Nghiên ứu hế tạo vật liệu polyme nano omposit trên ơ sở nhựa polyetylen tỷ trọng thấp (ldpe) và ống abon nano

Những nghiờn cứu đầu tiờn về vật liệu polyme composit sử dụng sợi gia cường nhằm mục đớch chế tạo cỏc sản phẩm kỹ thuật đũi hỏi cú độ bền cơ lý cao vật liệu cấu trỳc chẳng hạn như cụng n

-

LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc

nghiªn cøu CHÕ T¹O VËT liÖu

trªn c¬ së nhùa polyetylen tû träng thÊp

MỞ ĐẦU 1

Chơng 1 Tổng quan 3

1.1 Giới thiệu chung về vật liệu composit và polyme nano composit 3

1.1.1 Vật liệu composit……… 3

1.1.2 Vật liệu polyme nanocomposit 6

1.2 Tổng quan về polyetylen (PE)……… 11

1.3 Tổng quan về ống cacbon nano (Carbonnanotubes – CNTs) ……… 16

1.3.1 Cấu trúc của ống cacbon nano 18

1.3.2 Phơng pháp điều chế ống cacbon……… 22

1.3.3 Tính chất của ống cacbon……… 25

1.3.4 ứng dụng của ống cacbon nano 26

1.3.5 Vai trò của CNTs trong vật liệu composit 26

1.4 Biến tính bề mặt của CNTs………… 27

Chơng 2 thực nghệm 33

2.1 Hoá chất 33

2.2 Biến tính ống cacbon nano đa vách 33

2.3 Chế tạo composit lDPE/OCNDV 34

2.4 Các phơng pháp nghiên cứu 34

2.4.1 Phơng pháp lu biến trạng thái nóng chảy 34

2.4.2 Phơng pháp xác định tính chất cơ học 35

2.4.3 Phơng pháp phân tích nhiệt TGA 37

2.4.4 Phơng phá đo tính chất điện 38 p 2.4.5 Phơng pháp kính hiển vi trờng điện tử phát xạ (FESEM) 39

2.4.6 Phơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 40

2.4.7 Phơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM)……… 42

2.4.8 Phơng pháp phân tích phổ Raman……… 43

3.1 Khảo sát ảnh hởng của nhiệt độ tới khả năng phân tán ống cacbon nano đa vách (OCNDV) 44 3.2 Nghiờn cứu bề mặt OCNDV trước và sau khi ử lý bằng phương phỏp hiển x

vi điện tử phỏt xạ FESEM 46

3.3 Ảnh hưởng của ống OCNDV tới cỏc tớnh chất cơ lý của vật liệu composit 52 3.3.1 Độ bền kộo đứt của vật liệu 52 3.3.2 Mođun đàn hồi của LDPE / OCNDV composit 54 3.4 Phõn tớch nhiệt TG cỏc mẫu composit LDPE/OCNDV 55 3.5 Nghiờn cứu hỡnh thỏi cấu trỳc vật liệu composit LDPE/OCNDV bằng phương phỏp FESEM, TEM và XRD 59 3.6 Tớnh chất điện của composit LDPE/OCNDV 63

3 7 Khảo sát sự suy giảm oxy hoá nhiệt của composit LDPE/OCNDV bằng phơng pháp đo tính chất cơ học 66

kết luận 69 tài liệu tham khảo 71

CNTs Carbon NanoTubes

DSC Diffirential Scanning Colometry

FESEM Field Emission Scanning Electron Microscope LDPE Low Density PolyEtylene

OCNDV Ống cacbonnano đa vách

OCNDVB Ống cacbonnano đa vách biến tính

MỞ ĐẦU

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ hiện đại dẫn tới nhu cầu to lớn về những vật liệu đồng thời có nhiều tính chất cần thiết mà các vật liệu truyền thống khi đứng riêng rẽ không thể có được Vật liệu kết hợp hoặc vật liệu composit ra đời vừa là sự đáp ứng nhu cầu cấp bách đó vừa là sản phẩm của những công trình nghiên cứu trong nửa sau của thế kỷ XX nhằm khai thác, phát triển quy luật kết hợp một quy luật phổ biến trong tự nhiên Đồng thời với kết quả đó, ngành khoa học hiện đại về composit cũng xuất hiện

Dựa trên các thành tựu của ngành khoa học này, các nhà công nghệ vật liệu có thể tạo ra những composit mới thỏa mãn mọi nhu cầu đa dạng và phong phú của nền công nghệ phát triển hiện nay cũng như trong tương lai Chính vì vậy gần đây người ta thường nói: nền văn minh của thế kỷ XXI là nền văn minh của thế kỷ vật liệu composit [1]

Những nghiên cứu đầu tiên về vật liệu polyme composit sử dụng sợi gia cường nhằm mục đích chế tạo các sản phẩm kỹ thuật đòi hỏi có độ bền cơ

lý cao (vật liệu cấu trúc) chẳng hạn như công nghệ sản xuất ô tô, máy bay, hay tàu thủy Với ưu điểm kích thước rất nhỏ cả sợi gia cường, tỉ lệ đường kính/chiều dài lớn có thể ngăn chặn sự suy yếu của vật liệu bởi những vết nứt, gãy hoặc hình thành trong quá trình sử dụng, hơn nữa bản thân các sợi gia cường có mật độ khuyết tật rất thấp vì kích thước của chúng cũng xấp xỉ kích thước của các khuyết tật, từ đó tạo nên vật liệu có tính chất cơ lý vượt trội [2]

Ngay từ khi được chế tạo đầu tiên bởi Iijima năm 1991, sợi và ống cacbon kích thước nano (carbon nanotubes) thu hút được nhiều sự quan tâm, nghiên cứu ứng dụng của các nhà khoa học trên thế giới và được xem như loại vật liệu gia cường đầy hứa hẹn cho vật liệu polyme composit bởi chúng có

những ưu thế về tính chất như độ bền cơ lý, độ bền nhiệt, độ bền quang tốt và mối quan hệ giữa độ bền trọng lượng so với các vật liệu polyme ban đầu.-

Polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) là một trong những vật liệu polyme nhiệt dẻo được dùng làm nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Tuy nhiên LDPE có một số hạn chế như độ , bền kéo đứt, m«®un đàn hồi, độ bền va đập thấp, khả năng ôxi hóa quang và nhiệt cao Bên cạnh đó, nhựa LDPE có điện trở cách điện cao dẫn đến lưu tĩnh điện trên bề mặt gây hiện tượng bám bụi lên các sản phẩm trong quá trình sử dụng Do đó, các sản phẩm sử dụng LDPE thường được chế tạo dưới dạng vật liệu composit hoặc blend, là sự phối trộn của pha nền polyetylen ban đầu với một hoặc nhiều vật liệu gia cường khác như bột CaCO3, talc, gypsum, carbonblack, mica, TiO2…Nhược điểm của phụ gia trên là phải sử dụng hàm lượng lớn, điều này làm thay đổi tỷ trọng, cấu trúc, độ nhớt của composit, gây khó khăn cho việc gia công và ảnh hưởng đến tính chất cuối cùng của sản phẩm Xuất phát từ những ưu điểm của ống cacbon nano về tính chất cơ lý, tính chất nhiệt, tính chất điện và khả năng tổng hợp với polyme nền, luận văn này đặt ra vấn đề nghiên cứu ứng dụng ống cacbon nano, khả năng phân tán, tương tác, vai trò gia cường cơ tính, khả năng làm giảm điện trở suất bề mặt của nhựa LDPE

Trong thực tế composit phần lớn là loại hai pha gồm pha nền là pha liên tục trong toàn khối, cốt là pha phân tán Trong composit nền đóng vai trò chủ yếu ở các mặt sau; liên kết toàn bộ các phần tử cốt thành một khối composit thống nhất; tạo khả năng để tiến hành các phương pháp gia công composit thành các chi tiết theo thiết kế và che phủ, bảo vệ cốt tránh các hư hỏng do các tác động hóa học, cơ học và môi trường Ngoài ra nền phải nhẹ và có độ dẻo cao Cốt đóng vai trò tạo độ bền và môđun đàn hồi cao cho composit đồng thời cốt phải nhẹ để tạo độ bền riêng cao cho composit [1]

Đối với composit liên kết tốt giữa nền và cốt tại vùng ranh giới pha là yếu tố quan trọng nhất đảm bảo cho sự kết hợp các đặc tính tốt của hai pha trên Tính chất của composit phụ thuộc vào bản chất của nền, cốt, khả năng liên kết giữa nền và cốt và quá trình công nghệ sản xuất

Nền của composit nói chung có thể đựơc sử dụng từ polyme, kim loại, gốm và các hỗn hợp nhiều pha Nhưng trong phạm vi luận văn này, tôi chỉ đề cập đến composit có nền là polyme polyme, làm nền cho composit có thể là các loại nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn, các elastome và các vật liệu tổ hợp

polyme polym blend ( er ) Trên cơ sở của cốt là composit cốt sợi

Composit cốt sợi là loại composit có độ bền riêng và mô đun đàn hồi riêng cao Tính chất của composit cốt sợi phụ thuộc vào sự phân bố và định hướng sợi cũng như kích thước và hình dạng của sợi Những loại sợi thường được dùng để chế tạo composit cốt sợi là sợi thủy tinh, sợi các bon, sợi polyme và sợi kim loại Ngoài ra người ta còn dùng hai hay nhiều loại sợi trong cùng một nền (cốt sơi pha)

2 Đặc điểm

Những đặc điểm chính của vật liệu compoisit gồm:

− Thứ nhất: đó là vật liệu nhiều pha Các pha tạo nên composit thường rất khác nhau về bản chất , không hoà tan lẫn nhau và phân cách nhau bằng ranh giới pha Trong thực tế phổ biến khá nhiều composit hai pha Pha liên tục trong toàn khối vật liệu composit được goi là nền Pha phân bố giai đoạn , được nền bao bọc , qui định được gọi là cốt

− Thứ hai: trong composit tỉ lệ hình dáng , kích thước cũng như sự phân bố của nền và cốt tuân theo các qui định thiết kế trước

− Thứ ba: tính chất của các pha thành phần được kết hợp để tạo nên tính chất chung của composit Tuy vậy, tính chất của composit không bao hàm tất cả tính chất của các pha thành phần khi chúng đứng riêng rẽ mà chỉ lựa chọn trong đó những tính chất tốt và phát huy thêm

− composit nền là hỗn hợp nhiều pha

b) Theo hình học của cốt hoặc đặc điểm cấu trúc , ta có thể phân loại composit thành ba nhóm: composit cốt hạt, composit cốt sợi và

composit cấu trúc như chúng được chỉ ra trên sơ đồ hình 1.1[1]

Hình 1.1.Sơ đồ phân loại composit

Composit

1.1.2 Vật liệu polyme nanocomposit (PNC)

1 Định nghĩa

Vật liệu PNC có nền là các loại polyme và cốt là các hạt độn khoáng thiên nhiên hoặc các hạt tổng hợp nhân tạo có kích thước hạt trong khoảng 1 - 100 nm (Kích thước nanomet)

Nền sử dụng trong chế tạo PNC rất đa dạng, phong phú, bao gồm cả nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn Các polyme thường sử dụng trong chế tạo vật liệu PNC là: Nhựa polyetylen (PE), nhựa polypropylen (PP), nhự polyester, nhựa epoxy, nhựa polystiren (PS), cao su thiên nhiên, cao su butadiene…

Trong chế tạo PNC, cho đến nay, đa phần cốt được dùng d ới dạng hạt ưSau đây là một số loại hạt thường được sử dụng:

− Khoáng thiên nhiên: chủ yếu là đất sét vốn là các hạt silicat có cấu tạo dạng lớp như montmorillonite, vermiculite, fluoromica, bentonit kiềm tính, các hạt grafit,…

− Các hạt độn thu được từ con đường nhân tạo: thường là các hạt tinh thể như CdS, PbS, CaCO3, bột than,…

2 Đặc điểm của vật liệu PNC:

− Với pha phân tán là các loại bột có kích thước nano nên chúng phân tán rất tốt vào trong polyme, tạo ra các liên kết ở mức độ phân tử giữa các pha với nhau nên cơ chế khác hẳn với composit thông thường Các phần tử nhỏ phân tán tốt vào các pha nền, dưới tác dụng của lực bên ngoài tác động vào nền sẽ chịu toàn bộ tải trọng, các phần tử nhỏ mịn phân tán đóng vai trò hãm lệch, làm

tăng độ bền của vật liệu, đồng thời làm cho vật liệu cũng ổn định ở nhiệt độ cao

− Do kích thước nhỏ ở mức độ phân tử nên khi kết hợp với các pha nền có thể tạo ra các liên kết vật lý nh ng tương đương với liên ưkết hóa học, vì thế cho phép tạo ra các vật liệu có tính chất mới, ví

dụ tạo ra các polyme dẫn có rất nhiều ứng dụng trong thực tế

− Vật liệu độn có kích thước nhỏ nên có thể phân tán trong pha nền tạo ra cấu trúc rất đặc, do đó có khả năng dùng làm vật liệu bảo vệ theo cơ chế barie rất tốt

− Hầu hết các vật liệu PNC đều có tính chống cháy cao hơn so với các vật liệu polyme composit tương ứng Cơ chế của khả năng chống cháy của vật liệu này là do cấu trúc của than được hình thành trong quá trình cháy, chính lớp than trở thành hàng rào cách nhiệt rất tốt cho polyme, đồng thời ngăn cản sự hình thành và thất thoát các chất bay hơi trong quá trình cháy

Tóm lại, nhờ kích thước rất nhỏ của các hạt phân tán trong pha nền của vật liệu PNC cho nên có thể tạo ra các vật liệu có các tính chất tốt hơn hẳn so với các vật liệu composit thông thường

3 Các phương pháp chế tạo

− Trùng hợp in–situ (In-situ polymeization)

− Trộn hợp nóng chảy (Melt intercalation)

− Trộn hợp polyme trong dung dịch (Polyme solution intercalation)

− Trộn hợp nhũ tương (Emulsion intercalation)

4 Một số vật liệu sử dụng làm chất gia cường

Trong công nghiệp, người ta thường đưa các chất gia cường vào để nâng cao tính chất cơ lý và hạ giá thành sản phẩm Mỗi loại chất gia cường với những hàm lượng thích hợp có thể nâng cao một số tính năng nào đó của vật liệu Vì vậy người ta chọn chất gia cường với hàm lượng thích hợp tuỳ theo yêu cầu sản phẩm Rõ ràng cùng với các đặc tính cơ lý thì càng đưa nhiều chất gia cường giá rẻ vào thì càng giảm giá thành vật liệu, c chất gia cácường thường sử dụng được giới thiệu dưới đây:

* Than hoạt tính:

Than hoạt tính kỹ thuật là sảp phẩm cháy không hoàn toàn của các hợp chất hyđrôcacbon, và được phân thành ba nhóm chính: Than lò, than nhiệt phân, than máng Than hoạt tính là chất gia cường chủ yếu trong công nghiệp,

sự có mặt của than hoạt tính trong hợp phần với hàm lượng cần thiết làm tăng tính chất cơ lý của vật liệu: Độ bền kéo đứt, xé rách, khả năng chống mài mòn, độ cứng…

Than hoạt tính được sản xuất rất đa dạng, do đó tuỳ thuộc vào đặc tính của mỗi loại than mà sử dụng phù hợp cho nhu cầu của công nghệ với hàm lượng thích hợp Khả năng tăng cường tính chất cho vật liệu được quyết định bởi cấu trúc hoá học, mức độ phân tán và khối lượng riêng của than

có độ cách điện tốt và có thể định hình qua đùn ép (do tính trơn), được dùng cho sản xuất mosse latex

* Cao lanh:

Cao lanh thiên nhiên – nhôm silicat – có công thức chung là:

Al2O3.2SiO3.2H2O có chứa rất nhiều tạp chất mà chúng ta loại khỏi cao lanh trong quá trình làm giàu Cao lanh đã tinh chế chứa khoảng 32 - 33% SiO2;

55 - 56% Al2O3 và 11 12% H- 2O Tạp chất ở dạng Fe2O3 chỉ chiếm hàm lượng khá nhỏ xấp x ỉ1%

Với sự có mặt của cao lanh trong hợp phần, một số tính chất như ứng suất kéo đứt, độ cứng vật liệu và khả năng chịu mài mòn của vật liệu đều tốt hơn

Cao lanh còn làm tăng chỉ số cách điện, mức độ chịu dầu, chịu tác dụng các dung môi hữu cơ, tăng độ bền chịu axit của vật liệu Tuy nhiên vì cao lanh

có cấu trúc bất đẳng hướng nên độ bền xé rách của hợp phần có chứa cao lanh

bị suy giảm Ngoài chức năng làm chất gia cường cho vật◌ ֶ liệu cao lanh còn

có thể làm chất chống dính

* Silic đioxit (SiO2):

Trong các loại chất gia cường vô cơ được sử dụng trong công nghiệp, silic dioxit là một trong những chất gia cường tăng cường có hiệu quả cao nhất Cũng như các chất gia cường tăng cường khác, mức độ phân tán là đặc trưng quan trọng nhất mà bằng đặc trưng này có thể đánh giá tác dụng tăng cường của silic đioxit

Silic đioxit thường được đưa vào trong vật liệu ở dạng bột mịn, được điều chế bằng phương pháp ướt hoặc phương pháp sương mù Phương pháp

ướt tạo ra SiO2 có hàm lượng không cao (khoảng 70 90%), kích thước hạt - thu được trong khoảng 20 90 µm Phương pháp sương mù tổng hợp ra SiO- 2

với hàm lượng trên 99% và kích thước hạt từ 5 - 40µm

Một số tác giả đã nghiên cứu quá trình gia cường SiO2 trong vật liệu polyme cho thấy tính chất cơ lý và khả năng cách điện của vật liệu được cải thiện đáng kể

Silic đioxit còn được sử dụng như một chất tăng cường độ trắng rất tốt cho vật liệu polyme nói chung

* Chất gia cường CaCO3:

Chất gia cường đi từ đá phấn, đá vôi thường được nghiền nhỏ và được

xử lý đến cỡ hạt thích hợp để sử dụng làm chất gia cường cho vật liệu Bột CaCO3 là tập hợp các hạt có kích thước 1 10µm, với hình dạng hạt đa dạng, - người ta thường phân biệt CaCO3 làm hai loại:

+ CaCO3 thiên nhiên được nghiền trực tiếp từ đá vôi

+ CaCO3 kết tủa

Các chất gia cường CaCO3 được sử dụng có nguồn gốc từ thiên nhiên, chất gia cường này làm tăng tính chịu môi trường của vật liệu đặc biệt là giảm giá thành, do đó CaCO3 được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp cao su, nhựa, giấy, mỹ phẩm… Khi sử dụng CaCO3 ở dạng siêu mịn nhưng chưa xử

lý bề mặt thì nó có tác dụng tăng cường tính chất cơ lý của vật liệu như: lực kéo đứt, lực xé rách, độ chịu masat, độ chịu va đập tốt, ít biến đổi độ cứng, độ dãn dài, độ đàn hồi và lực kéo giãn của vật liệu như trường hợp sử dụng bột cao lanh, than hoạt tính

1.2 TỔNG QUAN VỀ POLYETYLEN (PE)

1.2.1 Định nghĩa

PE là một polyme hiệt dẻo, có độ cứng tương đối không cao, không nmùi, không vị PE có cấu trúc kết tinh giống như parafin thường, độ kết tinh không bao giờ đạt 100% PE cháy chậm và cháy với ngọn l a yếu không có ửtàn, nếu không có oxy thì PE bền đến 2900C Trong khoảng 290 - 3500C PE phân hủy thành các phân tử thấp, nếu trên 3500C thì bị phân hủy [2]

1.2.2 Phân loại

* PE hiện nay được chia làm các loại sau:

− Polyetylen tû träng siªu thÊp (untra low density polyetylen,

− LDPE ®îc s¶n xuÊt b»ng ph¬ng ph¸p trïng hîp trong pha khÝ ë

¸p suÊt cao 1000 2000 atm -

nCH2=CH2 P=1000at, tO 0 100 - 3000C

2 (0,05 - 0,1%) (-CH2 - CH2 -)n

CÊu tróc s¶n phÈm:

nCH2=CH2 P=1000at, t0 100 - 3000C

O2 (0,05 - 0,1%) (-CH2 - CH2 -)n

HDPE cũng cú ứng ụng nh d ư LDPE,ngoài ra c ũn được gia cụng

làm đồ gia dụng [2 HDPE có trọng lợng phân tử cao hơn LDPE ]

do đó độ bền nhiệt và độ bền cơ học cao hơn so với LDPE

1.2.3 Tính chất

Phân tử polyetylen có cấu trúc mạch thẳng, dài, có công thức (CH2)n

ngoài ra còn có những mạch nhánh Nếu mạch nhánh càng dài thì độ kết tinh càng kém Các công trình nghiên cứu đã xác định rằng nhóm metyl thờng ở cuối mạch polyme còn mạch nhánh thờng có 4 nguyên tử cacbon

Khi nóng chảy, polyetylen ở trạng thái vô định hình Khả năng kết tinh nhanh chóng của polyetylen do những mắt xích của nó rất ngắn bằng 2,53 Ao

và có độ cân đối cao

* Độ kết tinh khác nhau là nguyên nhân gây ra tỷ trọng khác nhau của polyetylen, độ kết tinh càng lớn thì tỷ trọng polyetylen càng cao, ở nhiệt độ thờng độ kết tinh có ảnh hởng trực tiếp đến các tính chất cơ lý của polyetylen nh tỷ trọng, giới hạn bền kéo đứt, độ trơng và độ hoà tan, môđun

đàn hồi, độ thấm khí và hơi

* Độ hoà tan: ở nhiệt độ thờng polyetylen không hoà tan trong các loại dung môi, nhng nếu giữ trong một thời gian dài trong các loại hydrocacbon (thơm, không thơm) và hydrocacbon clo hoá nó có thể bị trơng ở nhiệt độ cao hơn 70oC polyetylen hoà tan kém trong các loại dung môi nh: toluen, xylen,…còn ở nhiệt độ cao plyetylen cũng hoà tan trong nớc, trong axeton, glyxerin,…Nếu làm lạnh dung dịch polyetylen trong xylen, ban đầu sẽ tạo thành polyetylen trơng trong dung môi, nếu tiếp tục làm lạnh nó sẽ tách khỏi dung dịch Độ hoà tan của polyetylen không những chỉ phụ thuộc vào độ kết tinh mà còn phụ thuộc vào khối lợng phân tử

* Độ bền hoá học: ở nhiệt độ thờng polyetylen bền vững với các axit sunfuric, nitric loãng và các axit clohydric, photphoric, axetic, amoniac, amin, dung dịch muối đặc…ở nhiệt độ 100oC nó không bền với axit sunfuric đặc, axit nitric

* Tính chất cơ học của polyetylen phụ thuộc nhiều vào : độ kết tinh và nhiệt độ nhất là độ bền kéo đứt, độ bền uốn thay đổi rõ rệt khi giảm nhiệt độ

Tớnh chất A B C

Tỷ trọng (g/cm3) 0,92 ữ 0,93 0,93 ữ 0,95 0,96 Giới hạn bền khi kộo

Bảng 1.1 Mô tả sự phụ thuộc của tính chất PE vào phơng pháp tổng hợp

Với: A- Polyetylen trùng hợp trong pha hơi

B- Polyetylen trùng hợp với xúc tác Zigler

C- Polyetylen trùng hợp với xúc tác Philip

* Tính chất nhiệt: Hệ số giãn nở nhiệt của polyetylen khá cao (1,8.10-4) trong khoảng nhiệt độ từ 20 - 120 oC Nhiệt độ chảy mềm của polyetylen dao

động trong khoảng nhiệt độ nhỏ (3 - 5oC) Polyetylen có thể tạo hình và định hớng ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chảy mềm từ 15 - 20oC Khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chảy mềm thì polyetylen chuyển sang trạng thái dẻo và có thể gia công theo các phơng pháp đúc, ép,…

* Tính chất cách điện của polyetylen không phụ thuộc vào nhiệt độ : (trong khoảng 80 100 - oC) và độ ẩm Đối với polyetylen tỷ trọng cao, tính chất cách điện còn phụ thuộc vào lợng xúc tác còn lại

Điện áp đánh thủng HDPE là 45 - 60 KV/mm, hằng số điện môi ở 60 -

80 Hz là 2,20 - 2,63, điện áp đánh thủng của LDPE là 35 – 40 KV/mm, hằng

số điện môi là 2,09

* Khả năng trộn hợp với các polyme khác: polyetylen có khả năng trộn hợp với các polyme khác rất kém Nếu cho parafin trọng lợng phân tử cao, cao su butyl, polyisobutylen,…vào polyetylen thì tạo thành hỗn hợp các polyme có độ ổn định cao [2]

LDPE mặc dự cú độ mềm dẻo, độ đàn hồi cao hơn HDPE nhưng vẫn thấp so với yờu cầu thực tế Vỡ vậy, để nõng cao tớnh chất cơ lý của LDPE người ta th ng sử dụng ở dạng vật liệu compositườ

1.3 TỔNG QUAN VỀ ỐNG CACBON NANO

(Carbonnanotubes – CNTs)

Ngay từ khi đợc khám phá đầu tiên bởi Iijima năm 1991, ống cacbon kích thớc nano (carbon nanotubes, CNTs) và sợi cacbon có kích thớc nano (carbon nanofilements, CNFs) đã thu hút đợc nhiều sự quan tâm, nghiên cứu, ứng dụng của các nhà khoa học trên thế giới và đợc xem nh là loại vật liệu gia cờng đầy hứa hẹn cho vật liệu polyme composit [4,5,6,16,22,24,26] ống cacbon gồm hai loại: ống đơn vách (single walled carbon nanotubes) và ống -

đa vách (multi-walled carbon nanotubes) Với tỷ lệ đờng kính/chiều dài khá cao (1000 – 10 000) cộng thêm độ bền nội tại lớp liên kết hoá trị sp2-sp2 giữa các nguyên tử cacbon, ống và sợi cacbon nano có độ bền cơ học rất cao: môđun đàn hồi từ 2000 - 5000 GPa, độ bền kéo đứt 200 GPa, độ dãn dài 10 -

30 % [26]

Bên cạnh đó, chúng có độ giãn nở nhiệt không đáng kể, tỷ trọng thấp, diện tích bề mặt riêng lớn cũng là những u điểm lớn để ống và sợi cacbon nano trở thành vật liệu gia cờng tốt cho polyme [4, 5, 13, 24, 25, 26, 28, 31] Tác giả X L Chen và các cộng sự công bố rằng với sự bổ xung 3,6 % của ống cacbon, độ cứng của vật liệu composit tạo thành có thể tăng 33 % [29] Bằng phơng pháp phân tán trong dung dịch, M Wong và cộng sự cho thấy môđun

đàn hồi của màng composit CNTs/epoxy tăng 20 % chỉ với tỷ lệ 0,1 % CNTs

đợc sử dụng [14] Sử dụng phơng pháp trộn nóng chảy, CNTs/polypropylene mpositco đợc nhóm M A L Manchado chế tạo dùng ống cacbon đơn vách nhỏ hơn 1 % đã làm gia tăng độ kết tinh của polyme mà không thay đổi cấu trúc kết tinh của chúng, các tính chất cơ lý nh môđun đàn hồi tăng 1,4 lần, độ bền kéo đứt tăng 1,2 lần so với polypropylen ban đầu [12]

Y Zou và cộng sự đã chế tạo CNT/HDPE composit bằng phơng pháp trộn nóng chảy trên máy đùn hai trục đã cho thấy ống cacbon nano có thể gia tăng

độ bền nhiệt cho HDPE khi tỷ lệ vợt quá 2 %, độ bền kéo đứt và môđun đàn hồi tăng cao [31]

Gần đây, chức năng của CNT đã tìm ra qua việc sử dụng hơi sinh ra từ sợi cacbon nano Pyrograf™ III tạo thành dạng plasma CO2/Ar tơng ứng với thời gian, áp suất, năng lợng và nồng độ khí oxy là 14,5 % trong 10 lớp nguyên tử đầu tiên Trong trờng hợp này hiện tợng khuyết bề mặt cong của graphit làm tăng khả năng phản ứng để hình thành các nhóm chức Xử lý bằng axit Nitric cũng đợc thử nghiệm để oxy hoá thành công bề mặt sợi cacbon nano đa vách (MWNT) thông qua phổ hồng ngoại phản xạ khuếch tán với biến đổi Fourier (diffuse reflection infrared Fourier transform-DRIFT) Chức năng bề mặt CNT không những làm tăng khả năng phân tán CNT trong nhiều dung môi hữu cơ và polyme khác nhau mà còn tăng cờng sự tơng tác giữa CNT và chất nền polyme Việt Nam trung tâm đào tạo về khoa học vật liệu ở ITIMS, Trung tâm nghiên cứu vật liệu polyme, ĐHBK Hà Nội là những cơ sở

đầu tiên nghiên cứu, ứng dụng ống và sợi cacbon nano vào polyme Ví dụ, nhóm nghiên cứu của TS Phạm Thanh Huy (ITIMS) nghiên cứu kỹ thuật phân tán ống và sợi cacbon nano làm vật liệu gia cờng vào nhựa polymetylmetaacrylat (PMMA) bằng phơng pháp dung dịch và bớc đầu đã

đạt đợc những kết quả khả quan về cơ tính của composit tạo thành Nhóm này cũng nghiên cứu dùng sợi cacbon nano phân tán trong sơn epoxy bằng

công nghệ phun sơn, khảo sát tính chất điện và tính chất chắn sóng điện từ của loại vật liệu này, hệ số chắn sóng có thể đạt tới 16 dB Nh vậy, từ các kết quả cho thấy triển vọng ứng dụng thực tiễn của ống và sợi cacbon nano nói chung

và vật liệu polyme composit sử dụng ống và sợi cacbon nano nói riêng

1.3.1 Cấu trỳc của ống cacbon nano

Cacbon cú cấu hỡnh điện tử là: [He]2s22p2 nờn cú thể cú ba trạng thỏi lai húa là sp1, sp2, sp3 [ ]24 Cỏc trạng thỏi lai húa của cacbon được thể hiện trong hỡnh 1.2

a) Lai hoỏ sp b) Lai hoỏ sp2 c) Lai hoỏ sp3

Hỡnh 1.2: Cỏc trạng thỏi lai hoỏ của Cacbon

Chớnh vỡ nguyờn tố cacbon cú khả năng liờn kết bền với chớnh nú và với cỏc nguyờn tố khỏc theo ba dạng lai húa nờu trờn nờn bằng phương phỏp tự nhiờn hay nhõn tạo, bản thõn nguyờn tố cacbon đó cú thể tạo ra nhiều cấu trỳc

đa dạng với tớnh chất đặc biệt

Trước đõy, người ta mới biết đến ba dạng thự hỡnh tinh thể của cacbon

là kim cương, than chỡ và fuleren Năm 1991, ống cacbon nano đa vỏch (OCNDV), được phỏt hiện bởi giỏo sư Iijima lần đầu tiờn con ng, ười biết đến dạng thự hỡnh tinh thể thứ tư của nguyờn tố cacbon Cỏc dạng cấu trỳc thự hỡnh tinh thể của cacbon được thể hiện trờn hỡnh 1.3 [24]

c Fullerene d èng cacbon nano

H×nh 1.3 C¸c d¹ng thï h×nh cña tinh thÓ cacbon

CNTs được hình dung như những tấm grafit được cuộn lại trong một

ống Không giống như cấu trúc tinh thể lập phương ở 3 D kim cương, mỗi

-nguyên tử C liên kết với 4 -nguyên tử gần nhất trong hình tứ diện, ở dạng

grafit các nguyên tử C liên kết với nhau theo hững hàng tn ạo thành c ác hình

lục giác Trong trường hợp này, mỗi nguyên tử C được liên kết với 3 nguyên

tử khác liền kề Sự cuộn lại của những tấm grafit tạo nên những ống, hình

thành CNTs

Ống cacbon nano có nhiều dạng khác nhau, được phân biệt dựa vào véctơ đối xứng (n,m), trong đó n và m là số nguyên trong phương trình véctơ

na1 + ma2 = R

Hình 1.4: Mô t ả vectơ đối xứng của ống nano cacbon

Véctơ đối xứng được minh họa theo hình 1.4 Giả thiết sợi bị cắt ra thành từng lớp phẳng, vẽ hai đường thẳng (tube axis) dọc theo trục của sợi tại

nơi cắt ống Nói cách khác là nếu cắt dọc theo hai đường này sau đó ghép

chúng lại với nhau thì chúng ta sẽ thu được sợi như trước khi cắt Bây giờ, xét

một nguyên tử cacbon bất kì nằm trên đường trục đó (điểm A), sau đó vẽ một đường có dạng hình ghế bành (armchair line đường mảnh), xuyên qua các – hình lục giác và cắt chúng thành hai phần bằng nhau Sau khi vẽ xong đường ghế bành ta tìm một nguyên tử cacbon nằm trên trục gần đường ghế bành nhất (điểm B) Nối A và B, ta được véctơ đối xứng R (đường AB) Góc cuộn θ

(wrapping angle) là góc giữa véctơ R và đường ghế bành Nếu θ = 00 thì gọi là sợi cacbon nano dạng “ghế bành” Nếu θ = 300 thì ống có dạng “zigzag” Còn lại, nếu 00 < θ < 300 thì ống có dạng “đối xứng” (hình 1 1.4, 5) Véctơ a1 nằm dọc theo đ ờng zigzag, véctơ aư 2 được xác định sao cho na1 + ma2 = R

Hình 1.5: Ba dạng ống Cacbon nano dạng ghế bành, zig zag và đối xứng

Giá trị n và m phụ thuộc vào tính đối xứng và độ xoắn của ống Tính đối xứng của ống có ảnh hưởng rất lớn đến độ dẫn, khối lượng riêng, cấu trúc mạng và một số tính chất khác của OCNDV OCNDV sẽ có tính kim loại nếu hiệu (n m) là bội của 3, còn nếu không sẽ có tính bán dẫn Khi chế tạo –

Đối ứng x (3) Zig- zag (2)

Ghế bành (1)

(1)

(2)

(3)

OCNDV, cỏc giỏ trị n, m là ngẫu nhiờn và thường 2/3 ống cú tớnh bỏn dẫn và 1/3 cú tớnh kim loại

Nếu biết vộctơ đối xứng n, m trước, ta cú thể tớnh được đường kớnh của OCNDV theo phương trỡnh sau [4 ]:

D = (n2 + m2 + nm)1/2 0,0783nm

1.3.2 Phương phỏp điều chế ống cacbon

Ống cacbonnano cú nhiều dạng khỏc nhau, cú thể được tổng hợp từ cỏc phương phỏp khỏc nhau, xuất phỏt từ nhiều loại nguyờn liệu khỏc nhau Cỏc phương phỏp thường dựng là: phúng điện hồ quang, lắng động dựng xung laze, lắng đọng húa học pha hơi (chemical vapor deposition – CVD) từ hiđrocacbon, tổng hợp từ ngọn lửa, ỏp suất cao và phương phỏp cơ nhiệt Trong đó phơng pháp CVD đợc ứng dụng phổ biến nhất

* Xúc tác: đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình tạo ống cacbon nano bằng phơng pháp CVD Độ hoạt tính và các đặc trng của xúc tác quyết

định hiệu suất của quá trình Xúc tác có ảnh hởng lớn tới cấu trúc, kích thớc, hình dạng của sợi cacbon nano tạo thành

Xúc tác thờng đợc sử dụng là các kim loại chuyển tiếp (Fe, Ni, Co, Mo, ) và các hợp kim của nó Trong phơng pháp CVD, xúc tác kim loại thờng đợc đa lên các chất mang là các oxit khó bị khử (Al2O3, SiO2, MgO, ZrO2, TiO2…) hoặc zeolit, modenit (thậm chí chính là sợi cacbon nano) có …diện tích bề mặt tơng đối lớn Chất mang giúp tăng tối đa diện tích bề mặt của pha hoạt tính và bổ trợ xúc tác Hoặc xúc tác có thể ở dạng bột mịn, màng mỏng có thể là xúc tác cố định hay tầng sôi…

* Các yếu tố ảnh hởng tới dạng thù hình của cacbon và lợng cacbon thu đợc: Nhiệt độ phản ứng, kích thớc và hình dạng của xúc tác, trạng thái

tự nhiên của xúc tác (chất mang, dạng kim loại hay hợp kim), thành phần của khí sử dụng, thời gian phản ứng, tốc độ thể tích dòng khí

Để sản xuất ống cacbon nano ở phạm vi công nghiệp cần phải có xúc tác rẻ, phơng pháp tổng hợp đơn giản và nguồn hydrocacbon rẻ tiền thông dụng nhằm tạo ra ống cacbon nano với chi phí thấp Các nghiên cứu tạo ống cacbon nano bằng phơng pháp CVD sử dụng các khí hydrocacbon cũng nh

CO với độ tinh khiết cao (trên 99 %) đã đợc thực hiện từ lâu trên thế giới Nguồn nguyên liệu trên đắt và không thông dụng nếu so sánh với khí tự nhiên, khí dầu mỏ hoá lỏng (LPG) hay khí thu đợc từ quá trình khí hoá than

ở Việt Nam đã có nhiều nhóm thực hiện nghiên cứu và chế tạo vật liệu cacbon nano nhng chủ yếu hiện nay là mua vật liệu sẵn có về nghiên cứu tính chất, còn việc chế tạo ở quy mô lớn giá thành rẻ thì vẫn cha có nhiều công trình đợc công bố

Ưu điểm của phơng pháp CVD: dễ dàng điều khiển độ tinh khiết và

đờng kính ống, độ kết tinh cao, cho nhiều loại sản phẩm Công nghệ không quá phức tạp, tiến hành ở nhiệt độ thấp và có thể sản xuất với số lợng lớn

Phương phỏp phúng điện hồ quang và lắng đọng dựng xung laze chỉ sản xuất được lượng nhỏ, giỏ thành cao, trong khi nhu cầu sử dụng CNTs là rất lớn, mặt khỏc quỏ trỡnh tổng hợp CNTs thường lẫn tạp chất như: cỏc hạt xỳc tỏc, cacbon vụ định hỡnh, cacbon fuller , sau đú cần phải loại bỏ cỏc tạp chất en

ra khỏi ống C

Tổng hợp bằng phương phỏp pha khớ cũng như phương phỏp CVD sẽ ớt tạp chất, giỏ thành thấp hơn cỏc phương phỏp ch ế tạo khỏc, cho nhiều loại sản

phẩm và có thể sản xuất với số lượng lớn Chính vì vậy mà hai phương pháp này được ứng dụng phổ biến nhất [5]

Ống cacbon nano đơn vách.

* Chỉ gồm một lớp đơn nguyên tử

* Đường kính ~1-5 nm

* Có cơ tính hoàn hảo

Ống cacbon nano đa vách

1.3.3 Tính chất của ống cacbon

Thực nghiệm đã chỉ ra CNTs có những tính chất nhiệt, quang, điện, cơ đặc biệt Ngoài ra, mặc dù grafit là một bán kim loại thì CNTs có thể mang tính kim loại hoặc là chất bán dẫn do những khuyết tật ở đầu của CNTs [5]

CNTs có tính dẫn nhiệt cao nhất, độ bền kéo: 200 Gpa và mođun đàn hồi trong khoảng 1Tpa gấp 500 lần diện tích bề mặt riêng (so với cùng phần thể tích tương đương của ống C điển hình) và tỉ lệ bề mặt ngoài khoảng 103,

độ chịu nén: 150GPa cao hơn bất kỳ vật liệu nào đã biết, độ chịu uốn: 14,2±8GPa, sức căng: 11 - 63 Mpa [5]

Tính chất của CNTs so sánh với một số loại vật liệu gia cường được trình bày trên bảng 1.2 [ ] 24

Tính chất CNTs Vật liệu so sánh Giá trị

Mođun đàn hồi (TPa) 1 1,4 8 Sợi cacbon P - 200 840

Sợi nhôm borat 392

Độ bền kéo đứt (GPa) ~ 150 Sợi cacbon IM7 5,5

Sợi nhôm borat 7,84 Điện trở (Ω) 10-4 4 10-6

(metallic)

Đồng 1,7x10-6

Độ dẫn nhiệt (W/mK) ~ 1200 4 1300 Kim cương 700 20004

Bảng 1 So sánh tính chất của CNTs với một số loại vật liệu gia cường2

Sự trượt của sợi nano trờn nền polyme ảnh hưởng tới tớnh đàn hồi của vật liệu composit , thờm nữa sự trượt làm cho sợi khụng liờn kết với nền trong composit, cỏc sợi gộp lại sẽ làm giảm tỉ lệ (dài/đường kớnh) của chất gia cường

1.3.4 ứng dụng của ống cacbon nano

ống cacbon nano có những tính chất cơ, điện cùng nhiều tính chất hoá,

lý khác rất đặc biệt nên có nhiều ứng dụng mới và hứa hẹn nhiều triển vọng

Dùng ống cacbon nano làm nguồn phát điện tử: Trớc đây để có nguồn phát ra điện tử nh ở đèn hình ti vi, ở ống phát ra tia X phải dùng sợi đốt là vonfram nung nóng để phát ra nhiệt điện tử Nhng đối với ống nano cacbon không cần nung nóng chỉ cần tác dụng điện thế cỡ hàng chục vôn là điện tử đã phát ra theo hiệu ứng trờng ở mũi nhọn

Dùng làm mũi dò kiểu cái kim nhọn trong kính hiển vi tuynen hay hiển

vi lực nguyên tử Nhờ những cái kim cứng, nhọn này có thể thăm dò, nghiên cứu sinh vật rất tốt, thậm chí còn có thể chọc thủng từng tế bào để đa các nguyên tử, phân tử vào bên trong

Ngoài ra, ống cacbon nano còn có nhiều ứng dụng khác chẳng hạn dùng trong bộ cảm ứng (sensor) để phát hiện ánh sáng, nhiệt, sóng điện từ hoặc những hoá chất độc hại với độ nhạy cao

1.3.5 Vai trũ của CNTs trong vật liệu composit

Từ những tớnh chất cơ học đặc biệt của CNTs người ta thấy cú thể thờm CNTs vào polyme hoặc những chất nền khỏc để nõng cao tớnh chất cơ lý của vật liệu Nghiờn cứu thực nghiệm cho thấy ng suất trượt bề mặt cứ ủa CNTs trờn polyme khoảng 500 MPa, lớn hơn rất nhiều so với sợi composit truyền

thống [8] Điều đó chứng tỏ có một liên kết đã được hình thành giữa CNTs và polyme làm thay đổi mét số tính chất của polyme ban đầu Tuy nhiên, CNTs

dễ bị kết tụ, bó lại với nhau dẫn tới những chỗ bị khuyết tật trên vật liệu composit và làm giảm hiệu quả của tác dụng gia cường của CNTs trên chất nền polyme Do đó, việc liên kết CNTs trên chất nền polyme có vai trò quan trọng Để có liên kết tốt của CNTs trong vật liệu composit chúng phải được phân tán tốt Có một vài kỹ thuật để nâng cao sự phân tán CNTs trong chất nền polyme, trong luận văn này tôi đề cập đến việc xử lý bề mặt của CNTs bằng tác nhân kép silan để đạt được sự phân tán tốt nhất

1.4 BIẾN TÍNH BỀ MẶT CỦA CNTs

Tuy vật liệu polyme composit đã được sử dụng hàng nghìn năm nay, nhưng chỉ đến nửa cuối thế kỉ này những ứng dụng cao của chúng mới khiến người ta quan tâm nhiều và việc biến tính bề mặt để tạo ra liên kết tốt và bền giữa nền và vật liệu gia cường trở thành vấn đề thực s có ý ự ngh để tạo ra ĩa

c ác composit phù h v yêợp ới u cầu Sự phát triển của sợi thủy tinh, èngcacbon, sợi vô cơ có mođun đàn hồi cao làm vật liệu gia cường cho composit báo hiệu một thời đại mới của loại vật liệu composit có cấu trúc bền vững, trọng lượng nhẹ [3]

Việc sử dụng tác nhân kép, phản ứng hóa học giữa nền và chất gia cường hoặc sự biến đổi hóa học trên bề mặt của một hoặc cả hai thành phần trở thành những phương pháp hữu hiệu trong sự hình thành liên kết giữa nền

và sợi gia cường

Những nghiên cứu trong nhiều năm qua đã tập trung vào việc xác định đặc tính cấu trúc phân tử ở vùng liên pha và những quan hệ tới những thuộc tính cơ học và sự ổn định hóa học của vùng liên pha[3]

Đặc tính cơ học của vật liệu composit phụ thuộc vào sự ổn định của vùng liên pha giữa nền và sợi gia cường

 Tác nhân kép silan trong composit

Hợp chất tác nhân kép silan có công thức tổng quát là XSi(OR)3, trong

đó R là ký hiệu đặc trưng cho nhóm có khả năng thuỷ phân (như nhóm methyl hoặc ethyl) và có khả năng tương tác với chất gia cường vô cơ; X là kí hiệu nhóm chức hữu cơ không thuỷ phân (như nhóm glycidoxyl, amino, methacrylat, mecrapto hoặc vinyl) và có khả năng tương tác với silan thông qua các phản ứng thuỷ phân và phản ứng ngưng như sau:

Qu¸ tr×nh nµy ®îc m« t¶ tãm t¾t ë h×nh 1.7 díi ®©y:

H×nh 1.7 M« h×nh t¸c nh©n kÐp cña silan biÕn tÝnh bÒ mÆt chÊt gia cêng v« c¬.

Silan với những nhóm chức hữu cơ được sử dụng rộng rãi làm tác nhân kết hợp cải tiến sự dính bề mặt trong sợi gia cường Hiệu quả của nó phụ thuộc vào bản chất và những xử lý ban đầu của chất nền và loại silan được sử dụng cũng như bản ch của liên kết hoá học ữaất gi c ác nhóm siloxan và những ấu ử c t ban đầu ự Schọn đúng tác nhân kết hợp silan là phương pháp hiệu quả thúc đẩy sự dính bề mặt và làm tăng thuộc tính cơ học

Dựa trên việc ứng dụng của silan từ dung dịch loãng hoặc pha khí, một siloxan đa lớp có liên kết ngang gọi là “ vùng liên pha” đã được hình thành

Một nhân tố quan trọng hàng đầu là sự ổn định của liên kết hidro Sự thấm nước vào vùng liên kết pha sẽ hidrat hóa liên kết Si-O-Si và Si-O-C tạo

ra các phản ứng song song Sự tự trùng ngưng của nhóm silanol sẽ tạo ra một loạt các oligome trong lớp siloxan liên kết ngang Sự ngưng tụ lại của chúng

có thể làm thay đổi mạng lưới và khôi phục lại một tỉ lệ thiết yếu của khả năng chịu lực ban đầu của vật liệu composit [3]

C ơ chế tạo liên kết ở vùng liên pha với t ác nhân kết hợp được kí hi ệuRSi(OMe)3được chỉ ra trong các hình 1.8, 1.9, 1.10, 1.11 dưới đây:

Hình 1.8 Sự phản ứng và liên kết các nhóm siloxan

Sự thủy phân và ngưng tụ dẫn tới sự hình thành một lớp mỏng siloxan nhờ liên kết cộng hóa trị hoặc liên kết H với bề mặt èng ( hình 1.8)

Hình1.9: Alkoxysilan thủy phân và ngưng tụ

Hình 1.10: Việc gắn kết siloxan và polyme thông qua khuếch tán

Hình 1.1 1: Mô hình về vùng liên pha polyme /siloxan/sợi gia cường

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 HÓA CHẤT

1 Ống cacbon nano đa vách - OCNDV (Multi-walled carbon nanotubes) được cung cấp bởi công ty polyplus, Hàn Quốc và khoa Hoá Dầu, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, đường kính 40 80 nm, chiều dài 1 - - 5 μm, diện tích bề mặt Langmuar xấp xỉ 106 m2/g

2 Polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE), dạng hạt trắng có kí hiệu Lotrene

13031 - 9, của hãng Petrochemical Co.Ltd, Hàn Quốc, tỷ trọng 0,916 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 1150C

3 3-Glycidoxy propyl - trimethoxysilane 98%, công thức C9H20O5Si, công

ty Aldrich, Mỹ

4 Axit nitric (68%), axit axetic (99,5%) và etanol (95%) của công ty

Shantou Xilong, Trung Quốc

2.2 BIẾN TÍNH ỐNG CACBON NANO ĐA VÁCH (OCNDV)

Ống cacbon nano đa vách bắt đầu được oxi hoá nhiệt ở nhiệt độ 300o C trong không khí trong một giờ Sau đó tiếp tục oxi hoá trong dung dịch axit nitric đậm đặc, ở nhiệt độ 50o C trong 1 giờ 30 phút Rồi lọc và rửa sạch bằng hỗn hợp cồn/nước, sấy khô

Thuỷ phân 3 - glycidoxy propyl - trimethoxysilane, sử dụng cồn 95% trong 30 phút ở các tỷ lệ khác nhau 1%, 2%, 3% khối lượng, dùng axit axetic

để điều chỉnh độ pH của hỗn hợp

Sau đó OCNDV được bổ sung và khuấy đều trong 1 giờ Kết thúc quá trình, sợi cacbon nano đa vách biến tính (OCNDVB) được rửa sạch bằng nước, lọc và sấy khô

2.3 CHẾ TẠO COMPOSIT LDPE/OCNDV

Hạt nhựa LDPE, OCNDV ( hoặc OCNDVB) được phối trộn, sấy khô trước quá trình trộn nước để tăng sự phân tán ban đầu của OCNDV Hỗn hợp ban đầu được trộn nước trên máy trộn kín Haake, sử dụng hai trục cánh trộn loại Roller ở các chế độ khác nhau về nhiệt độ và tốc độ quay của trục Tổng thời gian phối trộn là 8 phút Tiếp theo hỗn hợp nóng chảy được ép định hình tạo mẫu trên máy ép nóng Toyseky ( Nhật Bản ) ở nhiệt độ 170o C trong 2 phút, áp suất ép 5 MPa, sau đó làm nguội xuống nhiệt độ phòng ở áp suất 0,5MPa

2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.4.1 Ph¬ng ph¸p lu biÕn tr¹ng th¸i nãng ch¶y

ThÝ nghiÖm ®îc tiÕn hµnh trªn m¸y ®o lu biÕn tr¹ng th¸i nãng ch¶y Rheomix 610 cña h·ng Haake (CHLB §øc), buång trén kÝn, sö dông 2 trôc c¸nh trén lo¹i Roller theo tiªu chuÈn ASTM D 2538

Hình 2.1 Máy đo lu biến trạng thái nóng chảy Rheomix 610

2.4.2 Phơng pháp xác định tính chất cơ học

Các tính chất cơ học: độ bền kéo đứt, độ giãn dài khi đứt, môđun đàn hồi đợc đo trên máy Zwick Z2.5 (Đức) theo tiêu chuẩn DIN 53503, tốc độ kéo 50 mm/phút ở nhiệt độ phòng Mỗi loại mẫu đợc đo ba lần để lấy giá trị trung bình