GIỚI THIỆU
Lý do chọn đề tài
Ô nhiễm môi trường hiện nay là vấn đề nghiêm trọng toàn cầu, chủ yếu do rác thải sinh hoạt, chất thải công nghiệp và nông nghiệp Hoạt động xả thải phế liệu trong sản xuất gây tác động lớn đến môi trường, dẫn đến nhiều công ty nghiên cứu các phương pháp tái chế nhựa phế liệu Ngành bao bì đóng gói màng mềm phức hợp đang được nhiều doanh nghiệp ưu tiên, với bao bì PE/PET nổi bật nhờ tính linh hoạt, hiệu quả cao và tiết kiệm chi phí Tuy nhiên, bao bì PE/PET cũng có nhược điểm như khả năng ngăn mùi hạn chế và dễ gây mùi khó chịu khi nấu chảy Để cải thiện, có thể thay PE bằng HDPE, loại nhựa an toàn cho sức khỏe Tuy nhiên, HDPE trong quá trình sản xuất màng chưa ổn định, nên có thể kết hợp HDPE/PET để tạo ra màng có độ trong suốt và tính chất cơ học tốt hơn, từ đó nâng cao hiệu quả tái chế.
Bao bì phức hợp HDPE/PET là một sản phẩm được làm từ High Density Polyethylene (HDPE), loại nhựa nhiệt dẻo được sản xuất từ quá trình lọc dầu mỏ HDPE nổi bật với tính linh hoạt và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp bao bì.
Nhựa HDPE (High-Density Polyethylene) nổi bật với khả năng chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn từ nước, mưa axit, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến trong ngành công nghiệp cáp quang, ống nhựa, chai nhựa, và ứng dụng điện dung cách điện Tuy nhiên, HDPE cũng gặp phải một số nhược điểm như ô nhiễm môi trường trong quá trình sản xuất và chi phí tái chế cao Để khắc phục, phương pháp tái chế HDPE bằng cách trộn với chất khác là một giải pháp khả thi Tương tự, PolyEthylene Terephthalate (PET) được sử dụng rộng rãi nhờ vào tính chất cơ học tốt, khả năng chịu lực và độ cứng cao, thường được dùng trong sản xuất tơ sợi, hộp đựng thực phẩm và chai nước Dù vậy, PET cũng có nhược điểm như khả năng chống thấm khí và dầu kém, không thích hợp cho thực phẩm nóng hay lò vi sóng, có thể gây ra chất ung thư Hơn nữa, PET khó tái chế hơn và gây ô nhiễm trong quá trình sản xuất.
Kết hợp PET với HDPE tạo ra composite có độ bền cao và tính năng vượt trội Nghiên cứu đã chỉ ra rằng HDPE có những hạn chế, và phương pháp trộn hợp là cách tiết kiệm chi phí nhất để cải thiện chúng Mặc dù đã có một số nghiên cứu về hỗn hợp HDPE/PET, nhưng các khía cạnh cơ tính vẫn chưa được khai thác đầy đủ Việc sử dụng PET không chỉ tăng trọng lượng của HDPE mà còn mang lại lợi ích cho thiết bị điện tử Sự kết hợp này hứa hẹn tạo ra vật liệu hiệu suất cao với nhiều tiềm năng ứng dụng trong tương lai Chúng tôi nhận thấy tiềm năng từ việc trộn PET vào HDPE và chọn đề tài nghiên cứu này.
“Nghiên cứu về sự ảnh hưởng của PolyEthylene Terephthalate đến cơ tính của hỗn hợp High Density Polyethylene/PolyEthylene Terephthalate”.
Tính cấp thiết của đề tài
Ô nhiễm môi trường đang ngày càng thu hút sự chú ý, gây ảnh hưởng lớn đến đời sống con người, vì vậy việc cải thiện môi trường trở nên cần thiết Doanh nghiệp có thể tiết kiệm chi phí xử lý rác thải thông qua việc tái chế phế thải, đặc biệt là nhựa HDPE Ngoài lợi ích về môi trường và chi phí, nghiên cứu hỗn hợp polime mới còn là nguồn tư liệu quý giá cho các nghiên cứu sau này Hỗn hợp polimer HDPE/PET hứa hẹn mang lại hiệu suất cao, mở rộng khả năng ứng dụng của HDPE trong phát triển sản phẩm mới và giảm giá thành sản phẩm.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu về cơ tính của hỗn hợp High Density Polyethylene (HDPE) và Polyethylene Terephthalate (PET) tập trung vào việc phân tích các đặc tính cơ học và cấu trúc vi mô của mẫu thử HDPE cũng như các mẫu hỗn hợp HDPE/PET.
Nghiên cứu về ảnh hưởng của PET đến hỗn hợp HDPE/PET không chỉ cung cấp tư liệu tham khảo quý giá cho các tác giả trong nước mà còn cho các nhà nghiên cứu quốc tế Đề tài này mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới, đặc biệt là việc khảo sát chất thứ ba được thêm vào nhằm gia cố và nâng cao cơ tính của hỗn hợp.
Việc nghiên cứu và xử lý phế phẩm công nghiệp sau quá trình sản xuất không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn cải thiện chất lượng sống và cắt giảm chi phí cho doanh nghiệp Đồng thời, quá trình này cũng nâng cao khả năng giải quyết vấn đề, tìm kiếm tài liệu và kỹ năng viết bài báo nghiên cứu khoa học cho sinh viên.
Mục tiêu của đề tài
Việc nghiên cứu về sự ảnh hưởng của PET đến cơ tính của hỗn hợp HDPE/PET nhằm mục đích:
- Tạo ra loại composite mới có đặc điểm cơ tính nổi bật, cụ thể là độ bền uốn được cải thiện so với polimer ban đầu
- Tìm ra tỷ lệ mang nhiều đặc tính tối ưu nhất để ứng dụng vào các sản phẩm thực tế trong đời sống
- Nghiên cứu về sự tương hợp của hỗn hợp HDPE/PET.
Nhiệm vụ của nghiên cứu
Những nhiệm vụ của đề tài nghiên cứu:
- Trộn PET vào HDPE theo những tỷ lệ đã quy định và ép phun mẫu thử
- Đo độ bền kéo, độ dai va đập, độ bền uốn, chụp tổ chức tế vi của hỗn hợp HDPE/PET
- Phân tích, đưa ra lý giải về lý do dẫn đến sự thay đổi trong kết quả đo được
- Quy hoạch thực nghiệm tìm ra phương trình thực nghiệm thể hiện sự ảnh hưởng của PET trong hỗn hợp HDPE/PET với các tiêu chí về cơ tính.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu về độ bền kéo, độ bền uốn, độ dai va đập, tổ chức tế vi mẫu của hỗn hợp HDPE/PET
Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát các mẫu vật liệu sau quá trình ép với nhiệt độ khuôn cố định, đồng thời đánh giá cơ tính của các mẫu từ tỷ lệ 0% PET đến 30% PET trên máy đo.
Phương pháp nghiên cứu
Một số phương pháp được sử dụng:
- Phương pháp phân tích, tổng hợp lý thuyết
- Phương pháp phân loại, hệ thống hóa lý thuyết
- Phương pháp quan sát khoa học
- Phương pháp thực nghiệm khoa học
TỔNG QUAN
Tổng quan về ngành công nghiệp nhựa
Chất dẻo, hay còn gọi là nhựa hoặc polymer, là vật liệu quan trọng trong sản xuất nhiều sản phẩm phục vụ đời sống con người và các ngành công nghiệp như điện, điện tử, viễn thông, và giao thông vận tải Với sự phát triển của khoa học công nghệ, nhựa ngày càng trở nên phổ biến và là lựa chọn thay thế cho các vật liệu truyền thống Do đó, ngành công nghiệp nhựa đóng vai trò thiết yếu trong đời sống và sản xuất của nhiều quốc gia trên thế giới.
Ngành công nghiệp nhựa đã có sự phát triển vượt bậc từ năm 2010 đến 2015, cho thấy sự tăng trưởng mạnh mẽ trong bối cảnh nền kinh tế toàn cầu và Việt Nam Mặc dù còn mới so với các ngành công nghiệp khác như cơ khí hay điện - điện tử, ngành nhựa đang trở thành một lĩnh vực năng động với tiềm năng lớn Sự tăng trưởng này được thúc đẩy bởi thị trường rộng lớn và sự phát triển còn ở giai đoạn đầu của ngành nhựa Việt Nam so với thế giới.
2.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Sự phát triển không ngừng của lĩnh vực vật liệu đã dẫn đến việc phát hiện nhiều loại vật liệu mới, trong đó việc pha trộn để tạo ra hỗn hợp tối ưu cũng được chú trọng Nghiên cứu về nhựa HDPE và nhựa PET cho thấy việc sử dụng nhựa PET có hiệu quả trong việc cải thiện cơ tính của nhựa HDPE Theo nghiên cứu của Antonio F A´ vilaa và Marcos V Duarte, ảnh hưởng của chất làm chuẩn compa và chất phụ gia đối với hỗn hợp polyme đã được phân tích, đặc biệt là trong các hỗn hợp nhiều thành phần như PE, PS, PP, PMMA và PVC, nhằm tăng cường khả năng tái chế nhựa nhiệt dẻo Kết quả cho thấy độ bền kéo tăng nhẹ khi sử dụng chất tương thích, đồng thời hình thái của hỗn hợp HDPE/PET phụ thuộc vào liên kết giữa các bề mặt, ảnh hưởng đến độ cứng và độ bền của vật liệu.
Nghiên cứu này xem xét các tỷ lệ trọng lượng 80/20, 70/30 và 60/40, trong đó tỷ lệ 50/50 bị loại bỏ do vấn đề bám dính giữa PET và HDPE Kết quả thử nghiệm cho thấy độ cứng của hỗn hợp tăng lên nhờ lượng PET cao, tuy nhiên, ứng suất cuối cùng lại giảm mặc dù tỷ lệ PET cao hơn Đến nay, vẫn chưa có thông tin cụ thể về độ bền cơ học như độ bền kéo, độ bền uốn, và độ bền va đập của hỗn hợp, cũng như chưa làm rõ việc cải thiện độ trong của màng HDPE.
Nghiên cứu của Y Pietrasanta và các cộng sự đã khảo sát hỗn hợp polyetylen mật độ cao (HDPE) và poly (etylen terephthalate) (PET) với các tỉ lệ 20/80, 40/60, 60/40 và 80/20, được biến tính bằng polyolefin chức năng glycidyl methacrylate nhằm cải thiện khả năng tương thích, độ giãn dài và độ bền va đập Chất tương hợp sử dụng là đồng trùng hợp etylen/glycidyl methacrylat (E/GMA) và terpolyme etylen/etyl acrylat/glycidyl methacrylat (E/EA/GMA) với hàm lượng glycidyl methacrylat thay đổi từ 1 đến 8% trọng lượng Việc bổ sung 5% trọng lượng polyolefin chức năng hóa đã chứng minh là đủ để cải thiện độ dẻo và độ bền va đập cho tất cả các chế phẩm Kết quả cho thấy khả năng tương hợp giữa HDPE và PET thông qua phương pháp ép phun, mang lại tính chất cơ học tốt hơn so với phương pháp ép đùn trước đó Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng độ giãn dài khi đứt và độ bền va đập của hỗn hợp được cải thiện với việc thêm 5% polyolefin chức năng hóa GMA.
Các tính chất cơ học của hỗn hợp poly(ethylene terephthalate)/poly(ethylene) mật độ cao (PET/HDPE) được cải thiện nhờ chiếu xạ tia γ kết hợp với tác nhân liên kết ngang trimethylol propane trimethacrylate (TMPTA) Khi tỷ lệ trọng lượng của hỗn hợp PET/HDPE là 80/20, hàm lượng TMPTA 1% trọng lượng và liều hấp thụ 30 kGy, các chỉ số như độ bền kéo, độ giãn dài khi đứt và độ bền va đập của hỗn hợp chiếu xạ tăng đáng kể so với hỗn hợp không chiếu xạ Thêm vào đó, việc sử dụng chất đồng trùng hợp etylen/axit metacrylic (EMA, 7%) làm chất tương thích cũng cải thiện cơ tính của hỗn hợp, cùng với việc tạo ra sự rung của pha PET trong ma trận HDPE thông qua quá trình đùn hỗn hợp trong điều kiện thích hợp Sự hiện diện của EMA và TMPTA góp phần tăng cường độ bám dính giữa các bề mặt.
[4] Polyethyleneterephthalate (PET) và polyetylen là các polyme không tương thích và hỗn hợp
Các hỗn hợp PET và polyetylen tỷ trọng cao (HDPE) không tương thích đã được nghiên cứu về đặc tính hình thái, lưu biến và cơ học, so sánh với các hỗn hợp tương thích với copolyester dựa trên EVA và EVOH Các copolyme ghép và cấu trúc liên kết ngang AB cho thấy tiềm năng tương hợp cho hỗn hợp HDPE/PET, với các phân đoạn polyetylen và copolyester có ái lực động lực học tương ứng Copolyester tạo ra độ giãn dài khi đứt từ 35-55%, cao hơn so với 9% của hỗn hợp nhị phân, trong khi hỗn hợp với chất đàn hồi có độ giãn dài lên tới 210% Việc cải thiện độ giãn dài có thể do sự hiện diện của thành phần thứ ba hoặc giá trị nội tại cao của copolyester tương hợp Poly (ethylene terephthalate) (PETR) tái chế được trộn với HDPE nguyên chất nhằm tạo ra vật liệu có tính chất tốt hơn Việc bổ sung chất tương hợp PE-g-MA và chất mở rộng chuỗi Joncryl đã cải thiện đáng kể tính chất lưu biến và nhiệt của hỗn hợp PETR/HDPE Kết quả cho thấy PE-g-MA là chất phụ gia tốt nhất cho sự tương hợp, với 10% PE-g-MA làm tăng mô-men xoắn khi so sánh với hỗn hợp không tương hợp Sự kết hợp của Joncryl và PE-g-MA đã dẫn đến sự gia tăng độ nhớt và mô-men xoắn, đặc biệt là khi có bộ mở rộng chuỗi.
MA có tác động tối thiểu đến quá trình kết tinh của HDPE, nhưng lại ảnh hưởng đáng kể đến PET Sự kết hợp giữa chất phụ gia Joncryl và chất tương thích PE-g-MA chỉ tác động đến quá trình kết tinh của PET Điều này chỉ ra rằng việc sử dụng chất phụ gia hay đồng trùng hợp đều có những nhược điểm và hạn chế riêng cho từng loại chất liệu.
Souad Mbarek, Mohamed Jaziri, Yvan Chalamet và Christian Carrot đã nghiên cứu ảnh hưởng của trọng lượng phân tử polyetylen đến hình thái học và các liên kết cơ học của hỗn hợp polyetylen mật độ cao (HDPE) phân tán trong ma trận poly (etylen terephthalate) (PET) Nghiên cứu cho thấy sự gia tăng độ bám dính giữa PET và HDPE có tác động lớn hơn đến tính chất kéo so với việc giảm sức căng bề mặt Do cấu trúc hóa học đặc trưng, PET có khả năng tương tác dễ dàng với các polyme phân cực thông qua liên kết hydro.
Do đó, sự tương hợp của PET và PE có thể thu được bằng phản ứng tại chỗ của các polyme đã
Việc sử dụng các chất tương hợp chức năng như E-GMA trong hỗn hợp HDPE/PET có tác động đáng kể đến hình thái và tính chất của chúng Tăng cường lượng E-GMA giúp giảm sức căng bề mặt, từ đó giảm kích thước các miền phân tán PE trong hỗn hợp chứa 85% PET và HDPE với trọng lượng phân tử thấp nhất (PE53K) Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng trọng lượng phân tử của pha polyethylene ảnh hưởng đến hình thái và tính chất của hỗn hợp PET/HDPE khi tỷ lệ PE từ 5% đến 20% Sự gia tăng lực dính giữa PET và HDPE có tác động lớn hơn đến đặc tính kéo so với sự giảm sức căng bề mặt Mặc dù chưa rõ ràng về tính chất của hỗn hợp, nhưng sự cải thiện độ đục của màng HDPE khi kết hợp với PET đã được ghi nhận Nghiên cứu về phụ gia SEBS-g-MA cho thấy rằng các pha PET và HDPE tạo thành hình thái phân tán thô trong hỗn hợp 30/70 mà không có phụ gia, trong khi sử dụng EGMA hoặc HDPE-g-GMA cho kết quả phân tán mịn hơn Hỗn hợp 10/90 PET/HDPE với 4% SEBS-g-MA cho thấy hình thái phân tán mịn với các pha PET hình cầu, trong khi hỗn hợp 20/80 PET/HDPE phát triển cấu trúc phân tán tương tự nhưng với cấu trúc giống như sợi khi có mặt của SEBS-g-MA.
2.3 Tổng quan về nhựa HDPE
HDPE (Polyethylene tỷ trọng cao) là một hợp chất hữu cơ với cấu trúc mạch thẳng, có thể có một vài nhánh hoặc không Loại nhựa này được tạo ra từ quá trình trùng hợp etylen ở áp suất thấp, với công thức hóa học là (C2H4) n.
HDPE là loại nhựa có khả năng chống va đập tốt nhất, độ bền và khả năng chịu nhiệt cao Dưới ánh nắng trực tiếp, HDPE nguyên sinh vẫn giữ được tính chất ổn định và không bị ảnh hưởng, đồng thời có khả năng chống ăn mòn hóa học vượt trội Với tính chất nhiệt, cơ học và độ ổn định kích thước nổi bật, HDPE được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như vật liệu kỹ thuật và viễn thông.
Hình 2.2: Hình dạng thực tế và công thức phân tử của HDPE nguyên sinh
Những ưu điểm của HDPE đáng chú ý [8-10]
- HDPE có khả năng chịu ứng suất kéo ở biến dạng cao, chống va đập tốt
- Hệ số ma sát thấp, có tính kháng hóa chất
HDPE, với khối lượng nhẹ và độ bền cao, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như bao bì và công nghiệp Tuy nhiên, HDPE cũng có nhược điểm, đặc biệt là khi gặp sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, sản phẩm có thể bị nứt do liên kết bị đứt vỡ.
Nhựa nguyên sinh HDPE, với đặc tính cơ học vượt trội và khả năng kháng dung môi tốt, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ sản phẩm gia dụng đến các sản phẩm công nghiệp chuyên biệt.
Ống nhựa HDPE là lựa chọn phổ biến cho việc vận chuyển chất lỏng như dầu và nước nhờ khả năng chống ăn mòn và rò rỉ khi tiếp xúc với các dung môi có tính axit Với các mối hàn chắc chắn, ống HDPE được xem là vật liệu lý tưởng cho ngành công nghiệp khí và gas.
Tổng quan về nhựa PET
Polyethylene terephthalate (PET) là một loại nhựa bán tinh thể, không màu và có độ dẻo cao, có thể được xử lý để đạt được độ cứng khác nhau PET nổi bật với độ ổn định kích thước tốt, khả năng chống va đập, và khả năng chống lại độ ẩm, cồn cũng như các dung môi khác.
Polyethylene terephthalate (PET) là vật liệu nhiệt dẻo có khả năng tái chế nhiều lần mà không suy giảm thuộc tính, mang lại sự linh hoạt cho các quy trình sản xuất Với tính trong suốt giống như kính, PET còn nổi bật với trọng lượng nhẹ và độ bền cao, giúp nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Để nói về một số ưu điểm nổi bật của PET thì cần đề cập để một số ưu điểm sau [11,12]:
PET có khả năng nung chảy và tái tạo hình dạng nhiều lần mà không bị suy giảm đáng kể về thuộc tính, điều này khiến cho nó trở nên linh hoạt và phù hợp với nhiều quy trình sản xuất khác nhau.
- PET có tính trong suốt xuất sắc, khiến nó trông giống như kính
- Có khả năng chịu được sức mạnh xé và lực va chạm, chịu được mài mòn cao và độ cứng cao
- Ngoài ra, nó còn được biết đến với tính nhẹ và tỷ lệ bền vững nổi bật
Bên cạnh những ưu điểm thì song song với đó PET cũng tồn tại một số nhược điểm [13,14]:
- Độ bền kéo và độ dai va đập kém hơn so với các sản phẩm thay thế của nó
Nhựa PET có khả năng chống thấm khí và dầu mỡ kém, không nên dùng để đựng thực phẩm nóng hoặc cho vào lò vi sóng vì có thể gây biến dạng và sản sinh ra các chất độc hại như ung thư, đột biến Bên cạnh đó, việc tái chế nhựa PET cũng khó khăn hơn so với các loại nhựa khác, và quá trình sản xuất của nó góp phần gây ô nhiễm môi trường Dù vậy, nhựa PET vẫn được sử dụng phổ biến trong đời sống hàng ngày.
Chai nhựa được sử dụng phổ biến để chứa các loại đồ uống như nước khoáng, nước ngọt và nước giải khát có gas Ngoài ra, chúng còn có thể được ép phun để tạo hình cho bao bì đóng gói, mang lại sự tiện lợi và tính thẩm mỹ cho sản phẩm.
- Được sử dụng rộng rãi trong sản xuất khay nhựa đựng thực phẩm
- Được sử dụng trong việc sản xuất sợi thủ công, trong các ngành công nghiệp dệt may, túi xách
- Sử dụng sản phẩm một lần duy nhất, không nên dùng đi dùng lại nhiều lần
Tổng quan về hỗn hợp HDPE/PET
HDPE là loại nhựa có cơ tính tốt nhưng độ bền uốn thấp do tính dẻo của nó Để cải thiện vấn đề này, vật liệu hỗn hợp HDPE/PET đã được phát triển và các nghiên cứu đã chỉ ra hiệu quả của nó Một nghiên cứu của Mariano Pracella và cộng sự cho thấy hỗn hợp HDPE/PET đạt ứng suất biến dạng rất cao, lên đến 300% ở tất cả các mẫu Điều này chứng tỏ rằng HDPE vẫn giữ được tính dẻo và khả năng chịu ứng suất với độ biến dạng cao, trong khi việc tăng hàm lượng PET vào hỗn hợp giúp nâng cao độ bền uốn của HDPE.
Nghiên cứu của Nikos K Kalfoglou và cộng sự đã chỉ ra rằng sự kết hợp giữa HDPE và PET có thể cải thiện tính chất cơ học, đặc biệt là độ bền uốn, độ dai va đập và khả năng chịu nhiệt của hỗn hợp HDPE/PET khi sử dụng 10% EGMA.
A Attavà cộng sự nghiên cứu về Sự tương hợp của hỗn hợp HDPE/PET bằng phương pháp chiếu xạ oxy trên màng HDPE [17] Theo K Dobrovszky, F Ronkay nghiên cứu về tính lưu biến, hình thái và tính chất cơ học của hỗn hợp polyetylen terephthalate (PET)/polyetylen mật độ cao (HDPE) Qua quá trình thực nghiệm cho thấy rằng các pha PET và HDPE tạo thành hình thái phân tán thô trong các trường hợp pha trộn 30/70 PET/HDPE mà không có chất phụ gia, trong khi sự phân tán mịn hơn được quan sát thấy bằng cách sử dụng chất đồng trùng hợp ethylene-glycidyl methacrylate (EGMA) hoặc polyetylen tỷ trọng cao ghép với glycidyl metacryit (HDPE-gGMA) Theo Zeming Xiang Huarong Liu các tính chất cơ học của hỗn hợp poly (ethylene terephthalate)/poly(ethylene) mật độ cao (PET/HDPE) được cải thiện bằng cách chiếu xạ tia γ kết hợp với việc sử dụng tác nhân liên kết ngang-trimethylol propane trimethacrylate (TMPTA) Khi tỷ lệ trọng lượng của hỗn hợp PET/HDPE là 80/20, hàm lượng TMPTA là 1% trọng lượng, độ bền kéo, độ giãn dài khi đứt và độ bền va đập của hỗn hợp chiếu xạ được cải thiện đáng kể so với không chiếu xạ hỗn hợp chiếu xạ Theo Y Pietrasanta Hỗn hợp polyetylen mật độ cao (HDPE) và poly (etylen terephthalate) (PET) có thành phần trọng lượng là 20/80, 40/60, 60/40 và 80/20 đã được biến tính bằng polyolefin chức năng glycidyl methacrylate với mục đích cải thiện khả năng tương thích và đặc biệt là độ giãn dài và độ bền va đập Và cuối cùng theo Theo Antonio F A´ vilaa, Marcos V Duarteb Đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất làm chuẩn compa và chất phụ gia đối với hỗn hợp polyme nhận thấy độ bền kéo tăng nhẹ khi sử dụng chất tương thích và họ cũng kết luận rằng hình thái của hỗn hợp HDPE/PET phụ thuộc nhiều vào liên kết giữa các bề mặt vì nó ảnh hưởng đến độ cứng và độ bền của nó Trong những bài báo trên điểm chung là đều nghiên cứu về khả năng tương thích của hỗn hợp và kết quả đều cho thấy khả năng tương hợp và cải thiện được cơ tính của hỗn hợp HDPE/PET là ổn định
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Vật liệu trộn hợp polymer
Trộn hợp polymer là hỗn hợp của hai hoặc nhiều polymer, bao gồm copolymer và polymer, mà không có liên kết đồng hóa trị Theo nghiên cứu của Rao, trộn hợp polymer được định nghĩa là hỗn hợp có ít nhất hai polymer, trong đó hàm lượng của polymer thứ hai không nhỏ hơn 2%.
Để khắc phục những nhược điểm của nhựa HDPE và các loại polymer khác, phương pháp phổ biến và hiệu quả là trộn nhiều loại polymer nhằm tạo ra hỗn hợp với những ưu điểm vượt trội Nhiều nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này.
Nghiên cứu của Nikos K Kalfoglou và cộng sự cho thấy việc cải thiện tính chất cơ học của hỗn hợp HDPE/PET với 10% EGMA đã làm tăng độ bền uốn, độ dai va đập và khả năng chịu nhiệt Đặc biệt, độ giãn dài khi đứt và độ dai va đập của tất cả các thành phần trong hỗn hợp đều tăng so với mức ban đầu.
Nghiên cứu của Lili Cui và các cộng sự chỉ ra rằng hình ảnh chụp SEM cho thấy sự phân tán tốt của PET Tuy nhiên, có sự khác biệt rõ rệt giữa các tỷ lệ, với kích thước hạt nhỏ khi hàm lượng PET thấp Khi hàm lượng PET tăng lên, kích thước hạt cũng dần lớn hơn.
3.1.1 Những yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính vật liệu trộn hợp polimer
Dưới đây là một số yếu tố ảnh hưởng đến vật liệu polimer:
- Cấu trúc hình thái (thể hiện cấu trúc phân tử của vật liệu)
- Tính tương hợp (sự tạo thành pha tổ hợp ổn định và đồng thể từ hai hay nhiều loại polymer)
Khả năng trộn hợp của polymer đề cập đến khả năng kết hợp chúng trong những điều kiện nhất định để tạo thành các tổ hợp đồng thể hoặc dị thể Tính tương hợp của các phân tử thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các tính chất của polymer blend.
Trong một số loại polymer blend, các cấu tử có khả năng hòa trộn ở mức độ phân tử và duy trì trạng thái cân bằng, được gọi là hệ tương hợp về mặt nhiệt động học Ngược lại, những tổ hợp polymer có sự hiện diện của các pha khác nhau, dù rất nhỏ, được gọi là tổ hợp không tương hợp.
3.1.2 Phân loại vật liệu trộn hợp polymer
Polymer blend chia làm 3 loại theo sự tương hợp của các polymer thành phần [21-26]:
Polymer blend trộn lẫn và tương hợp hoàn toàn có entanpy nhỏ hơn không do sự tương tác đặc biệt và đồng nhất ở mức độ phân tử Đặc điểm này thể hiện qua giá trị nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) nằm ở khoảng giữa Tg của hai pha thành phần.
Polymer hợp blend là sự kết hợp giữa hai loại polymer, trong đó một phần polymer này hòa tan vào polymer kia, tạo ra ranh giới pha không rõ ràng Cả hai polymer tạo thành hai pha: một pha giàu polymer 1 và một pha giàu polymer 2, đều đồng thể và có hai giá trị Tg Hai giá trị Tg này có xu hướng chuyển dịch từ polymer ban đầu về phía polymer còn lại.
Polymer blend không trộn lẫn và không tương hợp có hình thái pha thô, không mịn, với ranh giới phân chia rõ ràng Đặc điểm này dẫn đến khả năng bám dính bề mặt kém, và hai giá trị Tg riêng biệt tương ứng với giá trị Tg của từng loại polymer.
3.1.3 Xác định sự tương hợp hoặc không tương hợp của vật liệu trộn hợp polymer Để xác định 2 vật liệu polymer khác nhau có trộn được với nhau hay không được đánh giá dựa trên khả năng hòa trộn (miscibility) và khả năng tương hợp (compatibility) của các polymer Khả năng hòa trộn thể hiện sự trộn hợp của các polymer ở mức độ phân tử và tạo thành vật liệu polymer đồng thể, một pha [27] Khi đó, mức độ phân tán của polymer trong polymer nền đạt kích thước phân tử hay nanomet Nhiều tính chất quan trọng và ưu điểm nổi trội của vật liệu liên quan với đặc tính này của hệ Khi các polymer thành phần không có khả năng trộn hợp về mặt nhiệt động, hệ polymer xảy ra hiện tượng tách pha
Khả năng tương hợp của polymer là khả năng kết hợp các loại polymer thông qua kỹ thuật hoặc công nghệ để tạo ra vật liệu mới với các chỉ tiêu cải thiện như tính chất cơ lý, độ bền nhiệt, tính chất điện môi và độ bền dung môi Đánh giá khả năng tương hợp thường dựa trên nhiều khía cạnh như quan sát bề mặt, cấu trúc hình thái học, năng lượng tương tác tự do giữa các polymer, cũng như các tính chất điện, cơ lý, nhiệt, quang và khả năng hòa tan Một số phương pháp phổ biến để đánh giá khả năng tương hợp bao gồm [28].
Phương pháp dựa trên nhiệt độ thủy tinh hóa
Nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) của polymer là điểm chuyển đổi từ trạng thái cứng, giòn sang mềm, dễ uốn, phản ánh tính linh động và mềm dẻo của các phân tử polymer Để xác định Tg, các phương pháp thường được sử dụng bao gồm xác định thể tích riêng, modulus đàn hồi, nhiệt lượng vi sai quét (DSC) và phân tích cơ nhiệt động (DMTA).
Việc xác định nhiệt độ chuyển tiếp kính (Tg) của polymer là rất quan trọng để đánh giá mức độ tương hợp giữa các polymer khác nhau Nếu hai polymer trong một hỗn hợp tách biệt, điều này cho thấy chúng không tương hợp và đã tách pha Ngược lại, nếu hỗn hợp nằm trong khoảng Tg của hai polymer và sự chênh lệch Tg giữa chúng không lớn, thì hai polymer này hoàn toàn tương hợp.
Phương pháp dựa vào độ nhớt của polymer
Sự tương hợp của các polymer được xác định thông qua việc đo độ nhớt, cho phép đánh giá khả năng tương hợp của chúng Khi các polymer hòa tan trong một dung môi chung, hiện tượng co rút và cuộn lại của các đại phân tử polymer có thể xảy ra, dẫn đến việc giảm độ nhớt của hỗn hợp polymer so với độ nhớt của từng polymer riêng lẻ Trong trường hợp này, hai polymer không tương hợp với nhau.
Phương pháp giản đồ pha
Giản đồ pha của polymer được xây dựng dựa trên tỷ lệ của các thành phần polymer, giúp xác định sự tương hợp giữa chúng Việc xây dựng giản đồ pha dựa vào độ đục cho phép nhận diện các polymer tương hợp hay không Bằng cách xác định điểm đục hay điểm mờ của hỗn hợp polymer, ta có thể vẽ đường cong điểm mờ theo thành phần của hỗn hợp đó.
Công nghệ ép phun và máy ép phun
Những hệ thống cơ bản của máy ép phun mà người vận hành cần nắm vững trước khi vận hành máy [30]:
- Hệ thống hỗ trợ ép phun
Hình 3.1: Máy ép phun nhựa SW-120B
Hệ thống hỗ trợ ép phun gồm có 04 hệ thống chính:
Là bộ phận liên kết giữa các hệ thống và bộ phận máy lại với nhau làm cho máy hoạt hoạt động ổn định
Hình 3.2: Thân máy ép phun
Hệ thống thủy lực (Hydraulic system)
Cung cấp lực để đóng và mở khuôn là yếu tố quan trọng trong quy trình sản xuất, giúp tạo ra và duy trì lực kẹp Quá trình này làm cho trục vít quay và chuyển động tới lui, tạo ra lực cho chốt đẩy và sự trượt của lõi mặt bên.
Hệ thống điện (Electrical system)
Cung cấp điện cho motor điện và hệ thống điều khiển nhiệt cho khoang chứa nhựa thông thông qua các vòng nhiệt (heater band) là yếu tố quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định của toàn bộ hệ thống Hệ thống dây dẫn và tủ điều khiển (Electric power cabinet) đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì hiệu suất và an toàn cho quá trình vận hành.
Hình 3.3: Bảng điều khiển của máy
Hệ thống làm nguội (Cooling system)
Cung cấp nước hoặc dung dịch ethyleneglycol để làm mát khuôn và dầu thủy lực, nhằm ngăn chặn việc nhựa thô ở cuống phễu bị nóng chảy Nhiệt độ trao đổi cho dầu thủy lực đạt khoảng 90-200 ℃.
Hệ thống phun (press system)
Hệ thống phun làm nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thông qua các quá trình cấp nhựavà cuối cùng định hình sản phẩm
Hệ thống này có các bộ phận sau:
- Phễu cấp nhựa (Hopper): Chứa vật liệu dạng viên để cấp cho khoang trộn
- Khoang chứa nhựa (Barrel): Chứa nhựa được gia nhiệt nhờ vòng cấp nhiệt
- Các vòng gia nhiệt (Heater band): Giữ cho nhiệt độ trong khoang chứa nhựa luôn ở trạng thái chảy dẻo
Trục vít (Screw) đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất nhựa, với chức năng nén, làm chảy dẻo và tạo áp lực để đẩy nhựa vào lòng khuôn Cấu tạo của trục vít bao gồm ba vùng chính: vùng cấp nhựa, vùng nén và vùng định lượng, mỗi vùng đảm nhận một nhiệm vụ cụ thể trong quy trình chế biến nhựa.
- Bộ hồi tự hở (non-return Assembly): Bộ phận này gồm vòng chắn hình nêm, đầu trục vít và seat Chức năng tạo ra dòng nhựa bắn vào khuôn
Khi trục vít lùi lại, vòng chắn hình nêm sẽ di chuyển về phía vòi phun, cho phép nhựa chảy về phía trước đầu trục vít Ngược lại, khi trục vít di chuyển về phía trước, vòng chắn sẽ thực hiện chuyển động ngược lại.
PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM
Các tỷ lệ của hỗn hợp nhựa được sử dụng trong thí nghiệm
Hạt nhựa HDPE (High Density Polyethylene) và hạt nhựa PET (Polyetylen terephtalat) được trộn theo tỷ lệ như bảng 4.1
Hình 4.1: Hình ảnh thực tế hạt nhựa (a) PET, (b) HDPE
Bảng 4.1: Tỷ lệ hỗn hợp nhựa được sử dụng để thí nghiệm (wt.%) Tên mẫu Hàm lượng HDPE (%) Hàm lượng PET (%)
Chúng tôi chọn tỷ lệ này để nghiên cứu là do:
PET là loại nhựa có độ cứng và độ bền cơ học cao, mang lại những ưu điểm hoàn toàn khác biệt so với HDPE Việc trộn PET với tỷ lệ quá lớn sẽ làm thay đổi hoàn toàn các đặc tính cơ học của HDPE, điều này đi ngược lại với mục tiêu cải thiện tính chất cơ học của HDPE.
Nghiên cứu của Y Pietrasanta và cộng sự [32] chỉ ra rằng tỷ lệ PET thấp trong hỗn hợp mang lại sự cải thiện đáng kể về độ bền uốn Do đó, việc áp dụng các tỷ lệ như trong bảng 4.1 là hoàn toàn khả thi cho nghiên cứu về cơ tính.
Chuẩn bị vật liệu
Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm:
- Nhựa HDPE được xuất xứ tại Thái Lan do Công ty Cổ phần Á Đông ADG cung cấp mã nhựa HDPE (2308J)
- Nhựa PET mã (GO80A) do Công ty TNHH Sản xuất và Thương mại Mỹ Toàn cung cấp
Hình 4.2: Bao nhựa HDPE (trái), PET(phải)
Quá trình ép phun mẫu thử
Bước 1: Trộn nhựa theo tỷ lệ như bảng 4.2 và sấy nhựa
- Đối với hỗn hợp nhựa HDPE/PET được trộn đều theo các tỷ lệ và sấy ở nhiệt độ 120 °C trong vòng 4 giờ
- Đối với mẫu sử dụng nhựa HDPE nguyên sinh sấy ở 100 °C trong vòng 4 giờ
Nhựa sau quá trình sấy phải đảm bảo độ ẩm nhỏ hơn hoặc bằng 0,03 %
Bảng 4.2: Tỷ lệ khối lượng của các tỷ lệ trộn
Hình 4.3: Hệ thống sấy nhựa
Hình 4.4: Khuôn sử dụng cho ép phun
Bước 3: Tiến hành ép phun Ép phun mẫu ở nhiệt độ HDPE ở 210 °C Ép phun các của hỗn hợp HDPE/PET ở 270 °C
Hình 4.5: Nhiệt độ cài đặt cho mẫu HDPE
Hình 4.6: Sản phẩm sau quá trình ép
Đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638
ASTM, which stands for the "American Society for Testing and Materials," is the largest international standards organization established in 1898 ASTM International creates voluntary, standardized guidelines that facilitate collaboration among manufacturers, customers, and users worldwide.
ASTM đóng vai trò như một giấy thông hành trong chiến dịch thương mại toàn cầu của doanh nghiệp, giúp nâng cao năng lực cạnh tranh cho cả doanh nghiệp lớn và nhỏ Các tiêu chuẩn của ASTM được chia thành 6 chủ đề chính và hàng năm, tổ chức này xuất bản sách tiêu chuẩn ASTM, bao gồm 15 lĩnh vực khác nhau.
Một số phương pháp thử kéo:
● ASTM-D638 - Phương pháp thử tiêu chuẩn đối với các đặc tính của nhựa
● ASTM-D412 - Phương pháp tiêu chuẩn cho cao su lưu hóa và chất đàn hồi
● ASTMD882 - Phương pháp thử tiêu chuẩn cho tính chất kéo của tấm nhựa mỏng
ISO-1421 quy định phương pháp xác định độ bền kéo và độ giãn dài khi nghỉ của vải bọc cao su hoặc nhựa plastic Trong khi đó, ISO-37 tập trung vào việc xác định tính căng của ứng suất đối với cao su lưu hóa hoặc nhựa nhiệt dẻo.
Hình 4.7: Kích thước của mẫu đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638
Theo tiêu chuẩn ASTM D638, mỗi tỷ lệ cần 5 mẫu, nhưng để nâng cao độ chính xác, chúng tôi đã đo 10 mẫu cho mỗi tỷ lệ, tổng cộng là 40 mẫu Trước khi tiến hành đo, các mẫu cần được làm sạch và được đo trong môi trường có nhiệt độ 23 ± 2 °C và độ ẩm 50 ± 5% Chúng tôi sử dụng máy đo độ bền kéo Shimadzu để thực hiện các phép đo này.
Hình 4.9: Máy đo độ bền kéo Shimadzu
Máy đo thử nghiệm hiện đang được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu, phục vụ cho hầu hết các ngành công nghiệp trong việc kiểm tra độ bền kéo và nén thông thường.
Máy kiểm tra Shimadzu kết hợp thiết kế cơ học tiên tiến với hệ thống điều khiển điện tử hiện đại, đạt tốc độ kéo 5mm/phút và lực tối đa 10kN Ngoài ra, Shimadzu còn cung cấp các loại máy đặc biệt như ngàm rộng, hành trình kéo dài và cấu hình ngang, đáp ứng nhu cầu cụ thể của khách hàng.
Máy sử dụng phần mềm Wintest tích hợp nhiều kỹ thuật kiểm tra tiêu chuẩn và cơ sở, cho phép thực hiện và lưu trữ các phương pháp kiểm tra bổ sung Tất cả dữ liệu thử nghiệm được lưu trữ tự động, dễ dàng xuất sang các định dạng file như Excel, Word, Access và SPC, giúp cải thiện quy trình tạo báo cáo.
Các bước tiến hành thí nghiệm:
Bước 1: Thiết lập các thông số máy trước khi kiểm tra độ bền kéo
Bước 2: Đặt mẫu vào hàm kẹp và kẹp chặt mẫu lại bằng hệ thống khí nén
Hình 4.10: Gá mẫu lên máy đo độ bền kéo
Bước 4: Ghi nhận kết quả
Hình 4.11: Mẫu sau khi đo bị kéo đứt
Bước 5: Gỡ mẫu ra khỏi ngàm kẹp
Đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790
Hình 4.12: Kích thước mẫu đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790
Theo tiêu chuẩn ASTM D790, để đảm bảo độ chính xác cao trong việc đo độ bền uốn, cần kiểm tra ít nhất một mẫu ở mỗi tỷ lệ.
5 mẫu Vậy nên tổng số mẫu cho 4 tỷ lệ là 20 mẫu Mẫu trước khi đo cần làm sạch và đo ở môi trường có nhiệt độ 23 ± 2 °C, độ ẩm 50 ± 5 %
Máy đo độ bền uốn
Hình 4.14: Máy thử sức bền vạn năng Shimadzu Autograph AG-X Plus
Máy Shimadzu Autograph AG-X Plus, sản xuất tại Nhật Bản, nổi bật với thời gian chu kỳ thử nghiệm ngắn và khả năng lựa chọn lực tối đa lên đến 5 kN Thiết bị này sử dụng bàn HS, cho phép đầu thử nghiệm hoạt động với tốc độ cao.
Với tốc độ thử nghiệm lên đến 3000 mm/ph và tốc độ trở lại 3300 mm/ph, thời gian chu kỳ cho mẫu thử nghiệm, đặc biệt là các mẫu cao su, được rút ngắn đáng kể Tính năng tự dò các thông số kiểm soát trong thời gian thực dựa trên dữ liệu sức căng và độ giãn dài đo được, cho phép so sánh đáng tin cậy với các mẫu chưa có tiền thử nghiệm Chức năng tự dò cũng cung cấp và kiểm soát độ giãn dài theo tiêu chuẩn ISO 6892-2009, rất cần thiết trong ngành công nghiệp nhựa để tính toán các mô đun đàn hồi theo tiêu chuẩn JIS mới thông qua đồ thị ứng suất và độ giãn dài Dòng sản phẩm AG-Xplus được sản xuất tại các nhà máy chuyên nghiệp theo tiêu chuẩn ISO.
Các bước tiến hành thí nghiệm:
Bước 1: Đặt chi tiết lên máy
Hình 4.15: Mẫu sau quá trình đo độ bền uốn
Bước 3: Ghi nhận kết quả
Bước 4: Lấy mẫu ra khỏi máy
Đo độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256
Hình 4.16: Kích thước của mẫu đo độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256
Hình 4.17 cho thấy mẫu thực tế trước khi tiến hành đo độ dai va đập Theo tiêu chuẩn ASTM D256, để đảm bảo độ chính xác cao, cần kiểm tra ít nhất một số lượng mẫu nhất định ở mỗi tỷ lệ.
10 mẫu Vậy nên tổng số mẫu cho 4 tỷ lệ là 40 mẫu Mẫu trước khi đo cần làm sạch và đo ở môi trường có nhiệt độ 23 ± 2 °C, độ ẩm 50 ± 5 %
Máy đo độ dai va đập
Máy đo độ dai va đập Tinius Olsen IT504 là thiết bị chuyên dụng với bộ điều khiển kỹ thuật số 104, cho phép tính toán nhanh chóng và chính xác, đáp ứng nhu cầu thí nghiệm đa dạng Với năng lượng va đập cơ bản là 2,82 J và chiều cao chuẩn 610 mm, máy đạt vận tốc va đập 3,46 m/s Thiết kế vững chắc và khí động học của máy đảm bảo độ chính xác trong quá trình va đập, đồng thời giảm thiểu năng lượng mất mát do gió.
Bước 1: Gá mẫu vào ngàm kẹp sau đó kẹp chặt
Hình 4.19: Gá mẫu lên máy đo độ dai va đập
Bước 3: Ghi nhận kết quả
Bước 4: Gỡ mẫu ra khỏi máy
Quan sát tổ chức tế vi
Quan sát tổ chức tế vi trên bề mặt đứt gãy của mẫu đo va đập sau quá trình đo
Hình 4.20 minh họa bề mặt của mẫu đo va đập sau khi thực hiện quá trình đo Để quan sát tổ chức tế vi của mẫu, thiết bị được sử dụng là kính hiển vi điện tử HITACHI TM4000Plus.
Kính hiển vi điện tử HITACHI TM4000Plus là thiết bị tiên tiến, dễ sử dụng cho mọi đối tượng Nó sở hữu độ phân giải và độ tương phản cao, cho hình ảnh sắc nét với độ sâu tiêu cự lớn Thiết bị này còn cho phép xác định nhanh chóng sự phân bố của các nguyên tố, đồng thời giảm thiểu thời gian chuẩn bị mẫu.
- Độ phóng đại: 10x-100.000x (photographic magnification) và 25x-250.000x (monitor display magnification)
- Gia tốc điện áp: 5 kV, 10 kV, 15 kV, 20 kV
- Tín hiệu hình ảnh: Electron tán xạ ngược, Electron thứ cấp, Hỗn hợp (Electron tán xạ ngược + Electron thứ cấp)
- Sample stage traverse: X: 40 mm, Y: 35 mm
- Cỡ mẫu tối đa: 80 mm (đường kính), 50 mm (độ dày)
- Hệ thống phát tín hiệu: Máy dò BSE 4 đoạn có độ nhạy cao, Máy dò SE chân không độ nhạy cao (UVD)
- Bơm chân không: Bơm phân tử Turbo: 67 L/s×1 đơn vị, Bơm màng: 20 L/phút×1 đơn vị Một số khả năng của HITACHI TM4000Plus:
- Hình ảnh có độ phân giải cao và độ phóng đại từ 25x đến 250.000x
- Tối ưu kết quả bằng cách điều chỉnh dòng điện đầu dò và điều chỉnh điện áp (lên đến 20kV)
- Quan sát độ tương phản rõ ràng với máy dò Electron thứ cấp (SE) chuyên dụng
- Xác định sự thay đổi thành phần trong mẫu vật bằng máy đo điện tử tán xạ ngược (BSE)
- Kiểm tra các mẫu lớn hoặc nhiều mẫu nhờ bàn và buồng lớn (mẫu có đường kính lên tới 80mm và chiều cao 50mm)
- Nhanh chóng điều hướng mẫu bằng camera điều hướng tích hợp và bàn cân có động cơ
- Quan sát rõ hơn về cấu trúc hóa học với khả năng vi phân tích tia X (EDX), bao gồm lập bản đồ nhanh
- Tự động hóa kính hiển vi và phân tích dữ liệu với các tùy chọn thu nhận đa trường và phân tích hạt và phân tích pha tự động
- Thêm khả năng phát hiện nâng cao như STEM hoặc Cathodoluminescence
QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM
Phương trình hồi quy bậc 2 cho độ bền kéo
Bảng 6.1: Kết quả độ bền kéo trung bình của các mẫu
PET (%) Độ bền kéo (MPa)
Ta gọi x là hàm lượng PET, y là độ bền kéo, phương trình hồi quy bậc hai có dạng:
𝑦 = 𝑎 11 𝑥 2 + 𝑎 1 𝑥 + 𝑎 0 (6.1) Để tìm ra phương trình hồi quy, cần có các số liệu cụ thể như bảng dưới đây:
Bảng 6.2: Tổng hợp số liệu thực nghiệm của nhóm mẫu
Tổng 60 65.94 924 21168 1400 36000 980000 Áp dụng phương pháp hồi quy bậc hai dạng đường cong parabol, ta được hệ phương trình:
Thay (6.1) vào (6.2) ta được phương trình hồi quy bậc 2 như sau:
Kiểm tra lại kết quả phương trình hồi quy bằng cách vẽ đồ thị trên phần mềm Excel
Hình 6.1: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền kéo lập bằng phần mềm Excel
Từ 2 kết quả cho thấy biểu thức được tìm ra từ hai phương pháp là gần như giống nhau, có khác cũng chỉ khác ở cách làm tròn số Qua đó ta có thể kết luận, biểu thức thể hiện ảnh hưởng của PET đến độ bền kéo của hỗn hợp HDPE/PET là:
Biểu đồ hình 6.1 cho thấy mối quan hệ hồi quy giữa độ bền kéo trung bình và tỷ lệ nhựa PET trong các mẫu Đồ thị cho thấy xu hướng giảm dần từ HDPE nguyên sinh (100% HDPE) xuống mẫu 30% PET Độ bền kéo của HDPE nguyên sinh là ổn định nhất, trong khi ở hàm lượng PET 10%, độ bền kéo của hỗn hợp cao hơn so với các hàm lượng khác, chỉ đứng sau HDPE nguyên sinh.
Phương trình hồi quy bậc 2 cho độ bền uốn
Bảng 6.3: Kết quả độ bền uốn trung bình của các mẫu
PET (%) Độ bền uốn (MPa)
Ta gọi x là hàm lượng PET, y là độ bền uốn, phương trình hồi quy bậc hai có dạng:
𝑦 = 𝑎 11 𝑥 2 + 𝑎 1 𝑥 + 𝑎 0 (6.4) Để tìm ra phương trình hồi quy, cần có các số liệu cụ thể như bảng dưới đây:
Hàm lượng PET (%) Đường thực nghiệm Đường hồi quy
Bảng 6.4: Tổng hợp số liệu thực nghiệm của nhóm mẫu
Tổng 60 59.83 976.7 23287 1400 36000 980000 Áp dụng phương pháp hồi quy bậc hai dạng đường cong parabol, ta được hệ phương trình:
Thay (6.4) vào (6.5) ta được phương trình hồi quy bậc 2 như sau:
𝑦 = −0,0008𝑥 2 + 0.18175𝑥 + 12.503 (6.6) Kiểm tra lại kết quả phương trình hồi quy bằng cách vẽ đồ thị trên phần mềm Excel
Hình 6.2: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ bền uốn lập bằng phần mềm Excel
Từ 2 kết quả cho thấy biểu thức được tìm ra từ hai phương pháp là gần như giống nhau, có khác cũng chỉ khác ở cách làm tròn số Qua đó ta có thể kết luận, biểu thức thể hiện ảnh hưởng của PET đến độ bền uốn của hỗn hợp HDPE/PET là:
Hàm lượng PET (%) Đường thực nghiệm Đường hồi quy
Biểu đồ hình 6.2 cho thấy mối tương quan hồi quy giữa độ bền uốn trung bình và tỉ lệ nhựa PET trong các mẫu, với xu hướng tăng dần từ HDPE nguyên sinh 12.77 MPa đến mẫu PET 16.99 MPa Kết quả này rất quan trọng cho việc ứng dụng các vật liệu trong sản phẩm tương lai.
Phương trình hồi quy bậc 2 của độ dai va đập
Bảng 6.5: Giá trị độ dai va đập trung bình theo hàm lượng PET
PET (%) Độ dai va đập (kJ/m 2 )
Gọi x là hàm lượng PET và y là độ dai va đập có rãnh V, phương trình hồi quy bậc hai được biểu diễn là y = a 11 x^2 + a 1 x + a 0 Các giá trị cần thiết để thực hiện tính toán hồi quy đã được liệt kê trong bảng dưới đây.
Bảng 6.6: Các giá trị cần thiết để tính toán hồi quy
Tổng 60 15.72 199.2 4450 1400 36000 980000 Áp dụng phương pháp hồi quy bậc hai dạng đường cong parabol:
(6.8) Thay a0, a1, a11 vào (6.7) ta có phương trình hồi quy bậc hai: y = 0.00115x 2 - 0.1077x + 5.143 (6.9)
Hình 6.3: Đồ thị phương trình hồi quy bậc hai cho độ dai va đập bằng phần mềm Excel
Từ 2 kết quả cho thấy biểu thức được tìm ra từ hai phương pháp là gần như giống nhau, có biến động nhẹ ở giữa nhưng không thực sự đáng kể Qua đó ta có thể kết luận, biểu thức thể hiện ảnh hưởng về độ dai va đập của PET đến hỗn hợp HDPE/PET của lần đo trung bình là: y = 0.00115x 2 - 0.1077x + 5.143
Biểu đồ hình 6.3 cho thấy mối quan hệ hồi quy giữa độ dai va đập trung bình và tỉ lệ nhựa PET trong các mẫu, với xu hướng giảm dần Tỷ lệ 100% HDPE đạt giá trị cao nhất, sau đó giảm khi thêm 10% và 15% PET, nhưng sự giảm sút trở nên mạnh mẽ hơn khi hàm lượng PET tăng lên Điều này chỉ ra rằng việc thêm PET vào hỗn hợp HDPE/PET sẽ làm giảm độ dai va đập của hỗn hợp xuống mức thấp nhất.
0 10 20 30 Độ dai va đập (Mpa)
Hàm lượng PET (%) Đường thực nghiệm Đường hồi quy y = 0.00115x 2 - 0.1077x + 5.143