubes compozits," Nanomaterials, vol 8, p 49, 2018 [23] N Vidakis, A Maniadi, M Petousis, M Vamvakaki, G Kenanakis, and E Koudoumas, "Mechanical and electrical properties investigation of 3Dprinted acrylonitrile–butadiene–styrene graphene and carbon nanocompozits," Journal of Materials Engineering and Performance, vol 29, pp 1909-1918, 2020 [24] C Aumnate, A Pongwisuthiruchte, P Pattananuwat, and P Potiyaraj, "Fabrication of ABS/graphene oxide compozit filament for fused filament fabrication (FFF) 3D printing," Advances in Materials Science and engineering, vol 2018, 2018 [25] S Ponsuriyaprakash, P Udhayakumar, and R Pandiyarajan, "Experimental Investigation of ABS Matrix and Cellulose Fiber Reinforced Polymer Compozit Materials," Journal of Natural Fiber, vol 19, pp.3241-3252, 2022 [26] Y Igarashi, Akihiro Sato, Hiroaki Okumura, F Nacatsubo, H.Yano, "Manufacturing process centered on dry-pulp dỉrect kneading method 61 opens a door for commercialization of cellulose nanofiber reinforced compozits," Chemical Engineering Journal, vol 354, pp 563=568, 2018 [27] Adriano de Campos, Ana Carolina, Pedro Ivo Cunha Claro, Eliangela de Morais Teixeira and José Mnoel Marconcini, " Processing, Characterzation and Application of Micro and Nanocellose Based Environmentally Friendly Polymer Compozits", "Subtainable Polymer Compozits and Nanocompozits" Book, pp 1-35, 2019 [28] Melisa B.Agustin, Fumiaki Nakatsubo, Hiroyuki Yano, " Improving the thermal stability of wood-based cellulose by esterification", Carbohydrate Polymers, vol 192, pp.28-36, 2018 [29] Shaohong Shi, Changhua Yang, and Min Nei, " EnhancedInterfacial strength of Natural Fiber/Polypropylene compozit with Mechanical-Interlocking Interface", ACS Sustainable Chemistry & Engineering, vol 5, pp 1041310420, 2017 [30] Libo Ma, Yang Zhang, Yujie Meng, Phuriwat Anusonti-Inthra, Siqun Wang, "Preparing cellulose nanocrytal/acrylonitrile-butadiene-styrene nanocompozits using the master-bath method", Carbohydrate Polymers,vol 125, pp 352-359, 2015 [31] R.Dunne, D.Desai, R.Sadiku, "Material characterization of blended sisalkaraf compozits with an ABS matrix", Applied Acoustic, vol 125, pp 184193, 2017 [32] K.Akato, Chau D Tran, Jihua Chen, Amit K.Naskar, "Macromolecular seflassembly of lignin in ABS Matrix for sustainable compozit Application", ACS Sustainable Chemistry & Engineering, vol 3, pp 3070-3076, 2015 [33] Cấn Duy Huấn, Mai Văn Tiên, "Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit gỗnhựa từ polyethylen tỷ trọng cao tái chế với mùn cưa", Tài nguyên Môi trường, Kỳ 2, pp.16-18, 2017 [34] Vũ Huy Đại, "Vật liệu compozit gỗ nhựa", NXB Nông nghiệp, 2016 [35] L Chotirat, K Chaochanchaikul, and N Sombatsompop, "On adhesion mechanisms 62 and interfacial strength in acrylonitrile–butadiene– styrene/wood sawdust compozits," International journal of adhesion and adhesives, vol 27, pp 669-678, 2007 [36] A K Bledzki and J Gassan, "Compozits reinforced with cellulose based fibres," Progress in Polymer Science, vol 24, pp 221-274, 1999/05/01/ 1999 [37] J Karger-Kocsis, "Microstructural aspects of fracture in polypropylene and in its filled, chopped fiber and fiber mat reinforced compozits," in Polypropylene Structure, blends and compozits, ed: Springer, 1995, pp 142-201 [38] G Levita, A Marchetti, and A Lazzeri, "Fracture of ultrafine calcium carbonate/polypropylene compozits," Polymer compozits, vol 10, pp 3943, 1989 [39] Sara Aid,1 Anissa Eddhahak,1 Zaida Ortega,3 Daniel Froelich,2 Abbas Tcharkhtchi1, "Experimental study of the miscibility of ABS/PC polymer blends and investigation of the processing effect", Journal of Applied PolymerScience, vol.134, 2017 63 PHỤ LỤC Phụ lục Bảng đo số chảy mẫu ABS compozit bột gỗ/ABS STT Mẫu hỗn hợp ABS/Axit Steric/MAPE/Bột gỗ với tỷ lệ Lần Lần Lần 0% 10% 15% 20% 25% 3.084 2.6380 2.1740 1.7440 1.4260 3.132 2.6180 2.3620 1.7840 1.5720 3.04 3.148 2.6860 2.7600 2.4160 2.1320 2.2280 1.7420 1.5600 1.4460 Kết đo số MI (g/10 phút) Lần Lần Trung bình 3.101 2.6755 2.2624 1.7567 1.501 Phụ lục Bảng đo độ bền va đập mẫu ABS compozit bột gỗ/ABS Lần đo Kết đo (KJ/m2) Mẫu trống (ABS) 5,6 / 3,9 5,58 / 3,92 5,28 / 3,94 57.89 58.19 61.24 10% bột gỗ 5,34 / 3,9 5,6 / 3,84 5,4 / 3,9 5,46 / 3,9 53.24 52.74 53.52 52.34 15% bột gỗ 5,36 / 3,9 5,6 / 3,9 5,3 / 3,9 4,82 / 3,94 51.38 50.61 52.15 56.22 20% bột gỗ 5,5 / 3,9 5,5 / 3,9 5,2 / 3,9 5,5 / 3,9 49.72 49.27 53.18 49.27 25% bột gỗ 64 5,36 / 3,9 5,5 / 3,9 51.92 50.09 5,5 / 3,9 5,4 / 3,9 49.35 51.13 30% bột gỗ 5,0 / 3,9 5,34 / 3,9 5,0 / 3,9 52.54 48.9 53.12 Phụ lục Kết đo độ bền uốn mẫu ABS compozit bột gỗ/ABS Flexure Flexur Flexure Flexure Extensi e Load stress on strain 0452Mp 0001 0001 0917N a mm % Modul Flexural us of Flexure Maximu Thick Flexure Extension With ness Strain Seq Sample strength Elastili Strain m Flexure [mm] [mm] ty [mm] [%] [%] [MPa] Load [N] [GPa] 10 11 12 13 14 15 Mean S.D Min Max 0.1 0.2 0.3 1.1 1.2 1.3 1.4 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 3.4 0.00 0.00 0.00 0.00 101.4 89.1 55.5 53.9 51.9 51.1 52.6 53.0 49.4 51.4 44.0 51.2 48.3 48.7 47.8 50.2 18.8 16.6 101.4 8.98 8.23 1.99 1.96 1.9 1.86 1.94 2.04 1.93 1.96 2.13 2.03 2.14 2.1 2.53 2.05 1.08 8.98 1.6 1.6 4.5 4.5 5.2 4.9 5.2 4.7 3.5 5.1 3.2 3.4 3.1 3.0 3.1 3.5 1.1 1.6 5.2 4.28 4.30 4.80 4.82 5.57 5.22 5.54 5.00 3.70 5.45 3.42 3.61 3.36 3.24 3.33 4.00 1.00 2.55 5.57 128.53 112.98 112.48 109.28 105.18 103.57 106.68 107.39 100.10 104.34 89.33 103.85 97.86 98.78 96.87 94.84 24.50 33.66 128.53 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 0.00 10.00 10.00 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 0.00 3.90 3.90 1.56 1.57 4.49 4.51 5.21 4.89 5.19 4.68 3.47 5.10 3.21 3.38 3.14 3.04 3.12 3.51 1.13 1.56 5.21 Phụ lục Kết đo độ bền kéo mẫu ABS compozit bột gỗ/ABS 65 Load 0041 kN 13 10 11 12 13 14 15 Mean S.D Minimu m Maxim um 66 Tensile Tensile stress Extension strain 1049 9618 mm 1.480% Extens Modul Maxim Extension Thick Tensile Tensile ion at With us of um at Break ness Sample Stress Strain Yield Elastilit Load [mm] [mm] [mm] [MPa] [%] [mm] y [GPa] [kN] 0.1 0.3 0.4 1.1 1.2 1.3 1.4 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 3.4 0.00 0.00 51.81 30.95 31.3 25.93 27.5 27.07 23.77 24.55 24.63 24.6 27.93 28.21 27.45 26.72 25.79 24.96 9.44 1.28 1.09 1.06 1.15 1.19 1.15 1.18 1.32 1.27 1.24 1.28 1.38 1.36 1.27 1.26 1.17 0.21 5.77 4.89 5.00 4.18 5.20 4.15 4.79 3.94 4.20 5.82 3.95 3.08 3.00 3.20 3.08 3.56 1.37 2.04 1.22 1.20 1.00 1.06 1.05 0.92 0.92 0.95 0.95 1.08 1.09 1.09 1.07 1.03 0.97 0.37 10.10 10.10 9.80 9.90 9.90 9.90 9.90 9.90 9.90 9.90 9.90 9.90 9.90 10.10 10.10 9.95 0.07 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.90 3.80 3.90 3.90 3.90 3.90 4.00 4.00 4.00 3.90 0.05 1.13 0.93 0.91 0.93 1.00 0.98 0.96 1.00 1.02 1.02 1.01 0.99 1.01 1.02 0.97 0.92 0.15 3.75 3.18 3.25 2.71 3.38 2.70 3.12 2.56 2.73 3.78 2.57 2.00 1.95 2.08 2.00 2.32 0.89 0.00 7.68 0.69 1.14 0.30 9.80 3.80 0.58 0.74 0.00 51.81 1.42 5.82 2.04 10.10 4.00 1.13 3.78 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài:“Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit cốt gỗ nhựa Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) có khả ứng dụng cơng nghệ in 3D” Tác giả luận văn: Hồng Tiến Dũng Khóa: CH2020B Người hướng dẫn: TS Phùng Anh Tuân – Trưởng Bộ môn Cơng nghệ in Từ khóa (Keyword): ABS; Mùn cưa; Compozit sinh học; Đùn 02 trục vít; ép phun; Tính chất học; tính chất nhiệt; tính chất lưu biến Nội dung tóm tắt: a) Lý chọn đề tài: Cơng nghệ in 3D ngày phát triển trở nên quan trọng nhiều lĩnh vực đời sống như: công nghệ sản xuất, chế tạo, y khoa, kiến trúc, xây dựng Bởi in 3D giúp cho việc chế tạo mẫu nhanh chóng xác Đồng thời, sử dụng in 3D giúp doanh nghiệp có lợi cho phí sản xuất, cải tiến quy trình sản phẩm cho nhà cung cấp vài trường hợp cụ thể, hạn chế rác thải Hiện nay, có hàng ngàn loại vật liệu in 3D, chất liệu nhựa nhiệt dẻo kim loại, chí hợp chất hữu Tuy nhiên, xu hướng hướng đến nghiên cứu phát triển loại vật liệu có khả in 3D, thân thiện với mơi trường tiết kiệm chi phí Và hướng nghiên cứu quan tâm chế tạo vật liệu từ bột gỗ, nhựa phụ gia Vật liệu tận dụng phụ phẩm ngành gỗ gỗ chất lượng thấp góp phần bảo vệ mơi trường, giảm chi phí cho sản xuất b) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu chế tạo sợi polime compozit từ nhựa ABS mùn cưa gỗ ứng dụng vật liệu in 3D-FDM Qua thiết lập qui trình sản xuất vật liệu, lựa chọn thơng số nhiệt độ phù hợp máy ép đùn hai trục vít để chế tạo Các tính chất sợi vật liệu cấu trúc tinh thể, hình thái học xác định Kết phân tích cho thấy vật liệu bột gỗ có tương hợp nhựa ABS bột gỗ, cấu trúc tinh thể vật liệu khơng bị ảnh hưởng có mặt bột gỗ Phân tích hình thái học cho thấy bột gỗ phân bố đồng nhựa ABS có khả ứng dụng làm vật liệu in 3D FDM 67 c) Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả: Luận văn tìm hiểu cơng trình nghiên cứu, chế tạo vật liệu compozit, sở tiến hành nghiên cứu chế tạo sợi polime compozit từ nhựa ABS mùn cưa gỗ ứng dụng vật liệu in 3D-FDM Qua thiết lập qui trình sản xuất vật liệu, lựa chọn thông số nhiệt độ phù hợp máy ép đùn hai trục vít để chế tạo Sau đó, xác định tính chất đặc trưng (chỉ số chảy, cấu trúc bề mặt, độ bền học tính chất nhiệt động) vật liệu tạo Kết thu cho thấy kết hợp bột gỗ ABS làm thay đổi số chảy vật liệu đáng kể Tuy nhiên, tương hợp vật liệu chế tạo chưa cải thiện tốt, khơng có khác biệt nhiều hình thái pha tương hợp pha compozit Độ bền kéo, độ bền uốn độ bền va đập giảm sau ABS bổ sung thêm vào bột gỗ tính chất thay đổi theo hàm lượng gỗ vật liệu Qua phân tích DMTA, bột gỗ ảnh hưởng đến tính chất nhiệt vật liệu compozit Mẫu compozit với tỷ lệ bột gỗ chứa 20% (ABS20) có tăng cải thiện tính chất học tĩnh vật liệu d) Phương pháp nghiên cứu: Kế thừa có chọn lọc cơng trình tài liệu ngồi nước có liên quan đến vấn đề nghiên cứu Qua tiến hành chế tạo vật liệu cố gỗ nhựa ABS phương pháp nghiền trục vít với tỷ lệ ABS/bột gỗ 0%, 10%, 15%, 20%, 25% 30% (tương ứng với ABS0, ABS10, ABS15, ABS20, ABS25 ABS30) Vật liệu sau chế tạo tiến hành đánh giá tính chất đặc trưng phương pháp: • Xác định số chảy • Nhiễu xạ tia X • Chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) • Xác định độ bền học (độ bền kéo, độ bền uốn độ bền va đập) • Phân tích tính chất nhiệt động (DMTA) Kết luận Công nghệ in 3D ngày phát triển mạnh mẽ trở nên quan trọng nhiều lĩnh vực đời sống Việc chế tạo vật liệu in 3D thân thiện với môi trường 68 từ bột gỗ nhựa compozit quan tâm nghiên cứu Nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu cốt gỗ nhựa ABS Sự kết hợp bột gỗ vào ABS làm thay đổi cấu trúc hình thái tương hợp bột gỗ ABS vật liệu compozit chế tạo chưa cải thiện tốt, khơng có khác biệt nhiều hình thái pha tương hợp hai pha compozit Đề xuất hướng nghiên cứu xử lý bột gỗ trước trộn để tăng khẳ tương hợp nhựa ABS bột gỗ Đồng thời, nghiên cứu thêm tính lưu biến vật liệu, tìm vật liệu có tiềm ứng dụng làm nguyên liệu cho in 3D-FDM tương lai 69