Hcmute chế tạo vật liệu nanosilica và nghiên cứu ảnh hưởng của nó trong cơ tính của composite nền cao su thiên nhiên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOSILICA VÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ TRONG CƠ TÍNH CỦA COMPOSITE NỀN CAO SU THIÊN NHIÊN MÃ SỐ: T2019-14TĐ SKC 0 7 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2020 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOSILICA VÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NĨ TRONG CƠ TÍNH CỦA COMPOSITE NỀN CAO SU THIÊN NHIÊN Mã số: T2019-14TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Minh Tài TP HCM, Tháng 4/2020 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOSILICA VÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NĨ TRONG CƠ TÍNH CỦA COMPOSITE NỀN CAO SU THIÊN NHIÊN Mã số: T2019-14TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Minh Tài TP HCM, Tháng 4/2020 Luan van DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH A Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu: Họ tên, học hàm học vị TS Lê Minh Tài Chức danh trình thực nhiệm vụ Chủ nhiệm NV Nội dung công việc tham gia Tổ chức cơng tác Phụ trách chung Bao qt tồn nội dung từ khảo sát, nghiên cứu, chế tạo thực nghiệm, thuyết minh viết báo khoa học: -Nghiên cứu lý thuyết tổng quan -Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo vật liệu Nanosilica -Tối ưu hóa quy trình cơng nghệ chế tạo thực nghiệm kiểm tra -Chế tạo Nanosilica/Composite cao su thiên nhiên -Chế tạo Nanosilica/Composite cao su butadiene -Chế tạo Nanosilica/Composite lai cao su thiên nhiên butadiene Thời gian làm việc cho nhiệm vụ (Số tháng quy đổi) 12 tháng B Các đơn vị phối hợp chính: Phịng thí nghiệm Vật liệu học- Khoa Cơ khí Chế tạo máy-Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM: Hỗ trợ thiết bị để nung vỏ trấu, chuẩn bị mẫu Phịng thí nghiệm Cơng nghệ Polymer, Khoa Cơng nghệ Hóa thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM: Tiến hành thực nghiệm, chế tạo nanosilica composite Phòng thí nghiệm Nano Trung tâm cơng nghệ cao, Khu Công nghê cao Quận 9: Kiểm tra chất lượng sản phẩm vật liệu nanosilica tạo Trung tâm đo lường chất lượng III: Kiểm tra tính vật liệu composite tạo Luan van MỤC LỤC THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU INFORMATION ON RESEARCH RESULTS CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 1.5.2 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Nội dung nghiên cứu .9 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Vỏ trấu 11 2.1.1 Nguồn gốc vỏ trấu 11 2.1.2 Hiện trạng chất thải vỏ trấu Việt Nam [3] 11 2.1.3 Các ứng dụng vỏ trấu 13 2.1.3.1 Dùng vỏ trấu để lọc nước [4] 13 2.1.3.2 Trấu phế phẩm khác làm pin sạc 14 2.1.3.3 Vỏ trấu làm vật liệu xây dựng nhẹ không nung 15 2.1.3.4 Vỏ trấu cịn làm ngun liệu xây dựng 16 2.1.3.5 Vỏ trấu làm sản phẩm mỹ nghệ [5] 16 2.1.3.6 Sử dụng vỏ trấu tạo thành củi trấu 17 2.1.3.7 Sử dụng làm chất đốt 18 2.2 Tro trấu 19 2.3 Giới thiệu vật liệu nano 20 2.3.1 Khái niệm .20 2.3.2 Phân loại vật liệu nano 20 2.3.3 Phương pháp tổng hợp vật liệu nano 22 Luan van 2.3.3.1 Phương pháp từ xuống (top-down) 22 2.3.3.2 Phương pháp từ lên (bottom-up) 23 2.3.4 Ứng dụng vật liệu nano 24 2.3.4.1.Trong y học 24 2.3.4.2 Trong sinh học 24 2.3.4.3 Trong phân tích tế bào 25 2.4 Giới thiệu nanosilica 25 2.4.1 Khái niệm silica 25 2.4.2 Phân loại silica 25 2.4.3 Cấu trúc silica 26 2.4.4.Tính chất nanosilica 27 2.4.4.1 Tính chất chung nanosilica 27 2.4.4.2 Tính chất hút kỵ nước Nano silica .28 2.4.5 Ứng dụng nanosilica 29 2.5 Giới thiệu cao su tổng hơp 29 2.5.1 Khái niệm .29 2.5.2 Cấu trúc đặc tính cao su tổng hợp 30 2.5.3 Ứng dụng 31 2.6 Giới thiệu vật liệu polymer nanocomposite cao su nanosilica composite 31 2.6.1 Phân loại 32 2.6.2 Ưu điểm vật liệu polymer nanocomposite cao su nanosilica composite 32 2.6.3 Phương pháp chế tạo 32 2.6.4 Tính chất vật liệu polymer nanosilica composite 34 2.7 Phương pháp kiểm tra SEM 36 2.8 Tổng quan phương pháp Taguchi 36 2.9 Phương pháp xác định số tính chất học vật liệu .42 2.9.1 Phương pháp xác định độ bền kéo đứt 42 2.9.2 Phương pháp xác định độ dãn dài đứt 42 2.9.3 Thiết bị kiểm tra độ bền kéo 43 2.9.4 Xác định độ cứng Shore theo tiêu chuẩn ISO 868 .43 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANOSILICA 45 3.1 Điều kiện thí nghiệm 45 3.1.1 Dụng cụ, thiết bị 45 Luan van 3.1.2 Hóa chất 45 3.2 Điều chế Nanosilica 45 3.2.1 Quy trình thực nghiệm 45 3.2.2 Tổng hợp hạt nanosilica .46 3.2.3 Kết kiểm định SEM 51 3.2.4 Một số nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng nanosilica 53 CHƯƠNG 4: TỐI ƯU HĨA QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO NANOSILICA 54 4.1 Lựa chọn yếu tố kiểm soát 54 4.2 Dữ liệu nghiên cứu 55 4.3 Kết từ nghiên cứu phương pháp Taguchi 56 4.4 ANOVA cho khối lượng SiO2 58 4.5 Lựa chọn thông số tối ưu 58 4.6 Kết sử dụng thông số tối ưu 59 4.7 Kiểm chứng thông số tối ưu 59 CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NANOSILICA TRONG VIỆC CHẾ TẠO COMPOSITE NỀN CAO SU THIÊN NHIÊN 61 5.1 Tổng hợp cao su tự nhiên / nanosilica composite .61 5.1.1 Quy trình chế tạo mẫu composite 61 5.1.2 Kiểm tra kéo 64 5.1.2.2 Kết kiểm tra kéo 64 5.1.3 Kết phân tích tế vi mặt cắt thu 71 5.2 Tổng hợp cao su butadiene / nanosilica composite 73 5.2.1 Quy trình tạo mẫu composite .73 5.2.2 Kết kiểm tra độ bền kéo 76 5.2.3 Kết kiểm tra độ cứng .89 CHƯƠNG 6: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM VỀ VIỆC PHA TRỘN NANOSILICA VÀO CAO SU 92 6.1 Kết phân tích độ bền kéo 92 6.2 Kết phân tích độ cứng 95 6.3 Kết luận .97 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 7.1 Kết luận .99 7.2 Kiến nghị 99 PHỤ LỤC 104 Luan van DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Thành phần hữu vỏ trấu 11 Bảng 2.2: Chi phí sử dụng nguồn nguyên liệu năm 2006 18 Bảng 2.3: Thành phần hóa học tro trấu 20 Bảng 2.4: Bảng tính giá trị SN trung bình cho yếu tố 41 Bảng 2.5: Bảng tính giá trị SN cho thông số cấp độ 41 Bảng 4.1: Các cấp độ thông số 54 Bảng 4.2: Các thí nghiệm thể mối quan hệ thông số cấp độ 55 Bảng 4.3: Bảng tổng hợp Warp tỷ lệ S/N 56 Bảng 4.4: Bảng giá trị S/N trung bình cho cấp độ thơng số 57 Bảng 4.5: Anova cho khối lượng SiO2 58 Bảng 4.6: Bảng thông số tối ưu cho khối lượng SiO2 58 Bảng 4.7: Giá trị trung bình khối lượng SiO2 60 Bảng 5.1: Mẫu cao su/nanosilica composite hàm lượng nanosilica 0% 64 Bảng 5.2: Cao su/nanosilica composite hàm lượng nanosilica 2% 65 Bảng 5.3: Cao su/nanosilica composite hàm lượng nanosilica 4% 66 Bảng 5.4: Cao su/nanosilica composite hàm lượng nanosilica 6% 67 Bảng 5.5: Cao su/nanosilica composite hàm lượng nanosilica 8% 67 Bảng 5.6: Cao su/nanosilica composite hàm lượng nanosilica 10% 68 Bảng 5.7: Chỉ tiêu tính 69 Bảng 5.8: Mẫu cao su nanosilica composite hàm lượng nanosilica 0% 76 Bảng 5.9: Mẫu cao su nanosilica composite hàm lượng nanosilica 0.1% 78 Bảng 5.10: Mẫu cao su nanosilica composite hàm lượng nanosilica 0.2% .79 Bảng 5.11: Mẫu cao su nanosilica composite hàm lượng nanosilica 0.5% .80 Bảng 5.12: Mẫu cao su nanosilica composite hàm lượng nanosilica 0.75% .80 Bảng 5.13: Mẫu cao su nanosilica composite hàm lượng nanosilica 1% 81 Bảng 5.14: Mẫu cao su nanosilica composite hàm lượng nanosilica 2% 82 Bảng 5.15: Cao su nanosilica composite hàm lượng nanosilica 3% 83 Bảng 5.16: Mẫu cao su nanosilica composite hàm lượng nanosilica 4% 84 Bảng 5.17: Cao su nanosilica composite hàm lượng nanosilica 5% 85 Bảng 5.18: Mẫu cao su nanosilica composite hàm lượng nanosilica 6.5% .86 Bảng 5.19: Mẫu cao su nanosilica composite hàm lượng nanosilica 8% 87 Bảng 5.20: Bảng tổng hợp tiêu tính vật liệu composite 87 Bảng 5.21: Kết đo độ cứng Shore-D 89 Bảng 6.1: Kết đo độ bền kéo trung bình mẫu dung chất phụ gia DCP+S 92 Bảng 6.2: Tổng hợp số liệu quy hoạch thực nghiệm mẫu 93 Luan van Bảng 6.3: Kết đo độ cứng trung bình mẫu 95 Bảng 6.4: Tổng hợp số liệu quy hoạch thực nghiệm mẫu 96 Luan van DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Trấu thải bỏ sông 13 Hình 2.2: Thiết bị lọc nước vỏ trấu 13 Hình 2.3: Trấu làm pin sạc 15 Hình 2.4: Trấu làm vật liệu không nung 15 Hình 2.5: Các sản phẩm từ tro trấu 17 Hình 2.6: Máy ép củi trấu, củi trấu 17 Hình 2.7: Lị đốt sử dụng vỏ trấu dùng sinh hoạt .19 Hình 2.8: Lị đốt sử dụng vỏ trấu luyện gạch 19 Hình 2.9: Hạt nano .21 Hình 2.10: Ống nano 21 Hình 2.11: Màng mỏng 21 Hình 2.12: Nanocomposite 22 Hình 2.13: Phương pháp từ lên 24 Hình 2.14: Silica dạng tự nhiên 26 Hình 2.15: Nguyên lý chung để chế tạo vật liệu polymer nanocomposite 34 Hình 2.16: Bảng lựa chọn mảng trực giao Taguchi đề xuất phụ thuộc vào thơng 39 Hình 2.17: Mẫu chuẩn đo tính chất kéo vật liệu 42 Hình 2.18: Máy thử kéo INSTRON 5566 – CN 2081 43 Hình 2.19: Đồng hồ Shore-D DESIK 44 Hinh 3.1: Nguyên liệu hóa chất 47 Hinh 3.2: Sấy khô nung trấu 47 Hinh 3.3: Trấu nghiền mịn 48 Hinh 3.4: Tạo hỗn hợp 48 Hinh 3.5: Đun hỗn hợp 49 Hinh 3.6: Lọc dung dịch 49 Hinh 3.7: Tạo kết tủa trắng 50 Hinh 3.8: Quay ly tâm mẫu 50 Hinh 3.9: Sấy nung mẫu 51 Hinh 3.10: Bột nanosilica 51 Hinh 3.11: Kính hiển vi điện tử quét (SEM) JSM-6010 PLUS/LV 52 Hinh 3.12: Kết kiểm định SEM 52 Hinh 3.13: Kích thước hạt SiO2 thời gian phản ứng .53 Hinh 3.14: Kích thước hạt SiO2 thời gian phản ứng .53 Hình 4.1: Bảng trực giao 54 Hình 4.2: Mức độ ảnh hưởng yếu tố đến khối lượng SiO2 57 Hình 4.3: Kết khối lượng SiO2 sử dụng tối ưu 59 Hình 5.1: Pha trộn 61 Hình 5.2: Đánh đơng 62 Hình 5.3: Thoa parafin .62 Hình 5.4: Rót mẫu vào khn 63 Hình 5.5: Nung mẫu 63 Hình 5.6: Máy thử kéo INSTRON 5566 – CN 2081 64 Hình 5.7: Ảnh SEM bề mặt cắt mẫu với hàm lượng 2% nanosilica 71 Hình 5.8: Ảnh SEM bề mặt cắt mẫu với hàm lượng 4% nanosilica 71 Luan van - Độ cứng: thêm 0.5% nanosilica (16.2 Shore-D); 1% nanosilica (16.3 Shore-D); 3% nanosilica (17 Shore-D); 5% nanosilica (17.5 Shore-D) vào SBR độ cứng cải thiện tốt SBR nguyên sinh (16 shore-D) - Qua việc kiểm nghiệm 11 nhóm mẫu tiêu trung tâm kiểm nghiệm Cao su Chất dẻo, từ cho thấy tầm quan trọng việc xác định tính vật liệu Có thể thấy việc xác định thơng số kỹ thuật cho loại vật liệu composite vô quan trọng Cơng việc cần xác cao, kết việc nghiên cứu vô quan trọng, định tồn tương lai cho loại ngun liệu đó, thành cơng hay thất bại mơt sản phẩm composite nằm cơng đoạn trình sản xuất doanh nghiệp - Việc kiểm nghiệm nhằm xác định thông số kỹ thuật cho chất dẻo trung tâm kiểm nghiệm tồn hạn chế định, bên cạnh việc chi phí cho lần thử nghiệm cao Trung tâm kiểm nghiệm Cao su Chất dẻo chưa đáp ứng toàn nhu cầu kiểm nghiệm, thông số kỹ thuật bản, đồng thời kết kiểm nghiệm chưa hồn tồn chuẩn xác, cịn sai sót 91 Luan van CHƯƠNG 6: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM VỀ VIỆC PHA TRỘN NANOSILICA VÀO CAO SU Sự có mặt nanosilica ảnh hưởng trực tiếp đến tổ chức tế vi cao su butadiene làm tính cao su butadiene thay đổi Hiện chưa có cơng thức tốn học biểu thị mối quan hệ hàm lượng nanosilica cao su butadiene Quy hoạch thực nghiệm cho phép kiểm định lại sở lý thuyết mà nhóm nghiêm cứu phân tích trước 6.1 Kết phân tích độ bền kéo Bảng 6.1: Kết đo độ bền kéo trung bình mẫu dung chất phụ gia DCP+S TÊN MẪU M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 (-): Do sai số cao nên bị loại KẾT QUẢ (MPa) 1.47 1.58 1.7 1.79 1.98 1.45 0.98 0.76 0.62  Mơ hình hồi quy 11 lần đo Tìm biểu thức mối liên hệ SBR hàm lượng nanosilica phần mềm Excel 2016 Sau vẽ đồ thị, ta tiếp tục sử dụng phần mềm Excel 2016 để tìm mơ hình hồi quy đa thức bậc biến số liệu thực nghiệm tìm biểu thức phương trình hồi quy là: y = 0.02x3 – 0.2754x2 + 0.8493x + 1.2467 92 Luan van Biểu đồ 6.1: Đồ thị, biểu thức thể độ bền kéo trung bình ứng với tỉ lệ nanosilica mẫu Tìm biểu thức độ bền kéo nhóm mẫu phương pháp quan sát thực nghiệm, ta tìm mối quan hệ giữa: x: mẫu, y: kết đo liệt kê ở bảng sau: Bảng 6.2: Tổng hợp số liệu quy hoạch thực nghiệm mẫu TT x y xy x2y x3 y x2 x3 x4 x5 x6 1 0 0 0 0 0.1 1.47 0.147 0.0147 0.00147 0.01 10^-3 0.0001 10^-5 10^-6 0.2 1.58 8.10^-3 0.0016 0.0003 0.000064 0.75 0.316 0.237 0.18 0.01264 0.316 0.0632 0.04 1.7 1.275 0.95625 0.71718 0.5625 0.42 1.79 1.79 1.79 1.79 1 1 1.98 3.96 1.92 3.84 16 32 64 18 54 27 81 243 729 1.45 5.8 23.2 92.8 16 64 256 1024 4096 0.98 4,9 24.5 122.5 25 125 625 3125 15625 10 6.5 0.76 4.94 32.11 208.715 42.25 274.625 1785 11603 75418.9 11 0.62 4.96 39.68 317.44 64 512 4096 32768 262144 ∑ 30.55 15.33 34.088 148.23415 801.816 161.8865 1012.055 6860.38 48796 358078.06 Mục tiêu phần tìm hàm y f(x) để mơ tả gần tốn cho trước, ta gọi hàm hồi qui hay gọi hàm nội suy Q trình tìm tính tốn 93 Luan van giá trị hàm y f(x) ta gọi phép nội suy Sau ta nối điểm để đường thực nghiệm (đường màu cam đồ thị) ta tìm đường tuyến tính (đường chấm gạch đồ thị) có dạng: y = a12x3 + a11x2 + a1X + a0 (6.1) Áp dụng phương pháp phân tích hồi quy Parabolic [2], ta được: Giải hệ phương trình ta được: , Thay a12, a11, a1, a0 vào (6.1) ta phương trình: y = 0.0198x3 0.2771x2 + 0.8501X + 1.2422 Từ kết cho thấy biểu thức tìm từ hai phương pháp gần giống nhau, có khác khác cách làm trịn số mà thơi Qua ta kết luận, biểu thức thể ảnh hưởng nanosilica SBR với kết trung bình số lần đo là: y = 0.02x3 – 0.2754x2 + 0.8493x + 1.2467 Với mức ý nghĩa chọn p 5% số liệu thực nghiệm nằm sai số cho phép biểu thức, phương trình hồi quy đa thức bậc thể ảnh hưởng nanosilica SBR vừa tìm phù hợp Biểu đồ 6.1 trình bày mơ hình hồi quy thể mối tương quan độ bền kéo trung bình tỉ lệ nanosilica mẫu, đồ thị có xu hướng tăng từ SBR nguyên sinh (1MPa) lên 1.47MPa mẫu M1(0.1%) sau tiếp tục tăng lên đến 94 Luan van nanosilica SBR đạt bảo hịa có ứng suất kéo cao 2MPa với độ pha trộn nanosilica là: 3% Vậy độ bền kéo độn 3% nanosilica vào SBR cao Tuy nhiên, độ bền kéo hàm lượng khác hàm lượng từ 0.1% đến 3% tốt Từ đó, dựa mơ hình hồi quy thu được, dự đốn ta độn nanosilica vào SBR nên độn với hàm lượng từ 0.1% đến 3% tốt Nhưng cịn phải phụ thuộc vào mục đích nhà sản xuất giảm giá thành, tạo sản phẩm với tính mà chất độn nanosilica thêm vào với hàm lượng phù hợp với nhu cầu sống 6.2 Kết phân tích độ cứng Bảng 6.3: Kết đo độ cứng trung bình mẫu TÊN MẪU M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 KẾT QUẢ (Shore-D) 16 16 16.1 16.1 16.2 16.3 16.7 17 17.5 18 18.7 19.5  Mơ hình hồi quy 11 lần đo Tìm biểu thức độ cứng mẫu phần mềm Excel 2016 Sau vẽ đồ thị, ta tiếp tục sử dụng phần mềm Excel 2016 để tìm mơ hình hồi quy bậc biến số liệu thực nghiệm tìm biểu thức có phương trình y 0.4322x + 15.907 95 Luan van Biểu đồ 6.2: Mơ hình hồi quy thể tương quan độ cứng trung bình tỉ lệ nanosilica Tìm biểu thức độ cứng mẫu phương pháp quan sát thực nghiệm, ta tìm mối quan hệ giữa: x: mẫu, y: kết đo liệt kê ở bảng sau: Bảng 6.4: Tổng hợp số liệu quy hoạch thực nghiệm mẫu TT 10 11 12 Σ x 0.1 0.2 0.5 0.75 6.5 31.05 y 16 16 16.1 16.2 16.2 16.3 16.7 17 17.5 18 18.7 19.5 204.2 Mục tiêu phần tìm hàm y xy x2 1.6 3.22 8.1 12.15 16.3 33.4 51 70 90 121,5 156 563.62 0.01 0.04 0.25 0.5625 16 25 42.25 64 162.1125 f(x) để mơ tả gần tốn cho trước, ta gọi hàm hồi qui hay gọi hàm nội suy Q trình tìm tính tốn giá trị hàm y f(x) ta gọi phép nội suy Sau ta nối điểm để đường thực nghiệm (đường màu xanh dương đồ thị) ta tìm đường tuyến tính 96 Luan van (đường chấm gạch đồ thị) có dạng: y = a1x +a0 (6.2) Áp dụng phương pháp phân tích hồi quy [2], ta được: Giải hệ phương trình ta được: Thay a1, a0 vào (6.2) ta phương trình: y = 0.4311x + 15.901 Từ kết cho thấy biểu thức tìm từ hai phương pháp gần giống nhau, có khác khác cách làm trịn số mà thơi Qua ta kết luận, biểu thức thể độ cứng mẫu là: y = 0.4322x + 15.907 Với mức ý nghĩa chọn p 5% số liệu thực nghiệm nằm sai số cho phép biểu thức, phương trình hồi quy Parabolic bậc thể mơ hình độ cứng vừa tìm phù hợp Biểu đồ 6.2 trình bày mơ hình hồi quy thể mối tương quan độ cứng trung bình tỉ lệ nanosilica mẫu, kết hợp với bảng 6.4 đồ thị có xu hướng tăng từ SBR nguyên sinh 16 Shore-D lên 17 Shore-D mẫu M7 (3%), sau tiếp tục tăng lên 18 Shore-D mẫu M9 (5%) cao 19.5 Shore-D mẫu M11 (8%) Vậy độ cứng SBR thấp dựa mô hình hồi quy lần đo trung bình thu được, dự đốn tăng hàm lượng nanosilica giá trị độ cứng tăng 6.3 Kết luận Từ việc tìm mơ hình hồi quy, giúp tìm hàm tối ưu khơng có đủ thời gian kinh phí thực nhiều thí nghiệm mơ hình hồi quy giúp rút ngắn thời gian, kinh phí thực Qua kết phân tích trên, nhóm nghiên cứu tìm mơ hình hồi quy tối ưu phạm vi nghiên cứu: + Mơ hình hồi quy độ bền kéo:y = 0.02x3 – 0.2754x2 + 0.8493x + 1.2467 97 Luan van + Mơ hình hồi quy độ cứng: y = 0.4322x + 15.907 Qua việc kiểm nghiệm mẫu tiêu trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3, từ cho thấy tầm quan trọng việc xác định tính vật liệu Có thể thấy việc xác định thông số kỹ thuật cho loại cao su vô quan trọng Công việc cần xác cao, kết việc nghiên cứu vơ quan trọng, định tồn tương lai cho loại ngun liệu đó, thành cơng hay thất bại mơt sản phẩm nguyên liệu cao su tổng hợp composite nằm cơng đoạn q trình sản xuất doanh nghiệp Việc kiểm nghiệm nhằm xác định thông số kỹ thuật cho cao su trung tâm kiểm nghiệm tồn hạn chế định, bên cạnh việc chi phí cho lần thử nghiệm cao Trung tâm kiểm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lương chưa đáp ứng toàn nhu cầu kiểm nghiệm, thông số kỹ thuật bản, đồng thời kết kiểm nghiệm chưa hồn tồn chuẩn xác, cịn sai sót 98 Luan van CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1 Kết luận Qua trình nghiên cứu, tác giả đưa số kết luận quan trọng sau: - Bằng phương pháp tạo kết tủa tổng hợp nanosilica từ vỏ trấu tìm hiểu chất tạo cấu trúc CTAB, thời gian phản ứng gia nhiệt SiO2 NaOH thay đổi làm ảnh hưởng chất lượng nanosilica - Quy trình cơng nghệ chế tạo nanosilica tối ưu nhờ phương pháp Taguchi với thông số tối ưu: Thời gian khuấy Nồng độ NaOH 5M - Bằng phương pháp trộn hợp nén ép nóng chảy ta tạo vật liệu cao su nanosilica composite với hạt nanosilica phân tán tương đối đồng SBR - Độ bền kéo tốt độn hàm lượng nanosilica 3% (2MPa) vào SBR, tùy vào mục đích doanh nghiệp độn hàm lượng thích hợp - Độ cứng SBR thêm nanosilica vào tăng lên, độ cứng lớn mẫu M11 (19.5 Shore-D) với hàm lượng 8% nanosilica độ cứng SBR ngun sinh (16 Shore-D) - Mơ hình hồi quy độ bền kéo: y = 0.02x3 – 0.2754x2 + 0.8493x + 1.2467 - Mơ hình hồi quy độ cứng: y = 0.4322x + 15.907 Thông qua sở lý thuyết, phương pháp thí nghiệm q trình đánh giá kết thấy ảnh hưởng lớn nanosilica đến tính cao su thiên nhiên 7.2 Kiến nghị Thơng qua nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu thấy vấn đề hay phù hợp với tình hình doanh nghiệp Đó sử dụng chất độn nanosilica, nguyên liệu có giá trị kinh tế thấp phổ biến ưu điểm, ứng dụng rộng rãi để làm giảm giá thành cao su thiên nhiên, cao su nguyên sinh có giá thành cao Do thời gian có hạn nên chưa thể nghiên cứu đầy đủ yếu tố Do đó, nhóm nghiên cứu bạn nghiên cứu đầy đủ, sâu hơn, rộng đề tài Để phát huy tiềm đề tài nghiên cứu này, tác giả đề xuất số hướng nghiên cứu tiếp theo: 99 Luan van - Sử dụng nanosilica biến tính để mật độ phân bố hạt nanosilica cao su đồng Việc giúp cho tính vật liệu cao su nanosilica composite tăng lên - Thêm vào chất độn khác than (carbon đen) phụ gia để tạo mẫu lốp xe - Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình cơng nghệ chế tạo composite butadiene nanosilica 100 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] La Văn Bình (2002), Khoa học cơng nghệ vật liệu, NXB Đại học Bách khoa, Hà Nội [2] Đặng Việt Hưng (2010), Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme nanocompozit sở cao su thiên nhiên chất độn nano, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, ĐHBK Hà Nội [3] Lê Văn Thụ (2011), Chế tạo, nghiên cứu tính chất khả chống đạn vật liệu tổ hợp sợi carbon, ống carbon nano với sợi tổng hợp, Luận án Tiến sỹ Hóa học, Hà Nội [4] Nguyễn Đức Nghĩa (2009), Polyme chức vật liệu lai cấu trúc nano, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ Hà Nội, tr 111- 138 [5] Đỗ Quang Kháng, Đỗ Trường Thiện, Nguyễn Văn Khôi (1995), “Vật liệu tổ hợp polyme - ưu điểm ứng dụng”, Tạp chí hoạt động khoa học, 10, tr.37 - 41 [6] Đỗ Quang Kháng (2012), Cao su-Cao su blend ứng dụng, Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ Hà Nội [7] Đỗ Quang Kháng (2013), Vật liệu polyme - vật liệu polyme tính cao, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội Tài liệu tiếng Anh [8] Shaji P Thomas, Saliney Thomas, C V Marykutty, and E J Mathew (2013), “Evaluation of Effect of Various Nanofillers on Technological Properties of NBR/NR Blend Vulcanized Using BIAT-CBS System”, Journal of Polymers, Article ID 798232 [9] Shanmugharaj A.M., Bae J.H., Lee K.Y., Noh W.H., Lee S.H., and Ryu S.H (2007), “Physical and chemical characteristics of multi-walled carbon nanotubes functionalized with aminosilane and its influence on the properties of natural rubber composites” Composites Sci.Tech., 67, pp 1813–1822 [10] T Jesionowski, J.Zurawska, A.Krysztafkiewicz (2008), “Surface properties and dispersion behaviour of precipitated silicas”, Journal of materials science, Vol 37, pp 1621 – 1633 [11] Ying Chen, ZhengPeng, Ling Xue Kong, Mao Fang Huang, Pu Wang Li (2008), “Natural rubber nanocomposite reinforced with nano silica”, Polymer Engineering & Science, 48(9), pp 1674–1677 101 Luan van [12] Saowaroj Chuayjuljit, Anyaporn Boonmahitthisud (2010), “Natural rubber nanocomposites using polystyrene-encapsulated nanosilica prepared by differential microemulsion polymerization”, Applied Surface Science, 256 (23), pp 7211-7216 [13] Pattana Kueseng, Pongdhorn Sae-oui, Chakrit Sirisinha, Karl I Jacob, Nittaya Rattanasom (2013), “Anisotropic studies of multi-wall carbon nanotube (MWCNT)-filled natural rubber (NR) and nitrile rubber (NBR) blends”, Polymer Testing, 32, pp 1229-1236 [14] Shanmugharaj A.M., Bae J.H., Lee K.Y., Noh W.H., Lee S.H., and Ryu S.H (2007), “Physical and chemical characteristics of multi-walled carbon nanotubes functionalized with aminosilane and its influence on the properties of natural rubber composites” Composites Sci.Tech., 67, pp 1813–1822 [15] A M Shanmugharaj, J H Bae, K Y Lee, W H Noh, S H Lee, and S H Ryu (2007), “Physical and chemical characteristics of multiwalled carbon nanotubes functionalized with aminosilane and its influence on the properties of natural rubber composites”, Compos Sci Technol, 67, pp 1813-1822 [16] James Hone (2001), “Phonons and Thermal Properties of Carbon Nanotubes”, Topics in Applied Physics, 80, pp 273-286 [17] Xiaoxing Lu, Zhong Hu (2012), “Mechanical property evaluation of single-walled carbon nanotubes by finite element modeling”, Composites, 43 (4), pp 1902–1913 [18] Shaoping Xiao and WenyiHou, Fullerenes (2006), “Nanotubes, and Carbon” , Nanostructures,14, pp 9–16 [19] Jia Gao (2011), Physics of one-dimensional hybrids based on carbon nanotubes, PhD thesis University of Groningen, pp 1-19 [20] A Das, K.W Sto ăckelhuber, R Jurk, M Saphiannikova, J Fritzsche, H Lorenz,M Kluăppel, G Heinrich (2008), “Modified and unmodified multiwalled carbon nanotubes in high performance solution-styrene-butadiene and butadiene rubber blends”, Polymer, 49, pp 5276-5283 [21] P Jawahar, M Balasubramanian (2009), “Preparation and Properties of Polyester-Based Nanocompozites Gel Coat System”, Journal of Nanomaterials, , pp 1-7 [22] Hai Hong Le, Meenali Parsekar, Sybill Ilisch, Sven Henning, Amit Das, Klaus-Werner Stockelhuber, Mario Beiner, Chi Anh Ho, Rameshwar Adhikari, Sven Wiener, Gert Heinrich, Hans-Joachim Radusch (2014), “Effect of Non-Rubber Components of NR on the Carbon Nanotube (CNT) Localization in SBR/NR Blends”, Macromol Mater Eng, 299, pp 569-582 102 Luan van [23] Jarmila Vilčáková , Robert Moučka, Petr Svoboda, Markéta Ilčíková, Natalia Kazantseva, Martina Hřibová , Matej Mičušík and Mária Omastová (2012), “Effect of Surfactants and Manufacturing Methods on the Electrical and Thermal Conductivity of Carbon Nanotube/Silicone Composites”, Molecules, 17, pp 13157-13174 Trang web [24] Kính hiển vi điện tử quét https://vi.wikipedia.org/wiki/Kính_hiển_vi_điện_tử_quét [25] Vật liệu nano https://vi.wikipedia.org/wiki/V%E1%BA%ADt_li%E1%BB%87u_nano [26] Công nghệ nano https://vi.wikipedia.org/wiki/V%E1%BA%ADt_li%E1%BB%87u_nano [27] Silica https://vi.wikipedia.org/wiki/Silic_%C4%91i%C3%B4x%C3%ADt [28] Nanosilica http://vi.swewe.org/word_show.htm/?1469305_1&Nano_silica [29] Kính hiển vi điện tử quét (SEM) https://vi.wikipedia.org/wiki/K%C3%ADnh_hi%E1%BB%83n_vi_%C4%91i%E1%B B%87n_t%E1%BB%AD_qu%C3%A9t 103 Luan van PHỤ LỤC 104 Luan van S K L 0 Luan van